patología de cimentaciones - udc. · pdf filecarga inicial expulsión de agua ......

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1JORNADAS TÉCNICAS DE ESTUDIOS GEOTÉCNICOS Y PROYECTO DE CIMENTACIONES.- NOVIEMBRE 2005

E.T.S. ARQUITECTURA DE A CORUÑA – DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – JUAN PÉREZ VALCÁRCEL

PATOLOGÍA DE CIMENTACIONES


JUAN PÉREZ VALCÁRCELCatedrático de Estructuras

E.T.S.A. de La Coruña




El problema del diseño de cimentaciones.

Excavación de un agujero y construcción de algo que trasmite cargas al suelo.

Terreno casi desconocido. → Informe geotécnico.

Estructura del colindante casi desconocida.

Terreno bajo el colindante totalmente desconocido.

No puede aceptarse ningún posible daño.

Responsabilidad total.

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Código de Hammurabi




ALGO DE MECÁNICA DEL SUELO PARA EMPEZAR.

SIFONAMIENTO Y EROSIÓN.

LA CONSOLIDACIÓN.

EL MECANISMO DE HUNDIMIENTO DE CIMENTACIONES.

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EL FENÓMENO DEL SIFONAMIENTO.

Al aumentar la presión de entrada del agua, pueden anularse las tensiones efectivas en toda la masa de terreno ÿ Sifonamiento.

El gradiente hidráulico que provoca el sifonamiento se llama gradiente crítico.

ArenaH

l

Nivel constante

Nivel constante

∆h

l H

H·l

∆h

γsat

Lγ

σ

σ'

Gráfico de presiones en m.c.a.

u

l H h l

h H H

sat

L

sat

L

+ + = +

= −

∆

∆

γγ

γγ

satc c

L

hi i 1H

γ∆= = −

γ




Ejemplo: excavaciones con achique

Se produce cuando el gradiente hidráulico es crítico.

Nivel de excavación

Sifonamiento

Defecto puntualen la pantalla

N.F.

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EL FENÓMENO DE LA CONSOLIDACIÓN

N N δ1 δ

N'

N

N'

Carga inicial Expulsión de agua Consolidación

σ 'NA

' 0 % u σ 'NA

'N)

A% 0σ '

NA

'N )

A% u1





Carga inicial Expulsión de agua Consolidación

N

δ1 δ

N

u

σ'

u

N

σ 'NA

' 0 % u σ 'NA

'N)

A% 0σ '

NA

'N )

A% u1

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ASIENTOS Y HUNDIMIENTO DE ZAPATAS

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MODELO DE TERZAGHI.- ZAPATA CORRIDA

C1bC1

P

q

π/4−φ/2

π/2

π/4+φ/2

Carga de hundimiento

Siendo

3 tg4 2

1

sen4 2c b e

sen

π φ⎛ ⎞− φ⎜ ⎟⎝ ⎠

π φ⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠=

φ

P qbN cbN b Nq c= + +γ

γ2

2

( )

Ne

ientedesobrec a

N N ctg oeficientedecohesion

Ntg ntedepesoespecifico

coef deempujepasivo

q

tg

c q

p

p

=+

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

= −

= −⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ =

−⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

32

2

2

24 2

1

21

πφ φ

γ

π φ

φ

φ λφ λ

cosarg

cos .

coefic

c

coeficie

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FORMAS

REALES DE

HUNDIMIENTO

ESTRUCTURA

III I II IIIII

I

Falla por punzonamiento

Falla por corte general

Falla por corte local

Superficie de deslizamiento




PRINCIPIOS BÁSICOS

Principio de Hamilton

“Cualquier sistema mecánico tiende a la configuración de mínima energía”

Tercera ley de la termodinámica

“ En cualquier sistema cerrado la entropía siempre aumenta”

Ley de Murphy

“Si algo puede salir mal, saldrá.”

δ δI = L(q ... q , q ...q , t ) dt = 01t

t

n 1 n1

2

∫ ⋅& &

∆S > 0

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ESTADOS LÍMITES ÚLTIMOS.

a)Hundimiento b)Deslizamiento

c)Vuelco

E

E W

W

d)Estabilidad general




ESTADOS LÍMITES DE SERVICIO.

Terreno poco deformable Terreno deformable

Asiento

Asientos inducidos

Perfil de asientos

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CAUSAS DE LA PATOLOGÍA DE CIMENTACIONES.

FALLOS DEL SUELO.

Fallos generales del suelo.

Fallos locales del suelo.

FALLOS DE LA EXCAVACIÓN.

Fallos de taludes.

Fallos inducidos en los edificios colindantes

FALLOS DE LAS ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN

Fallos en muros.

Fallos en pantallas.

Control de agua.

FALLOS DE CIMENTACIONES

Asientos.

Otros movimientos.




FALLOS DEL SUELO

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FALLOS GENERALIZADOS DEL SUELO

Se producen a escala urbana o incluso territorial

Laderas inestables

CReptaciónCDeslizamiento curvoLa estabilización de laderas es un problema de enorme magnitud.Exigen la intervención de técnicos altamente especializados.

SubsidenciaEs el asiento generalizado de una gran masa de terreno por extracción de agua o terreno en las capas inferiores.

CGalerías de minasCTúneles de metro o de circulación rodada en ciudades.

REPTACION DE LADERA DESPLIZAMIENTO CURVO EN LADERA




Laderas inestables

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Laderas inestables




Laderas inestables

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Laderas inestables




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 afectadaCCambios 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.

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Cavidades subterráneas.




Licuefación de suelos.- Terremoto de Nigata. 1964.

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Desplazamiento de suelos.- Terremoto de Anchorage. 1964.




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.

CVariaciones de espesor de los estratos de sueloCExistencia de elementos más resistentes como afloramientos de rocaCExistencia de elementos de menor resistencia como cavidades, zonas saturadas de agua, etc.

Su manifestación habitual es el asiento.

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FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS

Templo egipcio.





Iglesia de Santa María de Alicante.

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Ermita de Santa Eulalia en Barrio de Santa María. Palencia





Asientos en la construcción rural gallega. Aldea de Serode. Lugo.

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Roturas de esquina: Lerma (Burgos) Poio (Pontevedra)





Monasterio cisterciense de Santa María de Valdediós. Asturias.

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Monasterio cisterciense de Sacramenia. Segovia.




FALLOS DE LA

EXCAVACIÓN

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El edificio colindante: Ese desconocido.

Batacheafectado

Zona de anchomáximo de grieta = 7 cm




PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA PROPIA EXCAVACIÓN.

CFallos de las edificaciones contiguas debidos a la excavación. Oviedo.

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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA PROPIA EXCAVACIÓN.Colapso por excavación excesiva.

Excavación realizada

Excavación prevista

Rotura

1,5m

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Posibles reflexiones.

ARQUITECTO Y ARQUITECTO TÉCNICO.

Planos de excavación.

Libro de órdenes detallado y al día.

PALISTA.

No excavar junto a los colindantes sin orden expresa de los técnicos (no del promotor ni del encargado de obra).

JEFE DE OBRA.

No dejar jamás una excavación sin consolidar.

Vigilar cuidadosamente al palista.

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EFECTO DE LOS EDIFICIOS PRÓXIMOS• Invasiones de cimentaciones próximas.

Muro comprimidoZona fisurada:

d = 2,05 cm

Invade el solar adyacente.Pozo de cimentación:

max

conjuntoAsiento

Emparrillado de cimentación

OBRA RECIENTE

al muro nuevoEl pozo queda unidoMuro de sótano

OBRA ANTIGUA




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OBRA RECIENTE

Losa de cimentación

OBRA ANTIGUA

Invade el solar adyacente.Pozo de cimentación:

Línea de medianera

Zona cortada

Muros pantalla





Corte de zapata.

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EFECTO DE LOS EDIFICIOS PRÓXIMOS• Tensiones producidas por cimentaciones próximas.

σz

ψ

σx

q

O




EFECTO DE LOS EDIFICIOS PRÓXIMOS• Tensiones producidas por cimentaciones próximas.

Excavación

Muro existente

Excavación

Muro existente

recalce(a) (b)

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EFECTO DE LOS EDIFICIOS PRÓXIMOS• Efecto pantalla.

PuertoTúnel

Avda B

eiram

ar Zona afectadaA9

Ría de Vigo




EFECTO DE LOS EDIFICIOS PRÓXIMOSEfecto pantalla.

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PROBLEMAS PATOLÓGICOS DE EXCAVACIONES • Colapso de taludes.




PROBLEMAS PATOLÓGICOS DE EXCAVACIONES • Levantamiento de fondo.

h

H

Fondo de la excavación

h

Superficie terreno

Lateral de la excavación

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CFallos de taludes. Colegio en Doiras.





CFallos de taludes. Colegio en Doiras.

30





CFallos de entibaciones. Edificio en Riazor.





CFallos de entibaciones. Edificio en Riazor.

31





CFallos de las edificaciones contiguas debidos a la excavación. Porriño 2000.

Sentido del giro del edificio

Muro pantallaMuro guía

Bloque 23 (2)Bloque 23 (1)





CFallos de las edificaciones contiguas debidos a la excavación. Porriño 2000.

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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA PROPIA EXCAVACIÓN.COtros tipos de fallos. Porriño 2002.




PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA PROPIA EXCAVACIÓN.Problemas de meteorización de las rocas de los taludes.

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FALLOS DE LAS ESTRUCTURAS DE

CONTENCIÓN




“Existen dos tipos de muros: Aquellos en los que el terreno no empuja y los que se caen”.

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PROBLEMAS PATOLÓGICOS DE EXCAVACIONES • Colapso de muros.





35








MUROS DE GRAVEDAD.

36




MUROS DE GRAVEDAD.




MUROS DE GRAVEDAD.

37




MUROS DE GRAVEDAD.




MUROS A MEDIA LADERA.

38









39









40




MUROS DE ESCAMAS.




MUROS DE ESCAMAS.

41




MUROS DE ESCAMAS.




MUROS DE ESCAMAS. EDIFICIO c/TORRECEDEIRA. VIGO.

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ESTAR-COMEDOR ESTAR-COMEDOR

DORMITORIO

BAÑO

DORMITORIODORMITORIO

COCINA

DORMITORIO

BAÑO


COCINA

DORMITORIO

DORMITORIO

BAÑO

DORMITORIO

DORMITORIO

ESTAR-COMEDORESTAR-COMEDOR

DORMITORIO

BAÑO

DORMITORIO

COCINACOCINA

DORMITORIO

DORMITORIO

DORMITORIO

DORMITORIO

BAÑO

BAÑO

DORMITORIO

DORMITORIO


BAÑO

BAÑO

DORMITORIO

DORMITORIO


DORMITORIO

BAÑO

DORMITORIO

COCINACOCINA

DORMITORIO

COCINA COCINA



DORMITORIO

BAÑO

DORMITORIO

COCINACOCINA

DORMITORIO

COCINA COCINA



BAÑO

DORMITORIO

DORMITORIO

DORMITORIO

DORMITORIO

DORMITORIO

BAÑO

DORMITORIO

ESTAR-COMEDOR DORMITORIO

DORMITORIOASEO

COCINA

BAÑO

DORMITORIO

DORMITORIO

DORMITORIO

COCINA

BAÑO

DORMITORIO


ESTAR-COMEDOR

ASEO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18 24

23

22

21

20

19 25

26

27

28

29

30 36

35

34

33

32

31 37'

38'

39'

48

47

46

45

44

43 49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59 64

63

63

61

60

65

66

67

68

69

7170

37

38

39

42'42

41'41

40'40




ESTADO INICIAL.- PATOLOGÍA.

Fisuras de asiento.Fisuras de flexión de forjados.

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PATOLOGÍA DE RETRACCIÓN.

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FALLOS CONSTRUCTIVOS Y DE DURABILIDAD.

Colegio en Cabana. A Coruña.




EFECTO DEL AGUA.

Muro en Miño. A Coruña.

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EMPUJES DE RAÍCES.

Gran Muralla.




MUROS INCLASIFICABLES.

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¿LOS MUROS PANTALLA SON LA SOLUCIÓN?




PATOLOGÍAS DEBIDAS A PROBLEMAS DE MUROS PANTALLA.C Asientos provocados por la construcción de una pantalla. Hospital de la Caridad de Ferrol.

9.75

6.05

Movimiento de pantallapor aflojamiento deanclajes

Asiento del terreno

Anclajes

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49









50








PATOLOGÍAS DEBIDAS A PROBLEMAS DE MUROS PANTALLA.C Asientos provocados por la construcción de una pantalla. Vigo.

51









52




PATOLOGÍAS DEBIDAS A PROBLEMAS DE MUROS PANTALLA.C Lesiones provocadas por la construcción de una pantalla. Coruña.





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SALON

BAÑO

Planta Baja

ASEO

LOCAL

LOCAL

1 a 3

EXCAVACIÓNSOLAR CONTIGUO

MURO PANTALLA

4

5 a 8

Planta Primera

8 a 10

1112

16

13 a 15

1718 a 20

25

23, 24 2221

Puerta: No se abreGrietas en el dintel

Rotura generalizada

Rotura solado

Fisura

Fisura

Rotura dintel

de cerramiento

de cerramientoRotura generalizada

3036, 37

35 3132

29

26 a 2833, 34

29

39

38

Fisurasuelo y techo

techoFisura

Fisuratecho

Rotura generalizadade cerramiento

de cerramientoRotura generalizadaRotura generalizada

de cerramiento

Rotura generalizadade cerramiento

Ventana:No cierra




PATOLOGÍAS DEBIDAS A PROBLEMAS DE MUROS PANTALLA.CLesiones provocadas por la construcción de una pantalla. Coruña.

Planta baja.

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PATOLOGÍAS DEBIDAS A PROBLEMAS DE MUROS PANTALLA.C Lesiones provocadas por la construcción de una pantalla. Coruña. P. Baja.




PATOLOGÍAS DEBIDAS A PROBLEMAS DE MUROS PANTALLA.C Lesiones provocadas por la construcción de una pantalla. Coruña. P.3ª.

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PATOLOGÍAS DEBIDAS A PROBLEMAS DE MUROS PANTALLA.C Colapso de pantalla. Ría de Sada.





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MUROS ANCLADOS: C/PANADERAS. CORUÑA.

Edificioafectado

MercadoSan Agustín




C/PANADERAS. CORUÑA.

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C/PANADERAS. CORUÑA.

CalleHospital

PanaderasCalle

Edificioafectado

Pío XIICalle Mercado

San Agustín

Excavaciónrealizada

S -2S -1P-baja

P-1ªP-2ªP-3ªP-4ªP-5ª

vibraciones




MUROS EJECUTADOS IN SITU: EXCAVACIÓN EN MIÑO.

Calle Loios

Hotel Crisolde las Rías

3 m

Berma

Sección edificio

Terreno desprendido

Tramo superior de muro(ejecutado)

(en ejecución por bataches)Tramo inferior de muro

Nivel inferior de excavación

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EXCAVACIÓN EN MIÑO.





60









61




PATOLOGÍAS DEBIDAS A PROBLEMAS DE MUROS PANTALLA.C Efectos del agua.

30/07

1/08

30/08

7/0822/08 14/088/08

29/08

28/08

20/08

12/08

19/08

6/085/08

26/08

13/08

03/09

02/09

16/09

12/09

05/09 09/09

06/0913/09

11/09 18/09

29/10

30/10

31/10

04/11

05/11

06/11

07/11

08/11

11/11

12/11

13/11

calle inmaculada

edificio

edificio

-0.00

26 25 24 23 22 21 20 19

18

17

16

15

14

13

13A

12

12A

11

1098765

4321

34

33

32

31

30

29

28A

28

27





30/07

1/08

30/08

7/0822/08

14/088/08

29/08

28/08

20/08

12/08

19/086/08

5/08

26/08

13/08

03/09

02/09

16/09

12/09

05/09 09/09

06/09 13/09

11/09 18/09

29/10

30/10

31/10

04/11

05/11

06/1107/11

08/11

11/11

12/11

13/11

cota -12.54m VACIADO DEFINITIVO11.72m11.22m

7.16.88

cota variable: Peligro de sifonamiento

tubo15141313A1212A111098765432134333231302928A2827

cota 4.38 coronación de la vigacota 4.78 plaza do conde

cota 0.00

LOSA

LOSA

SUELO SÓT. -1

SUELO P.B.

SUELO ENTREPL.

SUELO SÓT. -2

cota -12.54m

14.50m14.40m14.27m13.97m

13.12m12.62m

11.87m11.52m11.72m

7.5

7.167.017.1

8.298.33

8.238.17.72

cota variable:

VACIADO DEFINITIVO

Peligro de sifonamiento

calle inmaculada

edificio

edificio

-0.00

calle saavedra meneses

26 25 24 23 22 21 20 19

18

17

16

15

14

13

13A

12

12A

11

1098765

4321

34

33

32

31

30

29

28A

28

27

19 20 21 22 23 24 25 26tubo 16 17 18

cota 4.38 coronación de la vigacota 4.78 plaza do conde

cota 0.00

LOSA

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63








FALLOS DE LA

CIMENTACIÓN

64




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 insuficientesSe 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 distintasEsta 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 estructuralSe 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.




SEGURIDAD AL VUELCO Y AL DESLIZAMIENTONecesaria en todo tipo de zapatas, en especial si hay fuertes cargas horizontales.

M N

V

F

P

R A

Seguridad al vuelco

Seguridad al deslizamiento

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FALLO DE ZAPATAS SOBRE ROCA.

(a)

(d)(c)

(b)

Roca blanda




ESQUEMAS DE AGOTAMIENTO ESTRUCTURAL DE ZAPATAS.

Rotura agria.- Cuantía mecánica insuficiente.

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.

UU

0,04s

c≤

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EDIFICIO ENTRE MEDIANERAS EN CORUÑA.

Zona retranqueada

Sol

ar e

n ob

ras

Edi

ficio

col

inda

nte

en toda la fachadaFisuras de asiento

3

4

de te

cho

con

fuer

teR

otur

a de

forja

do

desp

laza

mie

nto

1

con fuerteRotura de dintel

desplazamiento2

Sol

ar e

n ob

ras

1,2 kp/cm2

Tensión sobre el terreno:

2,8 kp/cm2el terreno:Tensión sobre





67









en los tabiquesFisuras antiguas

Fisuras recientesen los tabiques

Tabiquesdemolidos

Fisuras recientesen los tabiques

Piso que no sepudo observar


Planta 5ª

Planta 4ª

Planta 3ª

Planta 2ª

Planta 1ª

Planta baja

pudo observarPiso que no se Piso que no se

pudo observar

pudo observarPiso que no se


Planta 3ª

Pauta de fisuración por asiento de los pilares centrales

Pauta de fisuración por flexión del forjado

Planta 3ª

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Giros del edificio.

• Globales.

• Locales.




Giros del edificio.

• Globales.

• Locales.

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PATOLOGÍA ESTRUCTURAL POR ASIENTO DE UN PILAR CENTRAL

Asiento

Asiento

bb

aa

a

a a

a

aa

aa

b b

b b

Efecto del cortante

Efecto del flector

a.- Zona de fisuras finas y repartidas.

b.- Zona de fisuras gruesas y concentradas.




PATOLOGÍA ESTRUCTURAL POR ASIENTO DE UN PILAR EXTREMO.

a.- Zona de fisuras finas y repartidas.

b.- Zona de fisuras gruesas y concentradas.

b

ba

a

a

a

Asiento

a

a

a

b

Asiento

Efecto del flector

Efecto del cortante

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Torres inclinadas. Bolonia Torre Garisenda y Torre Asinelli.




Torres inclinadas.

71




“Y podemos ahorrarnos 700 liras en el informe geotécnico”




Torres inclinadas.- La Torre Nueva de Zaragoza (derribada en 1883).

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CONCLUSIONES.LA ACCIÓN SOBRE EL TERRENO PRODUCE NORMALMENTE DAÑOS A LOS COLINDANTES.

Catastróficos con pérdida de vidas.

Catastróficos con daños materiales.

Graves.

Leves.

PAUTAS DE INTERVENCIÓN DE TÉCNICOS Y CONSTRUCTORES.

Minimizar los daños posibles con decisiones correctas de diseño.

Contener los daños si se producen.

Reparar los daños propios y ajenos.

TODOS LOS DAÑOS DEBEN SER REPARADOS A COSTA DE QUIÉN LOS PROVOCA.

Excusas de mal pagador.

Recurso injustificado a la justicia

POSIBLE SOLUCIÓN → AVAL PREVIO




FINPATOLOGÍA DE CIMENTACIONES

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