Cuando se trata de compactar una subrasante para una aplicación residencial, la consistencia, la calidad y las buenas prácticas por parte del contratista son críticas para evitar el agrietamiento del hormigón y los problemas de hundimiento para el propietario.
Un contratista residencial debe asegurarse de que el constructor de la obra evite la tentación de preparar mal una subrasante. Una subrasante de baja calidad da lugar a asentamientos inesperados y a la acumulación de agua contra los cimientos, lo que provoca filtraciones y un debilitamiento de los mismos. Un subsuelo mal compactado también puede ser el causante del agrietamiento y hundimiento de aceras, calzadas y patios. En última instancia, es el propietario de la vivienda quien asumirá los gastos de reparación, especialmente cuando el asentamiento hace que las losas desplacen el agua en dirección a la casa.
Fallo de la subrasante
Según la Asociación de Cemento Portland, las grietas, el asentamiento de las losas y el fallo estructural pueden ser el resultado de una subrasante inadecuadamente preparada y mal compactada. En el caso de las losas sobre el suelo para aplicaciones residenciales, una subrasante ideal debe estar bien drenada, tener una capacidad portante uniforme, alcanzar la densidad de compactación adecuada, tener la pendiente correcta y estar libre de césped, materia orgánica y heladas.
¿Qué causa una subrasante irregular en un proyecto residencial? En primer lugar, la presencia de suelo blando e inestable mezclado con suelo duro y rocoso. Otra razón que se aborda más adelante en este artículo puede ser el relleno de zonas bajas o el relleno sin una compactación adecuada.
Para conseguir una subrasante nivelada y firme, hay que eliminar los suelos blandos o saturados y las rocas durante la excavación inicial. Durante la excavación, la tierra se empuja hacia las zonas bajas (relleno) desde otras zonas (corte). Para el relleno compactado en zonas bajas, el suelo debe tener la misma densidad que en las zonas cortadas.
Es importante que los contratistas identifiquen lo que es corte y lo que es relleno al construir una subbase. Los operadores de la maquinaria pesada pueden mover o mezclar, sin saberlo, los materiales de corte y de relleno, creando problemas de identidad entre ambos.
Dependiendo del entorno y de la ubicación geográfica del proyecto, los constructores pueden encontrar suelos nativos que ofrecen la resistencia ideal para soportar una losa, que puede colocarse directamente sobre el suelo. Sin embargo, en muchas zonas, puede ser difícil encontrar un suelo adecuado para su uso como relleno.
Alternativas de relleno
En el caso de las cimentaciones de losa sobre rasante, se puede utilizar una alternativa al material de suelo nativo para restaurar la rasante. Estos rellenos importados pueden incluir materiales granulares como arena, grava o piedra triturada. Estos materiales altamente resistentes y permeables ofrecen una baja compresibilidad, lo que es ideal para un sistema de soporte de losas.
«Seis pulgadas de grava bien graduada o material de piedra triturada correctamente compactado dará buenos resultados», dijo Mark Conrardy, un gerente de ingeniería de ventas de Wacker Corp., Menomonee Falls, Wis.
Cuando se compacta adecuadamente, tanto los suelos nativos como los materiales granulares importados pueden proporcionar un buen soporte. Sin embargo, hay que tener en cuenta que el uso de un buen material no puede arreglar una mala compactación.
«El material granular colocado bajo la losa puede ser de grado abierto, lo que algunos creen que es autocompactante. La arena y otros materiales deben ser compactados», dice Chris Tull, propietario de Concrete Consulting LLC, Fishers, Ind.
Independientemente de si se trata de una cimentación, una acera, una calzada o un patio, el suelo nativo o el material granular no pueden colocarse simplemente en la zona de relleno y luego cubrirse con hormigón.
Es fundamental que el contratista exija la compactación de todos los materiales de relleno en elevaciones adecuadas, independientemente de si se trata de un suelo nativo o de un material granular para proporcionar una subrasante plana y densa. Si el material de relleno no se compacta de manera uniforme, se producirán asentamientos desiguales, dando lugar a grietas en el hormigón y a la destrucción de la obra.
Necesidades de compactación
Es aconsejable compactar el suelo cerca del contenido de humedad óptimo para lograr los niveles de densidad requeridos. Esto es más probable que ocurra cuando el suelo está recién excavado. La máxima compactación es posible antes de que el material se haya secado demasiado o haya estado expuesto a periodos de lluvia en los que se pueda acumular agua. Si el suelo se compacta durante o poco después del proceso de nivelación, hay menos poros en el material que puedan absorber agua.
Principalmente utilizado para los desarrollos de sitios de casas más grandes, la prueba de rodamiento es una medida que permite a los contratistas identificar si la subrasante se ha compactado adecuadamente o no. El suelo inestable o mal compactado puede identificarse conduciendo un camión volquete completamente cargado o una pieza similar de equipo pesado sobre el área compactada para revelar un movimiento inusual del suelo o un ahuecamiento notablemente profundo de los neumáticos.
La densidad medida del material de la subrasante para una aplicación residencial debe ser del 90% al 95% de la Densidad Proctor Estándar. Esta densidad puede lograrse utilizando una combinación de tres a cuatro pasadas con un compactador de placa vibratoria o apisonador, además de un buen contenido de humedad en la subbase.
En general, los rellenos compactables deben ser regados o «procesados» para que contengan aproximadamente un 12% de humedad en su totalidad, con el fin de lograr la máxima compactación.
Algunos materiales de relleno también proporcionan buenas propiedades de drenaje y pueden ser utilizados para evitar las concentraciones de humedad debajo de la losa.
Un nivel de humedad adecuado en la subbase no sólo ayuda a la consolidación, sino que también reduce el sangrado del agua de la base de la losa de hormigón.
Para mantener el hormigón lo más cerca posible de su resistencia de diseño, los encofrados deben ser humedecidos para evitar que el agua sea extraída del hormigón.
Relleno para los muros de cimentación
Los contratistas a menudo preguntan cómo rellenar los muros de cimentación para un área que terminará debajo de la obra plana de hormigón.
El relleno debajo de la obra plana de hormigón a lo largo de los muros de cimentación debe realizarse con un material granular que sea uniforme en tamaño. Algunos materiales de relleno, como las piedras redondas como la gravilla, tienden a ser autocompactantes. «Recomiendo que se utilice material granular de grado abierto», dice Tull.
Los agregados de grado abierto permiten que el agua presente a lo largo de los cimientos se desplace hacia abajo hasta las baldosas de drenaje y descienda a un sumidero donde puede ser bombeada a un colector de aguas pluviales. Esto garantiza que el agua se aleje de los cimientos. El material debe ser compactado para reducir el asentamiento que se producirá con el tiempo. Las 6 a 12 pulgadas superiores del relleno bajo la losa deben rellenarse y compactarse con grava bien graduada o material triturado.
«Los muros suelen rellenarse con la tierra extraída o con un material granular, de grado abierto», dice Tull.
Según la norma 8 de la CFA sobre cimientos.3 Relleno y nivelación final, «el relleno no debe comenzar en un muro de cimentación que está diseñado para ser apoyado lateralmente en la parte superior e inferior, hasta que dicho apoyo lateral está en su lugar, o hasta que la pared ha sido suficientemente reforzado para soportar las presiones del material de relleno, proceso de compactación, y la operación de relleno. El relleno se colocará de forma que no se produzcan daños en el muro, la impermeabilización u otros trabajos. No se requerirá el apuntalamiento para los muros que soporten menos de 4 pies de relleno desequilibrado»
En lo que respecta a la nivelación final, se debe proporcionar una pendiente mínima fuera de todos los muros de cimentación de al menos 1% a 2% o ¼ de pulgada por pie de inclinación fuera del edificio. Las aguas superficiales deberán desviarse a un colector de aguas pluviales u otro punto de recogida. Todos los desagües deben tener una inclinación que los aleje del edificio. Las parcelas deben estar niveladas para drenar el agua superficial lejos de las paredes de los cimientos. En los casos en los que los límites del terreno, los muros, las pendientes u otras barreras físicas impidan una inclinación de al menos el 2%, deberán preverse desagües o cunetas para garantizar el drenaje fuera de la estructura. «Es importante que exista suficiente pendiente de la losa para que el sitio drene lejos de la pared», dice Tull.
Claramente, la inclinación también juega un papel en la preparación del subsuelo. Por lo general, la mejor práctica es inclinar el terreno circundante lejos de la casa para que el agua no se acumule contra los cimientos. La acumulación de agua con el tiempo resulta en filtraciones y puede socavar los cimientos, resultando en sótanos húmedos.
Equipo a utilizar
Para preparar adecuadamente una subbase para una aplicación residencial, los compactadores de placa y los apisonadores son los equipos preferidos. Según Conrardy, los compactadores de placa vibratoria y sus homólogos, el apisonador o el «gato saltarín», deben utilizarse en áreas confinadas para la compactación de la subbase.
Las placas vibratorias son buenas para la compactación de materiales granulares porque son rápidas y dejan la superficie plana. Una superficie plana y lisa es buena para las obras planas porque el hormigón puede encogerse a medida que se cura sin ser restringido por el material de base.
Los martillos, que funcionan mejor para la compactación de 6 a 12 pulgadas de relleno, están diseñados para manejar suelos arcillosos donde el impacto crea fuerzas de cizallamiento que eliminan los vacíos de aire de la arcilla. Para el relleno de suelo en aplicaciones residenciales, los gatos de salto pueden compactar con seguridad 6 pulgadas de relleno de suelo.
La vibración de mayor frecuencia de un compactador de placa fuerza el movimiento de las partículas permitiendo que la gravedad haga que se asienten. Con respecto a la profundidad del relleno, los compactadores de placa vibratoria más pequeños y los apisonadores funcionan bien para 6 a 12 pulgadas de tierra o relleno granular.
La calidad es la clave
Con demasiada frecuencia, los constructores no preparan adecuadamente el subsuelo para los cimientos de hormigón, las aceras, las calzadas o los patios. El contratista de hormigón es responsable de asegurar que el relleno granular reciba la compactación, densidad y niveles de humedad adecuados antes de la colocación del hormigón. Algunos contratistas especifican en sus contratos que son responsables de la compactación adecuada de cualquier material de relleno que coloquen, pero no de los materiales colocados por otros. Es responsabilidad del constructor asegurarse de que el relleno colocado antes de la llegada del contratista de hormigón está correctamente colocado y compactado. Los diseñadores deben especificar que los materiales de relleno se instalen correctamente también.
Desgraciadamente, una vez que el hormigón se ha asentado y muestra signos de fracaso -ya sea 2 años o 20 años después de ser colocado- en forma de grietas y hundimientos, el propietario de la vivienda se ve obligado a pagar la factura de la reparación. La mayoría de las veces, el propietario de la vivienda culpa al contratista de hormigón por el fallo del subsuelo.