Problemática de los “RELLENOS” en las construcciones

En primer lugar, a modo de introducción, se indica una breve explicación sobre lo que generalmente se entiende por rellenos y los tipos de rellenos que existen.

Normalmente se consideran tres tipos de rellenos de características muy diferentes: a) Rellenos estructurales controlados; b) Rellenos naturales; y c) Rellenos o vertidos no controlados, en ocasiones también denominados rellenos antrópicos.

Un relleno estructural controlado consiste en la ejecución de un relleno de tipo terraplén convenientemente colocado y compactado, mediante control de la puesta en obra y del grado de compactación alcanzado. Los materiales granulares a utilizar en el relleno deberán cumplir, al menos, las prescripciones de Suelos Tolerables que se indican en el PG-3 según la Orden FOM/1382/2002. Será colocado y compactado en tongadas, como máximo, de 30 cm de espesor; con una densidad de, al menos, el 95 % de la densidad máxima del ensayo Proctor Modificado; y con una humedad de ± 2 % de la humedad óptima del citado ensayo.

Un relleno natural es un suelo natural de muy baja compacidad y capacidad portante, no pre-consolidado y no apto para cimentar. Suele tratarse habitualmente de terrenos cuaternarios, generalmente asociados a depósitos de vaguadas, playas o alteraciones superficiales de suelos.

Un relleno o vertido no controlado, relleno antrópico, relleno artificial o echadizo es un suelo artificial de baja compacidad, no apto para cimentar, y compuesto por restos de suelo natural, restos cerámicos, metálicos y otros, que tienen su origen en movimientos de tierras previos, escombreras mineras, vertederos urbanos, etc.

RELLENOS ESTRUCTURALES CONTROLADOS

Introducción

El crecimiento que ha experimentado la edificación en los últimos años ha implicado que se realicen construcciones sobre terrenos o suelos complejos que anteriormente eran desechados por sus malas características.

Hoy en día, en estos casos, se utilizan nuevas técnicas y sistemas de mejora de suelos, como es el caso de los rellenos estructurales controlados.

Los rellenos estructurales constituyen una mejora de terreno, donde se sustituye un terreno de condiciones geotécnicas deficientes o bien se mejora éste, mediante el aporte de materiales controlados y compactados, para que posteriormente apoyen sobre ellos las cimentaciones de los edificios.

Es necesario conocer con detalle el tipo de terreno existente para poder definir y determinar correctamente los parámetros que se desean alcanzar. Ésta es la única forma de poder establecer los sistemas de control que se consideren precisos para garantizar la consecución de los objetivos previstos y su compatibilidad con la cimentación proyectada.

El proyecto de edificación debe de incluir las características del relleno, junto a sus condiciones de colocación y compactación. Estas últimas se deberán comprobar después de la compactación para poder asegurar su estabilidad, evitando cualquier perturbación sobre el subsuelo natural.

Descripción y origen de los daños

Las causas de aparición de patologías en edificaciones donde se han utilizado rellenos estructurales son muy variadas.

En primer lugar, tenemos las causas debidas a defectos en el proyecto o en la ejecución, situaciones que se podrían haber evitado con un proyecto o ejecución correctos.

Derivados del proyecto podremos tener patologías que se deben a la falta de idoneidad de los materiales, ensayos de reconocimiento insuficientes, falta de definición de los materiales de relleno, falta de definición de los valores de compactación, etc.

Derivados de la ejecución podremos tener patologías que se deben a la disposición de materiales no adecuados, errores en la compactación de los rellenos, errores en las impermeabilizaciones de saneamientos, etc.

Por otro lado, tenemos las causas debidas a variaciones producidas en el edificio o en su entorno que modifican las características existentes cuando se proyectó el edificio. Éstas podrían deberse a incrementos de sobrecargas, variación en número de plantas o sótanos, construcciones en las inmediaciones no previstas que provoquen descalces de la cimentación por desconfinamiento del relleno, vibraciones, variaciones en el nivel freático, fugas o escapes de agua, etc.

Las estructuras de las edificaciones son elementos con gran rigidez; mientras que los rellenos tienen una rigidez menor que depende tanto de la naturaleza de los materiales como de la compactación a la que se vean sometidos.

La aparición de grietas viene como consecuencia de la interacción entre el suelo y la estructura, y de los movimientos o deformaciones provocadas en los rellenos estructurales. Estas deformaciones, si no son asimiladas por el edificio, dan lugar a grietas de tracción en las zonas de mayor rigidez como son las tabiquerías y cerramientos, hasta resultar dañada la estructura.

Prevención de los daños

Para una prevención de las patologías debidas a la presencia de un relleno estructural se debe de prestar gran atención al proceso de ejecución de los rellenos estructurales.

Los criterios de selección del material adecuado para su utilización en un relleno se basan en la
obtención, tras el proceso de compactación, de la resistencia, rigidez y permeabilidad necesarias en el relleno. Estos criterios dependerán, por tanto, del propósito del relleno y de los requisitos del servicio o construcción a disponer sobre el mismo.

Los materiales que, según los casos, pueden ser utilizados para rellenos de edificación incluyen la mayor parte de los suelos predominantemente granulares e incluso algunos productos resultantes de la actividad industrial tales como ciertas escorias y cenizas pulverizadas. Algunos productos manufacturados, tales como agregados ligeros, podrán utilizarse en determinados casos. Los suelos cohesivos podrán ser tolerables, pero requieren una especial selección y unas condiciones de colocación y compactación precisas.

Procedimientos de colocación y compactación del relleno

Se establecerán los procedimientos de colocación y compactación del relleno para cada zona o tongada de relleno, en función de su objeto y comportamiento previstos.

Los procedimientos de colocación y compactación del relleno deben asegurar su estabilidad en todo momento, evitando además cualquier perturbación del subsuelo natural.

El proceso de compactación se definirá en función de la compacidad a conseguir y de los siguientes factores:

• Naturaleza del material.
• Método de colocación.
• Contenido de humedad natural y sus posibles variaciones.
• Espesores inicial y final de tongada.
• Temperatura ambiente y posibles precipitaciones.
• Uniformidad de compactación.
• Naturaleza del subsuelo.
• Existencia de construcciones adyacentes al relleno.

El relleno que se coloque adyacente a estructuras, debe disponerse en tongadas de espesor limitado y compactarse con medios de energía pequeña para evitar daño a estas construcciones.

Control del relleno

El control de un relleno debe asegurar que el material, su contenido de humedad en la colocación y su grado final de compacidad obedece a lo especificado en el Pliego de Condiciones Técnicas del Proyecto.

Para ello se pueden realizar ensayos in situ que determinen el grado de densidad y humedad obtenido en la compactación, junto con ensayos de carga de placa y penetraciones dinámicas.

Habitualmente, el grado de compacidad se especificará como porcentaje del obtenido como máximo en un ensayo de referencia como el Proctor.

En escolleras o en rellenos que contengan una proporción alta de tamaños gruesos no son aplicables los ensayos Proctor. En este caso se comprobará la compacidad por métodos de campo, tales como definir el proceso de compactación a seguir en un relleno de prueba, comprobar el asentamiento de una pasada adicional del equipo de compactación, realización de ensayos de carga con placa o el empleo de métodos sísmicos o dinámicos.

La sobre-compactación puede producir efectos no deseables tales como:

• Altas presiones de contacto sobre estructuras enterradas o de contención.
• Modificación significativa de la granulometría en materiales blandos o quebradizos.

RELLENOS NATURALES

Como se ha indicado anteriormente, un relleno natural es un suelo natural de muy baja compacidad y capacidad portante, no pre-consolidado y no apto para cimentar.

Suele tratarse habitualmente de terrenos cuaternarios, generalmente asociados a depósitos de vaguadas, playas o alteraciones superficiales de suelos.

No obstante, existen también depósitos cuaternarios sobre los que es posible llevar a cabo apoyos de cimentaciones, pero que requieren de un conocimiento muy detallado de sus características geotécnicas particulares. En estos casos, por tratarse de depósitos poco consolidados, habrá que prestar especial atención a su posible carácter evolutivo y a un posible déficit de capacidad portante.

Estos depósitos o formaciones geológicas superficiales, con potencias de algunos metros, constituyen terrenos cuaternarios recientes, poco consolidados, de baja compacidad y textura generalmente granular. Con mucha frecuencia, no están representados en la cartografía geológica del área debido a la escala de trabajo de la cartografía y a sus “reducidos” espesores; aunque, con total seguridad, su presencia afectará muy directamente a la cimentación de la mayoría de las construcciones que se localizan en estas zonas, salvo quizás aquellos casos en los que se proyecten varios sótanos.

Para ilustrar lo comentado anteriormente, se incluye la figura de un interesante estudio realizado en la región SW de Madrid: “Geomorfología, Estratigrafía, Paleontología y procedencia de los depósitos arcósicos cuaternarios de la Depresión Prados-Guatén”, realizado por P. G. Silva, M. Palomares, F. Rubio, J. L. Goy, M. Hoyos, A. Martín-Serrano, C. Zazo & M. T. Alberdi.

1) Superficie del Páramo; 2) Rampa de Griñon-Las Rozas; 3) Relieves

estructurales (cerros testigos y mesas) sobre las calizas de la Unidad Intermedia y superfície de Fuencarral-Espartinas; 4) Sistemas

de Glacis Plio-cuaternarios; 5) Terrazas fluviales del Pleistoceno inferior y medio; 6) Terrazas fluviales del Pleistoceno medio y

superior; 7) Llanuras de inundación y depósitos fluviales holocenos; 8) Abanicos aluviales pleistocenos; 9) Coluviones; 10)

Escarpes yesíferos

En la citada figura, se puede observar cómo existen numerosos depósitos superficiales cuaternarios, ocupando en su conjunto grandes superficies, aunque como se ha indicado anteriormente, su potencia no sea excesiva.

De esta forma encontramos: Sistemas de Glacis Plio-cuaternarios, Terrazas fluviales del Pleistoceno inferior y medio, Terrazas fluviales del Pleistoceno medio y superior, Llanuras de inundación y depósitos fluviales holocenos, Abanicos aluviales pleistocenos, Coluviones, etc. (ver leyenda de la figura anterior), sobre los que se deberá investigar con detalle sus características geotécnicas, y definir adecuadamente su capacidad portante y tensiones admisibles de cimentación, en el caso de que se requiera construir sobre ellos.

En estos casos se deberá prestar mucha atención, ya que la combinación de una incorrecta definición del terreno y un sistema de cimentación superficial puede dar origen a graves daños en los inmuebles.

RELLENOS O VERTIDOS NO CONTROLADOS

Introducción

La escasez de suelo edificable en muchas zonas urbanas, unido a la alta demanda existente, hace que cada vez más frecuentemente se edifique sobre suelos de baja calidad geotécnica. Esto conlleva un aumento de la probabilidad de que se produzcan daños o patologías en los edificios, principalmente en aquellos que se ejecutan mediante cimentaciones superficiales tales como zapatas o losas.

 
Descripción

Cómo se indicó anteriormente, un relleno artificial o echadizo es un suelo artificial de baja compacidad, no apto para cimentar, y compuesto por restos de suelo natural, restos cerámicos, metálicos y otros, que tienen su origen en movimientos de tierras previos, escombreras mineras, vertederos urbanos, etc.

Las cimentaciones superficiales sobre los terrenos anteriormente descritos, presentan en la mayoría de los casos problemas de asientos diferenciales o asientos mayores de los previstos para el cálculo de la estructura. Esto da origen a patologías en forma de grietas o fisuras, que pueden acabar llevando a la ruina de muchas edificaciones.

Patologías más frecuentes

Grietas diagonales, ocasionalmente en arco. Se manifiestan en tabiquerías y fachadas, debido a asientos mayores de los previstos para la estructura, de una o varias de las zapatas. La fachada puede volverse inestable y desprenderse.

Rotura de cimentación. En losas, zapatas corridas y zapatas aisladas por pérdida de la superficie de apoyo bajo la cimentación y punzonamiento por las cargas de la estructura.

Fisuración y rotura de elementos estructurales como forjados, vigas riostras, etc. El asiento diferencial excesivo da lugar al movimiento de los pilares o grupos de pilares, superándose el límite elástico de algunos elementos estructurales. Estos daños se manifiestan en principio en las fachadas, con las grietas anteriormente expuestas.

Daños en cubiertas. Las cubiertas también pueden sufrir grietas y fisuras.

Grietas verticales. Originadas en giros producidos por asiento de un pórtico con respecto a otro en el cerramiento que los une.

Origen

Un relleno o vertido no controlado constituye generalmente un terreno de baja compacidad, muy heterogéneo y con una deformabilidad potencial muy alta, resultando en la mayoría de los casos una probable fuente de daños.

Su comportamiento es imprevisible frente a una cimentación, presentándose patologías la mayoría de las veces por asientos diferenciales y por otras causas que rompen el débil equilibrio relleno-cimentación:

• Tensión de la cimentación superior a la admitida por el suelo. En ausencia de un estudio geotécnico o por insuficiencias en el mismo, se puede mal interpretar como firme un relleno. Si la entidad de la edificación es pequeña, debido a la escasa carga que transmiten al terreno, los asientos excesivos pueden presentarse en un lapso mayor de tiempo, poco a poco y debido a su escasa pre-consolidación.

• Presencia de agua. El relleno, como material heterogéneo y poco compacto es muy sensible a la acción del agua. Antiguos cauces o vaguadas rellenos pueden reactivarse en periodos de fuertes lluvias, por lavado del suelo bajo la cimentación. Un caudal considerable de agua de lluvia (infiltración) o debido a la rotura de saneamientos, puede redistribuir las partículas en rellenos granulares o alterar elementos como metales, materia orgánica, etc., disolviéndolos parcialmente y creando huecos, además de generar aguas potencialmente agresivas al hormigón y/o acero.

• Presencia de elementos extraños. En vertederos de residuos sólidos urbanos y antiguas zonas deprimidas cercanas a barrios antiguos, la presencia de rellenos de espesores de más de 10 metros es habitual. Muchas veces pueden interpretase como terrenos naturales debido a su compacidad. La existencia de restos de electrodomésticos, coches u otros elementos extraños entre los rellenos puede suponer un problema muy grave.

• Rellenos expansivos. Rellenos de alteración o echadizos de suelos arcillosos, suelen ser potencialmente expansivos.

Prevención y reparación de daños

Prevención. Para prevenir problemas, es necesaria la realización de un estudio geotécnico completo y no cimentar sobre rellenos cuando se sospeche su presencia. Es estrictamente necesario atravesarlos hasta alcanzar el firme mediante pilotes o proyectando más plantas de sótano. Las mejoras del terreno no garantizan al 100% la no aparición de patologías a corto, medio o largo plazo, debido a la heterogeneidad del material y a los numerosos factores que le influyen negativamente.

Reparación. Son costosas y difíciles de ejecutar. Siempre que no se haya producido la ruina del edificio, los asientos diferenciales se solucionan mediante micropilotaje hasta firme resistente, evitando de esta manera más asientos causados por rozamientos negativos y errores de diseño.

CONSIDERACIONES ADICIONALES SOBRE LOS RELLENOS O VERTIDOS NO CONTROLADOS

Siempre representa un problema que el terreno sobre el que se quiere edificar esté constituido, en su parte superior, por rellenos o vertidos no controlados (rellenos antrópicos) formados por materiales normalmente procedentes de excavaciones, o del movimiento de tierras de la propia obra ejecutado para alcanzar la superficie de explanación.

El Código Técnico de la Edificación (CTE) no contempla el apoyo de cimentaciones en este tipo de rellenos. Por otra parte, tanto las Aseguradoras como los Organismos Técnicos de Control (OCT), debido al elevado porcentaje de patologías en construcción que tienen como origen esta causa (ejecución de apoyos de cimentación sobre rellenos), prohíben este tipo de actuaciones.

En conclusión, es norma aceptada de buena práctica en construcción evitar la ejecución de cimentaciones sobre rellenos no estructuralmente controlados, debido al carácter no homogéneo, y potencialmente colapsable y compresible de los mismos. En estos casos, se recurre a la ejecución de pozos de cimentación (hasta alcanzar el terreno natural o sustrato resistente, siempre que sea posible) o, en caso contrario, a la ejecución de una cimentación de tipo profundo mediante pilotes o micropilotes empotrados en los estratos inferiores más resistentes.

Ahora bien, en muchas ocasiones, uno de los mayores problemas con los que nos encontramos es la dificultad para identificar los rellenos o vertidos, así como definir la potencia de los mismos en los diferentes puntos que componen una determinada superficie. No debemos olvidar, que los rellenos o vertidos suelen disponerse sobre superficies deprimidas como antiguos cauces, regueros, vaguadas, etc., con una topografía de superficie inicial que suele ser muy irregular.

Un ejemplo de esto último se muestra en la siguiente secuencia de fotografías aéreas:

Otro aspecto a tener en cuenta, y que suele olvidarse, son los movimientos de tierras para lograr la explanación de la superficie de la parcela, en zonas de topografía irregular. Cuando un terreno natural es excavado, removido o desplazado de su localización original, pierde sus características intrínsecas como textura, estructura, porosidad, densidad, compacidad, etc., y se comporta como un relleno y así hay que tratarlo, aunque su origen y naturaleza sea idéntico al terreno natural del que procede.

Detección de rellenos mediante el estudio de fotografías aéreas:

En lo que respecta a la identificación de zonas que han sufrido rellenos o vertidos, a través del estudio de fotografías aéreas podemos observar la evolución que ha tenido una parcela desde el punto de vista de los usos del suelo; es decir, podemos analizar los antecedentes o modificaciones inducidas sobre ese terreno a causa de los usos anteriores (actividad humana).

Además de las perturbaciones causadas al terreno por anteriores utilizaciones, también se puede analizar la posible existencia de formaciones o depósitos geológicos superficiales que, a la escala de los Mapas y Planos geológicos disponibles, no son cartografiables (ver los artículos: “¿Utilidad de los estudios previos del terreno (EPT)?”  y “Estudio previo del terreno (EPT)”).

Como ejemplo de seguimiento de las variaciones a lo largo del tiempo de una determinada superficie de terreno, y para aclarar de un modo más explícito lo comentado anteriormente, se muestra una secuencia de imágenes de una zona extensa de reciente construcción, donde puede observarse cómo ha ido evolucionado la zona: movimientos de tierras, urbanización, construcciones, etc.

En la mayoría de los casos, al observar en las fotografías aéreas cómo va cambiando la morfología de una zona a lo largo del tiempo, nos podemos hacer una idea bastante clara de si ha sufrido rellenos por movimientos de tierras, u otras causas, asociados a procesos constructivos. Lógicamente, si se quiere estudiar una zona de terreno muy concreta, se podrá variar la escala de las fotografías aéreas para analizar esa área con mayor detalle.

Detección de rellenos mediante ensayos de penetración:

En muchas ocasiones los rellenos contemporáneos efectuados por el hombre (rellenos antrópicos), cuya naturaleza es muy diversa pudiendo variar desde escombros y basuras hasta suelos de las áreas próximas formados por materiales normalmente procedentes de excavaciones, son difíciles de diferenciar, fundamentalmente en el último caso, de los materiales subyacentes (sobre todo cuando el sustrato sobre el que se apoyan está formado por facies detríticas).

Sin embargo, en algunos casos, su compacidad es muy distinta si han sido simplemente vertidos, y suelen distinguirse fácilmente del terreno natural mediante el empleo de ensayos de penetración dinámica.

En otros casos, dependiendo de su naturaleza (rellenos que incluyen gravas y cantos o fragmentos de escombros: ladrillos, hormigón, etc.) o condicionantes del vertido (zonas de rellenos con una elevada compacidad debido al tránsito de los camiones de obra durante el vertido, lo que conlleva una compactación local de los citados rellenos), se incrementa la dificultad para poder discernir entre rellenos o terreno natural en función de su compacidad.

No obstante, en este último caso, es frecuente que se produzcan valores de golpeo muy irregulares, con subidas y bajadas bruscas del N₂₀ del ensayo, dando lugar a una forma de “dientes de sierra” en el gráfico de penetración que se obtiene, lo que puede hacernos sospechar sobre la posible existencia de rellenos.

Además, hay que indicar que es frecuente que existan zonas dentro de un depósito antrópico que presenten una aceptable o elevada compacidad. Sin embargo, el “peligro” o “riesgo” de este tipo de materiales a la hora de proyectar cimentaciones consiste en que, debido a su origen (no natural), pueden presentar grandes variaciones en sus características resistentes entre puntos próximos dentro del mismo depósito.

Esto último suele dar lugar, en el caso de cimentar sobre ellos, a asientos diferenciales muy elevados entre puntos de cierta compacidad y puntos anómalamente blandos, que pueden ocasionar graves daños a la estructura de cualquier construcción. Así pues, es recomendable cuando se sospecha de la existencia de rellenos en una zona, realizar una interpretación, del lado de la seguridad, de los datos aportados por los reconocimientos geotécnicos, con el fin de asegurar que los apoyos de la cimentación no se llevan a cabo sobre este tipo de materiales.

Por otro lado, conviene recordar que los ensayos de penetración dinámica continua permiten realizar una interpretación de las características resistentes del terreno por correlación con los datos obtenidos en sondeos, aunque no debe olvidarse su carácter de ensayos “ciegos” ya que no permiten una observación “in situ” del terreno.

En este sentido, para interpretar la potencia de un determinado depósito de rellenos es aconsejable llevar a cabo su análisis mediante la observación de los gráficos de penetración de un conjunto suficiente de ensayos, que permitan interpretar o definir con una cierta seguridad la localización del sustrato resistente sobre el que se deberá llevar a cabo el desplante de la cimentación.

Juan Pablo Guzmán Franco

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