Mecánica de fracturas en edificios - Jorge Bernal Capítulo 4: Fuerzas externas.

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“W3 MF FUERZA EXT”

Mecánica de fracturas. Capítulo 4: Fuerzas externas desde los suelos.

En el diseño y cálculo de las cargas, algunas no se tienen en cuenta, porque se supone que el terreno

donde se apoya la vivienda es estable; en la realidad esa hipótesis no se cumple.

En este capítulo estudiamos las fuerzas que se gene-ran por los cambios de humedad de los suelos du-

rante el crecimiento de una ciudad.

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1. Preliminar: En este capítulo realizamos el estudio de las fisuras en paredes y pisos

de las viviendas provocadas desde la conducta del suelo donde se asienta.

Esa conducta depende del contenido de humedad. Además la vivienda es

parte de una trama urbana: la ciudad. Entonces en el escrito que sigue se

efectúa un análisis de la trayectoria de las ciudades en función de su historia

(pozos, zanjas), infraestructuras (pluvial, pavimentos, cloacas, agua, electri-

cidad, paseos) y los edificios que contiene.

En la interfase entre los suelos con edificios e infraestructuras se pro-

ducen la mayor cantidad de manifestaciones o fenómenos que alteran la con-

figuración primitiva de la construcción; sea esta vereda, pavimento, edificio,

red de agua, pluvial o cloaca.

Todas son construcciones que hacen a una ciudad. La ciudad se confi-

gura por los edificios, las infraestructuras y espacios verdes. Para que no

existan patologías, cada una de las obras mencionadas deben ser proyectadas

y ejecutadas teniendo en cuenta el principal factor de las causas de las ano-

malías: el suelo y el agua.

La imagen de un área urbana se distingue por las construcciones por

sobre nivel de suelo, pero debajo de ellas hay una historia de excavaciones y

rellenos que esconden toda la infraestructura de una ciudad.

En nuestras ciudades los tipos de suelos, varían desde los limos inertes

hasta las arcillas altamente expansivas. Por otro lado el agua que contienen

estos suelos pueden ser originados por lluvias, por riego o por pérdida de

cañerías. También por la acción de las napas freáticas.

En todos los casos observaremos que las patologías en las ciudades,

sean éstas en viviendas, edificios, veredas o calles tienen su origen en la

desafortunada combinación de los suelos con el agua. En algunos casos por

la variación del contenido de agua: humedad.

En este escrito haremos un intento de establecer las diferentes etapas

por las que pasa o sucede una ciudad; la historia de la ciudad vista desde el

punto de la ingeniería en todos sus aspectos. Establecer y conocer las formas

que crece y envejece una ciudad es el único camino para determinar sus pa-

tologías.

En la primera imagen la vivienda se afirma sobre un suelo estable y

uniforme. En la segunda ese suelo que puede ser arcilla activa se expande en

los bordes por lluvias tempranas y en la tercera imagen, en época de estío el

suelo en la zona central es quien recibe las cargas, en el perímetro se separa

por pérdida de humedad. En cada una de las situaciones los apoyos o reac-

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ciones son diferentes, cambian las condiciones de borde. Entonces, la hipóte-

sis de la primer imagen no se cumple y la vivienda se fisura.

En los pavimentos la situación “A” es la teórica; la base de suelo po-

see humedad uniforme y constante. La situación “B” es la real; el agua in-

gresa en los bordes por los canteros o pérdidas de cañerías.

Algo parecido sucede con los pavimentos de hormigón de calles. Con

napas freáticas muy altas el suelo de base soporte se satura, pierde capacidad

portante y la carga de un vehículo mediano estacionado es suficiente la fisu-

ra en “3”, sin embargo las juntas teóricas están en “2” (transversal) y en “1”

(longitudinal).

Ancho de calzada: 8 metros. Ancho de veredas 6,00 metros. Ancho to-

tal 20,0 metros. En esa distancia, en ambos lados del pavimiento, bajo vere-

da se producen los mayores diferenciasles de humedad en el suelo.

1. Base soporte.

2. Base soporte.

3. Base soporte.

4. Pavimento de hormigón simple, sin armaduras.

5. Vereda contigua.

6. Cordón cantero.

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7. Suelo de cantero.

8. Cañerías subterráneas de infraestructura.

1. Cañería de agua.

2. Cañería de cloacas.

3. Conductos pluviales.

4. Agua estancada en cordón cuneta.

5. Raíces de los árboles.

6. Nivel de napa freática.

2. El agua como disolvente. Es común considerar que los disolventes son el aguarrás, el thiner o

naftas; sin embargo el disolvente más poderoso es el agua. Si nos ensucia-

mos las manos con barro, la única forma de lavarnos es con agua, no con

aguarrás.

El agua por su constitución eléctrica molecular tiene una poderosa

fuerza para separar, disolver, arrastrar, en fin, para deteriorar de alguna u

otra forma los elementos inorgánicos u orgánicos que se encuentran unidos

iónicamente. Por otro lado es el componente necesario de la vida vegetal y

animal.

3. Crecimiento de la ciudad:

3.1. Fases.

Desde los años de “colonia” hasta la época actual de “ciudad”, la urbe

pasa por diferentes etapas o fases que las estudiamos por separado en el si-

guiente orden:

La colonia.

Red de cunetas.

Red de agua.

Veredas y pavimentos.

Cloacas.

En cada una de ellas la napa freática bajo el pueblo o ciudad modifica

su profundidad y así también la humedad natural de los suelos. Nos interesa

estudiarlas porque también cambian la relación de acción y reacción entre la

construcción y el suelo. Al existir variaciones en ellas se producen movi-

mientos, desplazamientos, que junto a las fuerzas que las generan llevan

energía a la masa soporte, sea mampostería, pisos o cubiertas.

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3.2. Ubicación general de la patología.

Las fracturas se pueden ubicar en cualquiera de las partes de la ciudad

que siguen:

a) De los elementos: son aquellas que se presentan en un punto par-

ticular del edificio, por ejemplo en una viga, en una pared o en

una cañería.

b) De los edificios: son las fracturas que han avanzado hasta afectar,

todos los elementos de un edificio; por ejemplo una construcción

en ruinas o abandonada.

c) De un elemento de infraestructura: cuando las anomalías se

presentan en alguna parte de una construcción general, por ejem-

plo la pérdida de una cañería de la red de agua potable.

d) De la infraestructura en general: es cuando una parte de la in-

fraestructura de la ciudad se transforma en obsoleta con el tiem-

po. El caso de cañerías de colectoras de líquidos cloacales, espe-

cialmente aquellas que fueron construidas con caños de cemento

comprimido; tienen una vida útil de solo unos 20 años.

e) De la ciudad: Es la última y más grave. Responde a la combina-

ción de las anteriores. En las ciudades existen zonas enfermas

donde todos los elementos poseen anomalías: edificios, veredas,

pavimentos y cañerías subterráneas.

Es general que el desenlace de un suceso de fracturas surja de un sín-

toma particular; por ejemplo, la humedad en una pared o una fisura. Sin em-

bargo ese fenómeno es la consecuencia de una anomalía latente desde hace

tiempo, por ejemplo la saturación del suelo por la pequeña pérdida de una

cañería interna o externa al edificio.

3.3. Contagio.

Las fisuras de los edificios no se contagian entre ellos por vecindad o

proximidad, a lo sumo puede existir una patología compartida en el caso de

una medianera.

En la mayoría de los casos se transmiten por las anomalías que se pre-

sentan en un área o zona determinada de la ciudad. Por ejemplo la rotura de

cañerías de cloacas en suelos limosos no plásticos. Esta situación contagia y

genera irregularidades más o menos comunes en todos los edificios que se

encuentran cercanos a la línea colectora.

En un entorno sano si un edificio posee fisuras y los otros no lo tienen

de inmediato se puede establecer que la causa es interna; por vicios ocultos

de la construcción, mala praxis, mal uso.

En todos los casos ante la aparición de una anomalía en un edificio in-

dividual, es necesario primero conocer el entorno “la familia” donde el edifi-

cio vive. Una vez estudiado el conjunto de área; infraestructuras y edificios,

recién podremos analizar al edificio en forma individual. Es común que exis-

tan fisuras en los edificios en zonas urbanas, por una simple y sencilla razón:

las distancias entre ejes de calles es de 100 metros. Sin juntas de dilatación,

es normal entonces que por efecto de la temperatura se presenten fisuras en

algunos de los edificios de esa cuadra.

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4. La ciudad según sus pozos. Según el avance o el crecimiento de los pueblos, los pozos que se

realizan en cada una de las viviendas son los que se clasifican como sigue:

4.1. La colonia.

El poblado no posee agua corriente ni redes colectoras, en estas

condiciones y según la bondad o calidad de las aguas subterráneas po-

dremos tener la situación que sigue:

Cisterna para agua de lluvia: Si las aguas subterráneas no resultan po-

tables se recogen las aguas de los techos y mediante canaletas y

cañerías se las conduce al reservorio doméstico: la cisterna o alji-

be. Se trata de recoger toda el agua.

Pozo de agua: Son aguas extraídas desde pozos excavados en profundi-

dad hasta encontrar las napas freáticas. En general su destino fue

para los animales de la granja y riego de huertas.

Pozo de basuras: Era costumbre efectuar en los fondos del predio un po-

zo donde se depositaba la basura doméstica.

Retrete: Alejado del pozo de agua se ubicaba una excavación que con

una pequeñas construcción superior se la utilizaba con retrete.

Cuneta: Frente a la casa, la cuneta de la calle de tierra con diferentes pro-

fundidades según la topografía del terreno.

En esquemas mostramos los pozos que disponía cada vivienda,

además de los realizados para los cimientos.

Los aljibes resultaban piezómetros que indicaban el nivel de las

napas.

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Como consecuencia de este sistema de extracción de agua en pro-

fundidad y a su vez de evitar que gran parte del agua de lluvia penetre en

el suelo, las napas freáticas naturales, antes de la colonia se deprimen, se

profundizan más. Los niveles de las napas freáticas descienden desde las

zonas sub urbanas hacia el centro de la ciudad.

El resultado de esta bajante de las napas trae aparejado una mayor

consolidación de los suelos. Los suelos limo arenosos permeables permi-

ten que las aguas de lluvia escurran en profundidad rápidamente, mientras

que los suelos arcillosos por su estado de reducido contenido de humedad

permiten absorber parte del agua y el resto se canaliza por las cunetas li-

bres en los laterales de las calles.

Los edificios rara vez presentan patologías en esta etapa, incluso la

humedad en las paredes no existe. En la imagen se muestran las viviendas

separadas por grandes baldíos y con una napa freática ubicada a unos 13

metros de profundidad.

4.2. Red de agua corriente.

Llega el agua corriente al pueblo, se efectúan las redes distribuidoras

externas y en las casas las cañerías internas. El agua resulta un bien abun-

dante y cómodo de usar. Aparece la canilla con la extrema sencillez de gi-

rar y tener agua. Antes todo se realizaba mediante baldes o recipientes. En

esta segunda fase sucede lo siguiente:

Se deja de utilizar el aljibe, en la mayoría de los casos se lo seca y

pasa a ser utilizado como bodega o depósito subterráneo.

La extracción del agua del pozo profundo también se anula o se re-

duce a lo mínimo necesario.

Aparece el baño; una pieza con la instalación completa de ducha,

inodoros y lavatorios en el interior de la casa. Es la mayor nove-

dad. Digamos que el retrete pasa al interior pero de forma higiénica

y aséptica.

Se realiza una nueva excavación que resultará para alojar la cámara

séptica.

En algunos casos se realizaba otro pozo cercano a la cámara sépti-

ca para construir el pozo negro o pozo absorbente. En otros se

transformaba el pozo de agua en pozo absorbente.

Continúan los pozos de basura. A medida que se completa unos

son construidos otros.

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En esta segunda fase en forma brusca se deja de quitar agua del

subsuelo, se deja de acopiar en cisterna. Ahora el proceso es inverso, con

los pozos negros se aporta el agua al subsuelo. Los desagües pluviales in-

ternos de las viviendas son canalizados a los patios o a las cunetas.

La consecuencia de este profundo cambio en el manejo de las

aguas es una fuerte elevación de la napa freática, tanto que en algunos ca-

sos, especialmente cuando se saturan los pozos negros llega hasta nivel

de terreno natural.

Esta brusca elevación del agua subterránea provoca la muerte de la

mayoría de los árboles de veredas y plazas. La mayoría de los árboles con

excepción de unos pocos (sauces) sus raíces deben permanecer rodeadas

de suelos con humedad natural, cuando el suelo pasa a la situación de sa-

turados, el árbol se ahoga.

4.3. Veredas y pavimentos.

Se inician trabajos de pavimentación de algunas calles, las cunetas o

desagües pluviales abiertos se modifican en conductos cerrados y bocas de

tormenta en las esquinas. Se construyen las veredas cubiertas por mosaicos.

Se reducen los espacios de suelos naturales en contacto directo con el sol,

las lluvias, en fin el clima.

Comienzan los problemas de saneamiento, con las grandes lluvias se

inundan algunas calles, se saturan los suelos. En muchos casos se realizan

los pavimentos sin antes realizar la infraestructura de cloacas.

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Las viviendas, los edificios comienzan a tener problemas de hume-

dad y aparecen fisuras que antes, en muchos años no habían surgido. Por-

que los suelos arcillosos modifican su volumen, se expanden con grandes

presiones y empujan hacia arriba a las viviendas.

Por otro lado en los lugares con suelos de limos finos se producen

tubificaciones, y arrastre de los suelos hacia las cañerías de pluviales o de

cloacas que se encuentran fisuradas o con pérdidas.

4.4. Colectoras de líquidos cloacales:

Se inician los trabajos de colectoras de líquidos cloacales y se termi-

nan los conductos pluviales. Se anulan las cámaras sépticas y los pozos ne-

gros. Las viviendas conectan sus desagües sanitarios a las cloacas y los de

techos a pluviales de calles o cordones cunetas. El sistema queda cerrado.

Las infraestructuras están completa.

En caso de haber sido realiza-

das las infraestructuras con diseños

adecuados las napas freáticas tendrían

con descender y alcanzar un nivel

cercano al original, al natural antes de

la urbanización. En realidad esto

nunca sucede, por los que veremos en

los puntos que siguen.

4.5. Centro de manzana.

En definitiva la cantidad de he-

ridas o pozos que posee el terreno de

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una vivienda llega a siete. Todos sin excepción provocarán en el futuro una

patología particular. Si realizamos un relevamiento topográfico de los po-

zos realizados desde la colonia hasta la fecha descubrimos que una franja

de 10 a 20 metros perimetral de la manzana no posee irregularidades; en

general los pozos se ubican en la región de centro de manzana o fondo de

patio. Muchas veces esta situación es la causa de irregularidades en el

comportamiento de las paredes con sus fisuras; su suelo posee mayor esta-

bilidad en el perímetro de manzana, sin embargo el tipo de fundación de la

nueva vivienda es la misma en toda su extensión.

5. La infraestructura. En los puntos anteriores hemos analizada la oscilación de la napa

freática bajo una ciudad en función del avance de la urbanización y de las

obras de infraestructura.

Es necesario realizar el estudio desde el punto de vista del contenido

de humedad de los suelos porque en definitiva es lo que produce las pato-

logías tanto en las infraestructuras como en los edificios.

5.1. Cañerías a presión agua corriente:

Pérdidas de cañerías de agua corriente: se producen roturas en las

cañerías y los suelos adyacentes se saturan. Las pérdidas pueden ser pe-

queñas, que son las más peligrosas porque no se detectan inmediatamente;

pasan días, semanas y hasta meses hasta que se determina la búsqueda de la

pérdida. Para ello, toda una gran zona adyacente a la cañería se encuentra

saturada. Cuando las pérdidas son grandes, en forma inmediata se realizan

las reparaciones y lo suelos se saturan únicamente en los bordes de las ca-

ñerías.

Porqué se rompen: Por cambios de estación, invierno a verano, o al

revés. Por excavaciones de otras obras. Por antiguas. Por conexiones domi-

ciliarias mal ejecutadas. Por excesiva presión. Por limpieza con agua alta

presión. Por falta de coordinación entre organismos.

5.2. Roturas en el sistema de colectoras:

Las colectoras poseen puntos delicados que son las uniones de los

caños con las bocas de registros y las uniones de las conexiones domicilia-

rias con la colectora. Pequeñas fisuras que se presenten en estos lugares o

en algún otro sector, si los suelos son limos finos y se encuentra totalmente

saturados, comienzan a moverse e ingresan a la cañería junto con el agua

de napa. Las colectoras de líquidos cloacales actúan también como colecto-

ras de napas freáticas transportando el suelo que rodea la cañería.

Porque se rompen: Por el tipo de suelo. Por modificaciones de las

napas. Por ejecución incorrecta de las uniones con las bocas de registro.

Porque los suelos son elásticos. Por los suelos finos lavables. Por otras ex-

cavaciones. Por vibraciones. Por juntas mal ejecutadas.

El principal motivo de rotura en la unión con las bocas de registro de

las cañerías es el diferencial de deformación de los suelos en ese punto. La

boca posee un peso y una fundación diferente al de la cañería. La boca es

dúctil; posee armaduras.

5.3. Roturas en los sistemas de desagües pluviales:

Sucede algo parecido que lo indicado en el punto anterior respecto a

las cloacas. Porque se rompen: cañerías circulares: por malas uniones, por

rígidas, por superficiales, por suelos elásticos y lavables. Cañerías rectan-

gulares de hormigón, por corte en losa inferior, por empujes laterales.

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El principal motivo de las fisuras es el error que se comete en el di-

seño y cálculo de los conductos rectangulares; se lo calcula en el plano de

la sección transversal rectangular, no se consideran los efectos longitudina-

les. Sólo se coloca armadura se repartición.

5.4. Roturas en los pavimentos:

Al quebrarse un pavimento produce un salto o discontinuidad que al

paso del vehículo genera una vibración muy fuerte. Esto afecta a toda la

infraestructura subterránea como a la superior. Genera fatigas y en algunos

casos roturas.

Porque se rompen los pavimentos: En todos los casos por debilita-

ción de la subrasante. El paquete de suelo que se encuentra por debajo del

pavimento se humedece, pierde capacidad portante y el hormigón de pavi-

mento se quiebra permitiendo más entrada de agua. En otros casos por falta

de mantenimiento de las juntas de losas de pavimentos.

El principal motivo: el diseño establecido por Vialidad Nacional con

una sola junta longitudinal es incorrecto para los suelos del Chaco; aquí se

necesitan tres juntas. Una al medio y dos laterales. Todos los pavimentos

por sí solos han provocado las dos juntas laterales, en definitiva ellos mis-

mos se diseñan con tres juntas.

5.5. Roturas de veredas:

Las veredas laterales a las calles además de permitir caminar sirven

de protección tanto al pavimento como a las viviendas. En general por de-

bajo de las veredas se encuentran las líneas de todas las infraestructuras;

agua, cloaca, teléfonos, electricidad, gas, etc. Las veredas son los circuitos

o los caminos de las infraestructuras.

Porque se rompen: En la mayoría de los casos; las rompen. Siempre

hay algo que agregar a la ciudad y será la vereda quien cederá espacio para

ello. Los hundimientos posteriores de veredas y casas se producen por de-

ficientes rellenos y compactación de las obras realizadas. En todas las fa-

chadas u ochavas de deben dejar indicado con cerámicos o mosaicos espe-

ciales en las paredes, el tipo de cañerías, la profundidad, el diámetro y la

distancia que se encuentra de la línea municipal.

5.6. Relleno de las zanjas.

Las excavaciones realizadas en las veredas para la colocación de las

cañerías de agua y cloaca en todos los casos son rellenadas sin una metodo-

logía adecuada. Se tira el suelo, se compacta suavemente, se deja por unos

días y luego se coloca la vereda. Esas zanjas están a muy poca distancia de

la línea municipal. El 70 % de las patologías que se presentan en las vi-

viendas son generadas por el desplazamiento del suelo hacia la vereda. Al

no encontrar resistencia, en el relleno, el suelo avanza hacia la vereda y se

fisuran las viviendas, las veredas y los pavimentos.