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1MASTER EN REHABILITACIÓN ARQUITECTONICA.- INSPECCIÓN Y RECALCE DE LAS CIMENTACIONES

E.T.S. ARQUITECTURA DE A CORUÑA – DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – Juan Pérez Valcárcel

PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN

PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN.

JUAN PÉREZ VALCÁRCEL

Catedrático de Estructuras

E.T.S.A. de La Coruña




LA INSPECCIÓN DE CIMENTACIONES EN LA EDIFICACIÓN

Conceptos generales.

Patología de suelos.

Patología de cimentaciones.

Patología de excavaciones.

Patología de muros.

Patología de pantallas.




IDENTIFICACIÓN DE SUELOSTipo de subsuelo Condiciones

del subsuelo Prueba aplicable in situ

I Roca

Muy compacto

Requiere al menos martillo neumático para su excavación

II Grava Arena

Compacto

Requiere pico para su excavación.

III Arcilla Arcilla arenosa

Duro

No se puede moldear con los dedos. Requiere pico o pala mecánica.

IV Arcilla Arcilla arenosa

Consistente o firme

Se puede moldear con gran presión. Se puede excavar con pala.

V Arena Arena limosa Arena arcillosa

Suelto

Se puede excavar con pala y clavar un bastón de madera de 50 mm2 de sección.

VI Limo Arcilla Arcilla arenosa Arcilla limosa

Blando

Se puede moldear con facilidad con los dedos Se puede excavar rápidamente.

VII Limo Arcilla Arcilla arenosa Arcilla limosa

Muy blando

La muestra vertical en invierno exuda entre los dedos al cerrar la mano.




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.




EFECTOS DEL SUELO SOBRE LA EDIFICACIÓN

CFallos generalizados del sueloCFallos locales del sueloCFallos de las cimentacionesCFallos de la excavaciónCFallos de las estructuras de contención




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




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.




CAVIDADES Y GALERÍAS

Cloaca Maxima.- Tarquino Prisco ( 616-579 a.C.)




CAVIDADES Y GALERÍAS

Capilla de San Ignacio en Buenos Aires.Efecto de túneles subterráneos.Inclinación de las torres.




Anchorage 1964

MOVIMIENTOS SÍSMICOS




Nigata 1964

MOVIMIENTOS SÍSMICOS




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 sueloC Existencia de elementos más resistentes como afloramientos de rocaC Existencia de elementos de menor resistencia como cavidades, zonas saturadas de agua, etc.




FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS

Templo egipcio.





Iglesia de Santa María de Alicante.





Ermita de Santa Eulalia en Barrio de Santa María. Palencia





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





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





Monasterio cisterciense de Santa María de Valdediós. Asturias.





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 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.




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




Arenas Asientos en fase de construcción

Arcillas Asientos diferidos

Distorsión angular

tg θ < 1/500 No se produce fisuración

tg θ < 1/360 Ligera fisuración en cerramientos

tg θ < 1/250 Fisuración visible

tg θ < 1/180 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

l

N N

i j

i j

tg =sj - si

l θ θ≅

ASIENTOS ADMISIBLES




ASIENTOS ADMISIBLES: Asientos provocados por cimentacionespróximas.

12

7.00 m

Edificación nuevaEdificación existente

ss




ASIENTOS ADMISIBLES: Asientos provocados por cimentacionespróximas.

Tipo de edificio Asiento en zona de medianera

Asiento a 7 metros hacia el interior

Edificios monumentales de piedra

3,50 cm 1,60 cm

De muros de carga de ladrillo

5,00 cm 2,40 cm

De fábrica de bloques de hormigón

2,00 cm 1,00 cm

De estructura de hormigón o de acero

5,00 cm 2,50 cm

El desplazamiento horizontal es como máximo ¼ del asiento en la medianera




CARGAS UNITARIAS ADMISIBLES EN ZAPATAS (J.Montoya)Terrenos arenosos σadm en kp/cm2

>7,00>7,35>7,60>8,00>8,40>9,00>9,75>0,80Muy compacta

4,20 a 7,00

4,35 a 7,35

4,50 a 7,60

4,65 a 8,00

5,00 a 8,40

5,40 a 9,00

6,00 a 9,75

0,60 a 0,80

Compacta

1,80 a4,20

1,85 a4,35

1,90 a4,50

2,10 a4,65

2,25 a5,00

2,50 a5,40

2,90 a6,00

0,40 a0,60

Media

0,30 a 1,80

0,30 a 1,85

0,30 a 1,90

0,35 a 2,10

0,45 a 2,25

0,60 a 2,50

0,90 a 2,90

0,20 a0,40

Suelta

<0,30<0,30<0,30<0,35<0,45<0,60<0,90<0,20Muy suelta

5,004,003,002,502,001,501,00

Anchos de zapata en metrosDensidad relativa

Compacidad

Cuando la arena esté bajo el nivel freático estos valores se reducen a la mitad




CARGAS UNITARIAS ADMISIBLES EN ZAPATAS Y LOSAS (J. Montoya)Terrenos arcillosos σadm en kp/cm2

> 3,60> 4,80> 4,00Dura

1,80 )3,602,40 )4,802,00 )4,00Semidura

0,90 )1,801,20 )2,401,00 )2,00Media

0,45 )0,900,60 )1,200,50 )1,00Blanda

< 0,45< 0,60< 0,50Fluida

CONTINUAAISLADA

ZAPATAσadmConsistencia




SEGURIDAD AL VUELCO Y AL DESLIZAMIENTO

Necesaria 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




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

≤




CIMENTACIONES INSUFICIENTES




CIMENTACIONES MUY DISTINTAS

1,2 kp/cm2

Tensión sobre el terreno:

2,8 kp/cm2el terreno:Tensión sobre





Acciones exteriores desfavorablesEn 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 atribuíblesal 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 cuñaC Variaciones de humedad sobre el terrenoC Rotura de tuberíasÁrboles 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.





Barreras antiraíces

Edificio ya construidoya construido

Edificio h

dArena con cemento

Polietileno 4 mm

Arena con sal

0.350.35

2.50

En caso contrario: Barreras antiraíces

d<h árbol aisladod<1.5 h árboles en hilera

h




EFECTO DE LAS RAÍCES








FALLOS DEBIDOS A CIMENTACIONES COLINDANTES

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 apoyoCAsientos producidos por cimentaciones próximasCEfectos de los muros pantalla.




FALLOS DEBIDOS A EXCAVACIONES COLINDANTES




FALLOS DEBIDOS EXCAVACIONES COLINDANTES




LESIONES DE ASIENTO

MOVIMIENTOS GENERALES DEL EDIFICIO

CDeformación convexa.

CDeformación cóncava.

DEFORMACION CONVEXA DEFORMACION CONCAVA




Deformación convexa.




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




MOVIMIENTOS LOCALES DEL EDIFICIO

CAsiento central: corto o largo.

CAsiento extremo: corto o largo.

Fisuras sólo en fase avanzada

fase avanzadaFisuras sólo en

Primera fisura en aparecerPrimeras fisuras



Fisura inicial

ASIENTO CENTRAL CORTO ASIENTO CENTRAL LARGO

ASIENTO EXTREMO LARGOASIENTO EXTREMO CORTO




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




ARCILLAS EXPANSIVAS.




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 variacionesanuales.

• 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.




MOVIMIENTOS DEL SUELO POR ARCILLAS EXPANSIVAS.

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.

Zona protegida de la evaporación.

Curvas de igual nivel de humedad.




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.

Zona demenor asiento

Zona demenor asiento

Pantalla deformada

Zanja

Asiento deesquina

Fisuras(mayor anchuraabajo)

Edificio ya construido '

(Peor si es de fabrica) '

asientomenor Zona de

asientomenor Zona de

asientomenor Zona de Zona de

menor asiento




FISURAS POR ASIENTOS EXCESIVOS










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












Torres inclinadas. Bolonia Torre Garisenda y Torre Asinelli.




Torres inclinadas.




“Y podemos ahorrarnos 700 liras en el informe geotécnico”




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




“Kissing Silos”. Winnipeg (Canadá)




FINPATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN

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