CONSTRUCCION INTEGRACIÓN ENTRE LAS DISTINTAS PARTES A IMPERMEABILIZAR

No obstante que se tomen las medidas correspondientes para cada fuente de humedad, para que la “impermeabilidad” de una estructura o elemento constructivo sea efectiva, se debe considerar a ésta bajo la concepción de un “todo”. (1)

(1) : Cabe destacar que las medidas enunciadas no podrán tener la efectividad prevista si no existe un adecuado manejo en
obra y una coordinación de las distintas partidas involucradas.


FACTORES A CONSIDERAR.


A Integración entre los distintos elementos a proteger
Debe existir una integración entre los distintos elementos a proteger, de tal forma que cada uno de éstos tenga una adecuada transición con el otro; como: empalmes muro – piso, retornos en general, juntas de dilatación y otros. Permitir los movimientos estructurales y térmicos de la estructura es de vital importancia y/o que cada elemento se complemente con otro, por ejemplo, uso de drenajes,  de pendientes de escurrimiento adecuadas,  de aleros en obras de edificación u otros.

 
B Impermeabilidad de cada elemento considerado "auxiliar" o "detalle" 
Se debe contemplar la impermeabilidad de cada elemento considerado “auxiliar” o “detalle”, por ejemplo:
Sellos de pasadas de ductos en general, sello de todo tipo de juntas, sellos de las conexiones de los equipos de aire acondicionado, eléctricos y otros con la estructura 

Impermeabilización Cuidados, pruebas y protecciones posteriores a la colocación - Estructuras.

1. Una vez realizada la impermeabilización se procede a su prueba. De acuerdo a las buenas prácticas se recomienda:



2. Comprobada la efectividad de la impermeabilización se debe cuidar su permanencia en el tiempo de forma que:

• No se deteriore:
• No transitar sobre la impermeabilización sin protegerla
• No sobreponer materiales o elementos punzantes (clavos, grava, gravilla u otros)
•  Quede protegida de agentes externos que puedan hacerlas perder sus características iniciales o degraden el material (ver recomendaciones del fabricante)

Medidas a considerar para la correcta ejecución de los trabajos de impermeabilización - Estructuras

CONSIDERACIONES GENERALES
· Programar la actividad de impermeabilización entre las etapas de obra gruesa y terminaciones
· Los productos son colocados de acuerdo a planos y especificaciones técnicas
· Los productos son colocados de acuerdo a las recomendaciones del fabricante
· Exista coordinación entre los distintos subcontratistas involucrados, de tal forma que se lleve a efecto la impermeabilización total de la estructura
· Exista control durante la ejecución de las obras.

MEDIDAS GENERALES
· Acordonamiento en torno al sector impermeabilizado para evitar tránsito de personas ajenas a la faena
· Instalación de letreros indicando prohibición de transitar
· Colocación de las capas de protección, si corresponde, apenas las condiciones lo permitan (inmediatamente después de las pruebas de estanqueidad)
· Tránsito de un mínimo de operarios sobre los sistemas de impermeabilización,  instruyéndolos además de los cuidados a tener para no dañar las obras, por ejemplo, no dejar caer objetos pesados o con puntas
· Uso de los operarios de calzado con plantas lisas.

MEDIDAS PARTICULARES
· Calidad de la base, de acuerdo a especificaciones
· Calidad de los materiales. Usar sólo productos de fabricantes reconocidos
· Instalación de acuerdo a recomendaciones y especificaciones (N0 de capas, secuencia de
aplicación entre las distintas capas, condiciones ambientales y otros)

· Cuidar que se sellen todos los elementos que se van a impermeabilizar, como retornos, gárgolas  y otros.  

Selección del sistema de impermeabilización (tipo y productos) - Estructuras.

1. Se puede optar por una impermeabilización en la masa o superficial, no obstante que la adopción de ambos sistemas en forma complementaria, permite asegurar la estanqueidad de las estructuras, reduciendo los espesores de aplicación de impermeabilización superficial, redundando en una alternativa eficiente y económica.

2. La selección del tipo de producto de impermeabilización superficial depende de las condiciones particulares de la obra. Para esto es necesario hacer un análisis de:

 - Identificación del elemento a impermeabilizar y su función
 - Solicitaciones a que es sometido
 - Otros, tales como factor estético y facilidad de aplicación.

3. Independientemente de lo anterior, la primera medida a adoptar es la ejecución de un hormigón de máxima compacidad, lo que redunda en una disminución notable de la permeabilidad, aumentando de esta forma la durabilidad de los elementos. Para esto se recomienda:

 - Baja razón agua/cemento (A/C)
 - Contenido adecuado de granos finos
 - Adecuado manejo en obra.

Hormigón de máxima compacidad:

PROYECTO DE IMPERMEABILIZACIÓN - ESTRUCTURAS.

Para que el sistema de impermeabilización sea efectivo, se debe contar con un proyecto de impermeabilización.

A. Selección del sistema de impermeabilización (tipo y productos)   1. Se puede optar por una impermeabilización en la masa o superficial, no obstante que la adopción de ambos sistemas en forma complementaria, permite asegurar la estanqueidad de las estructuras, reduciendo los espesores de aplicación de impermeabilización superficial...

B. Medidas a considerar para la correcta ejecución de los trabajos    CONSIDERACIONES GENERALES · Programar la actividad de impermeabilización entre las etapas de obra gruesa y terminaciones · Los productos son colocados de acuerdo a planos y especificaciones técnicas...

C. Cuidados, pruebas y protecciones posteriores a la colocación   1. Una vez realizada la impermeabilización se procede a su prueba. De acuerdo a las buenas prácticas se recomienda...

IMPERMEABILIZACIONES EDIFICACIONES.

La filtración de agua o humedad hacia una estructura, proveniente de distintas fuentes, tales como, humedad proveniente del suelo, de las aguas lluvias, de los materiales de construcción, humedad producida por la condensación de la humedad ambiente y humedad accidental, como también la salida de agua de una estructura, como es el caso de estanques y depósitos en general, genera daños que afectan la funcionalidad, forma y estructura de los elementos, los que ineludiblemente se transforman en asumir mayores costos.

1. Proyecto de impermeabilización   Para que el sistema de impermeabilización sea efectivo, se debe contar con un proyecto de impermeabilización...

2. Integración entre las distintas partes a impermeabilizar   No obstante que se tomen las medidas correspondientes para cada fuente de humedad, para que la “impermeabilidad” de una estructura o elemento constructivo sea efectiva, se debe considerar a ésta bajo la concepción de un “todo”...

COLUMNAS DE ROCA - CIMENTACIONES SUPERFICIALES.

Un método actualmente usado para incrementar la capacidad de carga de cimentaciones superficiales sobre estratos de arcilla blanda es la construcción de columnas de roca, que consiste generalmente en introducir un vibroflot (sección 12.7) mediante un chorro de agua en el estrato de arcilla blanda para hacer un agujero circular que se extienda a través de la arcilla hasta suelo más firme. El agujero se reliena entonces con una grava seleccionada. La grava en el agujero es gradualmente compactada al retirar el vibrador. La grava usada para la columna de roca tiene tamaños que varían de entre 0.25 y 1.5 pulg (6-40 mm). Las columnas de roca tienen usualmente diámetros de 1.6 - 2.5 pies (0.5-0.75 m) y son espaciadas a distancias de 5-10 pies (1.5-3 m) entre centros. Después de la construcción de las columnas de piedra, siempre debe colocarse un  material de relleno sobre la superficie del terreno y compactarse antes de la construcción de la cimentación. Las columnas de piedra tienden a reducir el asentamiento de las cimentaciones bajo cargas permisibles. Varios casos-historia de proyectos de construcción usando columnas de roca fueron presentados por Hughes y Withers (1974), Hughes y otros (1975), Mitchell y Huber (1985), y otros más.



Asentamiento de cimentación construida sobre columnas de roca.
FIGURA 12.40 Asentamiento de cimentación construida sobre columnas de roca.
En la actualidad no se tiene una manera estándar de estimar el asentamiento de cimentaciones construidas sobre columnas de roca. Sin embargo, con base en la recomendación de Greenwood y Thompson (1984) y en observaciones del autor, se cia en la figura 12.40 una carta tentativa para estimar el asentamiento. Para utilizar la figura 12.40, use el procedimiento siguiente:

1. Determine el área de la sección transversal AS de la columna de roca.
2. Determine el área promedio de la cimentación AF de la columna.
3. Calcule la relación AF/AS.
4. Estime la resistencia cortante no drenada, cu. de la arcilla y el asentamiento probable SF de una cimentación de columna suponiendo que fue construida sin las columnas de piedra.
5. Con valores conocidos de AF/AS y cu, determine la relación SF/SS (SS = asentamiento probable de la cimentación construida sobre columnas de roca) con ayuda de la figura 12.40b.
6. Con valores conocidos de SF y SP/SS, calcule SS.

Hughes y otros (1975) proporcionaron una relación aproximada para la capacidad admisible de carga (qa) de columnas de roca, que se expresa como

Idelización de celda unitaria de una columna de roca.
FIGURA 12.41 Idelización de celda unitaria de una columna de roca.

Las columnas de roca trabajan más efectivamente cuando se usan para estabilizar una gran área donde la resistencia cortante no drenada del subsuelo varía entre 200 y 1000 lb/pie2 (10-15 kN/m2) que cuando se usan para mejorar la capacidad de carga de cimentaciones estructurales (Bachus y Barksdale, 1989). Los subsuelos más débiles que los anteriores no proporcionan suficiente soporte lateral para las columnas de roca. Para el mejoramiento de grandes sitios, las columnas de roca son más efectivas a una profundidad de entre 20 y 30 pies (6-10 m). Sin embargo, las columnas de roca han sido construidas hasta una profundidad de 100 pies (31 m). Bachus y Barksdale dieron las siguientes directrices generales para el diseño de columnas de roca para estabilizar grandes áreas:


La figura 12.41a muestra la vista en planta de varias columnas de piedra, y la figura 12.41b la descripción de una celda unitaria de una columna de roca. La razón de reem




Cuando se aplica un esfuerzo uniforme por medio de una operación de relleno a un área con columnas de roca para inducir consolidación, se presenta una concentración de esfuerzos debido al cambio de la rigidez entre las columnas de roca y el suelo que las rodea (figura 12.41c). El factor, n’, de concentración de esfuerzos se define como




La variación de μc y as y n’ se muestra en la figura 12.42. El mejoramiento del suelo debido a las columnas de roca se expresa como


Variación de μc con as y n’
FIGURA 12.42 Variación de μc con as y n’

ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO - MEJORAMIENTO DEL TERRENO.

El cemento se usa cada vez más como estabilizador para suelos, particularmente en la construcción de carreteras y presas de tierra. La primera construcción controlada con suelo-cemento en Estados Unidos se llevó a cabo cerca de Johnsonville, Carolina del Sur, en 1935. El cemento se usa para estabilizar suelos arenosos y arcillosos. Como en el caso de la cal, el cemento ayuda a disminuir el límite líquido y a incrementar el índice plástico y la manejabilidad de los suelos arcillosos. Para suelos arcillosos, la estabilización con cemento es efectiva cuando el límite líquido es menor que 45-50 y el índice plástico es menor que aproximadamente 25. Los requisitos óptimos del cemento por volumen para la estabilización efectiva de varios tipos de suelos están dados en la tabla 12.8.

 Cemento requerido por volumen para la estabilización efectiva de varios suelos.

Como la cal, el cemento ayuda a incrementar la resistencia de los suelos y la resistencia crece con el tiempo de curado. La tabla 12.9 presenta algunos valores típicos de la resistencia a compresión no confinada de varios tipos de suelos no tratados y mezclas suelo-cemento hechas con aproximadamente 10% de cemento por peso.

Resistencias típicas a compresión de suelos y mezclas suelo-cemento.

Los suelos granulares y arcillosos con baja plasticidad son obviamente los más adecuados para la estabilización con cemento. Las arcillas cálcicas son más fácilmente estabilizadas por la adición de cemento, mientras que las arcillas sódicas e hidrogenadas, de naturaleza expansiva, responden mejor a la estabilización con cal, Por estas razones debe ponerse atención a la selección del material estabilizador.

Para compactación en campo, la cantidad apropiada de cemento se mezcla con suelo ya sea en el sitio o en una planta mezcladora y luego se lleva al sitio. El suelo es compactado al peso unitario requerido con una cantidad de agua predeterminada.

Igual que la inyección de cal, el mortero hecho de cemento Portland y agua (relación agua-cemento = 0.5:5) se usa para la cementación de suelos pobres bajo cimentaciones de edificios y otras estructuras. La cementación disminuye la permeabilidad hidráulica de los suelos e incrementa la resistencia y la capacidad de carga. En el diseño de cimentaciones de maquinaria de baja frecuencia sometidas a fuerzas vibratorias, a veces es necesario rigidizar la cimentación por cementación incrementando así la frecuencia de resonancia.

CONSTRUCCIÓN MEJORAMIENTO DEL SUELO Y MODIFICACIÓN DEL TERRENO.

INTRODUCCIÓN
El suelo en un sitio de construcción no será siempre totalmente adecuado para soportar estructuras como edificios, puentes, carreteras y presas. Por ejemplo, en depósitos de suelo granular el suelo in situ tal vez esté muy suelto e indique un gran asentamiento elástico. En tal caso, tiene que ser densificado para incrementar su peso específico así como su resistencia cortante.

Algunas veces, las capas superiores del suelo no son adecuadas y deben retirar- se y reemplazarse con mejor material sobre el cual pueda construirse una cimentación estructural. El suelo usado como relleno debe estar bien compactado para soportar la caga estructural deseada. Los rellenos compactados también se requieren en área de poca altura para elevar el terreno donde se construirá una cimentación.

Estratos de ardua blanda saturada a menudo se encuentran a poca profundidad debajo de las cimentaciones. Dependiendo de la carga estructural y de la profundidad de los estratos de arcilla, ocurren grandes asentamientos por consolidación, requiriéndose entonces procedimientos especiales de mejoramiento del suelo para minimizar los asentamientos.

Anteriormente mencionamos que las propiedades de los suelos expansivos se alteran considerablemente agregando agentes estabilizadores como la cal. El mejoramiento in situ de suelos por medio de aditivos se conoce como estabilización.

Varios procedimientos para el mejoramiento del suelo se usan para:

1. Reducir el asentamiento de las estructuras
2. Mejorar la resistencia cortante del suelo e incrementar así la capacidad de carga de las cimentaciones superficiales
3. Incrementar el factor de seguridad contra posibles fallas de los taludes de riberas y presas de tierra
4. Reducir la contracción y expansión de suelos.

DISEÑO DE CIMENTACIONES EN SUELOS SUSCEPTIBLES A LA HUMEDAD.

Si es probable que el estrato superior de suelo se humedezca y se colapse algún tiempo después de la construcción de la cimentación, deben considerarse varios procedimientos para evitar la falla de la cimentación.

1. Si la profundidad esperada de humedecimiento es aproximadamente de 5 a 6.5 pies (‘4,5 a 2 m) desde la superficie del terreno, el suelo debe ser humedecido y recompactado por medio de rodillos pesados.

Zapatas corridas y losas pueden construirse sobre el suelo compactado. Una alternativa a la recompactación por medio de rodillos pesados es el apisonado pesado a veces denominado cornpactación dinámica, consistente principalmente en dejar caer repetidamente un gran peso sobre el terreno. La altura de caída varía de 25 a 100 pies ( 8 a 30 m). Las ondas de esfuerzo generadas por la caída del martillo ayudan a densificar el suelo.

2. Si las condiciones son favorables, zanjas de cimentación se inundan con soluciones de silicato de sodio y cloruro de calcio para estabilizar el suelo químicamente. El suelo se comportará como una arenisca blanda y resistirá el colapso al saturarse. Este método tiene éxito sólo sí las soluciones penetran a la profundidad deseada; el método es entonces principalmente aplicable a depósitos de arena fina. Los silicatos son algo costosos y en general no se usan. Sin embargo, en algunas partes de Denver, los silicatos han sido usados con mucho éxito.

La inyección de una solución de silicato de sodio para la estabilización de depósitos de suelos colapsables fue usada extensamente en la antigua Unión Soviética y en Bulgaria (Houston y Houston, 1989). Este proceso se usa para suelos colapsables secos y para suelos colapsables húmedos que se compriman bajo el peso adicional de la estructura a construirse sobre ellos y consiste en tres pasos:

Paso 1. Inyección de bióxido de carbono para retirar cualquier presencia de agua y activación preliminar del suelo
Paso 2. Inyección de lechada de silicato de sodio
Paso 3. Inyección de bióxido de carbono para La neutralización de los álcali.

3. Cuando el estrato de suelo es susceptible al humedecimiento hasta una profundidad de aproximadamente 10 m, se usan varios procedimientos para ocasionar el colapso del suelo antes de la construcción de la cimentación. Dos de ellos son la vibroflotaeión y el embalse. La vibroflotaci6n se usa con éxito en suelos de drenaje libre. El procedimiento de embalse (por medio de la construcción de diques de baja altura) se utiliza en sitios que no tienen capas impermeables. Sin embargo, aún después de la saturación y del colapso del suelo por embalse, algún asentamiento adicional del suelo llega a ocurrir después de la construcción de la cimentación. Un asentamiento adicional también es causado por una saturación incompleta del suelo durante la construcción. El embalse se usa con éxito en la construcción de presas de tierra.

4. Si el precolapso del suelo no es práctico, las cimentaciones pueden extender- se más allá de la zona de posible humedecimiento, requiriendo pilotes y pilas perforadas. El diseño de estas cimentaciones debe tener en consideración el efecto de la fricción negativa que resulta del colapso de la estructura del suelo y del asentamiento asociado de la zona de humedecimiento subsecuente.

En algunos casos también debe considerarse un tipo de cimentación con columna de roca (vibroreemplazo).

Las columnas de roca se construyen con boleos grandes que penetran la capa de suelo potencialmente colapsable. Éstas actúan como pilas al transferir la carga a un estrato más estable de suelo.

DISEÑO DE CIMENTACIONES EN SUELOS NO SUSCEPTIBLES A HUMEDECERSE.

Para fines de diseño real de cimentaciones, se llevan a cabo algunas pruebas de carga estándar en campo. La figura 11.4 muestra los resultados de algunas pruebas de carga en campo en depósitos de loes en Nebraska y en Iowa. Note que las relaciones carga-asentamiento son esencialmente lineales hasta cierta presión crítica, p, en la cual se tiene una ruptura de la estructura del suelo y por consiguiente un asentamiento considerable. Las rupturas repentinas de la estructura de suelos son más comunes en suelos con contenido de agua natural alto que en suelos normalmente secos.
Resultados de prueba de carga estándar en depósitos tipo Loes en Iowa y Nebraska.
FIGURA 11.4 Resultados de prueba de carga estándar en depósitos tipo Loes en Iowa y Nebraska.

Si se toman suficientes precauciones en el campo para impedir que la humedad se incremente bajo las estructuras, se construyen cimentaciones corridas y losas de cimentación sobre suelos potencialmente colapsables. Sin embargo, las cimentaciones deben proporcionarse de manera que los esfuerzos críticos (figura 11.4) en el campo nunca se excedan. Un factor de seguridad de aproximadamente 2.5 a 3 debería usarse para calcular la presión admisible del suelo, o



Los asentamientos diferenciales y totales de esas cimentaciones deben ser similares a los de las cimentaciones diseñadas para suelos arenosos.

Las cimentaciones continuas son más seguras que las cimentaciones aisladas sobre suelos colapsables, ya que minimizan efectivamente los asentamientos diferenciales. La figura 11.5 muestra un procedimiento típico para la construcción cte cimentaciones continuas, mediante vigas zapatas y vigas longitudinales de carga.

En la construcción de estructuras pesadas, como silos para granos, sobre suelos colapsables, a veces son permitidos asentamientos de aproximadamente 1 pie ( 0.3 m) (Peck, Hanson y Thornburn, 1974). En este caso no es probable que ocurra una mclinación de la cimentación debido a que no hay una carga excéntrica. El asentamiento total esperado para tales estructuras debe estimarse por medio de pruebas de consolidacián estándar en muestras con contenido de agua de campo. Sin carga excéntrica, las cimentaciones exhibirán un asentamiento uniforme sobre depósitos tipo loes; sin embargo, si el suelo es de naturaleza aluvial natural o residual, el asentamiento podrá no ser uniforme. La razón es la no uniformidad generalmente encontrada en los suelos residuales.

En la construcción de estructuras pesadas deberá tenerse un cuidado extremo al plantarlas sobre suelos colapsables. Si se esperan grandes asentamientos deberán considerarse cimentaciones a base de pilotes o pilas perforadas. Ese tipo de cimentaciones transfieren la carga a un estrato con mayor capacidad de carga.

FIGURA 11.5 Cimentación con contratrabes de carga.