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1MASTER EN REHABILITACIÓN ARQUITECTONICA.- INSPECCIÓN Y RECALCE DE LAS CIMENTACIONES
E.T.S. ARQUITECTURA DE A CORUÑA – DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – Juan Pérez Valcárcel
PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN.
JUAN PÉREZ VALCÁRCEL
Catedrático de Estructuras
E.T.S.A. de La Coruña
2MASTER EN REHABILITACIÓN ARQUITECTONICA.- INSPECCIÓN Y RECALCE DE LAS CIMENTACIONES
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
LA INSPECCIÓN DE CIMENTACIONES EN LA EDIFICACIÓN
Conceptos generales.
Patología de suelos.
Patología de cimentaciones.
Patología de excavaciones.
Patología de muros.
Patología de pantallas.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
IDENTIFICACIÓN DE SUELOSTipo de subsuelo Condiciones
del subsuelo Prueba aplicable in situ
I Roca
Muy compacto
Requiere al menos martillo neumático para su excavación
II Grava Arena
Compacto
Requiere pico para su excavación.
III Arcilla Arcilla arenosa
Duro
No se puede moldear con los dedos. Requiere pico o pala mecánica.
IV Arcilla Arcilla arenosa
Consistente o firme
Se puede moldear con gran presión. Se puede excavar con pala.
V Arena Arena limosa Arena arcillosa
Suelto
Se puede excavar con pala y clavar un bastón de madera de 50 mm2 de sección.
VI Limo Arcilla Arcilla arenosa Arcilla limosa
Blando
Se puede moldear con facilidad con los dedos Se puede excavar rápidamente.
VII Limo Arcilla Arcilla arenosa Arcilla limosa
Muy blando
La muestra vertical en invierno exuda entre los dedos al cerrar la mano.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
TOMA DE DATOS
C Suelo- Características físicas, químicas y mecánicas.- Alteraciones importantes en el entorno.
C Cimentaciones- Características, componentes y materiales.- Estado actual.- Movimientos producidos.
C Saneamiento- Características.- Estado actual.- Filtraciones.- Servidumbres.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
EFECTOS DEL SUELO SOBRE LA EDIFICACIÓN
CFallos generalizados del sueloCFallos locales del sueloCFallos de las cimentacionesCFallos de la excavaciónCFallos de las estructuras de contención
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS GENERALIZADOS DEL SUELO
Se producen a escala urbana o incluso territorial
Laderas inestables
CReptaciónCDeslizamiento curvoLa estabilización de laderas es un problema de enorme magnitud.Exigen la intervención de técnicos altamente especializados.
SubsidenciaEs el asiento generalizado de una gran masa de terreno por extracción de agua o terreno en las capas inferiores.
CGalerías de minasCTúneles de metro o de circulación rodada en ciudades.
REPTACION DE LADERA DESPLIZAMIENTO CURVO EN LADERA
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Laderas inestables
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
Laderas inestables
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
Laderas inestables
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
Laderas inestables
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS GENERALIZADOS DEL SUELO
Cavidades y galerías
En ciudades antiguas: Galerías, aljibes, viajes de aguas, antiguas cloacas en desuso, pozos, etc. Es necesario conocer su extensión, para inyectarlas.Cimentaciones profundas o puenteo de hueco rigidizándolo.
Otras causas
CMovimientos sísmicos.- Alteran profundamente y en forma no previsible el área afectadaCCambios periódicos de humedad en terrenos especiales, como pueden ser arcillas expansivas.
En tales casos deberá actuarse en forma preventiva utilizando sistemas constructivos adecuados a los problemas que pueda presentar el suelo.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
CAVIDADES Y GALERÍAS
Cloaca Maxima.- Tarquino Prisco ( 616-579 a.C.)
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
CAVIDADES Y GALERÍAS
Capilla de San Ignacio en Buenos Aires.Efecto de túneles subterráneos.Inclinación de las torres.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
Anchorage 1964
MOVIMIENTOS SÍSMICOS
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
Nigata 1964
MOVIMIENTOS SÍSMICOS
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS LOCALES DEL SUELO
Son aquellos que pueden producirse a escala suficientemente pequeña como para afectar a un edificio en concreto.
Producen la mayor parte de las patologías de cimentación.
Capas de insuficiente capacidad portante
Son aquellos terrenos que por su excesiva deformabilidad producen asientos de importancia en cualquier edificación que se cimente sobre ellos.
Terrenos de lodos, arcillas muy blandas, arenas muy flojas o rellenos insuficientemente compactados.
Esta situación se agrava si el edificio tiene diferencias de cargas muy importantes entre sus distintas zonas.
Terrenos de capacidad portante muy diferente
Son aquellos en los que la resistencia de una zona es muy diferente de otras.
C Variaciones de espesor de los estratos de sueloC Existencia de elementos más resistentes como afloramientos de rocaC Existencia de elementos de menor resistencia como cavidades, zonas saturadas de agua, etc.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS
Templo egipcio.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS
Iglesia de Santa María de Alicante.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS
Ermita de Santa Eulalia en Barrio de Santa María. Palencia
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS
Asientos en la construcción rural gallega. Aldea de Serode. Lugo.
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FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS
Roturas de esquina: Lerma (Burgos) Poio (Pontevedra)
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS
Monasterio cisterciense de Santa María de Valdediós. Asturias.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS LOCALES DEL SUELO: ASIENTOS
Monasterio cisterciense de Sacramenia. Segovia.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS DEBIDOS A LA PROPIA CIMENTACIÓN
Son aquellos que se producen por fallo en el diseño o en la construcción de la cimentación del edificio.
Cimentaciones insuficientesSe producen cuando las dimensiones del cimiento producen tensiones excesivas sobre
el terreno. Un caso muy frecuente es el de las edificaciones antiguas en las que muchas veces los muros de carga apoyan directamente sobre el terreno.
Cimentaciones muy distintasEsta situación se produce cuando se utilizan sistemas de cimentación muy distintos en el
mismo terreno. Un caso frecuente es el de edificios en los que el perímetro se apoya sobre una pantalla, mientras que los pilares interiores apoyan sobre zapatas aisladas.
Degradación estructuralSe produce cuando la cimentación resulta atacada por agentes exteriores. Casos muy notables pueden producirse por la degradación de los morteros en las zapatas de mampostería o la pudrición de pilotes de madera.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
ESTADOS LÍMITES ÚLTIMOS.
a)Hundimiento b)Deslizamiento
c)Vuelco
E
E W
W
d)Estabilidad general
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
ESTADOS LÍMITES DE SERVICIO.
Terreno poco deformable Terreno deformable
Asiento
Asientos inducidos
Perfil de asientos
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
Arenas Asientos en fase de construcción
Arcillas Asientos diferidos
Distorsión angular
tg θ < 1/500 No se produce fisuración
tg θ < 1/360 Ligera fisuración en cerramientos
tg θ < 1/250 Fisuración visible
tg θ < 1/180 Lesiones en estr. de hormigón
tg θ < 1/150 Lesiones en estr. de acero
Valores aceptables (según J. Montoya)
CEstructuras de fábrica Entre 2 y 4 cm
CEstructuras de hormigón Entre 4 y 7 cm
CEstructuras metálicas Entre 4 y 7 cm
l
N N
i j
i j
tg =sj - si
l θ θ≅
ASIENTOS ADMISIBLES
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
ASIENTOS ADMISIBLES: Asientos provocados por cimentacionespróximas.
12
7.00 m
Edificación nuevaEdificación existente
ss
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
ASIENTOS ADMISIBLES: Asientos provocados por cimentacionespróximas.
Tipo de edificio Asiento en zona de medianera
Asiento a 7 metros hacia el interior
Edificios monumentales de piedra
3,50 cm 1,60 cm
De muros de carga de ladrillo
5,00 cm 2,40 cm
De fábrica de bloques de hormigón
2,00 cm 1,00 cm
De estructura de hormigón o de acero
5,00 cm 2,50 cm
El desplazamiento horizontal es como máximo ¼ del asiento en la medianera
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
CARGAS UNITARIAS ADMISIBLES EN ZAPATAS (J.Montoya)Terrenos arenosos σadm en kp/cm2
>7,00>7,35>7,60>8,00>8,40>9,00>9,75>0,80Muy compacta
4,20 a 7,00
4,35 a 7,35
4,50 a 7,60
4,65 a 8,00
5,00 a 8,40
5,40 a 9,00
6,00 a 9,75
0,60 a 0,80
Compacta
1,80 a4,20
1,85 a4,35
1,90 a4,50
2,10 a4,65
2,25 a5,00
2,50 a5,40
2,90 a6,00
0,40 a0,60
Media
0,30 a 1,80
0,30 a 1,85
0,30 a 1,90
0,35 a 2,10
0,45 a 2,25
0,60 a 2,50
0,90 a 2,90
0,20 a0,40
Suelta
<0,30<0,30<0,30<0,35<0,45<0,60<0,90<0,20Muy suelta
5,004,003,002,502,001,501,00
Anchos de zapata en metrosDensidad relativa
Compacidad
Cuando la arena esté bajo el nivel freático estos valores se reducen a la mitad
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
CARGAS UNITARIAS ADMISIBLES EN ZAPATAS Y LOSAS (J. Montoya)Terrenos arcillosos σadm en kp/cm2
> 3,60> 4,80> 4,00Dura
1,80 )3,602,40 )4,802,00 )4,00Semidura
0,90 )1,801,20 )2,401,00 )2,00Media
0,45 )0,900,60 )1,200,50 )1,00Blanda
< 0,45< 0,60< 0,50Fluida
CONTINUAAISLADA
ZAPATAσadmConsistencia
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
SEGURIDAD AL VUELCO Y AL DESLIZAMIENTO
Necesaria en todo tipo de zapatas, en especial si hay fuertes cargas horizontales.
M N
V
F
P
R A
Seguridad al vuelco
Seguridad al deslizamiento
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLO DE ZAPATAS SOBRE ROCA.
(a)
(d)(c)
(b)
Roca blanda
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
ESQUEMAS DE AGOTAMIENTO ESTRUCTURAL DE ZAPATAS.
Rotura agria.- Cuantía mecánica insuficiente.
Rotura por fallo de armadura a flexión.
Rotura por fallo de hormigón comprimido.
Sólo para cuantías muy altas
Rotura por cortante
Fallo de anclaje de armadura
Rotura por hendimiento.
En zapatas muy rígidas
Fisuración excesiva.
UU
0,04s
c
≤
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
CIMENTACIONES INSUFICIENTES
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
CIMENTACIONES MUY DISTINTAS
1,2 kp/cm2
Tensión sobre el terreno:
2,8 kp/cm2el terreno:Tensión sobre
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS DEBIDOS A LA PROPIA CIMENTACIÓN
Acciones exteriores desfavorablesEn ocasiones la existencia de acciones exteriores desfavorables que no han sido
previstas, puede ser origen de graves patologías. Entendemos que este tipo de fallos son atribuíblesal diseño de la cimentación que debería ser adecuada para resistir dichas acciones. Algunos ejemplos pueden ser:
- Aumento accidental de la humedad del terreno, tanto por rotura accidental de las conducciones como por falta de drenaje. Diseño y control de los elementos que intervienen como pavimentaciones exteriores, drenajes perimetrales y en soleras, etc.
- Vibraciones.- Compactan el terreno y producen un incremento en los asientos producidos.
- Raíces de árboles.
C Rotura de cimiento por efecto cuñaC Variaciones de humedad sobre el terrenoC Rotura de tuberíasÁrboles muy peligrosos: Álamo, chopo, aliso, acacia, sauce, olmo y en general los árboles de ribera.Árboles peligrosos: arce, abedul, fresno, haya, encina.Árboles poco peligrosos: Alerce, cedro, abeto.Para evitar estos efectos debemos situar la edificación a una distancia mayor que la altura del árbol si está aislado y mayor que 1,5 veces su altura si se trata de una hiera de árboles. Así las distancias son menores es necesario colocar barreras antirraíces.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS DEBIDOS A LA PROPIA CIMENTACIÓN
Barreras antiraíces
Edificio ya construidoya construido
Edificio h
dArena con cemento
Polietileno 4 mm
Arena con sal
0.350.35
2.50
En caso contrario: Barreras antiraíces
d<h árbol aisladod<1.5 h árboles en hilera
h
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
EFECTO DE LAS RAÍCES
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
EFECTO DE LAS RAÍCES
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
EFECTO DE LAS RAÍCES
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
EFECTO DE LAS RAÍCES
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS DEBIDOS A CIMENTACIONES COLINDANTES
CPresión especulativa sobre el suelo: solares poco adecuados geotécnicamente.CExcavaciones cada vez más profundas: Aumentar el número de sótanos.
Fallos producidos en la excavación
- Excavación completa del solar o de parte de él sin respetar el orden de los bataches.- Excavación sin considerar el efecto de las vibraciones producidas por la maquinaria o los impactos sobre la edificación colindante, en especial si es de fábrica.- Uso inadecuado de explosivos.- No consideración de características nocivas del terreno, tales como inclusiones de estratos blandos, meteorización rápida de algunas rocas, etc.
La excavación de un solar es SIEMPRE una obra de alto riesgo.
Fallos por acciones combinadas de otros edificios
La existencia de edificaciones próximas agrava los problemas de las excavaciones, pero además puede ser motivo de serios problemas de patología.Problemas típicos:
CAcciones de una cimentación superficial, cuando se profundiza el plano de apoyoCAsientos producidos por cimentaciones próximasCEfectos de los muros pantalla.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS DEBIDOS A EXCAVACIONES COLINDANTES
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FALLOS DEBIDOS EXCAVACIONES COLINDANTES
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
LESIONES DE ASIENTO
MOVIMIENTOS GENERALES DEL EDIFICIO
CDeformación convexa.
CDeformación cóncava.
DEFORMACION CONVEXA DEFORMACION CONCAVA
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
Deformación convexa.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
Deformación convexa.- Iglesia de Carbonero el Mayor (Segovia).
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
MOVIMIENTOS LOCALES DEL EDIFICIO
CAsiento central: corto o largo.
CAsiento extremo: corto o largo.
Fisuras sólo en fase avanzada
fase avanzadaFisuras sólo en
Primera fisura en aparecerPrimeras fisuras
Fisuras sólo en fase avanzada
Fisuras sólo en fase avanzada
Fisura inicial
ASIENTO CENTRAL CORTO ASIENTO CENTRAL LARGO
ASIENTO EXTREMO LARGOASIENTO EXTREMO CORTO
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
Efecto de zunchos o forjados.
ASIENTO CENTRAL EN MURO CON ZUNCHOS O VIGAS ASIENTO EXTREMO EN MUROS CON ZUNCHOS O VIGAS
Efecto de huecos.
ASIENTO CENTRAL ASIENTO EXTREMO
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
ARCILLAS EXPANSIVAS.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
ARCILLAS EXPANSIVAS.
• Afectan de modo especial a pequeñas edificaciones de fábrica.
Aumento de humedad → Hinchamiento
Disminución de humedad → Retracción
• Movimientos de periodicidad anual.
• Afecta a una “profundidad de suelo activo” de unos 3 metros.
• Las grietas pueden tener un ancho de 3 cm.
• Para la estimación de su capacidad portante es preciso considerar las variacionesanuales.
• Elementos que afectan al movimiento del suelo:
- Arbolado.
- Roturas y filtraciones de las redes de agua y de saneamiento.
- Protección superficial: Aceras con recogida de aguas, drenajes, etc.
- Desecación gradual por la sucesiva edificación.
- Períodos de lluvia o sequía.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
MOVIMIENTOS DEL SUELO POR ARCILLAS EXPANSIVAS.
Fin de la época de lluvias:
• Empuje horizontal del terreno empapado sobre el interior.
• Empuje vertical sobre los cimientos por hinchazón del terreno.
Fin de la época seca:
• Empuje horizontal del terreno confinado entre cimientos sobre el exterior.
• Asiento vertical por retracción del terreno.
• Hinchamiento del terreno bajo la solera y levantamiento de la misma.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
PATOLOGÍA POR ARCILLAS EXPANSIVAS.
Zona protegida de la evaporación.
Curvas de igual nivel de humedad.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
Giros del edificio.
• Globales.
• Locales.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FISURAS POR ASIENTOS EXCESIVOS
Los problemas de asientos no deben atribuirse al terreno. El terreno es como es y la obligación del técnico es averiguar sus características. La responsabilidad de la aparición de lesiones únicamente debe atribuirse a la estructura, que no ha podido adaptarse a las características del terreno real.
En la mayor parte de los casos la actuación consistirá en una intervención sobre la estructura o la cimentación, siendo muy poco frecuentes las intervenciones de consolidación sobre el terreno.
Zona demenor asiento
Zona demenor asiento
Pantalla deformada
Zanja
Asiento deesquina
Fisuras(mayor anchuraabajo)
Edificio ya construido '
(Peor si es de fabrica) '
asientomenor Zona de
asientomenor Zona de
asientomenor Zona de Zona de
menor asiento
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
FISURAS POR ASIENTOS EXCESIVOS
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
PATOLOGÍA ESTRUCTURAL POR ASIENTO DE UN PILAR CENTRAL
Asiento
Asiento
bb
aa
a
a a
a
aa
aa
b b
b b
Efecto del cortante
Efecto del flector
a.- Zona de fisuras finas y repartidas.
b.- Zona de fisuras gruesas y concentradas.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
PATOLOGÍA ESTRUCTURAL POR ASIENTO DE UN PILAR EXTREMO.
a.- Zona de fisuras finas y repartidas.
b.- Zona de fisuras gruesas y concentradas.
b
ba
a
a
a
Asiento
a
a
a
b
Asiento
Efecto del flector
Efecto del cortante
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
PATOLOGÍA ESTRUCTURAL POR ASIENTO DE UN PILAR EXTREMO.
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PATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN
PATOLOGÍA ESTRUCTURAL POR ASIENTO DE UN PILAR EXTREMO.
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Torres inclinadas. Bolonia Torre Garisenda y Torre Asinelli.
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Torres inclinadas.
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“Y podemos ahorrarnos 700 liras en el informe geotécnico”
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Torres inclinadas.- La Torre Nueva de Zaragoza (derribada en 1883).
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“Kissing Silos”. Winnipeg (Canadá)
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FINPATOLOGÍAS DEBIDAS A LA CIMENTACIÓN