Sistemas de fundación – excavación y cimentación en forma correcta

La construcción de los cimientos es una de las etapas críticas de la obra. En primer lugar, porque se hace casi imposible determinar con exactitud el tiempo que nos demandará salir a superficie, básicamente, por los impredecibles avatares climatológicos. Y en segundo lugar, porque la obra se transforma en esta primera etapa en una interminable “montaña rusa” donde se acumula tierra producto de las excavaciones, hierro que espera para ser trabajado, cemento, arena y piedra (si no trabajamos con material elaborado en planta hormigonera), una casilla de obrador generalmente al fondo del lote ocupando un lugar importante, etcétera.

Además de todo, esto hay cuidados que sin duda se deben considerar, como es el caso de la submuración de las fincas linderas. Lo normal es dejar un pasillo de aproximadamente 0,60 metros y ejecutar hacia el centro del terreno un terraplén a 45º que actúa como muro de contención. Se procede luego a cortar en intervalos iguales la tierra hasta contactar el muro divisorio. Ahí se ejecuta el muro de submuración en hormigón armado o en albañilería (el primero es el más común).
Se puede ver que los constructores, por apuro o desidia, no recalzan el muro lindero con absoluta rigidez, cualquiera sea el sistema de submuración elegido. Inexorablemente, eso va a producir grietas, con sus consiguientes problemas de todo tipo en la finca vecina.

Completado el perímetro de submuración, y ya en la ejecución de las bases, habrá que ejecutar un llamado “hormigón de limpieza” que tomará la superficie de apoyo de éstas. El mismo deberá ser superior a 0,07 metros y de alta compacidad.

No debemos olvidar que las fundaciones de -1,80 a -3,00 metros o más se pueden transformar en trampas mortales para los operarios o el mismo director de obra. Esto puede suceder debido a que la tierra, por más compacta que nos pueda parecer se desmorona. Y para colmo, sin aviso previo. Esto lleva a la necesidad de encofrar con tablestacados el perímetro de la fundación.

Las parrillas que constituirán la base se deberán despegar del suelo mediante piedras o separadores plásticos con el objeto de lograr un perfecto recubrimiento de los hierros con hormigón, que tiene una importante función reductora de la oxidación.

Si estamos trabajando con columnas de medianera o vigas de encadenado, en el primero de los casos debemos prever los pasacaños de conducción de agua, luz, gas o cualquier otro elemento que abastezca la obra. Estos serán de algún material inoxidable (hierro galvanizado, PVC rígido, bronce) y de una sección mayor al conducto que luego pasará por su interior. Valga éste consejo para evitar luego la rotura de columnas o caños zigzagueantes bordeando las columnas, con sus correspondientes enchapes o enmascaramientos. Si hubiera tensores, es fundamental encofrarlos y llenarlos con hormigón para protegerlos contra la corrosión. Vale acotar que se deberá prever que los caños de desagüe pluviales pasen por arriba de estos tensores (o vigas de encadenado). En tanto que los cloacales lo hagan por debajo, para lo cual se deberá hacer el cálculo de las pendientes antes de establecer su nivel de fundación.

Sistemas de fundaciones

Recordemos que la acepción subsistema hace referencia a una parte del que damos en llamar sistema total de la carcasa, organismo único y total con interdependencias de tipo estructural, murario, fundacional, higrotérmico, etcétera. Para desarrollar el subsistema en cuestión habría que puntualizar qué tipos de fundaciones habitualmente usamos y cómo se comporta cada una según distintos requerimientos.

Zapata corrida de hormigón pobre. Se trata de una mejora tecnológica de la zapata escalonada de ladrillos comunes. Decimos mejora tecnológica puesto que la alta demanda de material y mano de obra que ésta exigía hizo que cayera lentamente en desuso. La descarga a tierra de peso propio y sobrecarga de una zapata corrida de hormigón pobre establece un ángulo de aproximadamente de 60º, contra 45º de la anterior. Su dosaje es similar al que se usa en la ejecución de contrapisos (HHRP 1:1/4:4:8) aunque con una mayor proporción de cemento (1:1/2:4:8). Pero, al generar una descarga uniformemente repartida puede suceder, y sucede, que ante la menor subpresión por presencia de arcillas expansivas o discontinuidad del suelo por asentamientos hace que no resista esfuerzos de tracción. Para evitar esto, una vez conformada la zapata se debería apoyar una viga de encadenado que actúe como un aro repartidor de cargas. O bien, si las cargas no son considerables, ejecutar sobre el coronamiento de esta zapata una carpeta cementicia que recibirá hierros que deben ser protegidos por otra carpeta cementicia con dosaje 1:3.

Otra opción un poco más costosa pero más efectiva es la de realizar por debajo de la zapata corrida una losa de hormigón armado continua de aproximadamente 0,08 metros de espesor, la cual tomará a su cargo los esfuerzos de flexión.

Recordemos también que estas fundaciones, por su composición, son de alta higroscopicidad, por lo que se deben ejecutar en suelos secos o con un tenor de humedad bajo. Es muy importante entonces la profundidad de ejecución y la lejanía a napas freáticas altas.

Vemos así con frecuencia que las fisuras que se pueden generar en los muros que se apoyan sobre esta zapata deben su origen al lavado de la subrasante, a su dilatación hidráulica o a la aparición de desblocamientos por discontinuidad. Una buena solución, y muy económica, sería la de apoyar estas bases sobre una manta de polietileno de alta densidad (200 micrones) de modo tal que se desvinculen del suelo.

Si se perdiera continuidad estructural por desblocamiento descendente, se debe recalzar el sector en colapso con hormigón de alta compacidad (una técnica efectiva es la de usar micropilotes, se detalla más adelante), cuya relación agua cemento sea de aproximadamente 0,60 metros. Esta tarea, si bien es engorrosa, restablecerá el equilibrio y a partir de este momento se podrá reparar el muro.
En el caso de detectar expansión de supresión por presencia de arcillas, se deberá desecar el terreno o bien impedir el acceso de agua de lluvia a las bases mediante la ejecución de veredas perimetrales con pendiente hacia afuera. Este caso es de más difícil control puesto que, si la mampostería transmite al terreno cargas de 2 kg/cm2, las arcillas expansivas (en particular las esmectitas) pueden hacerlo en sentido inverso con valores de 4 kg/cm2. Lo antes dicho obliga a entender el conjunto base-muro como un subsistema clave para el comportamiento integral de la carcasa.

Fundaciones puntuales de hormigón armado (bases aisladas). Es un sistema que, al vincular entre sí las descargas puntuales con vigas de fundación, hace trabajar al conjunto hiperestáticamente mejorando notablemente su comportamiento. Es así como el muro, que a partir de su apoyo en estas vigas desarrolla funciones portantes, lo hará en forma más homogénea. El hecho de apoyar en un marco rígido de columnas y vigas impedirá muchas deformaciones, que, de producirse, serían atribuibles a su propia constitución.

Una vez ejecutado este marco para apoyo de los muros, la vinculación se establecerá a través de hierros que, inmersos en la masa del hormigón, anclarán mecánicamente al mampuesto. Una de las patologías comunes de observar es que cuando el muro se asienta deja un espacio entre el fondo de viga y su coronamiento. Muchos constructores se apuran a acuñar con mortero de cemento este paño de muro sin dejar un tiempo razonable de asentamiento, lo que provoca la reaparición de la fisura horizontal en este punto. Una mejor solución es ejecutar ese acuñamiento con morteros que contengan algún ligante acrílico para conferir mayor elasticidad al mortero.
Una de las características del hormigón es que cuando se humecta se dilata, pero una vez que las condiciones higrométricas vuelven a su estado anterior, recupera su volumen original. Esto no sucede con la mampostería y en especial la de cerámica roja que una vez que absorbió agua, pese a que se seque, retiene su nuevo volumen.

Este comportamiento nos obliga a humectar convenientemente los mampuestos antes de su colocación puesto que de no hacerlo, no sólo “robarán” el agua de los revoques o de amasado sino que mal podrán acompañar al hormigón en caso de una humectación posterior.

Plateas superficiales o profundas. Este sería el caso de una máxima superficie de distribución de cargas (tensión es igual a carga sobre superficie) por lo que las cargas murarias actúan uniformemente repartidas. En consecuencia, si la platea no sufre deformaciones tampoco las habrá en los muros.

Sólo deberemos tener en cuenta que, si descarga un peso muy elevado sobre la platea, convendrá reforzar la cuantía de los hierros a lo largo de ese sector de apoyo. Por último, y pensando que este sistema de fundación se aplica a terrenos de baja capacidad portante (menores a 1,5 kg/cm2), se deberá prever una vereda perimetral de un mínimo de 0,60 metros para alejar las aguas de lluvia de los bordes y evitar así el “lavado” de dichos bordes de apoyo. En el caso de vernos obligados a trabajar entre medianeras y que esa vereda no pueda materializarse será conveniente ejecutar una viga “L” de borde que al descender emblocará el total de la platea.

Pilotines más viga de encadenado. Vale lo antes dicho en zapatas corridas o en vigas de encadenado, solo que se deberá tener en cuenta que todo el sistema murario deberá estar apoyado sobre encadenado y pilotín. Cuando decimos todo el sistema, nos referimos a poner en crisis la costumbre de muchos constructores que suponen que el hecho de apoyar tabiques livianos (de ladrillos de 0,10 metros o de roca de yeso) sobre el contrapiso es suficiente. Nada es más inexacto, dado que el contrapiso no configura una estructura resistente: sus funciones son dar pendiente, aislamiento térmico u ocultar cañerías.

Los pilotines, cuyo distanciamiento entre centro de ejes promedia 1,50 metros, trabajan más por fricción lateral que a rebote de punta, ya que su profundidad, promedio 1,20 metros, no llega a encontrar un terreno de alta compacidad (ejemplo: 5 kg/cm2).

Micropilotes. Consiste en una perforación de pequeño diámetro (entre 80 y 300 mm) realizada con un taladro, en la que se introduce una armadura metálica formada por tubos, barras o perfiles, que se sella después en el terreno mediante la inyección de mortero o lechada de cemento. Así se consigue la transmisión de cargas a estratos profundos y de capacidad portante, teniendo en cuenta solamente la resistencia por fuste en la mayoría de los casos.
Dadas las características de los equipos y sistemas de perforación empleados, se pueden atravesar todo tipo de terrenos y trabajar en espacios reducidos, como por ejemplo en sótanos de edificios. Las aplicaciones más usuales son los recalces de fundaciones de estructuras dañadas por asientos diferenciales, apoyo de nuevas fundaciones y pantallas discontinuas para protección de excavaciones.

El equipo de ejecución de micropilotes consta básicamente de una perforadora que progresa en el terreno o en el cimiento a recalzar, a rotación o a roto-percusión, con extracción del detritus (descomposición animal o vegetal) con aire o agua. El equipo de inyección va dotado de una mezcladora de alta turbulencia, con obturadores simples o dobles cuando la lechada de cemento se realiza en varias fases.

La ejecución de un micropilote se inicia con la perforación del terreno hasta la profundidad del proyecto, que se efectúa normalmente a roto-percusión, con martillo de fondo o en cabeza al amparo de tubería de revestimiento y varillaje interior por la que circula el fluido de refrigeración (aire o agua) hasta su salida por un elemento de corte del terreno.

Una vez concluida la perforación, se procede a la colocación de la armadura, que siempre debe de ser tubular aunque a veces viene reforzada por hierros aletados. Esta tubería puede incorporar tubos manguito cuando en el micropilote se va a realizar una inyección repetitiva, sea selectiva o no. Los límites elásticos de los aceros utilizados oscilan entre 2.400 y 5.600 kg/cm2.

La inyección global del micropilote se realiza a continuación, retirando simultáneamente la tubería de revestimiento. La misma se ejecuta a través de un tubo flexible o de la propia tubería, desde el fondo del taladro y hacia arriba, desplazando en su camino los posibles detritus. Si la inyección es repetitiva, se realiza en varias fases a través de las válvulas y de los tubos manguito con ayuda de obturadores.
La ejecución de los micropilotes obliga a llevar un control tanto de la ejecución como de la calidad de los materiales. Básicamente se controlan los empotramientos en el terreno resistente y los espesores atravesados de cimientos antiguos, la calidad del acero de las armaduras, la dosificación del hormigón, su resistencia a 7 y 28 días y los parámetros fundamentales de la inyección (presión de inyección, volumen máximo por manguito, viscosidad de la mezcla, agua libre, número de re inyecciones, etcétera).

La técnica del micropilotaje encuentra su principal campo de aplicación en el recalce de estructuras existentes dado que, normalmente, no necesitan de estructuras auxiliares para desempeñar su misión. Las principales causas que pueden motivar el uso de micropilotes son:

-Aumento de cargas sobre fundaciones existentes, por ampliaciones no prevista en el proyecto originario de la estructura.

-Asientos de estructuras, motivados por un mal dimensionamiento en el proyecto o por causas externas que debiliten el terreno sobre el que descansa la fundación existente.

-Obras de contención de taludes.

-Fundaciones sometidas a tracciones

-Fundaciones de muelles y obras portuarias

La técnica del micropilotaje se emplea habitualmente como solución estructural en las fundaciones que necesitan ser reparadas.
La transmisión de las cargas de la estructura a los micropilotes se efectúa en obras de recalce a través de las zapatas existentes si su grado de calidad e integridad son suficientes, o creando nuevos cimientos conectados a los antiguos. En las obras nuevas, esta conexión o agrupamiento se realiza a través de los cabezales. En obras de recalce y refuerzo de cimentaciones, los micropilotes presentan una serie de ventajas:

-La eliminación de obras complementarias de unión de los micropilotes a la estructura.

-Las obras a ejecutar se pueden programar en tiempo y costo.

-El sistema permite la continuidad del desarrollo de actividades (por ejemplo, en naves industriales); no es necesario desalojar un edificio en el que se trabaja en el sótano. En las obras sobre carreteras, puentes o viaductos se reducen al mínimo las molestias para el tráfico de vehículos.

-Los micropilotes inclinados absorben también pequeños esfuerzos horizontales.

-La realización de las perforaciones no transmite sacudidas a las estructuras a recalzar ni a edificios adyacentes.
Las características, tanto geométricas (longitudes, secciones, disposición, número por zapata) como estructurales (armadura, calidad de los materiales) de un recalce con micropilotes vienen determinadas por las cargas a fundar, las características georresistentes del terreno y la geometría e integridad de las bases a recalzar.

Asimismo, el micropilote debe tener capacidad suficiente para absorber las cargas de compresión, de tracción, corte o flexión.

Problemas en cimentaciones profundas: grupos de pilotes La fundación por pilotaje se suele plantear cuando no es posible una solución de fundación superficial.

En general, se trata de una solución técnica eficaz en la que comparativamente la siniestralidad es menor. Los problemas tienen su origen en la ausencia o insuficiencia de un correcto ensayo de suelo, en una mala interpretación de sus resultados, en una ejecución defectuosa o, en último término, en una agresión por el suelo contiguo.

Economizar en el ensayo de suelos puede llevar a pilotes anclados a una profundidad insuficiente o a tipos de fundación inadaptados al terreno.
El programa de reconocimiento debe comprender, como mínimo, un sondeo con toma de muestras alternadas para la identificación del terreno in situ. El estudio considerará al menos a dos métodos de reconocimiento (presiómetro y penetrómetro) para poder confirmar los resultados. La profundidad de los sondeos (en el caso de pilotes) debe superar al menos en 7 diámetros, con un mínimo de 5 metros, la cota prevista para la punta de los pilotes. El efecto provocado en el caso de grupos de pilotes puede llevar a incrementar la recomendación precedente.
La composición del suelo puede ser muy compleja, por tal motivo los resultados de los sondeos requieren una correcta interpretación. En el caso de utilizar grupos de pilotes en un mismo terreno, la interacción de cargas no será la misma si se trata de un pilote aislado que si se trata de un grupo de pilotes. En el último caso, la zona de influencia de las tensiones será más amplia y más profunda.

En terrenos compresibles que no han sido previamente identificados, nos podemos encontrar con asentamientos significativos. El ahorro que el director de una obra puede conseguir con el estudio del suelo no se encuentra en el importe de dicho estudio. Más bien al contrario: un ensayo de suelos cuidadoso permitirá que se optimicen las soluciones y, en consecuencia, que se abaraten los costos.

HORMIGON ARMADO EN ELEVACION

Los problemas patológicos en estructuras de hormigón armado no son nuevos. Se presentan apenas aparece el propio material: el hormigón. Es a partir de los años sesenta cuando se puede decir que el estudio patológico del hormigón armado empieza a adquirir importancia y su desarrollo ha ido creciendo de una forma notable hasta nuestros días.

Gracias al avance en el análisis patológico hoy se sabe mucho más sobre durabilidad de las estructuras, el conocimiento actual sobre el comportamiento mecánico y de durabilidad del hormigón armado es tan amplio y profundo que no existe justificación alguna para hacerlo mal. Sobre cualquier problema del hormigón existen infinidad de artículos escritos fruto de investigaciones serias y, por supuesto, códigos y libros, y son incontables el número de ponencias presentadas en congresos muchos de ellos monográficos sobre este tema.

Las causas que pueden provocar lesiones en una estructura de hormigón armado pueden ser muchas y muy variadas, y pueden estar relacionadas, como lo hemos mencionado con anterioridad con el propio proyecto o diseño, con la ejecución o materialización del hecho constructivo, con los materiales y su calidad, y con el uso o explotación de la estructura, así como su correspondiente mantenimiento. Analizando las causas de fallas en estructuras de edificios se puede ver que la media europea se distribuye en un 42 % de fallas debidas a deficiencias en proyecto, un 22 % a deficiencias en ejecución, un 15 % a materiales, un 10 % a fallos en condiciones de uso y mantenimiento y un 5 % a causas varias diferentes de las anteriores.
Durante la construcción se puede decir que aparecen el 45 % de todas las fallas; durante el plazo de garantía el porcentaje se reduce al 17 %; entre los 7 y 10 años aparece el 37 % de las patologías y después de los 20 años se puede decir que las fallas se minimizan (no superan el 1 %).
Los orígenes de las lesiones pueden proceder de acciones de tipo mecánico, físico, químico, electroquímico o biológico.

Por supuesto que las lesiones producidas a edades cortas suelen tener su origen en acciones de tipo mecánico y físico. Las de origen químico precisan del paso del tiempo para que sus efectos se manifiesten, aunque también es cierto que una vez que han aparecido es mucho más difícil encontrar soluciones de reparación.

El proceso de diagnóstico, como se ha indicado, es imprescindible dado que va a permitir conocer la enfermedad y determinar el estado en que se encuentra el enfermo, es decir, evaluar sus reservas o su capacidad resistente. Y realizar un pronóstico que puede ser optimista, en cuyo caso la estructura podrá recuperar sus características resistentes mediante una reparación. O podrá ser pesimista: la estructura tendrá que sufrir amputaciones o hasta demolición.
Quizás uno de los síntomas más elocuentes en cualquier estructura dañada o con lesiones sean las fisuras. Dependiendo de su localización, forma, trayectoria, evolución en el tiempo, que sean “muertas” o “vivas” (es decir, estabilizadas o no), condiciones ambientales, etcétera, es fácil en la mayoría de los casos establecer un diagnóstico, o bien tener una buena base de partida para seguir investigando.

Las fisuras pueden tener su origen en acciones de tipo mecánico (tracción, corte, torsión, flexión, compresión); en acciones de tipo químico (ataque por ácidos, reacción árido-álcali, ataque por sulfatos, etcétera); en acciones de tipo electroquímico (corrosión de armaduras); en acciones de tipo físico (contracciones y dilataciones térmicas, heladas, fuego, cristalización interna de sales, etcétera); en acciones de tipo reológico (retracción plástica o de secado, etcétera).
Generalmente las fisuras se encuentran catalogadas y se puede tener una idea bastante acertada de su posible origen.

Otros síntomas muy frecuentes en áreas costeras y en zonas con atmósferas industriales son los desprendimientos de esquinas e incluso del recubrimiento de las armaduras como consecuencia del ambiente corrosivo. Pueden existir aniones, tales como cloruros, y la aportación de agua y oxígeno, que van a facilitar la aparición de corrientes de intensidad adecuada para que se establezca una pila galvánica entre la armadura y su entorno.