Introducción
De todos los posibles tipos de patología que puede sufrir la edificación, las estadísticas demuestran que son las patologías ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan. Además tienen gran repercusión social, lo que las hace más notorias: por la complejidad propia de su reparación, porque suponen una fuerte alteración y hasta interrupción del uso del inmueble, y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes públicos. Urge como en ningún otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solución al problema.
Sin embargo la diagnosis de este tipo de patologías no es ni mucho menos inmediata. Deben analizarse los síntomas, esencialmente grietas y movimientos sufridos por el edificio (giros, asientos, desplazamientos, etc) para de ellos deducir qué mecanismo los ha originado. A la vista de la cimentación existente y del conocimiento geotécnico del terreno de apoyo, se podrán deducir las causas del comportamiento conjunto estructura-terreno-cimiento que son el verdadero origen de la patología producida.
Es muy importante seguir esta metodología, porque sino la reparación se quedará en algo estético o superficial. La patología se reproducirá superficialmente y lo que es más grave continuará su proceso de deterioro más oculto, con lo que unas simples grietas en paramentos mal diagnosticadas pueden llevar, en último extremo, al colapso del inmueble.
Finalmente, conocida la causa se diseñarán las medidas reparadoras a adoptar. Éstas pueden ir desde la actuación sobre la estructura propiamente dicha, a las modificaciones de las propiedades geotécnicas del terreno (tratamientos de mejora y refuerzo), pasando por los conocidos recalces de la cimentación existente.
En la presente ficha vamos a analizar las causas básicas de fallos de cimentación. Una primera clasificación sería:
* Causas intrínsecas:
o Defecto de proyecto. o Defecto de ejecución.* Causas extrínsecas:
o Variaciones en las hipótesis de proyecto. o Variaciones en las condiciones del entorno.
Causas intrínsecas de fallos de cimentación
Se agrupan aquí los fallos de cimentación consecuencia de la interacción entre el terreno y la propia cimentación de la construcción afectada.
2.1. Defectos de proyecto
Son errores de concepción, de diseño o cálculo del proyecto. Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el diseño y cálculo de la edificación, el riesgo de que provoquen daños se minimiza.
Enumeramos aquí no todas pero sí algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyecto:
* Falta de capacidad de carga: cimentación insuficiente o capacidad de carga del suelo insuficiente.Cobra importancia en terrenos con especiales características:
* Esfuerzos no contemplados, por ej. por olvido de algunas sobrecargas de explotación.
* Conocimiento insuficiente del suelo. Lo que deriva en la ignorancia de riesgos especiales geotécnicos. Las causas pueden ser: escasez de reconocimientos previos del terreno, mala interpretación de los mismos, no consideración de los fenómenos de agresividad, etc.
o Arcillas expansivas* Infravaloración del riesgo geotécnico, conocido éste. Casos así pueden ser: desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparición de la roca en planta, desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresión o fenómenos de subsidencias, procesos de disolución, etc.
o Suelos colapsables
o Rellenos antrópicos
o Suelos blandos naturales
* Defectos en la evaluación del terreno: asientos calculados no tolerables por la estructura, esfuerzos parásitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes), etc.
* Efecto grupo en pilotes: defectuosa estimación del efecto grupo en pilotes flotantes, no consideración de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo, etc.
* Ausencia de consideración del bulbo de tensiones de la cimentación propia, y su alcance. Pero también de cimentaciones colindantes, que podrían suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentación: habrá que considerarla en cálculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar daños a otras edificaciones).
* Ignorancia de las condiciones de contorno, es decir no consideración de las condiciones del entorno de la estructura proyectada: posibles socavaciones, arrastres, descalces, agotamientos, rebajamientos de nivel freático, etc.
* Heterogeneidades: distribución irregular de las cargas, o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentación.
2.2. Defectos de ejecución
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecución de éstos. Los defectos de ejecución normalmente responden a un deficiente Control de Calidad. Por tanto, en principio son evitables.
Algunos errores de ejecución podrían ser:
* Apreciación errónea de los estratos resistentes, confundidos con capas de poco espesor, bolos erráticos, etc.
* Errores de replanteo
* Mala calidad de los materiales, en especial hormigones. Deterioro de zapatas, losas o muros por escasa calidad de los materiales: grietas de retracción por mala dosificación del hormigón, materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto, etc.
* Degradación del material, suele ir unido al anterior: hormigón no resistente a la agresividad del terreno, recubrimientos insuficientes, madera, metal, etc...
* Lavado del hormigón en cimentaciones superficiales o profundas, colocado en presencia de aguas en movimiento.
* Errores en la colocación de armaduras, confusión de diámetros de armado, ausencia de separadores, etc...
* Problemas de fraguado, unidos a errores de vertido, de dosificación, de curado...
* Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio, cortadas, lavadas,...) o de baja calidad y excesiva carga portante de cálculo.
* Rotura o corte de pilotes, rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente, fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera, defectuosa extracción de la entubación en el caso de pilotes hormigonados in situ, etc
* Rellenos estructurales. Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno).
Defectos de ejecución de pilotes hormigonados in situ: Intrusión de terreno por defectuosa extracción de la entubación
Causas extrínsecas de fallos de cimentación
Son las derivadas de la actividad humana a lo largo del tiempo, así que son variables por definición y difícilmente previsibles. Se engloban tanto los cambios en el propio edificio como en el entorno, y en cualquier caso, modifican sustancialmente las condiciones para las que se diseñó la cimentación.
3.1. Variaciones en las hipótesis de proyectoSe trata de las modificaciones al proyecto del propio edificio que pueden afectar a la cimentación. Y esto puede ocurrir de varias formas, entre ellas:
* Aumento del número de plantas sobre rasante.3.2. Variaciones en las condiciones del entorno.
* Necesidad de profundizar la cimentación en toda o parte de la estructura, para ganar sótanos o bien fosos industriales, cámaras acorazadas, etc.
* Incrementos de sobrecargas de uso. Aumento de la actividad que precise la aparición de elementos no previstos (fichero, etc) o bien un cambio de actividad y consecuentemente de las cargas. Incluso solicitaciones dinámicas de maquinaria, no previstas inicialmente.
* Cese de la actuación de fuerzas que disminuían o contrarrestaban las cargas.
* Rehabilitación o adecuación al uso sobre todo en plantas bajas. Cambio de función de la estructura y normalmente conlleva una redistribución de cargas, con una nueva distribución de pilares, apertura de huecos no previstos en muros de fachada, etc.
Se trata aquí de las afecciones del entorno a la cimentación que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyecto.
Es imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos aún del entorno. Sin embargo muchos de estos problemas se evitarían de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas actuaciones posteriores. Es el caso de excavaciones, túneles o edificios de nueva construcción en las proximidades de edificios existentes.
Es decir, muchas veces estaríamos ante defectos del proyecto de la actuación posterior, cuyas consecuencias se ven en preexistentes próximos (en cuyo proyecto no podían preverse, evidentemente).
Para ilustrarlo con ejemplos, vamos a enumerar aquí algunas posibles variaciones del entorno:
* Cargas adyacentes: alteración general producida por construcción en las inmediaciones.
* Inducción de movimientos complementarios: asientos, desplazamientos y giros.
* En cimentaciones por pilotes: empujes horizontales y rozamiento negativo.
* Fenómenos de inestabilidad y deslizamiento: por socavaciones, arrastres, erosiones ...
Empujes horizontales producidos por cargas superficiales
* Inestabilidades y deslizamientos inducidos:
o Excavación y desmonte al pie de laderas* Excavaciones próximas al aire libre o subterráneas. Produciendo una disminución de la capacidad de carga de la cimentación, excesiva deformación del suelo, asientos superficiales junto a zanjas y taludes, descalce de cimentación, afección al bulbo de presiones, etc.
o Excavaciones en la base de muros
o Socavación
o Supresión de la vegetación
o Modificación de la escorrentía superficial
* La afección de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones próximas. Fundamentalmente:
o Características del terreno
o Profundidad de la excavación
o Distancia horizontal de la excavación a la edificación preexistente.
o Velocidad de excavación
o Tiempo que permanece abierta
o Rigidez de la contención y elementos de soporte lateral (anclajes, entibación...)
Relaciones empíricas entre la profundidad de excavaciones y los movimientos superficiales a distintas distancias (Crofts et al., 1980)
En el caso de las excavaciones en profundidad, los factores a considerar fundamentalmente son:
-Características del terreno y estado tensional (cargas soportadas, cimentaciones bajo las que discurrirá: profundidad, bulbo de presiones, ....)
-Sistema constructivo de la propia excavación: maquinaria, velocidad, sostenimiento, revestimiento, etc....
-Variables determinantes del riesgo:
D diámetro de la excavación
H profundidad de la excavación
X distancia a edificios próximos (medida a eje de la excavación)
Parámetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
· Vibraciones y efectos dinámicos.
Alteración de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructura.
Dependen del tipo de edificio y de las características de la vibración: intensidad, duración y frecuencia. Sus efectos dependerán del tipo de terreno (por ej. tendrá mayor afección en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras: costras, vetas cementadas, etc.
Estos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terreno:
* densificación de arenasSe han desarrollado criterios empíricos para su previsión en el caso de impactos, procesos de hinca... como los de Artewell y Farmer (1973). De forma que se llega a determinar la magnitud de los daños en función de la velocidad de propagación de la vibración. A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes:
* sobrepresiones intersticiales en arcillas
* licuefacción de suelos limosos
* Daños ligeros: 10-15 mm / sg.La variación del nivel freático modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenómenos de subsidencia / subpresión en el resto.
* Daños graves: 80-150 mm / sg.
· Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freático.
Puede tener muy diversos orígenes:
* Desaparición de bombeos de sistemas de riego o abastecimientoConsideraciones finales
* Procesos de desecación como ejecución de pozos de bombeo, drenajes, plantación de árboles de desarrollo rápido, etc
* Fugas antrópicas: roturas o escapes de conducciones subterráneas, canales, piscinas, colectores...
* La ejecución de túneles, pantallas (soterramientos), pueden producir bien un efecto “dren” o bien efecto de barrera.
* Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freático en obras.
Es imprescindible una adecuada diagnosis de las causas. Determinadas las causas de los daños, si éstos tienen su origen en la cimentación, podremos plantear la forma de reparación más adecuada y también de qué forma acometerla con el menor perjuicio posible para el propio edificio y para los colindantes.
En cualquier caso, es muy importante que los daños a la cimentación se resuelvan en profundidad. Las reparaciones someras, p.e. grietas en tabiques, resultan contraproducentes puesto que ocultarían los síntomas durante más tiempo, permitiendo que el daño real a la cimentación aumente progresivamente.
Los daños a la cimentación pueden tener graves consecuencias para la edificación, llegando incluso al colapso. Por lo que debe preverse cualquier riesgo desde la fase de proyecto. Considerando no sólo nuestra propia cimentación, sino las afecciones que pueda tener nuestra actuación sobre cimentaciones próximas.
Y después, debe ponerse el debido cuidado y control en la ejecución. Las cifras de siniestros ya habidos, justifican sobradamente el coste de ensayos de control de calidad. Con ellos se detectan sobre la marcha los defectos intrínsecos de la cimentación y pueden subsanarse. Veremos alguno de esos ensayos en fichas sucesivas y comentaremos algunas de las patologías habituales en distintos tipos de cimentación.
