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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural
OBSERVACIONES ESTRUCTURALES DURANTE LA RENIVELACIÓN DE EDIFICIOS DE
MAMPOSTERÍA EN EL ESTADO DE MÉXICO
Carlos Eduardo Avelar Frausto1, Leonardo Veras Felipe2 y Julio César Hernández Chiñas3
RESUMEN
Se presentan las experiencias adquiridas en el asesoramiento estructural prestado durante los trabajos de
renivelación de varios edificios habitacionales de interés social construidos a base de mampostería. Se
presentan sus características estructurales, las condiciones iniciales de desplomo, el daño estructural derivado
de su inclinación, las características geotécnicas del suelo en el sitio, el procedimiento de renivelación
empleado y el reforzamiento propuesto para los edificios. Se observa que el proporcionar una cimentación
adecuada en edificios de mampostería de interés social desplantados sobre suelos compresibles, mejora
significativamente su comportamiento en caso de ocurrir inclinaciones por hundimientos locales o regionales
del terreno.
ABSTRACT
The experiences acquired in the structural advice during the rehabilitation of masonry buildings are presented.
The structural characteristics of the buildings, their initial inclinations, the structural damage occurred, the
geothecnical characteristics of the site, the rehabilitation procedure employed and the reinforcement proposed
for the buildings are presented. It is observed that providing an adequate foundation in social interest masonry
buildings placed on soft soils, improves the structural behavior when inclinations by local or regional soil
sinking occur.
INTRODUCCIÓN
Se ha detectado una serie de edificios ubicados en municipios del Estado de México que presentan problemas
de hundimientos diferenciales con inclinaciones de más del 1%, sobrepasando los límites normativos. Debido
a lo anterior estos edificios presentan diferentes estados de daño y configuraciones de desplomo, lo cual
dificulta su operación en condiciones de servicio; por lo cual se decidió rehabilitarlos empleando un
procedimiento de renivelación por medio de subexcavación mediante ventanas bajo la cimentación.
EDIFICIOS EN ESTUDIO
Los edificios que se describen en este artículo se ubican en los municipios de Tultepec, Coacalco, Tultitlán y
Ecatepec, en el Estado de México. En la tabla 1 se indican los nombres de los edificios a los que se refiere
este trabajo.
1 2
, ERN Ingenieros Consultores, S.C., Desierto de los Leones no. 46 Casa 2, Col. San Ángel, Del. Álvaro
Obregón, C.P. 01000 México, D.F. Tel-Fax 5616-8161 al 64; [email protected] 1, [email protected] 2
3
TGC Geotecnia S.A. de C.V., Adolfo Prieto no.1238, Col. Del Valle, Del. Benito Juárez, C.P. 03100
México, D.F. Tel.: 5575-3150, Fax: 5575-1556; [email protected]
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XIV Congreso Nacional de Ingeniería Estructural
Acapulco, Gro., 2004
Tabla 1 Ubicación de los edificios en estudio
Nombre del edificio
J13
L15D
MC2C
V5B
Unidad Habitacional
San Pablo
San Rafael
Hogares de Castera
Jardines de los Báez
Municipio del Estado de México
Tultepec
Coacalco
Tultitlán
Ecatepec
CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES
Todos los edificios estudiados están construidos a base de muros de mampostería hueca de 12 cm de espesor
reforzados interiormente. El sistema de piso utilizado en todos ellos es el de vigueta y bovedilla, excepto en
las áreas de baño, patio de servicio, rampas y descansos de escaleras, donde se utilizó losa maciza de concreto
reforzado. En la tabla 2 se indican algunas características de los edificios en estudio, por su parte en las
figuras 1 y 2 se presentan fotografías de los mismos.
Todos los edificios a excepción del L15D están formados por un solo cuerpo, en los cuales el área de
escaleras se ubica al frente de los mismos. Por su parte el edificio L15D está formado por dos cuerpos
independientes, ubicándose el área de escaleras entre ellos, ligada a los cuerpos principales sólo en el último
piso y la cimentación.
Tabla 2 Características de los edificios en estudio
Edificio
J13
L15D
MC2C
V5B
Número de niveles
3
5
5
3
Departamentos por nivel
2
4
2
2
Altura
7.60 m.
12.8 m.
12.5 m.
7.80 m.
Figura 1 Edificio J13 (foto izquierda) y V5B (foto derecha)
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Figura 2 Edificio L15D (foto izquierda) y MC2C (foto derecha)
CONDICIONES GEOTÉCNICAS
La zona en que se localizan los edificios regionalmente se caracteriza por la existencia de dos depósitos
principales: un depósito arcilloso de consistencia blanda con una costra endurecida que sobreyace a un estrato
limo arenoso de consistencia dura, con intercalaciones de arcilla blanda (TGC, 2003b, 2004a).
En las figuras 3 a 6 se muestran perfiles estratigráficos de los sondeos de cono eléctrico realizados en la
periferia de los edificios. En los perfiles mostrados se puede observar la presencia de una primer serie
arcillosa hasta una profundidad de 5 m aproximadamente, donde el número de golpes es inferior a 10; así
como la intercalación de lentes de arena fina compacta y limo arenoso donde el número de golpes puede ser
superior a 30. Entre los 5 y 15 m (máxima profundidad explorada) se presenta la intercalación de estratos
firmes con un número de golpes superior a 50; con depósitos de arcilla.
Figura 3 Sondeo edificio J13 (TGC, 2004b)
Figura 4 Sondeo edificio L15D (TGC, 2003b)
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Figura 5 Sondeo edificio MC2C (TGC, 2004a)
Acapulco, Gro., 2004
Figura 6 Sondeo edificio V5B (TGC, 2003a)
CIMENTACIÓN
En los trabajos realizados se observó que la solución de cimentación adoptada para los edificios, influyó de
manera importante en su comportamiento y daño a elementos estructurales al presentarse asentamientos
diferenciales en el subsuelo. A continuación se describen las características de cimentación adoptada en estos
edificios.
EDIFICIO J13
Este edificio de tres niveles cuenta con una cimentación de losa de concreto reforzado de 20 cm de peralte
(TGC, 2004b), con contratrabes centrales ahogadas de 15x20 cm y trabes perimetrales de 15x45 cm (ver
figura 7).
EDIFICIO L15D
La cimentación de este edificio de cinco niveles consiste de un cajón con contratrabes que sigue la forma en
planta del edificio (forma de ”H”), losa de fondo de concreto reforzado y losa tapa de vigueta y bovedilla
(TGC, 2003b), el peralte del cajón de cimentación es de 1.30 m incluyendo las losas (figura 8).
EDIFICIO MC2C
Este edificio de cinco niveles cuenta con una cimentación que consiste en un cajón con losa de fondo y losa
tapa (TGC, 2004a), la cual mide 1.8 m de peralte incluyendo las losas (ver figura 9).
EDIFICIO V5B
La cimentación de este edificio de tres niveles consiste en una losa de concreto reforzado de 20 cm de peralte,
con contratrabes perimetrales de 60 cm de altura y 20 cm de ancho (TGC, 2003a), así como contratrabes
interiores de 20x20 cm (figura 10).
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Figura 7 Cimentación del edificio J13 (TGC, 2004b)
Figura 8 Cimentación del edificio L15D (TGC, 2003b)
Figura 9 Cimentación del edificio MC2C (TGC, 2004a)
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Acapulco, Gro., 2004
Figura 10 Cimentación del edificio V5B (TGC, 2003a)
DESPLOMOS
Los edificios estudiados presentan configuraciones de desplomo muy particulares debido a los hundimientos
del terreno. Las condiciones iniciales de inclinación en las esquinas de los edificios, así como su promedio en
porcentaje de la altura del mismo, se indican en las figuras 11 a 14. En cada una de estas figuras se indica por
medio de vectores la inclinación medida. Los vectores horizontales y verticales indican los desplomos
medidos en centímetros, la resultante en cada una de las esquinas indica el desplomo en porcentaje de la altura
total del edificio correspondiente.
EDIFICIO J13
El edificio J13 presenta un desplomo promedio de 0.30% (figura 11); este desplomo es inferior al límite
máximo permitido para inclinación media de las construcciones por la propuesta a las Normas Técnicas
Complementarias para Diseño y Construcción de Cimentaciones (NTC-Cimentaciones, SMIE, 2001d), el cual
es igual a 0.81% para este edificio (ERN, 2004b). Como se verá en el siguiente apartado, este edificio
presentó un importante agrietamiento en sus muros de carga, lo cual se atribuye a deficiencias en su
construcción.
Figura 11 Desplomos medidos en el edificio J13
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EDIFICIO L15D
Los dos cuerpos que forman el edificio L15D presentan desplomos en sentidos contrarios, ya que el cuerpo
oriente está desplomado hacia el nor-este con componentes promedio hacia el norte de 4.2 cm y hacia el este
de 6.8 cm, con un promedio de 0.62% de inclinación de la altura total del edificio, mientras que el cuerpo
poniente está desplomado hacia el nor-oeste con componentes promedio hacia el norte de 3.3 cm y hacia el
oeste de 1.4 cm (ERN, 2004d), con un promedio de 0.28% de inclinación en la altura total del edificio (figura
12).
Los desplomos que presentó este edificio son inferiores al límite máximo permitido por la propuesta a las
NTC-Cimentaciones (SMIE, 2001d), el cual es de 0.72% de la altura total del edificio. Debido a que se
encontraba cimentado sobre un cajón de importante peralte, el edificio presentó daño estructural únicamente
en las trabes del área de escaleras que unían los dos cuerpos del edificio en último piso, esto ocasionado por la
orientación de los vectores de desplomo, como se verá en el siguiente capítulo.
0.26%
3.3
3.1
3.3
0.28%
1.3
1.4
0.28%
1.5
3.2
4.2
Edificio L15D
0.28%
1.3
3.4
0.52%
5.8
6.0
0.28% 3.3
1.4
3.3
0.53%
0.62%
6.8
5.3
0.76%
8.1
4.8
0.67%
7.1
Figura 12 Desplomos medidos en el edificio L15D
EDIFICIO MC2C
El edificio MC2C presenta un desplomo hacia el sur-oeste, con componentes promedio hacia el sur de 48 cm
(3.84%) y hacia el oeste de 11.2 cm (0.90%), con un promedio de 3.94% (ERN, 2004c) de desplomo de la
altura total del edificio (ver figura 13). El límite máximo permitido para inclinación media de las
construcciones, por la propuesta a las NTC-Cimentaciones (SMIE, 2001d) para este edificio es de 0.73% de la
altura total del edificio, el cual se rebasó de forma importante. A pesar de que este edificio presentó un gran
desplomo, su estructura no sufrió daño, lo cual se atribuye a la buena calidad constructiva de este edificio y
sobre todo a la adecuada selección del tipo de cimentación para esta estructura lo cual ayudó a que los
trabajos de renivelación se llevaran a cabo en menor tiempo y a un mucho menor costo, ya que la estructura
del edificio no requirió de reforzamiento adicional.
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EDIFICIO MC2C
11.2 cm
3.94 %
48 cm
Figura 13 Desplomos medidos en el edificio MC2C
EDIFICIO V5B
El edificio V5B presenta desplomos con componentes promedio de 7.7 cm y 10.6 cm en sentido largo y corto
(ERN, 2004a), respectivamente, con un desplomo resultante promedio de 1.7% de su altura total (figura 14).
El límite máximo permitido de inclinación media para este edificio es de 0.81%, el cual se sobrepasó en más
de un cien por ciento. Lo anterior, aunado a que el edificio se encontraba cimentado de manera somera,
influyó para que presentara daño visible en sus elementos estructurales.
Figura 14 Desplomos medidos en el edificio V5B
CONDICIONES INICIALES DE DAÑO
Debido a la inclinación de los edificios se presentaron diferentes estados de daño en los elementos
estructurales, los cuales a continuación se describen.
EDIFICIO J13
Este edificio presentó un estado de daño severo, el cual se caracterizó por (ERN, 2004b):
• Agrietamiento en los muros de fachada principal con espesor superior a 3 mm (figura 15).
• Fisuras en el techo de los departamentos.
• Fisuras horizontales en la parte superior de los muros.
• Fisuras horizontales en la parte inferior de los muros.
• Fisuras inclinadas en ambos lados de los muros del lado largo del edificio, del orden de 0.5 a 5
mm (figura 16).
• Fisuras en la celosía del patio de servicio.
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•
•
En este edificio, la losa de cimentación evidenciaba deformaciones importantes manifestadas
principalmente por recubrimientos de piso levantados y deteriorados (figura 17).
Se realizaron calas para conocer la configuración de la losa de cimentación (figura 18), y se
encontró que el refuerzo (mallas electrosoldadas 6x6/2-2) estaba deficientemente colocado y
aparentemente escaso.
EDIFICIO L15D
El daño estructural observado en este edificio se describe a continuación (ERN, 2004d):
• Agrietamiento severo en las trabes que ligan el área de escaleras a los cuerpos principales del
edificio a nivel de azotea (figura 19a).
• Agrietamiento y desplomo en muros de mampostería de uno de los departamentos del último piso
del edificio (figura 19b).
• Agrietamiento de las dalas de cerramiento que confinan las aberturas de las puertas de acceso a los
departamentos del último piso (figura 20).
• Desprendimiento total de las trabes que ligan el área de escaleras a los cuerpos principales de los
edificios a nivel de azotea (figura 21).
El severo agrietamiento de las trabes de liga y muros de mampostería en el último piso del edificio L15D se
atribuye a que los cuerpos principales del edificio presentan desplomos en direcciones contrarias, el cuerpo
oriente está desplomado hacia el nor-este, mientras que el cuerpo poniente está desplomado hacia el nor-oeste.
Los dos cuerpos que forman este edificio se encontraban unidos al área de escaleras sólo en el último piso,
por lo que al desplomarse cada cuerpo en sentidos contrarios, el daño se presento únicamente en esta área.
Figura 15 Agrietamiento en fachada del edificio J13
Figura 16 Agrietamiento en muros del edificio J13
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Figura 18 Calas en losa de cimentación
Figura 17 Deformaciones en losa de
cimentación
a
b
Figura 19 Agrietamiento en las trabes que ligan el área de escaleras a los cuerpos principales del
edificio L15D a nivel de azotea (foto a) y desplomo de muros de mampostería (b)
Figura 20 Agrietamiento en dalas de cerramiento
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Figura 21 Desprendimiento total de las trabes que ligan el área de escaleras
EDIFICIO MC2C
Este edificio no presentó daño en sus elementos estructurales a pesar de las grandes inclinaciones (ERN,
2004c), lo cual se puede atribuir a la buena calidad constructiva y la rigidez del cajón de cimentación.
EDIFICIO V5B
En las inspecciones realizadas a este edificio se observó el siguiente estado de daño (ERN, 2004a):
• Fisuras distribuidas en los muros de los tres pisos del edificio, la mayor parte de ellas a 45°.
• Las fisuras en este edificio se concentraron en los muros del lado largo.
• Fisuras en el plafón del techo de los tres pisos del edificio. El piso con mayor fisuramiento en el
plafón fue el tercero.
• Fisuras verticales en los muros del edificio.
En las inspecciones realizadas a este edificio se observó que en la planta baja y el último piso, los habitantes
suprimieron algunos muros con el propósito de contar con un mayor espacio o crear un acceso entre zonas de
los departamentos, lo cual es un problema importante ya que todos los muros de este edificio contribuyen a
soportar cargas gravitacionales y sísmicas; por lo que la primera recomendación fue restituir todos los muros
que se habían suprimido de la estructura original.
De acuerdo a lo observado previamente, el comportamiento de los edificios al presentarse asentamientos
diferenciales en el subsuelo, depende del tipo de cimentación adoptado y de la calidad en la construcción del
edificio. Por ejemplo, a pesar de que el edificio MC2C se encontraba muy inclinado, sus elementos
estructurales no sufrieron daño alguno; a diferencia del edificio J13 que presentaba poca inclinación, pero
sufrió un daño estructural apreciable.
REFORZAMIENTO Y RENIVELACIÓN
Antes de llevar a cabo la renivelación de los edificios, se llevó a cabo su evaluación estructural para
determinar si el refuerzo con que contaban los edificios era suficiente para soportar las acciones
gravitacionales y sísmicas (ERN, 2004a-d). Una vez realizado lo anterior se reforzaron los muros que se
encontraban agrietados o cuyo refuerzo estructural era escaso, para lo cual se empleó la técnica de
rehabilitación con malla y mortero (Ruiz, 1995; Alcocer, 1997). El número de muros a reforzar en cada uno
de los niveles de los edificios dependía de su distribución de daño particular. Así mismo, en los
departamentos donde se suprimieron o modificaron muros, éstos se restituyeron de tal forma que se
conservara la simetría y densidad de muros de las configuraciones originales de los edificios (figura 22).
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Figura 22 Reforzamiento de muros con malla y mortero
Una vez que se reforzaron y restituyeron los muros dañados de los edificios se procedió a llevar a cabo la
renivelación de los mismos, para lo cual se realizó un procedimiento de subexcavación desde trincheras
auxiliares, cuyo fin es compensar las inclinaciones de los edificios en las direcciones más desfavorables
(TGC, 2003a,b, 2004a,b). Para ello se subexcavaron ventanas en el primer estrato blando de suelo bajo la
cimentación; el número, distribución, dimensiones y longitud de las ventanas dependía en cada caso particular
de la orientación de la inclinación de los edificios (figura 23).
Posteriormente para reducir las deformaciones inducidas por las variaciones en los cambios de humedad del
subsuelo, se formaron inclusiones verticales de mortero bajo la cimentación de los edificios en la zona donde
se tiene arcilla agrietada, con lo que se reduce significativamente la deformabilidad de estas arcillas (TGC,
2003a,b, 2004a,b).
Figura 23 Ventanillas de subexcavación para la renivelación de edificios
CONCLUSIONES
En este artículo se presentó una breve descripción de las experiencias adquiridas en el asesoramiento
estructural prestado durante los trabajos de renivelación de edificios de mampostería de interés social, de los
cuales se observó que el daño estructural que presentaron los edificios dependía de manera importante del tipo
de cimentación adoptada y de la calidad de la mano de obra empleada en la construcción, ya que un edificio
con desplomos muy importantes, puede no presentar daño en sus elementos estructurales cuando su
cimentación es rígida y la mano de obra de calidad.
Es posible concluir que el proporcionar una cimentación con suficiente rigidez en este tipo de edificios,
permite que, en caso de que se presenten hundimientos diferenciales del terreno, los trabajos de renivelación
se lleven a cabo en menor tiempo, con un importante ahorro en los costos de ejecución.
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Es importante señalar que los problemas de hundimientos diferenciales en edificios habitacionales
desplantados en suelos compresibles, es un gran problema social con un considerable impacto económico para
las instituciones que proporcionan crédito para la vivienda de los trabajadores, por lo que es recomendable
tomar las precauciones necesarias para evitar este tipo de problemas en el futuro. Una recomendación
derivada de este trabajo consiste en cimentar los edificios de manera adecuada, evitando cimentaciones
someras como losas de pequeño peralte, ya que de acuerdo a lo observado en estos trabajos, los cajones de
cimentación con contratrabes interiores de peralte mayor a 1.30 m y buena calidad en la construcción del
edificio, permitieron que ocurriera un desplome como cuerpo rígido evitando daño en los elementos
estructurales, esto aunado con la rigidez propia del sistema de mampostería. La calidad de la mano de obra en
la construcción de edificios de mampostería es un factor de suma importancia para su adecuado desempeño
estructural.
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