Las tensiones transmitidas por las cimentaciones al suelo dan lugar a deformaciones del terreno que se traducen en asentamientos, desplazamientos horizontales y giros de la estructura que, si resultan excesivos, por encima de los tolerables, podrán originar una pérdida de la funcionalidad, producir fisuras, agrietamientos, u otras patologías.
Asentamiento del terreno
Definición de asiento: en Geotecnia, asiento o asentamiento es un movimiento descendente vertical del terreno (subsidencia) debido a la aplicación de cargas que causan cambios en las tensiones dentro del terreno.
En una zapata, el asiento crece al hacerlo la carga vertical. Las curvas presión–asiento dependen, en general, de su forma y tamaño, de la naturaleza y resistencia del suelo y de la carga aplicada (tipo, velocidad de aplicación, frecuencia, etc.).
La presión vertical admisible de una cimentación tiene en cuenta no sólo la seguridad frente al hundimiento sino también su tolerancia a los asientos. En el caso de suelos arenosos (granulares) la presión vertical admisible de servicio suele encontrarse limitada por condiciones de asiento, más que por hundimiento.
La observación de asientos excesivos puede ser una señal del mal estado de las zapatas (ataques de aguas selenitosas, desmoronamiento por socavación, etc.); de la parte enterrada de pilares y muros o de las redes de agua potable y de saneamiento.
La reducción del nivel freático, la migración de finos, vacíos profundos, excavaciones subterráneas para túneles, vibraciones de suelo inducidas y eventos sísmicos pueden causar asientos significativos en el terreno.
Algunos métodos de cálculo de asientos en arcillas empleados son el método elástico, el edométrico y el método de Skempton-Bierrum
- Torrijo Echarri, Francisco Javier (Autor)
Tipo de asentamientos en suelos
El asiento total debido a la aplicación de una carga es la suma de tres tipos de asiento:
St = Si + Sc + Ss
- Instantáneo (Si): se produce simultáneamente a la carga por un aumento de las tensiones totales en el suelo. Ocurre por el peso de la estructura, sin que tenga que ver nada con el desplazamiento del agua (sin drenaje). Domina en suelos granulares
- Consolidación primaria (Sc): asentamiento diferido en el tiempo causado por el drenaje de la humedad del suelo lo que produce cambios en las tensiones efectivas. La expulsión de humedad del suelo generalmente es un proceso a largo plazo que puede llevar de semanas a años.
- Fluencia o asiento de compresión secundaria (Ss): asiento elástico que se activa después de que toda el agua drenable haya sido expulsada del suelo. Ocurre con el tiempo a una tensión efectiva constante
Si el suelo está húmedo o seco es capital para predecir la cantidad de asentamiento que se espera en una cimentación determinada. Los cimientos en suelos húmedos asentarán más que en áreas secas. La idea es que, a medida que el agua escurre, la estructura del suelo cambiará de acuerdo con los espacios vacíos que van quedando.
Los suelos con arcillas expansivas son susceptibles de hinchamiento y hundimiento debidos a los cambios en los estados de humedad del suelo.
Asentamiento diferencial
El asiento diferencial se define como la diferencia de asiento entre dos puntos de una cimentación. Los asientos diferenciales en cimentaciones también pueden expresarse en términos de distorsión angular.
Las causas más comunes de asientos diferenciales son:
- Variación importante de cargas entre apoyos cercanos
- Posibles heterogeneidades del terreno de cimentación (p.e. bolsadas blandas)
- asientos por mala calidad en la construcción (falta de limpieza del fondo de las excavaciones, por ejemplo);
Asiento diferencial de un edificio
Un fallo por cizalladura del suelo puede provocar una distorsión excesiva de la edificio e incluso su colapso. Los asentamientos de estructuras excesivos pueden ocasionar fisuras en vigas, puertas y ventanas, grietas en losas y yeso e incluso el fallo de las instalaciones debido a la falta de alineación resultante de los asientos de las cimentaciones.
En el caso de vigas de atado o vigas centradoras hormigonadas sobre el terreno, deben considerarse los posibles esfuerzos derivados del asiento previsto en las zapatas unidas por ellas.
Asientos admisibles
El máximo asiento admisible, que generalmente incluye un factor de seguridad, depende de varios factores, pero los más importantes son el tipo de construcción y el uso del edificio. Pequeñas grietas que podrían considerarse inaceptables para una vivienda podrían pasar desapercibidas en un edificio industrial.
Los asientos permitidos para la mayoría de estructuras, sobre todo los edificios, obedece a requisitos estéticos y de servicio, no a requerimientos estructurales.
Esto es porque mucho antes que la integridad de la estructura esté en peligro se desarrollaran otros problemas como la aparición de grietas, rotura de acabados sensibles (azulejos, p.e.), puertas y ventanas atascadas o que no cierran, etc.
Control de asentamientos en edificios
El estudio geotécnico, en función del tipo de cimentación, debe establecer los valores y especificaciones relativos a asientos totales y asientos diferenciales ( tanto esperables como admisibles) para la estructura del edificio y elementos de contención.
Si el módulo de deformación del terreno crece con la profundidad, esto puede contribuir a atenuar los asientos diferenciales entre zapatas asociados a la variación de sus dimensiones.
Si la capacidad portante del terreno fuera insuficiente o los asientos previstos excesivos, se podrá recurrir a una cimentación profunda, una mejora o refuerzo del terreno u otra solución que asegure la estabilidad frente al hundimiento.
En terrenos firmes y compententes, puede cimentarse mediante zapatas aisladas no siendo esperables grandes asientos. En otros casos, para evitar movimientos o asientos diferenciales excesivos entre varios pilares de un edificio, el empleo de zapatas combinadas o corridas puede ser una solución recomendable.
Otras soluciones a considerar son:
- Emparrillados: si el terreno presenta baja capacidad de carga y elevada deformabilidad, o bien muestre heterogeneidades que hagan prever asientos totales y diferenciales elevados. En este caso todos los pilares de la estructura quedarán reunidos en una única cimentación, consistente en zapatas corridas entrecruzadas en malla habitualmente ortogonal. De este modo, se consigue una considerable rigidización que atenúa el problema de asientos diferenciales debidos a la heterogeneidad del terreno.
- Las losas de cimentación se utilizarán preferentemente para reducir los asientos diferenciales en terrenos heterogéneos, o cuando exista una variabilidad importante de cargas entre apoyos cercanos.
- Zonas pilotadas: son aquellas en las que los pilotes están dispuestos con el fin de reducir asientos o mejorar la seguridad frente a hundimiento de las cimentaciones. En los grupos de pilotes, debido a la interferencia de las cargas, el asiento de cada pilote puede ser mayor que si trabajara individual aislado (efecto grupo).
- Consolidación del terreno: solución para mejorar las propiedades mecánicas de suelos con baja capacidad portante. Se realiza tanto bajo estructuras de nueva construcción como bajo cimentaciones antiguas. Para reforzar el terreno se emplean inyecciones de resina expansiva realizadas a través de micropilotes hincados a presión. Estos micropilotes, además, transmiten la carga de la estructura a estratos más profundos y resistentes.
Cimentación compensada
Si vamos a construir un nuevo edificio en un terreno con baja capacidad de carga, es posible que nos encontremos con un asiento excesivo. En este caso, podemos reemplazar un volumen del suelo bajo cimentos con un volumen equivalente de un material con una densidad mucho menor (p.e. arcilla expandida). De este modo reducimos el peso del terreno y compensamos (total o parcialmente) las cargas transmitidas por el edificio.
En el caso de un edificio de gran altura, podemos construir varios niveles de sótanos procurando que el peso de las tierras excavadas sea similar al peso total del edificio. En ese caso, la presión unitaria neta que transmitirá la losa al terreno será del mismo orden de magnitud que la presión efectiva preexistente, y los asientos serán probablemente pequeños. Esta situación particular se denomina cimentación compensada.
