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Los problemas de liquidación representan uno de los retos más importantes que enfrentan los proyectos de construcción urbana hoy. Cuando los edificios y la infraestructura se resuelven de manera desigual o excesiva, las consecuencias pueden variar desde un daño cosmético menor hasta un fallo estructural catastrófico. Comprender la compleja interacción de la mecánica del suelo, las prácticas de construcción y los factores ambientales es esencial para prevenir, identificar y resolver estos problemas de manera eficaz.
Entendimiento en el arreglo de la construcción
El asentamiento se define como el movimiento vertical descendente del suelo o del suelo debido a cambios en las tensiones dentro de él, generalmente causados por el peso de las estructuras colocadas en la superficie. El asentamiento se produce a partir de la consolidación del suelo debido a una reducción de vacíos o espacios entre partículas del suelo debido a cargas aplicadas o cambios en el contenido de humedad. Este fenómeno natural afecta prácticamente a todos los proyectos de construcción en algún grado, aunque la magnitud y las consecuencias varían significativamente sobre la base de numerosos factores.
La mayoría de los edificios se asientan con el tiempo, con la mayor parte de los asentamientos que se producen durante los primeros años después de la construcción, a menos que haya cambios en los patrones de drenaje alrededor del edificio, cambios severos en el clima u otros factores externos. La distinción crítica radica en un arreglo aceptable que no causa ningún daño y solución problemática que amenaza la integridad estructural.
Tipos de liquidación
El arreglo en proyectos de construcción se manifiesta en varias formas distintas, cada una con características únicas y implicaciones para el desempeño estructural.
Arreglo uniforme
Durante el asentamiento uniforme, toda la fundación se asienta a un ritmo constante, y por lo general no hay, o muy menor, grietas durante el asentamiento uniforme. Si se produce un acuerdo uniforme, la estructura se ajustará por la misma cantidad a lo largo de su longitud y no se producirá ningún daño, lo que lo hará lo menos relativo al tipo de asentamiento. Si bien el arreglo uniforme puede afectar las conexiones de utilidad y requerir ajustes en las líneas de servicio, rara vez compromete la integridad estructural del edificio en sí mismo.
Solución diferencial
El asentamiento diferencial ocurre comúnmente como resultado del movimiento no uniforme de los suelos subyacentes, y este tipo de asentamiento puede dar lugar a una ruptura de la fundación, el revestimiento exterior y los acabados interiores. El asentamiento diferencial ocurre cuando una parte de la estructura se asienta más o más rápido que la otra. Este movimiento desigual crea concentraciones de estrés dentro de la estructura que pueden conducir a daños graves.
El asentamiento diferencial o desigual puede resultar en problemas estructurales más graves que el asentamiento uniforme. Uneven asentamiento puede resultar en una distribución desigual de carga que resulta en problemas estructurales como el inclinado, el crack o incluso el colapso de pavimentos, carreteras y estructuras, y es uno de los tipos más peligrosos de asentamiento porque puede provocar daños graves y costosos como las grietas en las paredes, la desalineación de puertas y ventanas, edificios inclinados.
Componentes de Total Settlement
El proceso de asentamiento general comprende tres componentes principales que se producen en diferentes etapas y plazos.
Solución inmediata
El asentamiento inmediato se produce inmediatamente cuando la carga se aplica al suelo, y cuando se aplica la carga, se hace hincapié en el cambio del suelo y se reorganizan las partículas del suelo, lo que causa una reducción del espacio vacío. El asentamiento inmediato se produce en el suelo a la aplicación de carga y implica una reducción del espacio vacío y la reorganización de las partículas del suelo en respuesta a esa carga.
Solución de la consolidación
El asentamiento de consolidación se induce debido al cambio volumétrico, y dado que las partículas del suelo son prácticamente incomprensibles, el asentamiento de consolidación es causado por una reducción de los vacíos debido a la reducción gradual del agua. Este proceso puede continuar por períodos prolongados, especialmente en suelos de gran tamaño con baja permeabilidad. La consolidación es el proceso de forzamiento del agua de los espacios grandes entre partículas del suelo, y el suelo es más permeable al aire que el agua.
El suelo se encuentra en fase de consolidación primaria y secundaria, siendo la consolidación primaria a corto plazo y se realiza durante el proceso de compactación mecánica, mientras que la consolidación secundaria es a largo plazo y se realiza después de que el proceso de compactación sea completo y se encuentren en marcha las cargas permanentes.
Creep Settlement
El asentamiento de es una forma lenta y continua de asentamiento que ocurre durante un período prolongado debido a la aplicación prolongada de estrés en suelos débiles o altamente compresibles, y se observa comúnmente en suelos orgánicos, turba y sedimentos arcillosos que continúan deformándose bajo cargas sostenidas. El asentamiento de escarpados se produce bajo una carga constante y depende de la historia del estrés, el tipo de suelo y la anisotropía del suelo.
Causas de los asentamientos en la construcción urbana
Los problemas de solución surgen de una interacción compleja de las características del suelo, las prácticas de construcción, las condiciones ambientales y los factores estructurales. Entendimiento de estas causas es fundamental para elaborar estrategias eficaces de prevención y mitigación.
Propiedades y características del suelo
El tipo y la condición de suelo bajo una estructura juega el papel más crítico en la determinación del comportamiento de asentamiento.
Tipo de suelo y compresión
Los suelos que contienen arcilla, silencia o turba son más compresibles que los arenosos o los de gravedad, y factores como densidad, plasticidad y contenido de humedad influyen en cómo el suelo se comprime bajo estrés. El asentamiento diferencial es causado más comúnmente por diferencias en el tipo de suelo bajo una base.
El suelo es una mezcla naturalmente recurrente de ingredientes minerales y orgánicos compuestos principalmente de minerales que se producen a partir de material padre que se rompe en pequeñas piezas por el tiempo, con piezas más grandes siendo piedras, grava y otros desechos de roca, mientras que partículas más pequeñas son arena, silencia o arcilla. Las partículas de arena varían de 2 mm a 0,05 mm, las partículas de silencia son de 0,05 mm a 0.002 mm, y las partículas de arcilla son vistas.
La capacidad de cojinete del suelo varía significativamente en diferentes tipos de suelo, contribuyendo a patrones de asentamiento diferenciales. El perfil del suelo puede cambiar de un lugar a otro, ya sea vertical o horizontalmente, y tener diferentes condiciones de terreno es la iniciación de los asentamientos diferenciales.
Contenido de humedad y tabla de agua
La pérdida o absorción del agua puede ocurrir debido a cambios en el volumen del suelo, y los suelos de arcilla tienen la capacidad de hincharse cuando se moja y se encoge cuando se crea seque o se agita. El suelo que es demasiado seco o demasiado húmedo se establecerá más que el suelo que está a un nivel de humedad moderado. Las fluctuaciones de humedad representan uno de los aspectos más dinámicos y desafiantes del control de asentamientos en entornos urbanos.
Si el suelo es muy húmedo o saturado con agua, puede debilitarse y establecerse más cuando está bajo estrés. Los cambios en el nivel del agua del suelo pueden conducir a la liquidación de las fundaciones, y esta cuestión podría surgir cuando hay profundas excavaciones para la construcción de fundaciones en la tierra adyacente. La construcción urbana a menudo implica actividades que alteran los patrones de drenaje natural y los niveles de aguas subterráneas, potencialmente provocando el asentamiento en estructuras cercanas.
Suelos expansivos
Los cambios en los niveles de humedad debido a variaciones estacionales pueden causar expansión y contracción en ciertos tipos de suelo, lo que lleva a un movimiento periódico de suelos de tierra, y suelos de arcilla expansivos hinchados cuando se se secan y se encogen cuando se se se secan, causando que las estructuras se levanten y caen cíclicamente.
Debido al tamaño de partículas pequeñas, los suelos de arcilla pueden experimentar grandes cantidades de expansión y contracción en volumen con cambios en el contenido de humedad. Este movimiento cíclico puede causar daño acumulativo con el tiempo, incluso si los movimientos individuales son relativamente pequeños.
Causas relacionadas con la construcción
Las prácticas de construcción inadecuadas y la preparación inadecuada de sitios contribuyen con frecuencia a los problemas de asentamiento.
Compactación de suelo inadecuada
La compactación inadecuada durante la construcción resulta en un movimiento desigual de suelo con el tiempo. El proceso de excavación perturba el suelo, lo afloja y hace que los espacios entre partículas de suelo se hagan mucho más grandes, y por ello, las especificaciones de ingeniería a menudo requieren que las fundaciones se coloquen en suelos sin perturbar. Cuando la construcción requiere material de relleno, la compactación adecuada se vuelve absolutamente crítica.
En las áreas en las que se construye una casa parcialmente o completamente llenada, que se debe rellenar lo más sólido posible antes de que se coloque una carga permanente en ella mediante compactación mecánica del suelo, con suelo colocado en capas llamadas ascensores, y cada capa compactada mecánicamente por impacto y a veces por vibración. Si la compactación del suelo es diferente de un lugar a otro, podría llevar a un asentamiento diferencial.
Pobre preparación del sitio
La compactación insuficiente de suelos o el abandono de los tipos de suelos durante la construcción crea vacíos bajo la fundación. La investigación geotécnica inadecuada antes de la construcción puede llevar a los diseños de fundaciones inapropiados para las condiciones reales del suelo. El diseñador y el equipo de construcción estarán bien conscientes de la condición del terreno, y como diseñadores, decisiones sobre si hacer investigación geotécnica, en qué grado hacer la investigación, y cuáles son los parámetros necesarios que el diseñador sólo puede decidirse.
Factores ambientales y externos
Las influencias externas pueden desencadenar o acelerar el asentamiento incluso en edificios diseñados y construidos adecuadamente.
Vegetación y raíces de árboles
La proximidad de los árboles con grandes raíces puede causar problemas de asentamiento. Las raíces de los árboles pueden dañar directamente las fundaciones, pero también pueden causar un asentamiento diferencial al sacar la humedad del suelo bajo un lado de la fundación. En entornos urbanos, árboles maduros cerca de los edificios pueden extraer cantidades significativas de agua del suelo, especialmente durante períodos secos, lo que conduce a la reducción y el asentamiento del suelo.
Temas de utilidad y problemas de drenaje
Las tuberías que provocan parte del suelo bajo la base para convertirse en acuñada pueden provocar un debilitamiento del suelo y un asentamiento desigual. La infraestructura urbana incluye extensas redes de agua, alcantarillado y sistemas de drenaje, cualquiera de los cuales puede desarrollar filtraciones que alteran las condiciones de humedad del suelo.
Excavación Adyacente y Construcción
Las excavaciones cercanas a la estructura representan un factor de riesgo significativo. La excavación grande cerca de una estructura puede causar algún movimiento del suelo bajo la fundación. Los proyectos de construcción urbana a menudo se producen cerca de las estructuras existentes, y las actividades de excavación pueden eliminar el apoyo lateral, alterar el flujo de aguas subterráneas e inducir movimientos de tierra que afectan a los edificios vecinos.
Vibraciones y carga dinámica
Las vibraciones, tal vez debido a trabajos de construcción cercanos o a la proximidad de una carretera ocupada, pueden causar densificación y asentamiento del suelo. Las zonas urbanas experimentan vibraciones continuas del tráfico, el equipo de construcción y otras fuentes que pueden compactar gradualmente suelos sueltos.
Factores estructurales y de carga
Una base que es demasiado pesada o tiene demasiado peso sobre ella se establecerá más que una base más ligera. Diferentes dimensiones y profundidad de la estructura de la fundación pueden contribuir a un arreglo diferencial. El tamaño y la profundidad de la fundación también pueden afectar el asentamiento diferencial, con una fundación más profunda que una base más profunda y una base más grande que un fundamento más pequeño.
La distribución desigual de carga en una estructura puede crear un asentamiento diferencial incluso en condiciones uniformes del suelo. Los cambios en el uso de edificios que aumentan las cargas más allá de las hipótesis de diseño originales pueden desencadenar años adicionales de asentamiento después de la construcción.
Identificar problemas de solución temprana
La detección temprana de las cuestiones de asentamiento es crucial para reducir al mínimo los daños y reducir los costos de reparación. La vigilancia sistemática y el reconocimiento de los signos de alerta permiten una intervención oportuna antes de que se intensifiquen los problemas.
Indicadores visuales de la solución
Las estructuras que experimentan un asentamiento presentan signos característicos que los observadores capacitados pueden identificar durante inspecciones rutinarias.
Cracks in Walls and Foundations
El signo más común de los asentamientos diferenciales es la aparición de grietas en la estructura en un ángulo de 45 ̊, generalmente alrededor de las aberturas ( puertas, ventanas). Las grietas son usualmente indicadas por grietas verticales en fundaciones vertidas, o grietas paso de escalera en ladrillo o paredes de la UC, y las grietas en las paredes exteriores generalmente se originan desde el suelo.
No todas las grietas indican problemas serios de solución. Aunque las grietas son un signo típico de un arreglo diferencial, es importante señalar que no todas las grietas son causadas por este fenómeno, y las grietas verticales en línea de pelo en una pared de fundación son probablemente debido a la reducción durante el proceso de curado concreto, no el arreglo diferencial.
Las grietas estructurales son más lineales y pueden estar en un ángulo de unos 45 grados, o pueden ser verticales o horizontales, y pueden aparecer en paredes interiores y paredes exteriores. La anchura, ubicación y progresión de grietas proporcionan información importante de diagnóstico sobre la naturaleza y gravedad del asentamiento.
Puertas y Windows
Los marcos pueden distorsionarse, y las puertas y ventanas no funcionan correctamente cuando se produce el asentamiento. Otros signos de hundimiento desigual de la fundación incluyen puertas y ventanas pegadas. A medida que el marco del edificio distorsiona debido a la liquidación diferencial, las aperturas de puerta y ventana se vuelven mal alineadas, causando problemas operacionales.
Las puertas que previamente se cerraron fácilmente pueden comenzar a pegarse o rechazar la captura correctamente. Windows puede ser difícil de abrir o cerrar, o las brechas pueden aparecer entre el marco de la ventana y la pared. Estos síntomas a menudo aparecen antes de que se vea la grieta, haciéndolos valiosos signos de alerta temprana.
Problemas de piso
El suelo o la irregularidad de los suelos y el grieta de los azulejos indican problemas de asentamiento. Los suelos que fueron una vez nivel pueden desarrollar pendientes notables, y los azulejos u otros acabados rígidos del suelo pueden romperse a medida que el sustrato se mueve debajo de ellos. Colocar un mármol o una bola en el suelo puede revelar las pendientes que pueden no ser inmediatamente obvias al ojo.
Los gaps pueden aparecer entre suelos y paredes a medida que avanza el asentamiento. En casos graves, los suelos pueden llegar a ser visiblemente ondulados o desiguales, creando peligros de tropezar y dificultando la colocación de muebles.
Separación y desfavoramiento
El asentamiento diferencial puede hacer que varios componentes de construcción se separen o se desleven. Las chimeneas pueden alejarse de la estructura principal, creando lagunas y posibles riesgos de seguridad. Porches, escaleras y otros elementos adjuntos pueden separarse del edificio a medida que se asientan a diferentes tipos que la estructura principal.
Los acabados interiores como el moldeo por corona, los tableros base y el borde pueden separarse de las paredes o los techos. Las contrapesadas pueden alejarse de las paredes y los armarios pueden ser mal alineados. Estos problemas cosméticos a menudo indican movimiento estructural subyacente.
Vigilancia e Instrumentación
La vigilancia sistemática mediante instrumentos especializados proporciona datos cuantitativos sobre la magnitud y la progresión de los asentamientos.
Dispositivos de vigilancia de los asentamientos
La medición del asentamiento de suelo con el tiempo con instrumentos como los inclinadores, los piezometros y las placas de asentamiento ayuda a detectar el problema y reparar rápidamente para prevenir daños estructurales graves. Estos instrumentos proporcionan mediciones precisas que permiten a los ingenieros realizar un seguimiento de las tasas de asentamiento y predecir el comportamiento futuro.
Las placas de liquidación instaladas en varias ubicaciones en o alrededor de una estructura proporcionan mediciones directas de movimiento vertical. Los inlinometros miden los movimientos laterales de tierra y pueden detectar la deformación subsuperficie. Los pisómetros monitorean los niveles de aguas subterráneas, que influyen directamente en el comportamiento de asentamiento en muchos tipos de suelo.
Los sistemas de monitoreo modernos pueden incluir capacidades de recopilación automática de datos y de monitoreo remoto, permitiendo una observación continua de comportamientos de asentamiento.Estos datos en tiempo real permiten una respuesta rápida para acelerar el asentamiento u otras tendencias.
Encuesta y nivelación
Las encuestas periódicas de precisión establecen elevaciones de referencia y cambios de pista a lo largo del tiempo. Nivelación óptica, estaciones totales y sistemas basados en GPS pueden detectar movimientos verticales a escala de milímetros. Comparando datos de encuestas de diferentes períodos de tiempo revela patrones de liquidación y tasas.
El establecimiento de una red de parámetros permanentes en una estructura permite mediciones consistentes y repetibles. Los intervalos regulares de vigilancia dependen de la gravedad de las preocupaciones de los asentamientos y de la tasa de movimiento observado.
Inspección y evaluación profesionales
Si bien la observación visual y la vigilancia básica pueden identificar posibles problemas, la evaluación profesional es esencial para un diagnóstico preciso y una adecuada planificación de la remediación. Los ingenieros estructurales y especialistas geotécnicos poseen los conocimientos especializados y los instrumentos necesarios para evaluar las cuestiones de solución de manera integral.
Las inspecciones profesionales suelen incluir un examen visual detallado, una revisión de los documentos de construcción y los informes del suelo, un análisis de los patrones de grieta y problemas estructurales, y una evaluación de los datos de monitoreo. Técnicas avanzadas como radar de captación terrestre, muestreo de suelos y pruebas de carga estructural pueden ser empleadas para comprender las condiciones de subsuperficie y el comportamiento estructural.
Consultoría de un contratista profesional de reparación de fundaciones puede proporcionar una evaluación exhaustiva para determinar con precisión la causa de los problemas, y programar una inspección profesional de la fundación es la única manera de obtener un diagnóstico definitivo de la salud estructural.
Consecuencias y riesgos de asentamientos no afectados
Ignorar los problemas de asentamiento o retrasar la rehabilitación puede conducir a consecuencias progresivamente más graves que afectan a la integridad estructural, la seguridad, la funcionalidad y el valor de propiedad.
Problemas estructurales de daños y seguridad
El riesgo más significativo que plantea el asentamiento diferencial es el daño estructural, y un asentamiento desigual puede comprometer la integridad de la fundación, perjudicando gravemente el marco de la casa. El daño estructural incluye grietas, inclinación y deformación en edificios, puentes y otras estructuras, y el fracaso de la fundación implica debilitar, hundimiento o un asentamiento desigual de fundaciones, lo que conduce a la inestabilidad.
A medida que avanza el asentamiento, los elementos estructurales experimentan tensiones que no estaban diseñados para soportar. Los embutidos pueden doblarse, las columnas pueden ser mal alineadas y las vías de carga pueden ser interrumpidas. En casos extremos, el colapso estructural se vuelve posible, especialmente si los elementos críticos de carga se comprometen.
La mayoría de los fracasos de la fundación son atribuibles a un grave arreglo diferencial. Las tensiones desiguales creadas por el movimiento diferencial son particularmente perjudiciales porque concentran fuerzas en zonas localizadas en lugar de distribuirlas uniformemente a lo largo de la estructura.
Afecto funcional
El arreglo afecta a la funcionalidad de construcción de muchas maneras más allá de las preocupaciones estructurales. Las perturbaciones de la infraestructura incluyen carreteras, ferrocarriles y tuberías que se vuelven mal alineadas, afectando la funcionalidad. Los problemas de drenaje surgen como cambios en la elevación de la superficie pueden causar acumulación de agua o desguace impropio, y el asentamiento puede romper utilidades subterráneas como agua, gas y alcantarillas.
Los sistemas mecánicos y eléctricos pueden funcionar mal a medida que el asentamiento distorsiona sus estructuras de montaje y soporte. Los ascensores pueden ser mal alineados con los niveles de suelo, creando riesgos de seguridad. Los conductos HVAC pueden separarse en las articulaciones, reduciendo la eficiencia y creando problemas de calidad del aire.
En las instalaciones comerciales e industriales, la solución puede perturbar las operaciones afectando la alineación de maquinaria, los procesos de producción y los sistemas de manipulación de materiales. Incluso un arreglo menor puede hacer que el equipo de precisión sea inutilizable si requiere tolerancias estrictas de nivelación.
Impacto económico
Reparar los daños causados por un arreglo diferencial puede ser de drenaje financiero, con costos que varían dependiendo de la gravedad del problema y a menudo incluyendo la reparación de fundaciones, correcciones cosméticas, y posiblemente mayores primas de seguros, y un problema de liquidación no resuelto también puede afectar negativamente el valor de la propiedad.
El asentamiento diferencial puede afectar significativamente el valor de reventa de un hogar, con potenciales compradores disuadiendo por signos visibles de asentamiento como grietas en las paredes, pisos irregulares o puertas que ya no cierran correctamente, y estos problemas pueden levantar banderas rojas y llevar a preocupaciones sobre la integridad estructural de la propiedad.
Las reparaciones retrasadas suelen costar más que la intervención temprana porque el daño continúa acumulando y expandiéndose. Lo que podría requerir inicialmente una rehabilitación relativamente simple puede evolucionar en un importante proyecto de reconstrucción si no se atiende. La cobertura de seguros para los daños de liquidación es a menudo limitada o excluida, dejando a los propietarios llevar el costo completo de las reparaciones.
Más allá de los costos de reparación directa, el asentamiento puede dar lugar a pérdidas de ingresos de alquiler, interrupción de negocios, gastos de reubicación y pasivos legales. En casos graves, los edificios pueden considerarse inseguros para la ocupación, lo que da lugar a una pérdida total de uso hasta que se completen las reparaciones.
Soluciones integrales para cuestiones de solución
Para resolver problemas de solución se necesitan soluciones adaptadas basadas en causas específicas, gravedad y condiciones del sitio. La ingeniería moderna ofrece numerosas técnicas probadas para estabilizar las fundaciones y prevenir el futuro arreglo.
Mejora del suelo y estabilización
Mejorar las propiedades del suelo puede prevenir la liquidación o detener el movimiento en curso aumentando la fuerza del suelo y reduciendo la compresión.
Compactación mecánica
La compactación adecuada del suelo antes de la construcción puede ayudar a reducir el riesgo de un asentamiento excesivo inmediato. La compactación en capas alcanza una densidad uniforme y evita el futuro asentamiento. Para las estructuras existentes, las técnicas de compactación especializada pueden densificar suelos sueltos bajo las fundaciones.
La compactación dinámica implica el descenso de pesos pesados repetidamente sobre la superficie del suelo para densificar los depósitos profundos del suelo. La vibración utiliza sondas vibratorias insertadas en el suelo para reorganizar y compactar suelos granulares. Estas técnicas son más eficaces en suelos sin cohesión como arenas y gravillas.
Estabilización química
Antes de la construcción de métodos de mejora del suelo como compactación mecánica, la estabilización química o la agrietación se pueden utilizar para aumentar la fuerza del suelo y reducir su compresión, y las técnicas de estabilización del suelo son esenciales para mejorar las propiedades del suelo y prevenir el excesivo asentamiento.
La estabilización del suelo aumenta la fuerza y durabilidad del suelo mezclando con agentes estabilizadores como cal, cemento, ceniza de mosca o betún, y la estabilización altera las propiedades físicas y químicas del suelo, lo que hace más resistente al asentamiento, y es ampliamente utilizado en la construcción de carreteras y la mejora de la base para suelos débiles o expansivos.
La estabilización de la lima es particularmente eficaz para los suelos de arcilla, reduciendo la plasticidad y el potencial de sofocación al mismo tiempo que aumenta la fuerza. La estabilización de los cívicos crea una matriz de cemento con una capacidad de carga significativamente mejorada. Estas técnicas se pueden aplicar mediante mezclas profundas de suelo, donde los aumentos rotativos inyectan agentes estabilizadores al mezclarlos con suelo in situ.
Técnicas de producción
El cultivo consiste en inyectar cemento, sustancias químicas o materiales basados en poliuretano en el suelo para llenar los vacíos, mejorar la cohesión y aumentar la capacidad de carga, y este método se utiliza comúnmente en suelos sueltos o débiles bajo estructuras existentes para fortalecer el terreno y prevenir un mayor asentamiento, y la reflexión es especialmente útil para mitigar el asentamiento diferencial en las zonas urbanas.
La grouting compacta inyecta la grout bajo la presión para densificar suelos sueltos y llenar vacíos. La grout forma bulbos que desplazan y compactan el suelo circundante. La rociación de permeación utiliza materiales de baja viscosidad que penetran los poros del suelo, partículas en unión y reducción de la permeabilidad.
La inyección de espuma de poliuretano se ha vuelto cada vez más popular para levantar losas y los vacíos de relleno. La presión ejercida a través del proceso de bombeo eleva la losa, así como consolidar el suelo para prevenir el futuro asentamiento, y la espuma de poliuretano es generalmente más cara que el robo de barro; sin embargo, es típicamente más fuerte, tiene un largo período de vida, no conservará la humedad, y la losa se pueden utilizar antes.
Foundation Underpinning
La base fortalece y estabiliza las bases existentes al extenderlas a capas de suelo más profundas y más competentes o distribuir cargas de manera más eficaz.
Deep Foundation Systems
Los problemas de asentamiento pueden hacerse utilizando bases profundas, como caissons o pilas, y estas bases transfieren cargas estructurales a capas de roca o suelo más sólidas o menos compresibles, reduciendo el asentamiento en capas de superficie más suaves. Cuando el suelo superficial carece de capacidad de rodamiento adecuada, se utilizan fundaciones profundas como pilas, muelles o columnas de piedra para transferir cargas a capas más estables.
La base implica fortalecer la base existente al extenderla a estratos de suelo más estables o distribuir el peso de la estructura más uniformemente en todo el suelo. Esta técnica puede detener el asentamiento continuo y, en algunos casos, levantar estructuras de vuelta hacia su posición original.
Puja Piers y Piernas Helicales
Conducido mecánicamente a la tierra, los piers empujan a pasar el peso de la estructura a la roca estable. Los piers empuje, también llamados muelles de resistencia o piers de acero, son impulsados hidráulicas a través de suelos inestables hasta llegar a los estratos de rodamientos competentes.
Los muelles helicoidales consisten en un eje central con varias placas en forma de helix, y estos muelles son versátiles y grandes para soportar estructuras de luz como porches. Los muelles helicoidales se atornillan en el suelo como grandes tornillos, con las placas helicales que proporcionan capacidad de rodamiento en capas de suelo competentes. Se pueden instalar con vibración y perturbación mínimas, haciéndolos adecuados para entornos urbanos sensibles.
Métodos tradicionales de apoyo
La remediación de la Fundación mediante el apoyo concreto implica excavar bajo la base existente en etapas y construir nuevos elementos de base más profundos. Este proceso de trabajo intensivo requiere una secuencia cuidadosa para mantener la estabilidad estructural durante la construcción.
El soporte de hormigón en masa extiende la profundidad de la fundación excavando y colocando hormigón en secciones debajo del pie existente. El embutido y la base crea un haz de hormigón armado bajo la fundación existente, apoyado en muelles o remolinos más profundos. Estos métodos tradicionales siguen siendo eficaces para muchas aplicaciones, en particular cuando las limitaciones de acceso impiden el uso de pilas conducidas.
Jet Grouting and Micropiles
La remediación de la Fundación con chorro de chorro y remediación de la fundación con micro pilas ofrecen soluciones para condiciones difíciles. Jet grouting utiliza jets de alta presión para erosionar el suelo mientras simultáneamente inyectan la grout cementoso, creando columnas de suelo-cemento que apoyan la fundación.
Los micropilas son pilas perforadas de pequeño diámetro que se pueden instalar en condiciones de acceso restringido y a través de estructuras existentes. Desarrollan la capacidad a través de la fricción a lo largo de su longitud y se pueden instalar en varios ángulos para resistir cargas verticales y laterales.
Control de drenaje y humedad
El control del agua alrededor de las fundaciones es esencial para prevenir el asentamiento en suelos sensibles a la humedad y mantener condiciones estables del suelo.
Sistemas de drenaje superficial
La prevención de la acumulación de agua puede debilitar el suelo y causar subsistencia. La clasificación adecuada dirige el agua superficial de las fundaciones, evitando la infiltración que puede debilitar el suelo o causar expansión en los suelos de arcilla.
Los canales de desagüe de superficie, las abejas y los canales de drenaje pueden interceptar y redirigir el agua antes de llegar a las áreas de fundación. Las superficies impermeables como las aceras y las vías de entrada deben desaparecer de los edificios para evitar que el agua se reflexione adyacente a las fundaciones.
Dibujo superficial
Los drenajes de la Fundación, también llamados drenajes de pie o drenaje francés, recogen y eliminan el agua de alrededor de los perímetros de la fundación. Estos tubos perforados instalados a nivel de pie interceptan aguas subterráneas antes de que pueda saturar suelos de la fundación.
En áreas con mesas de agua altas o drenaje natural pobre, pueden ser necesarios sistemas de drenaje subsuperficie más extensos. Las mantas de drenaje, los drenajes verticales y los sistemas de bombeo pueden controlar los niveles de agua subterránea y mantener condiciones de humedad estables en suelos de fundición.
Mantenimiento de la humedad
En suelos de arcilla expansivos, mantener niveles de humedad relativamente constantes evita los ciclos de rociado de sofocos que causan asentamiento. El riego controlado alrededor de los perímetros de construcción puede mantener la humedad del suelo durante períodos secos.
La extracción de árboles y arbustos grandes cerca de fundaciones elimina fuentes de extracción de humedad. Sin embargo, esto debe hacerse cuidadosamente, ya que los cambios repentinos en las condiciones de humedad pueden desencadenar el asentamiento. La instalación de barrera de raíz gradual o la gestión de humedad controlada puede ser preferible a la extracción de árboles en algunos casos.
Modificaciones estructurales
En algunos casos, la modificación de la estructura misma proporciona la solución más práctica a los problemas de solución.
Reducción de carga
La reducción de cargas sobre fundaciones puede detener el asentamiento en suelos marginalmente adecuados, lo que podría implicar la eliminación de pisos superiores, la sustitución de materiales pesados por alternativas más ligeras, o la redistribución de cargas a zonas más fuertes de la fundación. Aunque a menudo no es práctico para los edificios existentes, la reducción de carga debe ser considerada durante proyectos de renovación o reutilización adaptativa.
Reforzamiento estructural
El fortalecimiento de los elementos estructurales puede permitir que los edificios tomen un mayor asentamiento diferencial sin daños. Añadiendo refuerzo de acero, instalando vigas de corbata, o creando redundancia estructural distribuye tensiones más eficazmente. Es práctica común proporcionar un rayo de corbata para controlar el asentamiento de la estructura, y se recomienda proporcionar vigas de corbata cuando hay suelos expansivos.
El refuerzo de fibra de carbono, placas de acero y otros sistemas de fortalecimiento pueden reparar y reforzar elementos estructurales desgarrados. Estas técnicas pueden combinarse con la estabilización de la fundación para proporcionar soluciones integrales.
Articulación e Isolación
La concepción de estructuras para acomodar el movimiento diferencial mediante articulaciones articuladas o sistemas de aislamiento puede prevenir daños en áreas donde es inevitable algún asentamiento. Juntas de expansión, conexiones deslizantes y conexiones de utilidad flexible permiten que las secciones de construcción se muevan independientemente sin crear tensiones dañinas.
Estrategias de prevención para la construcción nueva
La prevención de problemas de asentamiento es mucho más rentable que la rehabilitación. La planificación integral, la investigación y el diseño pueden minimizar los riesgos de asentamiento en nuevos proyectos de construcción.
Geotechnical Investigation
Los ingenieros geotécnicos suelen realizar análisis de asentamientos antes de la construcción para analizar las condiciones de terreno y recomendar soluciones de base para prevenir el asentamiento en el futuro. Asegurar una encuesta geotécnica se realiza antes de la construcción proporciona información esencial para el diseño de fundaciones.
Las investigaciones geotécnicas integrales incluyen los aburridos del suelo para determinar la estratigrafía subsuperficial, pruebas de laboratorio para medir las propiedades del suelo, monitoreo de aguas subterráneas para establecer niveles de tabla de agua y análisis para predecir el comportamiento de asentamiento. El alcance y la profundidad de la investigación deben ser adecuados para el tamaño, la complejidad y las condiciones del sitio del proyecto.
La primera línea de defensa contra el asentamiento diferencial es la encuesta de suelo preconstruida para asegurar la comprensión de la composición y capacidad de carga del suelo, y los ingenieros utilizan estos datos para diseñar una base capaz de distribuir el peso del edificio uniformemente sobre el suelo subyacente, minimizando el riesgo de asentamiento diferencial.
Consideraciones de la Fundación para el Diseño
El diseño adecuado de la base representa el arreglo previsto y minimiza el movimiento diferencial.
Selección de tipos de la Fundación
Elegir bases profundas como pilas si las condiciones del suelo son débiles garantiza un apoyo adecuado. La selección de la Fundación debe considerar la capacidad de cojinete del suelo, características de asentamiento, condiciones de aguas subterráneas, cargas estructurales y factores económicos. Las bases comunes pueden ser adecuadas en suelos competentes, mientras que las bases profundas se hacen necesarias en depósitos débiles o compresibles.
El tamaño de las bases poco profundas se realiza sobre la base de la capacidad de rodamiento permitido, con la carga de columna en el estado límite de servicio dividido por la capacidad de rodamiento permitido del suelo para obtener el área de las pisadas, y de esta manera, la presión bajo la fundación se mantiene al mismo nivel, y cuando la presión bajo todas las fundaciones es similar, hay una alta posibilidad de tener una liquidación similar de los pies si la condición del suelo sigue siendo el mismo para todos.
Liquid Tolerance
Las estructuras deben diseñarse para tolerar el asentamiento anticipado sin daños. Para edificios convencionales con fundaciones aisladas, el asentamiento diferencial de 20 mm es aceptable, y el asentamiento total de 50 mm es tolerable para las mismas estructuras. Los criterios de diseño varían según el tipo de estructura, con límites más estrictos para instalaciones sensibles.
Los sistemas estructurales pueden diseñarse con suficiente flexibilidad o fuerza para acomodar los movimientos esperados. Proporcionar un refuerzo adecuado, utilizando bases continuas y creando redundancia estructural, todo mejora la tolerancia al asentamiento.
Control de calidad de construcción
Las prácticas de construcción cuidadosas impiden muchos problemas de asentamiento.
Preparación del sitio
Evitar la sobreexcavación y asegurar la eliminación controlada del suelo mantiene la integridad del suelo. La excavación debe realizarse cuidadosamente para minimizar la perturbación de los suelos de la fundación. Cuando se requiere el relleno, debe colocarse y compactarse de acuerdo con las especificaciones.
Pruebas de compactación adecuadas verifican que los materiales de llenado alcanzan la densidad necesaria. Pruebas de densidad de campo, pruebas de carga de placas y otras medidas de control de calidad aseguran que la preparación del sitio cumple con las suposiciones de diseño.
Vigilancia de la construcción
La vigilancia durante la construcción puede identificar problemas antes de que se vuelvan serios. La observación de excavaciones revela las condiciones reales del suelo que pueden compararse con los supuestos de diseño.
La instalación de instrumentos antes de la construcción establece condiciones de referencia y permite la detección de movimientos inducidos por la construcción, lo que es particularmente importante para proyectos cercanos a las estructuras existentes o en áreas con suelos propensas a la liquidación.
Mantenimiento a largo plazo
El mantenimiento continuo ayuda a evitar que los problemas de solución se desarrollen en las estructuras existentes.
Mantenimiento de la drenaje
Mantener sistemas de drenaje impide la infiltración de agua que puede desencadenar el asentamiento. Los obstáculos y los desperdicios deben mantenerse claros y debidamente conectados. Se debe mantener la clasificación superficial para alejar el agua de las fundaciones. Los drenajes de la Fundación deben ser inspeccionados y limpiados periódicamente para asegurar una función adecuada.
Mantenimiento de la Utilidad
Reparar rápidamente las tuberías de filtración de agua o alcantarillado evita la saturación del suelo que puede causar asentamiento. La inspección regular de los servicios subterráneos puede identificar las fugas antes de causar daños significativos.
Gestión de la vegetación
La gestión de la vegetación cerca de las fundaciones impide la extracción de humedad y el daño de la raíz. Se deben plantar grandes árboles a distancias seguras de las estructuras, o se deben instalar barreras de la raíz.
Inspecciónes periódicas
Las inspecciones periódicas permiten detectar tempranamente los problemas de asentamiento. Los propietarios de edificios deben observar señales de advertencia como nuevas grietas, puertas de pegado o ventanas, y pendientes de suelo. Las inspecciones profesionales a intervalos regulares proporcionan una evaluación experta de la condición de edificio y pueden identificar problemas sutiles antes de que se vuelvan serios.
Consideraciones especiales para los entornos urbanos
La construcción urbana presenta problemas de asentamiento únicos debido al desarrollo denso, la infraestructura de envejecimiento y las complejas condiciones de subsuperficie.
Protección de la estructura adyacente
La construcción en las zonas urbanas debe proteger los edificios vecinos de los daños causados por los asentamientos. Las encuestas previas documentan las condiciones existentes, proporcionando información de referencia para evaluar los daños causados por la construcción.
Sistemas de soporte de excavación como chapa, pilas de soldados y lavabos, o paredes de barro evitan movimientos de tierra que podrían afectar estructuras adyacentes. La construcción de edificios vecinos antes de la excavación puede ser necesaria en algunos casos. Controlar la desmonte de aguas subterráneas impide el asentamiento en áreas adyacentes.
Obstrucción de subsuperficie
Los sitios urbanos suelen contener fundaciones abandonadas, utilidades, túneles y otras obstrucción de subsuperficies que complican la construcción y pueden contribuir a la solución. La investigación y la planificación cuidadosa de la construcción ayudan a identificar y abordar estos desafíos.
El radar de localización terrestre, los servicios de localización de utilidades y el examen de los registros históricos pueden revelar condiciones de subsuperficie. La excavación debe proceder con cuidado para evitar dañar los servicios activos o encontrar obstrucción inesperada.
Suelos contaminados
Los sitios urbanos pueden contener suelos contaminados de usos industriales anteriores o liberaciones ambientales. La contaminación puede afectar las propiedades del suelo y complicar las actividades de rehabilitación. La evaluación ambiental debe integrarse con la investigación geotécnica para identificar problemas de contaminación a principios de la planificación de proyectos.
Las estrategias de rehabilitación deben considerar requisitos ambientales y geotécnicos. La eliminación del suelo, el tratamiento in situ o los sistemas de contención pueden ser necesarios, y estas intervenciones pueden afectar el comportamiento de asentamiento.
Limitaciones de acceso
El desarrollo urbano denso suele restringir el acceso para el equipo de construcción y materiales. Las técnicas de reparación deben ser seleccionadas teniendo en cuenta el acceso disponible. Micropiles, apicultores helicoidales y grouts se pueden instalar con equipos compactos en espacios restringidos donde no pueden operar las plataformas de pilotaje de pilas más grandes.
Estudios de casos y lecciones aprendidas
Examinar casos notables de asentamiento proporciona valiosas ideas sobre causas, consecuencias y soluciones.
La Torre de Pisa
La Torre de Pisa llevó dos siglos construir debido a problemas con asentamientos e inclinación diferenciales, y porque Pisa se construye sobre humedales, con el perfil geológico del suelo que consiste en arcilla y arena fina, y se caracteriza por un alto nivel de agua subterránea, las condiciones para la construcción de una estructura alta han sido difíciles desde el comienzo.
Este famoso ejemplo demuestra cómo el asentamiento diferencial en suelos débiles y compresibles puede crear un inclinado dramático. Los esfuerzos modernos de estabilización han arrestado exitosamente el movimiento de la torre a través de la extracción del suelo y contrapesos temporales, demostrando que incluso problemas de asentamiento graves pueden ser abordados con soluciones de ingeniería apropiadas.
Ejemplos urbanos modernos
Las ciudades contemporáneas siguen experimentando problemas de asentamiento. Los edificios de gran altura en suelos compresibles, los proyectos de infraestructura que afectan a los niveles de las aguas subterráneas y la construcción cerca de las estructuras existentes crean riesgos de asentamiento que requieren una gestión cuidadosa.
Los proyectos exitosos demuestran la importancia de una investigación exhaustiva, un diseño adecuado, una construcción de calidad y un seguimiento continuo. Los proyectos fracasados a menudo revelan una investigación inadecuada, deficiencias en el diseño, malas prácticas de construcción o no abordan riesgos conocidos.
Tendencias futuras y tecnologías emergentes
Los avances en materiales, tecnologías de vigilancia y métodos de análisis siguen mejorando nuestra capacidad para prevenir y resolver problemas de solución.
Sistemas avanzados de supervisión
Los sistemas de monitoreo automatizados con transmisión de datos en tiempo real permiten la observación continua del comportamiento de asentamiento. Los sensores ópticos, las redes de monitoreo inalámbrico y los sistemas de medición basados en satélites proporcionan capacidades sin precedentes para detectar y rastrear movimientos terrestres.
Las aplicaciones de aprendizaje automático y de inteligencia artificial pueden analizar datos de monitoreo para predecir el comportamiento de los asentamientos e identificar problemas de desarrollo antes de que se vuelvan críticos. Estas tecnologías permiten una intervención proactiva en lugar de una reparación reactiva.
Materiales y métodos mejorados
Los nuevos materiales de cultivo, técnicas de estabilización del suelo y sistemas de base siguen ampliando el conjunto de herramientas disponible para abordar los problemas de asentamiento. El refuerzo geosintético, columnas de módulos controlados y otros enfoques innovadores ofrecen soluciones para condiciones difíciles.
Los enfoques sostenibles que minimizan el impacto ambiental al abordar eficazmente los asentamientos cobran importancia. Los materiales reciclados, los estabilizadores basados en biotecnología y las soluciones de bajo carbono armonizan la rehabilitación de los asentamientos con objetivos de sostenibilidad más amplios.
Capacidades de análisis mejoradas
El modelado numérico avanzado permite una predicción más precisa del comportamiento de asentamiento. Análisis de elementos finitos tridimensionales, análisis de consolidación unidos y otras técnicas sofisticadas ayudan a los ingenieros a entender la interacción compleja estructuración del suelo y diseñar soluciones más eficaces.
La integración de la elaboración de modelos de información permite incorporar información geotécnica en modelos de proyectos amplios, mejorando la coordinación y la adopción de decisiones durante todo el ciclo de vida del proyecto.
Normas Reguladoras y Profesionales
Los códigos de construcción, las normas profesionales y los requisitos reglamentarios establecen criterios mínimos para abordar los asentamientos en los proyectos de construcción. La comprensión y el cumplimiento de estos requisitos es esencial para el éxito de los proyectos.
Requisitos del Código de Construcción
Los códigos de construcción especifican los requisitos para la investigación geotécnica, el diseño de bases y el control de calidad de la construcción. Estos requisitos varían según la jurisdicción y el tipo de proyecto, pero generalmente se encargan de la profundidad de la investigación apropiada, la participación profesional calificada y el cumplimiento de las normas de ingeniería aceptadas.
Pueden aplicarse disposiciones especiales a proyectos en zonas con riesgos de asentamiento conocidos, como suelos expansivos, depósitos compresibles o aguas subterráneas elevadas. Entendimiento de los requisitos de código local a principios de la planificación de proyectos impide el diseño o demoras costosos.
Normas de práctica profesional
Organizaciones profesionales como la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE), el Instituto de las Fundaciones Profundas (DFI), y otras publican normas y directrices para la investigación geotécnica, el diseño de fundaciones y el análisis de asentamientos, que representan prácticas óptimas de consenso y proporcionan una valiosa orientación para los profesionales.
La adhesión a las normas profesionales demuestra la debida diligencia y ayuda a que los proyectos cumplan los criterios de ingeniería aceptados. La desviación de las normas debe ser cuidadosamente considerada y documentada.
Responsabilidad y gestión de riesgos
Los problemas de solución pueden crear una responsabilidad significativa para los diseñadores, contratistas y propietarios. La asignación contractual clara de riesgos, la cobertura de seguros adecuada y la documentación completa ayudan a gestionar estos riesgos.
Debe revisarse el seguro de responsabilidad profesional, el seguro de riesgo del constructor y otra cobertura para entender qué riesgos relacionados con el asentamiento están cubiertos. Las exclusiones para ciertas condiciones del suelo o tipos de asentamiento pueden requerir cobertura adicional o medidas de mitigación de riesgos.
Lista práctica de verificación de la aplicación
Para gestionar con éxito las cuestiones relativas a los asentamientos es necesario prestar atención sistemática a la investigación, el diseño, la construcción y el mantenimiento.
Fase de planificación e investigación
- Realizar una investigación geotécnica amplia apropiada para el alcance de los proyectos y las condiciones del sitio
- Revisar los registros históricos, las fotografías aéreas y las investigaciones anteriores para el sitio
- Determinar los riesgos potenciales de asentamiento, incluyendo el tipo de suelo, las aguas subterráneas, las estructuras adyacentes y las condiciones ambientales
- Establecer un control de base de las estructuras adyacentes si procede
- Involucrar ingenieros geotécnicos calificados en la planificación de proyectos
- Considerar los riesgos de asentamiento en la selección de sitios y el análisis de viabilidad de proyectos
Fase de diseño
- Realizar análisis de asentamientos utilizando métodos apropiados para las condiciones del suelo y el tipo de estructura
- Seleccione tipo de fundación y diseño basado en criterios de liquidación y condiciones del sitio
- Diseño de sistemas estructurales para tolerar los asentamientos previstos
- Incorporar medidas de drenaje y control de humedad
- Considere la mejora del suelo o la modificación del suelo si es necesario
- Especifique las medidas adecuadas de control de calidad de la construcción
- Prepara planes de contingencia para condiciones inesperadas del suelo
Fase de construcción
- Verificar las condiciones del suelo coinciden con las hipótesis de diseño mediante la observación y la prueba
- Implementar medidas de control de calidad específicas para excavación, colocación de relleno y compactación
- Supervisar estructuras adyacentes si es aplicable
- Documento condiciones de construcción reales y cualquier desviación del diseño
- Dirija las condiciones inesperadas rápidamente con la revisión de ingeniería apropiada
- Instalar la instrumentación de monitoreo según se especifica
- Mantener el drenaje adecuado durante y después de la construcción
Pos-Construcción y Mantenimiento
- Supervisar el comportamiento de asentamiento durante el período inicial de posconstrucción
- Mantener sistemas de drenaje y prevenir la infiltración de agua
- Reparar rápidamente las fugas de utilidad
- Gestionar la vegetación adecuadamente
- Realizar inspecciones periódicas para los indicadores de los asentamientos
- Documentar e investigar cualquier señal de angustia
- Mantener registros de los datos de vigilancia y las conclusiones de las inspecciones
Conclusión
Los problemas de liquidación en proyectos de construcción urbana representan desafíos complejos que requieren una comprensión integral de la mecánica del suelo, el comportamiento estructural y las prácticas de construcción. Mientras que el asentamiento es una consecuencia natural de colocar cargas en el suelo, la investigación adecuada, el diseño, la construcción y el mantenimiento pueden minimizar los problemas y prevenir daños costosos.
La clave para lograr una gestión de asentamientos eficaz radica en el reconocimiento temprano de los riesgos, la investigación exhaustiva de las condiciones del sitio, el diseño adecuado que explica la liquidación anticipada, la construcción de calidad que implementa la intención de diseño, y la vigilancia y mantenimiento continuos que permiten la detección temprana de problemas.
A medida que las zonas urbanas sigan creciendo y se intensifique el desarrollo, los problemas de asentamiento seguirán siendo una preocupación fundamental para la industria de la construcción. Los avances en la vigilancia de la tecnología, los métodos de análisis y las técnicas de rehabilitación siguen mejorando nuestra capacidad para hacer frente a estos desafíos. Sin embargo, los principios fundamentales de investigación exhaustiva, diseño adecuado, construcción de calidad y mantenimiento proactivo siguen siendo la base de una gestión exitosa de los riesgos de asentamiento.
Para obtener más información sobre ingeniería geotécnica y diseño de fundaciones, visite el Geoengineer.org] centro de recursos. Sociedad Americana de Ingenieros Civiles] ofrece estándares profesionales y educación continua en análisis de asentamientos e ingeniería de fundaciones.
Al aplicar los principios y prácticas descritos en esta guía, los profesionales de la construcción, los propietarios de edificios y otros interesados pueden gestionar eficazmente los riesgos de asentamiento, proteger las estructuras de los daños y garantizar el desempeño y la seguridad a largo plazo de los proyectos de construcción urbana.