Una problemática relevante en la construcción es la presencia de suelos arcillosos expansivos, cuya principal característica es la de producir movimientos como consecuencia de hinchamientos y retracciones del subsuelo sobre el cual apoya la cimentación, debidos a cambios de humedad y que provocan en la mayoría de los casos daños estructurales importantes. Este problema encontramos en la Basílica de Paita donde las arcillas expansivas presentes en el suelo han deteriorado notoriamente la estructura y siendo un lugar muy concurrido por el público se convierte en un peligro latente para las personas que frecuentan dicha estructura.

Introducción

La basílica de Paita

La Basílica Nuestra Señora de la Merced, se encuentra ubicada en el llamado," cerro de las cruces ", ya que anteriormente existía ahí, tres cruces, las cuales, afirman las tradiciones, pertenecían a las tumbas de tres soldados, chilenos los cuales juntos con Linch, cometieron una serie de abusos en dicha ciudad, motivando la indignación de la población que se unió para matarlos y enterrarlos en la punta de un cerro con la intención de que las futuras embarcaciones que llegaran a Paita, vieran lo que les había sucedido a los malhechores . Fue construida hace 40 años con tecnología innovadora que hace uso de cáscaras ligeras en concreto reforzado. Esta gran obra de estilo gótico, en cuyo interior lo que más destaca es la imagen de la Virgen de las Mercedes, la cual parece haber sido confeccionada por escultores de la escuela Quiteña, su rostro moreno claro y hermoso, muy agradable respira por decirlo así, a la vez dulzura y majestad pareciendo cosa del cielo. Su forma se compone de 4 hiperboloides independientes, conectados solo en la base por 4 apoyos. La superficie total del techo es de 1 400 metros cuadrados La construcción de la Basílica tiene forma de estrella y representa la estrella de la Evangelización, el nuevo santuario de la virgen, presenta líneas modernas, amplios bautismales, confesorios y un altar hecho con plata ahumada. Además, lo artístico de la obra son los vitrales, que se destacan en su alrededor, cuyos diseños presentan aún grupo de pescadores realizando su cotidiana labor, apreciándose también, la eterna " luna de Paita " y algunos luceros. Estos hermosísimos diseños, fueron creados por el artista Adolfo Winternitz . La Basílica la Merced toma un tono distinto en el mes de Setiembre porque es visitada por miles de peregrinos y fieles que acuden a Paita, para venerar a la Virgen en su santuario. Esta festividad religiosa es verdaderamente impresionante.

Particularidades

En ella se encuentra la imagen original de la Virgen de Las Mercedes, y tiene una antigüedad de 450 años en la Región Piura.

Estado actual

Se encuentra en regular estado de conservación, ya que estudios han determinado que la estructura a sufrido un desplazamiento de varios centímetros lo cual han formado unas grietas en la cascara que componen el techo y en las vigas del borde, por lo cual tendría que ser restaurada para evitar su deterioro total.

Observaciones

Agrietamientos

Las grietas de contracción son fisuras relativamente anchas respecto a su longitud, que se abren al contraerse el suelo o una roca. Su formación constituye un fenómeno característico de los suelos arcillosos que, al desecarse, forman una red poligonal de esas grietas de retracción. Ciertas capas del subsuelo conservan la huella de grietas que una vez abiertas se llenaron de arena, lo cual impidió que la humedad ulterior volviera a obturarlas.

Por su parte, las grietas de cuña son verticales, producidas mayormente en las regiones frías del globo formadas tras la congelación rápida del suelo. Miden uno o varios decímetros de anchura (excepcionalmente metros), uno o varios metros de largo y hasta 10 m de profundidad.

Una grieta es una abertura larga y estrecha producto de la separación de dos materiales. En Geología se pueden distinguir dos tipos comunes de grietas: las grietas de contracción y las grietas en cuña.

Fallas por compresión

El acero no tiene oportunidad de fluir y la concreta falla repentinamente. Estas secciones son llamadas sobre-reforzadas. La resistencia de una sección sobre-reforzada es mayor que la de otra sub-reforzada de dimensiones similares. Sin embargo, la primera no tiene comportamiento dúctil y el tipo de colapso no es conveniente. En el diseño se evita este tipo de falla pero en el caso de la basílica de Paita se ve esta problemática.

Una de las consecuencias de la insuficiencia de muros portantes es la denominada "falla por corte" (agrietamiento o rajadura), tal como se muestra en la figura lo que es considerado como un problema estructural grave.

ARCILLAS EXPANSIVAS

Naturaleza y comportamiento de las Arcillas expansivas

Falla de corte

Las arcillas expansivas, pertenecen a un grupo mineralógico muy amplio de materiales de naturaleza química silícea denominados silicatos. Dentro de estos, en función de la distribución de los tetraedros se clasifican sistemáticamente dentro de los Filosilicatos o silicatos laminares. Así, a grandes rasgos y en función del tipo de arcilla, entre lámina y lámina, se emplazarán en mayor o menor medida las moléculas de agua que producirán el hinchamiento.

Las arcillas provienen de la alteración físico-química por acción principalmente del agua, de minerales que forman parte de otras rocas preexistentes, en función de que roca se altera y en que grado, se originan una serie de minerales denominados “minerales de la arcilla”.

Los materiales arcillosos que son susceptibles de sufrir hinchamiento o procesos de expansividad, que permiten una entrada muy grande de agua entre las láminas de su estructura, son principalmente los pertenecientes al grupo de las esmécticas.

Cuando el catión interlaminar es el sodio, las esmectitas tienen una gran capacidad de hinchamiento, pudiendo llegar a producirse la completa disociación o separación de las láminas, teniendo como resultado un alto grado de dispersión y un máximo desarrollo de propiedades coloidales, que dan lugar a propiedades especiales como las de los lodos estabilizadores tixotrópicos o bentonitas.

El comportamiento de este tipo de suelos frente a los cambios de humedad (Causado con los cambios estaciónales debido a los ciclos de humectación-desecación) da lugar a la variación de su volumen, produciéndose movimientos por los asentamientos diferenciales de la cimentación, lo

que puede llevar a la estructura a soportar esfuerzos superiores a los previstos en cálculo y producir patologías no admisibles, que pueden ser:

Grietas vertical e inclinada en ambos sentidos :

Estos suelos provocan problemas de arrufo y quebranto combinados por empujes horizontales, que se manifiesta en figuraciones en paramentos de fachadas:

Por arrufo o cedimiento de la cimentación en la parte central del edificio.

Por quebranto o cedimiento de la cimentación en dos extremos al mismo tiempo.

Fisuración y rotura de elementos estructurales:

Fisuración de cortante en nudos de entramado, trabajo en ménsula con grietas horizontales y/o inclinadas, rotura de forjados, vigas, muros de carga con grietas inclinadas y horizontales, etc. El asiento diferencial excesivo da lugar al movimiento de los pilares o grupos de pilares, superándose el límite elástico de algunos elementos estructurales.

Rotura de cimentación:

Zapatas aisladas y/o corridas: despegue de cimentación, grietas horizontales por empujes y grietas inclinadas por asiento diferencial.

Losas: Grietas de flexión y distorsiones que pueden desembocar en giros y rotura de la misma.

Pilotes: En obras antiguas, rotura de pilastras por cambio del estado de cargas, roturas por flexión, cortante o flexión, empujes sobre vigas riostras y los encepados, hundimientos por retracción del suelo, etc.

Muros de sótano: Grietas por empujes laterales.

Prevención

Deberán seguirse una serie de recomendaciones generales tanto en proyecto como en ejecución y de las cuales deberán elegirse la más favorable en función del caso particular:

1) Profundidad de apoyo. La solución de cimentación propuesta, deberá apoyar a una profundidad suficiente sobre las zonas del sustrato menos expuestas a los cambios de humedad y oscilaciones del nivel freático intentando evitar así las capas activas.

2) Cargas. Las cargas transmitidas por la cimentación al sustrato, deberán compensarse con la tensión máxima admisible del suelo, asientos y la presión de hinchamiento, de modo que esta última nunca supere la tensión de trabajo de la cimentación.

3) Sistema de cimentación. Los pozos, zapatas, pilotes, etc, deberán en todos los casos estar perfectamente arriostradas en dos direcciones, con vigas de atado adecuadamente armadas.

4) Conducciones subterráneas: Tanto en proyecto como en ejecución deberán controlarse, todas las conducciones subterráneas, saneamientos, canalizaciones y tuberías, para evitar roturas o fugas de agua que alteren el estado de humedad del suelo y se puedan producir movimientos del sustrato.

5) Urbanización exterior. Aceras amplias y pavimentaciones extensas impermeables debidamente armadas para evitar roturas; dispuestas de forma perimetral, con pendiente hacia fuera y cunetas en el borde exterior.

Calicatas

Las calicatas, zanjas, rozas, pozos, etc., consisten en excavaciones realizadas mediante medios mecánicos convencionales, que permiten la observación directa del terreno a cierta profundidad, así como la toma de muestras y la realización de ensayos en campo.

Tienen la ventaja de que permiten acceder directamente al terreno, pudiénse observar las variaciones litológicas, estructuras, discontinuidades, etc., así como tomar muestras de gran tamaño para la realización de ensayos y análisis. Las calicatas son uno de los métodos más empleados en el reconocimiento superficial del terreno, y dado su bajo coste y rapidez de realización, constituyen un elemento habitual en cualquier tipo de investigación en el terreno. Sin embargo, cuentan con las siguientes limitaciones:

La profundidad no suele exceder de 4m La presencia de agua limita su utilidad. El terreno debe poderse excavar con medios mecánicos. Para su ejecución es imprescindible cumplir las normas de seguridad

Frente a derrumbes de las paredes, así como cerciorarse de la ausencia de instalaciones, colisiones, cables, etc.Los resultados de este tipo de reconocimientos se registran en estadillos en los que se indica la profundidad, continuidad de los diferentes niveles, descripción litológica, discontinuidades, presencia de filtraciones, situación de las muestras tomadas y fotografías.

Muestra inalterada

Son las que no sufren alteraciones en su estructura ni en su contenido de humedad. En sondeos se extraen mediante toma muestras adecuados, y en calicatas o excavaciones, mediante el tallado de muestras en bloque o la hinca de tubos por presión o golpeo. La obtención de este tipo de muestras es necesaria para ensayos de resistencia, deformabilidad, permeabilidad y fábrica de los suelos.

Obtención de muestra inalterada

Muestras obtenidas en la calicata

Arcilla limosa Un Suelo Limoso es aquel donde predomina la fracción limo (L)