Innovación en los sistemas de drenaje ante la elevada siniestralidad por la incidencia del agua subterránea en la edificación (1ª Parte)

La referida siniestralidad se entiende como la frecuencia o índice de un daño surgido durante o después de fundar o levantar una construcción, motivado por la aparición del agua subterránea y la interacción de ésta con la edificación que puede crear situaciones de auténtica emergencia y efectos desastrosos.

El origen de los factores de riesgo se reduce a: naturales, por la existencia de niveles freáticos, recargas (precipitaciones), y artificiales (fugas de redes, desvíos, riegos, etc.). Los daños pueden ser tratados, paliados, ignorados o eliminados.

En ocasiones tenemos la necesidad de implantar nuestras construcciones sobre suelos que contienen agua subterránea. Su repercusión puede llegar a ser tan trascendente que condicione la viabilidad de las mismas.

El “obligado” aprovechamiento que se realiza del suelo en nuestras ciudades y sus entornos, motiva la construcción de edificaciones en antiguos cauces, fértiles valles, laderas, humedales, o suelos donde se desaconseja cualquier implantación constructiva. Éste es un factor de riesgo que se ha ido acrecentando por la necesidad de expansión de nuestras urbes.

Al construir bajo rasante cualquier elemento, (zapata, muro, pantalla, foso, etc.) creamos un efecto de barrera a los flujos subterráneos que altera sus niveles (nivel freático) o trayectoria.

Con la acción humana hemos ido soterrando o desviando aquellos flujos naturales que nos impedían o dificultaban labores constructivas, con la creencia de que esto era una solución definitiva, o por lo menos esa ha sido nuestra intención; hoy por hoy el tiempo demuestra que no hay nada más lejos de la realidad. En muchos casos los flujos soterrados vuelven a tener influencia en la edificación y los desvíos en muchas ocasiones afectan a edificaciones ajenas.

La cimentación es el elemento más importante de cualquier edificación. Las edificaciones enterradas se delimitan por sus muros, debiendo estar protegidos contra la humectación desde su origen. Cualquier contacto o filtración de agua que afecte a estos elementos, con el tiempo se traduce en una afección estructural en sí misma.

No debemos olvidar que si un terreno seco se satura, la capacidad de carga final de una zapata superficial se reducirá en la relación entre el peso específico sumergido y el peso específico seco. Como este cociente suele estar entre 0,5 y 0,7, la capacidad de carga de una zapata en la superficie de un terreno saturado será aproximadamente del 0,5 al 0,7 de la correspondiente a un terreno seco.

El agua, cuyo origen puede ser diverso (niveles freáticos, fuga de redes de abastecimiento o saneamiento, lluvia, riegos, etc.) siempre afectará de un modo u otro, pudiendo provocar muchos efectos negativos, afectando tanto al suelo portante como a la estructura:

• Al suelo portante entre otros, por: presiones intersticiales, asientos absolutos, asientos diferenciales, pérdida de capacidad portante, socavamiento, karstificación, lavado de finos, desestabilización, desplazamiento, etc.
• A la propia estructura mediante numerosos y muy diversos procesos físicos, químicos o biológicos, ya sean directos o indirectos como: empujes adicionales en muros y soleras, entumecimiento, pérdida de resistencia, retracción, deformación, reblandecimiento, densidad, asientos, grietas, erosión, filtración, inundación, humedades en general, haloclastia, degradación, disgregación, desagregación, heladicidad, disolución, corrosión, pudrición o como coadyuvante de reacciones endógenas.

La patología más frecuente: degradación, humedades, filtraciones y grietas.

Resulta imprescindible controlar las aguas subterráneas siempre que vayamos a realizar una excavación por debajo del nivel freático, para eliminar riesgos de inundación y desestabilizaciones: se pueden ejecutar barreras físicas que impidan la entrada de agua o deprimir los niveles mediante bombeos, o la combinación de ambos.

La aparición de agua dentro de una construcción (filtración), la consideramos una injerencia y nos predispone a una batalla que en muchos casos perdemos.

Frecuentemente adoptamos medidas apresuradas, transitorias o de ocultación, que se traducen en inadecuadas y contraproducentes para el futuro de la construcción, como lo demuestra el hecho de ser el ‘agua’ el origen del mayor índice de siniestralidad que se registra en edificación.

Hacemos una simple mención: El Código Técnico de la Edificación (Normativa de seguridad habitabilidad y sostenibilidad de las edificaciones) en su Capítulo 3. Exigencias básicas. (Artículo 10.1) determina: “la resistencia y la estabilidad serán las adecuadas para que no se generen riesgos indebidos, de forma que se mantenga la resistencia y la estabilidad frente a las acciones e influencias previsibles durante las fases de construcción y usos previstos de los edificios, y que un evento extraordinario no produzca consecuencias desproporcionadas respecto a la causa original y se facilite el mantenimiento previsto”.

En el mismo Capítulo 3, Artículo 13.1. Exigencia básica HS 1: Protección frente a la humedad: “Se limitará el riesgo previsible de presencia inadecuada de agua o humedad en el interior de los edificios y en sus cerramientos como consecuencia del agua procedente de precipitaciones atmosféricas, de escorrentías, del terreno o de condensaciones, disponiendo medios que impidan su penetración, o en su caso permitan su evacuación sin producción de daños”.

El agua es uno de los principales y más frecuentes elementos que justifica estas disposiciones. El cumplimiento de esta normativa es de suma importancia para la conservación de nuestro patrimonio arquitectónico antiguo, actual y futuro.

Las medidas que se adopten para contrarrestar sus efectos perjudiciales, tampoco son ajenas a la estabilidad actual y futura de lo construido.

Las medidas que se suelen adoptar para evitar esta siniestralidad son:

3.1) La contención del agua

3.2) El tratamiento de los materiales dañados.

3.3) La ‘ocultación’ del problema.

3.4) La eliminación del agua.

El efecto de retención en la circulación natural del agua provocado por bloqueos o impermeabilizaciones produce un ascenso del nivel del agua retenida (gradiente), aumentando los empujes hidrodinámicos (sobrepresión) sobre muros, causantes de la gran mayoría de fallos en las estructuras de contención. Con la contención se acrecienta la saturación del terreno adyacente y/o subyacente, lo que repercute en su estabilidad y capacidad portante. Así mismo provoca subpresiones en losas y soleras, donde se debe estudiar la flotabilidad y estabilidad de la estructura por efectos de ebullición, fluidificación del suelo subyacente o sifonamiento. Es un sistema no recomendable e incluso perjudicial.

La retención se aplica generalmente durante los procesos constructivos en obra nueva. Esta medida básicamente consiste en la acción de impermeabilizar paramentos de cerramiento o losas expuestos a la acción del agua. Para ello son numerosos los productos en el mercado actual, desde aditivos a los morteros, morteros específicos, imprimaciones, láminas, paneles, resinas y un largo etcétera. Todos ellos se aplican para evitar la penetración del agua al interior de la edificación y como consecuencia acrecientan la repercusión de ésta sobre el suelo.

Para que el sistema de contención no sea perjudicial, deberá ir acompañado de un sistema de drenaje adicional.

Colocación de láminas trasdosadas durante el proceso constructivo (foto superior).Tratamiento en intradós bajo presión negativa y filtración (foto inferior).

En rehabilitación también se suele recurrir a estos productos que en la mayoría de los casos son implantados por el intradós bajo presión negativa. Al ser instalados por el intradós, no se puede considerar como una solución real y definitiva porque con ello no evitamos la exposición (contacto) del elemento constructivo a la acción del agua.

Son sorprendentes las prestaciones de numerosos productos que existen en el mercado actual para obturar o impermeabilizar bajo presión negativa. No se pone en cuestión la capacidad de adherencia de estos productos, pero es evidente que su eficacia y durabilidad dependerá del estado de la base o soporte sobre los que son implantados; en estos casos, la base o soporte ya está y seguirá expuesta a la acción directa y erosiva del agua (ataque físico y químico), como hemos mencionado anteriormente.

En muchos casos, después de hacer un tratamiento del intradós mediante impermeabilización u obturación, el agua vuelve a infiltrarse por otra zona distinta de la tratada. Ello es debido generalmente al aumento del empuje que se crea al haber provocado la retención con el tratamiento, que a su vez provoca que el agua erosione o busque otro punto para infiltrarse y produzca otra vía de penetración.

El único sistema de los aquí descritos para rehabilitación que puede tener acceso al trasdós, es la inyección de resinas acuoreactivas, aunque no deja de ser un sistema de obturación o taponamiento de vías de agua que provoca retención. La naturaleza, anisotropía, porosidad y compactación del trasdosado, limita en muchos casos su aplicación. La inyección es un procedimiento poco controlable; el precio de la materia prima es alto y la suma de todos estos factores eleva considerablemente el coste del método. Su efectividad es baja e igualmente desaconsejable por sí sola.

Es indudable que tras sufrir un daño por la acción del agua, los materiales o elementos constructivos deben ser tratados o rehabilitados para restablecer sus funciones; ello será posterior al imprescindible tratamiento que se aplique previamente para eliminar el elemento agresor: ‘el agua. Por si solo es un método insuficiente ya que no evita la exposición y ataque.

En muchos casos ante la imposibilidad de aplicación de medidas efectivas o desconocimiento de un sistema realmente corrector, es frecuente implantar sistemas de ocultación como pueden ser cámaras bufas, chapados, bandejas y un largo etcétera. Las ocultaciones empiezan siendo medidas transitorias y terminan siendo medidas fijas que impiden observar la evolución de la lesión. La no actuación o adopción de una medida efectiva, provocará una degradación progresiva y generalizada de elementos estructurales.

La ocultación no debería ser adoptada por un profesional. No se puede considerar como una medida correctora. Esta acción es totalmente desaconsejable.

Ante la problemática de las medidas anteriores, es obvio considerar que la solución realmente eficaz sería aquella que eliminara el agua (agente agresor).

El único método que “elimina el agua” o nivel freático del suelo es el drenaje. El drenaje se convierte en la solución más coherente y eficaz. Será siempre el procedimiento más recomendable.

¿Podemos decir que hemos llegado a determinar la acción que nos permitirá hacer frente a la elevada siniestralidad en la edificación por la incidencia del agua subterránea? ¡Indudablemente!. El drenaje además de eliminar el agua suele producir un aumento de compacidad. Es el sistema más utilizado para el tratamiento y mejora de suelos y obtener su consolidación.

Drenando se reduce o anula la presión intersticial lo que incrementa la tensión efectiva y aumenta la estabilidad del terreno. En ingeniería suele ser muy deseable y a veces imprescindible eliminar el agua intersticial del terreno o por lo menos reducir su presión. A veces se hace el drenaje como medida provisional para permitir la construcción (como en el caso del sótano de un edificio bajo el nivel freático) y a veces como medida permanente para proteger una estructura. Mansur y Kaufman (1962) han descrito muchos de los aspectos teóricos y prácticos del drenaje.

La incidencia del agua en proyectos de construcción que pueda afectar tanto a la viabilidad de su ejecución como a la estabilidad del suelo portante, o crear problemas endémicos en las construcciones, puede ser resuelta con la acción de drenar, siempre y cuando elijamos un método efectivo, permanente y no contraproducente. El hecho de drenar tampoco puede ser una acción irresponsable y será imprescindible conocer la naturaleza del suelo y tener los ensayos necesarios para poder elegir el método adecuado.

Son muy numerosos los sistemas existentes para el rebajamiento del nivel freático. Karl Terzaghi, Peck y Mesri (1996) citan los siguientes métodos: well-point, pozos profundos, pozos profundos con eyectores, pozos sangrantes o de descarga, drenaje por vacío y drenaje por Electro-Osmosis.

Resulta muy ilustrativa la siguiente tabla (fig. 2), donde J.P. Powers (1992) realiza una valoración de cada método para diferentes casos en función de la granulometría del suelo, hidrogeología, requerimientos técnicos y capacidad.

De esta tabla se deduce que el método de drenaje más eficaz ante cualquier naturaleza y condición es el de drenes horizontales.

No toda el agua contenida en el suelo es perjudicial ni debe ser drenada para alcanzar nuestro fin. Debemos distinguir: (fig. 3).

• Agua de retención
• Agua capilar
• Agua gravífica.

El agua de retención (higroscópica) deberá permanecer. Parte del agua capilar interesará que se desprenda del terreno y el agua gravífica, sí deberá ser excluida.

El agua gravífica equivale al agua intersticial capaz de ser liberada del suelo, y que puede desplazarse por el medio poroso (suelo) obedeciendo exclusivamente a la gravedad. Equivale al valor de la porosidad eficaz de éste. (fig. 4 y 5). Cada suelo tiene una velocidad crítica para ser drenado. Un aumento de velocidad podrá motivar un arrastre de la materia fina (matriz), o de toda aquella partícula susceptible de ser transportada por este incremento. Se admite que su velocidad estará en relación directa con la permeabilidad del medio poroso y el gradiente hidráulico (Ley de Darcy).

En la acción de drenar debemos distinguir la velocidad de drenaje y la velocidad de evacuación. La velocidad de drenaje se refiere a la velocidad que alcanza el fluido en el medio poroso (suelo) para abandonarlo: -relación directa entre permeabilidad y gradiente-. (fig. 6 y 7).

La velocidad de evacuación es aquella a la que sometemos al fluido una vez que ha abandonado el medio poroso: -relación directa entre el gradiente o fuerza ejercida sobre el fluido y la sección útil de la tubería o conducción-.

Con estas premisas se deberá determinar el método o sistema de drenaje más adecuado.

Fig.7. Tabla de capacidad de drenaje y coeficiente de permeabilidad. Nota: Para poder centrar fácilmente el orden de magnitud de estos coeficientes diremos que 10^-6 cm/s representa una velocidad aproximada de 30 cm por año.

Todos aquellos sistemas de drenaje que traten de evacuar el agua contenida en una formación (medio poroso) en menos tiempo que el de la propia descarga natural, alterarán y aumentarán la velocidad del fluido, pudiendo sobrepasar su valor crítico, como es el caso de los muy comunes rebajamientos del nivel freático mediante bombeo abierto. Aunque éste resulte el sistema más económico y el más antiguo, el documento básico de seguridad estructural del CTE, lo desaconseja cuando exista riesgo de sifonamiento del suelo.

Incluso, bajo condiciones favorables del bombeo abierto, existe la posibilidad de que se generen conos (boils) donde se produce erosión y subsidencia en la zona colindante al bombeo (Karl Terzagui, Peck y Mesri, 1996).

Por ello se debería considerar desaconsejable para el tratamiento de un suelo saturado sobre el que se asienta o limita una edificación, todo aquel método en que su acción de drenar lleve implícito un considerable aumento del gradiente hidráulico (drenaje vertical), como son: well-point, pozos profundos, pozos profundos con eyectores, pozos sangrantes o de descarga o drenaje por vacío. Pueden ser usados, como cualquier otro método de drenaje, para el tratamiento previo de un suelo que requiera mejora y consolidación con el fin de implantar posteriormente una estructura.

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