PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN MASTER EN REHABILITACIÓN ARQUITECTONICA.- INSPECCIÓN Y RECALCE DE LAS CIMENTACIONES

Transcripción

1 1. JUAN PÉREZ VALCÁRCEL Catedrático de Estructuras E.T.S.A. de La Coruña 2 LA INSPECCIÓN DE CIMENTACIONES EN LA EDIFICACIÓN Conceptos generales. Patología de suelos. Patología de cimentaciones. Patología de excavaciones. Patología de muros. Patología de pantallas.

2 IDENTIFICACIÓN DE SUELOS Tipo de subsuelo Condiciones del subsuelo I Roca II Grava Arena III Arcilla Arcilla arenosa IV Arcilla Arcilla arenosa V Arena Arena limosa Arena arcillosa VI Limo Arcilla Arcilla arenosa Arcilla limosa VII Limo Arcilla Arcilla arenosa Arcilla limosa Prueba aplicable in situ Muy compacto Requiere al menos martillo neumático para su excavación Compacto Duro Consistente o firme Suelto Blando Muy blando Requiere pico para su excavación. No se puede moldear con los dedos. Requiere pico o pala mecánica. Se puede moldear con gran presión. Se puede excavar con pala. Se puede excavar con pala y clavar un bastón de madera de 50 mm2 de sección. Se puede moldear con facilidad con los dedos Se puede excavar rápidamente. La muestra vertical en invierno exuda entre los dedos al cerrar la mano. 3 4 TOMA DE DATOS C Suelo - Características físicas, químicas y mecánicas. - Alteraciones importantes en el entorno. C Cimentaciones - Características, componentes y materiales. - Estado actual. - Movimientos producidos. C Saneamiento - Características. - Estado actual. - Filtraciones. - Servidumbres.

3 5 EFECTOS DEL SUELO SOBRE LA EDIFICACIÓN CFallos generalizados del suelo CFallos locales del suelo CFallos de las cimentaciones CFallos de la excavación CFallos de las estructuras de contención 6 FALLOS GENERALIZADOS DEL SUELO Se producen a escala urbana o incluso territorial Laderas inestables CReptación CDeslizamiento curvo La estabilización de laderas es un problema de enorme magnitud. Exigen la intervención de técnicos altamente especializados. Subsidencia Es el asiento generalizado de una gran masa de terreno por extracción de agua o terreno en las capas inferiores. CGalerías de minas CTúneles de metro o de circulación rodada en ciudades. REPTACION DE LADERA DESPLIZAMIENTO CURVO EN LADERA

4 7 Laderas inestables 8 Laderas inestables

5 9 Laderas inestables Laderas inestables 10

6 11 FALLOS GENERALIZADOS DEL SUELO Cavidades y galerías En ciudades antiguas: Galerías, aljibes, viajes de aguas, antiguas cloacas en desuso, pozos, etc. Es necesario conocer su extensión, para inyectarlas. Cimentaciones profundas o puenteo de hueco rigidizándolo. Otras causas CMovimientos sísmicos.- Alteran profundamente y en forma no previsible el área afectada CCambios periódicos de humedad en terrenos especiales, como pueden ser arcillas expansivas. En tales casos deberá actuarse en forma preventiva utilizando sistemas constructivos adecuados a los problemas que pueda presentar el suelo. 12 CAVIDADES Y GALERÍAS Cloaca Maxima.- Tarquino Prisco ( a.c.)

7 13 CAVIDADES Y GALERÍAS Capilla de San Ignacio en Buenos Aires. Efecto de túneles subterráneos. Inclinación de las torres. 14 MOVIMIENTOS SÍSMICOS Anchorage 1964

8 15 MOVIMIENTOS SÍSMICOS Nigata FALLOS LOCALES DEL SUELO Son aquellos que pueden producirse a escala suficientemente pequeña como para afectar a un edificio en concreto. Producen la mayor parte de las patologías de cimentación. Capas de insuficiente capacidad portante Son aquellos terrenos que por su excesiva deformabilidad producen asientos de importancia en cualquier edificación que se cimente sobre ellos. Terrenos de lodos, arcillas muy blandas, arenas muy flojas o rellenos insuficientemente compactados. Esta situación se agrava si el edificio tiene diferencias de cargas muy importantes entre sus distintas zonas. Terrenos de capacidad portante muy diferente Son aquellos en los que la resistencia de una zona es muy diferente de otras. C Variaciones de espesor de los estratos de suelo C Existencia de elementos más resistentes como afloramientos de roca C Existencia de elementos de menor resistencia como cavidades, zonas saturadas de agua, etc.

9 FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS 17 Templo egipcio. FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS 18 Iglesia de Santa María de Alicante.

10 19 FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS Ermita de Santa Eulalia en Barrio de Santa María. Palencia FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS 20 Asientos en la construcción rural gallega. Aldea de Serode. Lugo.

11 FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS 21 Roturas de esquina: Lerma (Burgos) Poio (Pontevedra) FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS 22 Monasterio cisterciense de Santa María de Valdediós. Asturias.

12 FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS 23 Monasterio cisterciense de Sacramenia. Segovia. FALLOS DEBIDOS A LA PROPIA CIMENTACIÓN Son aquellos que se producen por fallo en el diseño o en la construcción de la cimentación del edificio. Cimentaciones insuficientes Se producen cuando las dimensiones del cimiento producen tensiones excesivas sobre el terreno. Un caso muy frecuente es el de las edificaciones antiguas en las que muchas veces los muros de carga apoyan directamente sobre el terreno. Cimentaciones muy distintas Esta situación se produce cuando se utilizan sistemas de cimentación muy distintos en el mismo terreno. Un caso frecuente es el de edificios en los que el perímetro se apoya sobre una pantalla, mientras que los pilares interiores apoyan sobre zapatas aisladas. Degradación estructural Se produce cuando la cimentación resulta atacada por agentes exteriores. Casos muy notables pueden producirse por la degradación de los morteros en las zapatas de mampostería o la pudrición de pilotes de madera. 24

13 ESTADOS LÍMITES ÚLTIMOS. 25 E a)hundimiento b)deslizamiento E W W c)vuelco d)estabilidad general 26 ESTADOS LÍMITES DE SERVICIO. Asiento Asientos inducidos Terreno poco deformable Terreno deformable Perfil de asientos

14 27 ASIENTOS ADMISIBLES Arenas Arcillas Asientos en fase de construcción Asientos diferidos Ni Nj i l j Distorsión angular tg θ < 1/500 tg θ < 1/360 tg θ < 1/250 tg θ < 1/180 No se produce fisuración Ligera fisuración en cerramientos Fisuración visible Lesiones en estr. de hormigón tg θ < 1/150 Lesiones en estr. de acero Valores aceptables (según J. Montoya) CEstructuras de fábrica Entre 2 y 4 cm CEstructuras de hormigón Entre 4 y 7 cm CEstructuras metálicas Entre 4 y 7 cm tg θ = sj - si l θ ASIENTOS ADMISIBLES: Asientos provocados por cimentaciones próximas. 28 Edificación existente Edificación nueva 7.00 m s 2 s 1

15 ASIENTOS ADMISIBLES: Asientos provocados por cimentaciones próximas. 29 Tipo de edificio Edificios monumentales de piedra De muros de carga de ladrillo De fábrica de bloques de hormigón De estructura de hormigón o de acero Asiento en zona de medianera Asiento a 7 metros hacia el interior 3,50 cm 1,60 cm 5,00 cm 2,40 cm 2,00 cm 1,00 cm 5,00 cm 2,50 cm El desplazamiento horizontal es como máximo ¼ del asiento en la medianera 30 CARGAS UNITARIAS ADMISIBLES EN ZAPATAS (J.Montoya) Terrenos arenosos σ adm en kp/cm 2 Compacidad Densidad relativa Anchos de zapata en metros 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 Muy suelta <0,20 <0,90 <0,60 <0,45 <0,35 <0,30 <0,30 <0,30 Suelta 0,20 a 0,40 0,90 a 2,90 0,60 a 2,50 0,45 a 2,25 0,35 a 2,10 0,30 a 1,90 0,30 a 1,85 0,30 a 1,80 Media 0,40 a 0,60 2,90 a 6,00 2,50 a 5,40 2,25 a 5,00 2,10 a 4,65 1,90 a 4,50 1,85 a 4,35 1,80 a 4,20 Compacta 0,60 a 0,80 6,00 a 9,75 5,40 a 9,00 5,00 a 8,40 4,65 a 8,00 4,50 a 7,60 4,35 a 7,35 4,20 a 7,00 Muy compacta >0,80 >9,75 >9,00 >8,40 >8,00 >7,60 >7,35 >7,00 Cuando la arena esté bajo el nivel freático estos valores se reducen a la mitad

16 31 CARGAS UNITARIAS ADMISIBLES EN ZAPATAS Y LOSAS (J. Montoya) Terrenos arcillosos σ adm en kp/cm 2 Consistencia Fluida Blanda Media Semidura Dura σ adm < 0,50 0,50 )1,00 1,00 )2,00 2,00 )4,00 > 4,00 ZAPATA AISLADA CONTINUA < 0,60 < 0,45 0,60 )1,20 0,45 )0,90 1,20 )2,40 0,90 )1,80 2,40 )4,80 1,80 )3,60 > 4,80 > 3,60 SEGURIDAD AL VUELCO Y AL DESLIZAMIENTO Necesaria en todo tipo de zapatas, en especial si hay fuertes cargas horizontales. 32 Seguridad al vuelco M N V P F R A Seguridad al deslizamiento

17 33 FALLO DE ZAPATAS SOBRE ROCA. (a) (b) (c) (d) Roca blanda 34 ESQUEMAS DE AGOTAMIENTO ESTRUCTURAL DE ZAPATAS. Rotura agria.- insuficiente. Cuantía mecánica U U s c 0,04 Rotura por fallo de armadura a flexión. Rotura por fallo de hormigón comprimido. Sólo para cuantías muy altas Rotura por cortante Fallo de anclaje de armadura Rotura por hendimiento. En zapatas muy rígidas Fisuración excesiva.

18 CIMENTACIONES INSUFICIENTES CIMENTACIONES MUY DISTINTAS Tensión sobre el terreno: 2,8 kp/cm2 Tensión sobre el terreno: 1,2 kp/cm2

19 FALLOS DEBIDOS A LA PROPIA CIMENTACIÓN Acciones exteriores desfavorables En ocasiones la existencia de acciones exteriores desfavorables que no han sido previstas, puede ser origen de graves patologías. Entendemos que este tipo de fallos son atribuíbles al diseño de la cimentación que debería ser adecuada para resistir dichas acciones. Algunos ejemplos pueden ser: - Aumento accidental de la humedad del terreno, tanto por rotura accidental de las conducciones como por falta de drenaje. Diseño y control de los elementos que intervienen como pavimentaciones exteriores, drenajes perimetrales y en soleras, etc. - Vibraciones.- Compactan el terreno y producen un incremento en los asientos producidos. - Raíces de árboles. C Rotura de cimiento por efecto cuña C Variaciones de humedad sobre el terreno C Rotura de tuberías Árboles muy peligrosos: Álamo, chopo, aliso, acacia, sauce, olmo y en general los árboles de ribera. Árboles peligrosos: arce, abedul, fresno, haya, encina. Árboles poco peligrosos: Alerce, cedro, abeto. Para evitar estos efectos debemos situar la edificación a una distancia mayor que la altura del árbol si está aislado y mayor que 1,5 veces su altura si se trata de una hiera de árboles. Así las distancias son menores es necesario colocar barreras antirraíces. 37 FALLOS DEBIDOS A LA PROPIA CIMENTACIÓN Barreras antiraíces 38 Edificio ya construido h Edificio ya construido h d d<h árbol aislado d<1.5 h árboles en hilera En caso contrario: Barreras antiraíces Arena con cemento Polietileno 4 mm Arena con sal 0.35

20 EFECTO DE LAS RAÍCES 39 EFECTO DE LAS RAÍCES 40

21 EFECTO DE LAS RAÍCES 41 EFECTO DE LAS RAÍCES 42

22 FALLOS DEBIDOS A CIMENTACIONES COLINDANTES 43 CPresión especulativa sobre el suelo: solares poco adecuados geotécnicamente. CExcavaciones cada vez más profundas: Aumentar el número de sótanos. Fallos producidos en la excavación - Excavación completa del solar o de parte de él sin respetar el orden de los bataches. - Excavación sin considerar el efecto de las vibraciones producidas por la maquinaria o los impactos sobre la edificación colindante, en especial si es de fábrica. - Uso inadecuado de explosivos. - No consideración de características nocivas del terreno, tales como inclusiones de estratos blandos, meteorización rápida de algunas rocas, etc. La excavación de un solar es SIEMPRE una obra de alto riesgo. Fallos por acciones combinadas de otros edificios La existencia de edificaciones próximas agrava los problemas de las excavaciones, pero además puede ser motivo de serios problemas de patología. Problemas típicos: CAcciones de una cimentación superficial, cuando se profundiza el plano de apoyo CAsientos producidos por cimentaciones próximas CEfectos de los muros pantalla. 44 FALLOS DEBIDOS A EXCAVACIONES COLINDANTES

23 FALLOS DEBIDOS EXCAVACIONES COLINDANTES LESIONES DE ASIENTO MOVIMIENTOS GENERALES DEL EDIFICIO CDeformación convexa. CDeformación cóncava. DEFORMACION CONVEXA DEFORMACION CONCAVA

24 47 Deformación convexa. Deformación convexa.- Iglesia de Carbonero el Mayor (Segovia). 48

25 MOVIMIENTOS LOCALES DEL EDIFICIO CAsiento central: corto o largo. CAsiento extremo: corto o largo. 49 Fisuras sólo en fase avanzada Fisuras sólo en fase avanzada Primera fisura en aparecer Primeras fisuras Fisuras sólo en fase avanzada ASIENTO CENTRAL CORTO ASIENTO CENTRAL LARGO Fisuras sólo en fase avanzada Fisura inicial ASIENTO EXTREMO CORTO ASIENTO EXTREMO LARGO 50 Efecto de zunchos o forjados. ASIENTO CENTRAL EN MURO CON ZUNCHOS O VIGAS ASIENTO EXTREMO EN MUROS CON ZUNCHOS O VIGAS Efecto de huecos. ASIENTO CENTRAL ASIENTO EXTREMO

26 ARCILLAS EXPANSIVAS. 51 ARCILLAS EXPANSIVAS. Afectan de modo especial a pequeñas edificaciones de fábrica. Aumento de humedad Hinchamiento Disminución de humedad Retracción Movimientos de periodicidad anual. Afecta a una profundidad de suelo activo de unos 3 metros. Las grietas pueden tener un ancho de 3 cm. Para la estimación de su capacidad portante es preciso considerar las variaciones anuales. Elementos que afectan al movimiento del suelo: -Arbolado. - Roturas y filtraciones de las redes de agua y de saneamiento. - Protección superficial: Aceras con recogida de aguas, drenajes, etc. - Desecación gradual por la sucesiva edificación. - Períodos de lluvia o sequía. 52

27 MOVIMIENTOS DEL SUELO POR ARCILLAS EXPANSIVAS. 53 Fin de la época de lluvias: Empuje horizontal del terreno empapado sobre el interior. Empuje vertical sobre los cimientos por hinchazón del terreno. Fin de la época seca: Empuje horizontal del terreno confinado entre cimientos sobre el exterior. Asiento vertical por retracción del terreno. Hinchamiento del terreno bajo la solera y levantamiento de la misma. PATOLOGÍA POR ARCILLAS EXPANSIVAS. 54 Zona protegida de la evaporación. Curvas de igual nivel de humedad.

28 ' 55 Giros del edificio. Globales. Locales. FISURAS POR ASIENTOS EXCESIVOS Los problemas de asientos no deben atribuirse al terreno. El terreno es como es y la obligación del técnico es averiguar sus características. La responsabilidad de la aparición de lesiones únicamente debe atribuirse a la estructura, que no ha podido adaptarse a las características del terreno real. En la mayor parte de los casos la actuación consistirá en una intervención sobre la estructura o la cimentación, siendo muy poco frecuentes las intervenciones de consolidación sobre el terreno. 56 Edificio ya construido ' (Peor si es de fabrica) Fisuras (mayor anchura abajo) Pantalla deformada Zona de menor asiento Zona de menor asiento Zona de menor asiento Asiento de esquina Zanja Zona de menor asiento Zona de menor asiento Zona de menor asiento

29 FISURAS POR ASIENTOS EXCESIVOS 57 58

30 59 PATOLOGÍA ESTRUCTURAL POR ASIENTO DE UN PILAR CENTRAL 60 Efecto del flector a a a b b a a a Asiento Efecto del cortante a b b a b a Asiento b a a.- Zona de fisuras finas y repartidas. b.- Zona de fisuras gruesas y concentradas.

31 PATOLOGÍA ESTRUCTURAL POR ASIENTO DE UN PILAR EXTREMO. 61 Efecto del flector a a b a a a Asiento Efecto del cortante a b b a a.- Zona de fisuras finas y repartidas. b.- Zona de fisuras gruesas y concentradas. Asiento PATOLOGÍA ESTRUCTURAL POR ASIENTO DE UN PILAR EXTREMO. 62

32 PATOLOGÍA ESTRUCTURAL POR ASIENTO DE UN PILAR EXTREMO Torres inclinadas. Bolonia Torre Garisenda y Torre Asinelli.

33 65 Torres inclinadas. 66 Y podemos ahorrarnos 700 liras en el informe geotécnico

34 67 Torres inclinadas.- La Torre Nueva de Zaragoza (derribada en 1883). 68 Kissing Silos. Winnipeg (Canadá)

35 69 FIN