Causas de fallos en las cimentaciones: el desconocimiento de las características intrínsecas del terreno.

En este fragmento, extraído del texto correspondiente al Módulo II del “Curso online de Patología e Intervención de cimentaciones de edificación“, se recogen las  características del terreno más comunes que generan fallos en las cimentaciones de edificios.

 

Las causas más frecuentes de fallos en las cimentaciones son muchas y muy variadas, pero pueden concretarse en las cuatro siguientes:

  • El desconocimiento de las características intrínsecas del terreno.
  • Las deficiencias en el proyecto o en la ejecución de las cimentaciones.
  • Las actuaciones inadecuadas en el entorno inmediato de una cimentación.
  • Las alteraciones del terreno en el entorno inmediato de una cimentación.

A continuación, vamos a comentar breve y ordenadamente cada una de estas causas.

2.1. El desconocimiento de las características intrínsecas del terreno.

De entre las diversas características del terreno cuyo desconocimiento suele ser causa de fallos en las cimentaciones, destacan las siguientes:

  • Composición estratigráfica heterogénea.
  • Presencia de terrenos muy flojos o muy blandos.
  • Presencia de laderas inestables.
  • Presencia de terrenos especialmente problemáticos.

El hecho de que estas características hayan sido o todavía sean desconocidas no debe parecer extraño, al menos en nuestro país. Téngase en cuenta que, en España, la obligatoriedad de encargar un Informe Geotécnico con carácter previo a la redacción del correspondiente proyecto de ejecución es muy reciente. De hecho, hasta la entrada en vigor de la nueva Ley de Ordenación de la Edificación, el Informe Geotécnico sólo era obligatorio para la redacción de los proyectos de viviendas de protección oficial y de edificios de uso público. Y, hasta la entrada en vigor del nuevo Código Técnico de la Edificación, no ha existido en España ningún tipo de reglamentación ni acerca de la planificación de un Informe Geotécnico ni acerca de su contenido. Por ello, aunque se dispusiera de un Informe Geotécnico, no existía seguridad alguna de que en él estuviera reflejada toda la información mínimamente imprescindible.

Como es natural, los fallos en las cimentaciones suelen coincidir con situaciones adversas. Veamos algunos ejemplos:

Una composición estratigráfica heterogénea es aquella en la que el terreno presenta una gran variedad de capas o estratos, cuyo desarrollo en planta y cuyo espesor también son muy variables. Y los fallos suelen ocurrir en aquellos edificios cuyos cimientos apoyan sobre un mismo y único plano horizontal. (Véase Figura 2-1)

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Figura 2-1: Composición estratigráfica heterogénea

 

El origen de esos daños está en el apoyo de cada uno de los distintos elementos de cimentación sobre un conjunto de capas de terreno que presentan una compresibilidad y una capacidad portante diferentes. Por ello y aunque tales elementos de cimentación estuvieran cargados con cargas (P) iguales, los asientos de cada uno de ellos serían diferentes y la distorsión angular (b) entre cada dos de dichos elementos de cimentación no cumpliría la mínima admisible para asegurar la ausencia de daños.

Los terrenos muy flojos o muy blandos suelen causar daños en aquellos edificios de cierta entidad que transmiten cargas considerables al terreno. El origen de esos daños está en el apoyo de la cimentación sobre un terreno cuya capacidad portante es muy limitada y no puede contrarrestar las cargas transmitidas por dicha cimentación. (Véase Figura 2-2).

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Figura 2-2: Daños en edificios apoyados sobre terrenos muy flojos o muy blandos

Las laderas inestables causan daños en los edificios que están construidos sobre ellas. El origen de esos daños es el movimiento generalizado de la ladera, a su vez producido por alguna alteración, natural o artificial, o bien de sus materiales constituyentes o bien de sus pendientes naturales.

Las alteraciones naturales suelen producirse por la presencia de agua, estática o en circulación. Téngase en cuenta que la estabilidad de una ladera depende de la resistencia a cortante del terreno y que dicha resistencia disminuye en presencia de agua. Además, hay terrenos que contienen en el seno de su masa sales solubles o huecos, cuya densidad y cuyo tamaño se incrementan con la presencia del agua y, cuando hay presencia de estos terrenos en una ladera, ese incremento de la densidad y tamaño de los huecos causa la inestabilidad de dicha ladera.

Las alteraciones artificiales suelen producirse o bien por la ejecución de excavaciones (al pie o a media ladera) o bien por la modificación de las pendientes naturales para la construcción de un edificio o de una infraestructura. Téngase en cuenta que, en general, los terrenos tienen una resistencia a cortante muy baja, incluso a veces nula, en ausencia de tensión normal. Por ello, tanto la reducción de peso causada por una excavación como el aumento del ángulo de inclinación de la ladera pueden provocar su inestabilidad. (Véase Figura 2-3).

Figura 2-3: Causas de inestabilidad de una ladera

Cuando una ladera pierde estabilidad, se produce un movimiento de miles de metros cúbicos de tierras, por lo que las soluciones para frenar la progresión de dicho movimiento son muy complejas y de gran repercusión económica. (Véase Figura 2-4)

En otro orden de cosas, hay terrenos que, debido a sus propias características intrínsecas, resultan especialmente problemáticos y constituyen un origen frecuente de los daños que padecen las cimentaciones de los edificios. De entre estos terrenos especialmente problemáticos, cabe destacar los siguientes:

  • Los rellenos artificiales.
  • Las arcillas expansivas.
  • Los terrenos karstificados o con erosión interna.
  • Los terrenos colapsables.

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Figura 2-4: Daños causados por el movimiento de una ladera

2.1.1.    Los rellenos artificiales.

Ningún relleno artificial debería constituir el apoyo de una cimentación, pero lo cierto es que, lamentablemente, son muy frecuentes las patologías causadas por el indebido apoyo de los cimientos sobre esta clase de terrenos, sobre todo cuando corresponden a edificios de escasa entidad. En efecto, en esta clase de edificios de volumen limitado es tan erróneo como frecuente el intento de economizar al máximo, tanto en los gastos derivados de la investigación del terreno (Informe Geotécnico) como en los costes de construcción de la cimentación. En consecuencia, los cimientos se apoyan sobre los rellenos en lugar de atravesarlos, unas veces por el simple desconocimiento de que son rellenos y otras veces por pura tacañería, empeorada por el desconocimiento de que, incluso en ausencia de cargas, todo relleno experimenta notables deformaciones espontáneas.

Hay muchas clases de rellenos y todos ellos son peligrosos para la estabilidad de las edificaciones, pero los peores son los vertederos y, dentro de ellos, los basureros, debido tanto a la heterogeneidad de su composición como a su gran deformabilidad.

Uno de los mayores problemas que presentan los vertederos es el de conocer su localización y su extensión exactas. Con frecuencia, los vertidos en las áreas periféricas de los antiguos cascos urbanos han sido y todavía siguen siendo incontrolados. Y lo que es peor, cuando los vertidos en esas áreas han cesado (realmente, cuando esos vertederos han sido trasladados, porque el crecimiento urbano ha invadido las antiguas áreas marginales), la vegetación natural espontánea se encarga de enmascarar la facies de los vertederos abandonados. Por ello, si no se ha hecho una investigación geotécnica en esas áreas antes de construir, resulta muy difícil y hasta imposible conocer la localización de tales rellenos.

Pero además de la problemática causada por los vertederos, debe considerarse la que se deriva de otras dos intervenciones que han sido desastrosas para la estabilidad de los edificios y que, por desgracia, continúan siéndolo. Estas intervenciones son:

  • El relleno artificial de antiguas vaguadas, hecho con el objetivo de construir nuevas infraestructuras (Véase Figura 2-5) o de crear nuevas áreas de ocupación urbana. En algunas ciudades, como Madrid, esta solución ha sido tan frecuente como peligrosa para la estabilidad de las nuevas construcciones levantadas en esas áreas. Téngase en cuenta que muchos de esos rellenos de vaguadas han ocultado antiguos cursos de agua y han aterrado drenajes naturales. En consecuencia, la base de los depósitos se carga de agua temporal y aleatoriamente. Y, para lo que se refiere a la estabilidad de las construcciones, la combinación de RELLENO + AGUA resulta indefectiblemente ruinógena.

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Figura 2-5: Daños en la calzada de la autovía A-3 en la zona construida sobre el relleno del cauce del arroyo Mingueles.

  • La construcción sobre restos de antiguas edificaciones (Véase Figura 2-6). Esta clase de intervención, tan indebida como frecuente en todas las culturas de las distintas áreas geográficas, obedece a distintos motivos. Unas veces, éstos son de carácter esotérico, aunque también pueden estar relacionados con la comprobación de que el emplazamiento elegido es bueno para edificar. Otras veces (la mayoría de ellas), los motivos de esta mala práctica son de carácter puramente económico y están relacionados con el ahorro de materiales y de mano de obra en todos aquellos elementos constructivos que quedan ocultos a la vista, como es el caso de la cimentación.

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Figura 2-6: Templo medieval construido sobre unas termas romanas en Siracusa (Sicilia).

El principal problema que presentan todos los rellenos es su gran compresibilidad, que depende tanto de su composición (no asienta lo mismo un relleno de tierras que un basurero) como de su espesor (esto es, de la altura del relleno). Pero los rellenos todavía tienen otra característica negativa y es que sus asientos nunca son homogéneos, sino diferentes bajo cada punto. Además, como ya se ha hecho constar, esos asientos pueden producirse espontáneamente en ausencia de carga, porque a través de esos movimientos los rellenos intentan consolidarse y transformarse en un nuevo terreno natural. Ahora bien, en relación con ese proceso de consolidación espontánea, debe tenerse en cuenta que la formación de un suelo requiere cientos de miles de años, por lo que es seguro que cualquier relleno artificial (aunque sea prehistórico) todavía no ha terminado su larguísimo período de consolidación.

De acuerdo con todo lo que se acaba de exponer, no es extraño que los daños en los edificios cimentados sobre rellenos sean, aparte de los más frecuentes, los más graves y espectaculares. Además, las grietas que acusan tales daños no presentan ninguna ley, sino que suelen orientarse en todas direcciones.

En ocasiones y aunque la generalidad de una edificación esté debidamente cimentada, sus elementos secundarios (aceras, escaleras, soleras, etc…) han sido construidos directamente sobre rellenos, sin ninguna clase de tratamiento ni de precaución. Y, como es lógico, esos elementos son los que presentan daños. Un caso bastante frecuente es el que se presenta, a título de ejemplo, en la Figura 2-7, en el que la construcción de una parte de la urbanización interior de una parcela (una acera y una zona de la calzada) ha sido realizada sobre los rellenos exteriores del muro de contención del sótano del edificio.

Figura 2-7: Urbanización interior de una parcela sobre los rellenos del muro de contención de sótano del edificio.

Como ya se ha apuntado, el mayor agravante de los problemas padecidos por las construcciones sobre rellenos es el AGUA, cualquiera que sea su origen (natural o artificial). De hecho, las instalaciones de agua presentes bajo los edificios constituyen un origen muy frecuente de daños y, en particular, las canalizaciones de saneamiento enterradas resultan muy conflictivas. Téngase en cuenta que cuando el terreno de rellenos se mueve, se producen desconexiones y roturas en los tubos y en las arquetas de los saneamientos enterrados y las aguas residuales que fluyen a través de esas desconexiones y roturas embeben los rellenos, acelerando sus movimientos, con lo cual aumentan las roturas en número y en amplitud hasta que todas esas aguas residuales acaban disipándose directamente a los rellenos, provocando su imbibición y su hundimiento.

La nociva presencia de agua sobre terrenos de relleno también puede deberse al riego de una zona ajardinada o al baldeo de espacios libres o al mal funcionamiento de implantaciones deportivas (muy frecuentemente de las piscinas) o a la simple presencia del agua de lluvia. En todos los casos, el efecto final es el mismo: hundimiento del relleno y roturas en los elementos constructivos que apoyen sobre él.

2.1.2.    Las arcillas expansivas.

Las arcillas expansivas son terrenos cuyos minerales constituyentes presentan la propiedad de cambiar de volumen cuando varía su humedad, experimentando o bien hinchamientos cuando aumenta dicha humedad o bien retracciones cuando ésta disminuye (Véase Figura 2-8).

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Figura 2-8: Retracciones en arcillas expansivas.

Por ello y aunque en toda la geografía española la presencia de arcillas expansivas puede ser calificada de razonablemente frecuente, sus efectos patológicos solamente suelen ser conocidos (por cuanto son padecidos) en aquellas zonas climáticas que experimentan las variaciones de humedad más notables, esto es, desde la submeseta inferior hacia el sur.

En concreto, la patología debida a la presencia de arcillas expansivas suele presentarse en aquellas regiones cuyo balance hídrico es negativo y los daños en los edificios construidos sobre arcillas expansivas suelen manifestarse después de un largo período de sequía.

La zona en la que la arcilla se ve afectada por los cambios de humedad y, en consecuencia, por los cambios de volumen, se denomina ZONA ACTIVA. Su profundidad es variable, en función de la climatología (variaciones estacionales) y de la existencia de niveles de agua permanentes en el terreno. En España, esa profundidad oscila entre los 3 metros y los 6 metros.

Tal y como puede apreciarse en la Figura 2-9, en una excavación realizada al final del verano, el terreno más somero se presenta muy seco y va aumentando su humedad con la profundidad hasta alcanzar una humedad de equilibrio. Por el contrario, si dicha excavación se hiciera al final del invierno, el terreno más somero se presentaría muy húmedo y su humedad iría disminuyendo con la profundidad hasta alcanzar esa misma humedad de equilibrio.

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Figura 2-9: Variación estacional de la humedad en función de la profundidad.

En consecuencia, no cabe duda de que el riesgo de movimientos de una cimentación apoyada sobre arcillas expansivas será mayor cuanto menor sea la profundidad de su plano de apoyo, ya que ese plano más somero es el que está sometido a las mayores variaciones de humedad. De hecho, ese riesgo solamente desaparece cuando la profundidad del repetido plano de apoyo sobrepasa la zona activa.

El movimiento más característico de una edificación construida sobre arcillas expansivas es el denominado “movimiento convexo” o “de quebranto”. Este último calificativo es muy acertado, porque se trata de un movimiento en el que se combinan hinchamientos bajo el centro del edificio con asientos bajo sus bordes. Y al igual que le sucede a un barco cuando queda sobre la cresta de una ola, los extremos laterales del edificio quedan trabajando en ménsula y la construcción se agrieta, principalmente, en su coronación. (Véase Figura 2-10).

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Figura 2-10: Movimiento convexo de un edificio construido sobre arcillas expansivas.

Este movimiento es una consecuencia directa de la simple presencia de la propia edificación, la cual funciona como un tapón que favorece la acumulación de humedad bajo su centro, salvo en el caso de que en el plano de contacto entre el edificio y el terreno se disponga una cámara de aire ventilada: el denominado “vacío sanitario”. Esa acumulación de humedad bajo el centro del edificio es el origen de los hinchamientos de solados y soleras y puede agravarse por la presencia de desconexiones y roturas en las canalizaciones de agua enterradas que tenga el propio edificio (y en particular en las del saneamiento), por cuanto éstas no suelen estar preparadas para afrontar los movimientos del terreno.

En las temporadas de sequía, la humedad disminuye en los bordes del edificio, causando las retracciones que constituyen el origen de los asientos en dichos bordes. Esas retracciones pueden agravarse por la presencia de arbolado en el entorno inmediato de la edificación, habida cuenta de que las raíces se extienden hacia las zonas más húmedas (hacia el centro del edificio) y, en su recorrido, desecan todavía más el volumen de terreno que les queda más cerca. Y allí, bajo el centro del edificio, las raíces encuentran y rompen las canalizaciones de agua enterradas, generando las correspondientes pérdidas, las cuales, a su vez, favorecen nuevos hinchamientos del terreno y nuevas roturas de las instalaciones. En resumen, todavía aumenta más la diferencia de humedad entre la zona central y los bordes del edificio, con lo que también se incrementa el movimiento general del mismo.

El movimiento de quebranto es muy peligroso para la estabilidad general de los edificios, porque la importancia de los daños depende, principalmente, de la resistencia a tracción que el edificio posea en su coronación, resistencia que suele ser muy reducida, ya que se debe exclusivamente a la que pueda proporcionar el zuncho de atado en esa coronación, cuando lo hay.

Otra patología característica de los edificios apoyados sobre arcillas expansivas es la que se deriva de las acciones de empuje, que pueden actuar sobre las estructuras de contención y sobre los propios elementos de cimentación.

En efecto, los movimientos de un terreno expansivo en la zona activa no son exclusivamente verticales, sino también horizontales, de resultas de lo cual causan unos empujes muy considerables, sobre todo en las capas más superficiales, las cuales, obviamente, son las más expuestas a los cambios de humedad.

2.1.3.    Los terrenos karstificados o con erosión interna.

Estos terrenos presentan en el seno de su masa huecos o cavidades, que pueden haberse formado de manera natural o artificial.

En los terrenos calizos y en los yesíferos, las cavidades se forman de manera natural, porque en su composición intervienen sales solubles que son disueltas y arrastradas por el paso del agua, cualquiera que sea la procedencia de ésta. Este proceso natural de disolución se denomina karstificación. (Véase Figura 2-11).

Pero los huecos y cavidades también pueden haberse producido de manera artificial, como consecuencia de la erosión interna del terreno derivada de las actividades extractivas correspondientes a la ejecución de túneles, pozos y galerías.

Cualquiera que sea el origen de esas cavidades, natural o artificial, el principal problema que se presenta en esta clase de terrenos es la localización de los huecos, porque su distribución es errática y resulta extremadamente difícil el conocerla mediante las campañas usuales de investigación del terreno. Con suerte, el Informe geotécnico puede llegar a describir la presencia de huecos o cavidades en la masa del terreno, o bien porque hayan sido localizados en alguno de los reconocimientos realizados o bien porque se tengan noticias de su presencia en el entorno de la zona investigada. Pero lo que no resulta posible es conocer ni la localización exacta de todos los huecos, ni la densidad de su presencia, ni su tamaño. En consecuencia, no se puede asegurar que una cimentación construida sobre esta clase de terrenos no apoya sobre algún hueco. De hecho, solamente se tendría esa seguridad si se hubiera hecho un punto de reconocimiento del terreno por cada punto de cimentación. Y aun así, en el caso de terrenos kársticos en presencia de agua, después de haber construido la cimentación podrían formarse nuevos huecos o aumentar el tamaño de los existentes.

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Figura 2-11: Terrenos karstificados.

2.1.4.   Los terrenos colapsables.

Los terrenos colapsables son aquellos que, en presencia de agua, experimentan un asiento súbito (“de colapso”), debido a la disolución de las sales presentes en los contactos entre sus partículas. Esta disolución puede deberse a la circulación natural del agua, pero también a la indebida presencia de ésta, causada por pérdidas en las redes de las instalaciones enterradas.

Cualquiera que sea su origen, el colapso del terreno provoca su hundimiento y, en su caso, el movimiento diferencial de los elementos de cimentación que estén apoyados sobre él.

1 comentario
  1. P
    Pedro Aruzmendi Dice:

    Así es. La estabilidad de una estructura depende en gran medida de las condiciones del terreno sobre la que se asienta.
    Lamentablemente en muchas ocasiones no se le da la importancia que debería, escatimandose en recursos para la campaña de investigación del terreno, lo cual genera, por desgracia, muy serios problemas con graves consecuencias.
    De aquellos polvos vienen estos lodos, se suele decir.
    Esperemos que la necesidad de un correcto estudio geotécnico sea asimilada e interiorizada por todas las partes involucradas y a todos los niveles en todo tipo de obras de edificación e infraestructuras.

    Responder

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