Danys en els edificis per culpa de grans moviments de terres

FRUCTUÓS MAÑÀ REIXACH
Doctor arquitecte, Soci d’Honor de l’ACE, catedràtic a l’Escola d’Arquitectura de Barcelona, director de recerca de l’ITEC impulsor de les primeres pedres dels aspectes mediambientals a la construcció.
Redactor de nombrosos textos tècnics, la majoria destinats a la docència i nombrosos articles d’opinió.
Assessor municipal per a la redacció d’ordenances per tal d’establir criteris sobre l’execució d’obres soterrades en sols problemàtics.

UNA GRAN EXCAVACIÓ EN SÒL URBÀ, SE SAP COM AFECTA LES EDIFICIACIONS VEÏNES?

Quan fem una gran excavació en zona urbana, sigui un soterrani o un túnel, es modifica de forma molt substancial l’estat tensional del sòl i, en conseqüència, l’estat tensional dels edificis que s’hi recolzen. Com a resultat d’aquesta modificació de l’estat tensional, els edificis poden presentar lesions i/o deformacions o no. Des de la tècnica només se sol reaccionar quan l’usuari observa que li apareixen lesions tan importants com per preocupar-lo i, només aleshores, ho fa públic.

En aquests casos, hi ha implícits dos problemes difícils de resoldre:

El primer, l’enorme subjectivitat en la detecció del problema. Hi ha usuaris que s’espanten quan es fa aparent la més mínima fissura, i n’hi ha que només es preocupen quan hi passen els gats (o els lluços si hi ha prou humitat).

El segon es presenta precisament quan no hi ha lesions i l’edifici queda fortament tensionat. Quan això passa, l’edifici pot haver quedat en un estat tal que un mínim increment futur dels esforços en pot implicar la ruptura.

Cal considerar que quan es duu a terme una gran excavació, tot i que no apareguin ruptures evidents, els edificis pròxims poden quedar tensionalment afectats de forma considerable, i d’això, tal com estan les coses avui, ningú no se’n farà mai càrrec (ni els promotors particulars, ni les administracions) ni implicarà cap actuació tècnica o econòmica que compensi aquesta propensió a la ruptura en la qual ha quedat l’edifici.

En el futur, quan un cert informador, cridat perquè interpreti una patologia recent, que no conegui la història tensional de l’edifici, podria no trobar relació entre causa i efecte. Les ruptures i les deformacions que observarà com a conseqüència d’una certa actuació (l’ obertura d’una rasa al carrer per a passar-hi instal·lacions, per exemple), li semblarà que es presenten d’una forma precoç i desproporcionada.

Permeteu que us expliqui una historia de qui ja ha vist masses coses. Quan l’excavació del túnel de metro va passar per Pi Molist, es va afectar greument un edifici d’habitatges de la vorera del cantó de Llevant. A tanta velocitat evolucionaven les esquerdes que els bombers (de la mà de l’inefable i recordat Josep Maria Jordan) em van trucar a la una de la matinada perquè els ajudés a buidar l’edifici de persones, ja que una esquerda principal situada a l’escala (en un lloc de mínima resistència) creixia a simple vista. En aquell moment, jo pertanyia a una comissió tècnica que interpretava el que anava passant en els edificis mentre progressava el túnel (que es construïa amb la tècnica del sistema austríac modificat, no com ara amb les tuneladores impressionants que hom coneix). Atesa la situació del túnel al centre del carrer, l’edifici es desplaçava en direcció contrària al que era lògic. Ho feia, sense cap mena de sentit aparent, cap a la façana posterior, fins que ens vam adonar de l’existència d’una antiga riera que transcorria pel centre de la mançana. Vam concloure que l’edifici tenia un problema inicial de fonamentació que l’havia mantingut, sense lesions o amb lesions negligibles, en un estat tensional relicte que es va manifestar quan s’hi van introduir un nous esforços causats pel túnel i quan la fàbrica ja era prou rígida com per no poder assolir les deformacions en el rang plàstic.

Tanmateix, en la fase de projecte de les obres susceptibles d’afectar els edificis pròxims, no se solen considerar aquests possibles increments de les tensions, ni tan sols es habitual que es considerin les possibles afectacions en forma de fissures i deformacions. En el cas extraordinari que en el pressupost s’hagi comptat amb un capítol de reparacions, aquestes aniran dirigides a cosir i pintar, però gaire bé mai són el resultat d’un càlcul, d’una reflexió de com quedarà l’edifici, tan pel que fa a la continuïtat de les fàbriques com a les tensions residuals romanents després de la nostra actuació.

QUÈ HI HA D’ESCRIT SOBRE EL PARTICULAR?

Els referents bibliogràfics no afavoreixen l’anàlisi tensional post actuació. Per la seva simplicitat es nota que estan molt lluny d’estudis numèrics mínimament acurats: els criteris sobre danys de Burland i l’àbac de Boscardin només es preocupen de la relació entre les distorsions i la gravetat dels danys (que ja hem dit que eren molt subjectius), la norma DB-SE-cimientos, a la taula 2.2, cau en el mateix parany: només es limiten les deformacions amb l’objectiu de limitar els danys i no es parla dels possibles increments de les tensions introduïdes.

Es curiosa la grolleria com aquests autors enfoquen la tipificació dels edificis. Sigui parlant de sismicitat o de qualsevol altre fenomen que els pugui afectar, els edificis només són de tàpia, de pedra o d’estructura (i en algun cas es fa una diferencia a si són d’acer o de formigó) i punt. Per plantejar l’estat tensional que es pot introduir en un edifici pròxim caldrà partir d’un coneixement superior dels edificis que està molt lluny d’aquesta simplificació tan excessiva que fan els que teòricament en saben. Tenim feina per endavant.

SOBRE ELS MODELS D’ANÀLISI

Per saber els esforços que s’introdueixen en un edifici per causa de una descompressió del sòl (per causa d’una excavació pròxima, per exemple), cal: primer, disposar d’una anàlisi prèvia afinada de com es pot deformar el pla de fonamentació (*), després, conèixer suficientment l’edifici i per últim, comptar amb eines de simulació numèrica (millor en el rang no lineal) i poder-ho aplicar sobre un model molt complex format pels elements més significatius dels que componen l’edifici (entre els més significatius estan els tancaments rígids).

En el càlcul de les pantalles o dels túnels sempre s’arriba a obtenir uns certs valors de les deformacions de la superfície del sòl. Són aquells valors que habitualment ens serveixen per establir els límits entre els diversos estats d’alarma (en els plans d’auscultació). Però com sigui que aquestes deformacions de la superfície del sòl impliquen severes redistribucions dels esforços en la estructura que suporta, caldria proposar-se d’encaminar els estudis estructurals cap a models més complexos que incorporessin la interacció entre les pantalles, el sòl i les estructures dels edificis veïns.

Si l’anàlisi es fa a partir de models lineals, ja fa molts anys (cap als anys 50) Leonard va establir certs factors que ens permeten relacionar l’estat tensional “real” i l’estat tensional deduït numèricament, en funció de la velocitat de l’entrada en càrrega i en funció de l’edat del formigó (és a dir, en funció de si el seu estat és més o menys viscós en el moment de l’aplicació de la distorsió).

És un camp enorme per explorar que no ha tingut, (que jo sàpiga) continuïtat, llàstima!

Criteri de Leonhard:

Aquesta senzilla taula es podria completar amb la següent:

Comentari a la taula: si la distorsió per causa d’un assentament o d’una descompressió es comença a aplicar quan el formigó és nou (quan aquest és quasi viscós i quasi tota la deformació es produeix en el rang plàstic), l’ajust a la realitat dels models numèrics lineals serà molt baixa, els càlculs seran massa pessimistes. A la taula, es proposa corregir-los per 0,25 en el cas de sorres (assentaments quasi instantanis) i 0,5 en el cas d’argiles (assentaments més diferits en el temps – els assentaments dels nostres sòls argilosos solen durar de l’ordre dels 2 anys), quan una bona part de la deformació es presenta sobre uns formigons que ja comencen a ser rígids).

(*)Nota a mode d’aclariment: Un material presenta un comportament elàstic mentre, entre tensió i  deformació, hi ha una relació biunívoca. Pot ser lineal, com en el cas de la zona de baixes tensions en el diagrama de l’acer, o no, com en la zona superior al límit de relaxament.  Se sòl dir que el material presenta un comportament plàstic quan les variables, tensió i deformació, no només depenen una de l’altra, sinó que, a més a més, depenen d’altres  paràmetres que no permeten dibuixar la corba tensió-deformació sobre dos eixos cartesians. El més característic en el formigó és el temps (fluència, retracció,…) que permetria dibuixar una superfície sobre els tres eixos,  però hi ha materials que les variables són múltiples. En el cas de la fusta: el temps, la humitat ambient, per exemple.

Quan la distorsió s’aplica a estructures de formigons envellits, ja molt rigiditzats, , els models numèrics s’ajusten més a la realitat. Quan el sòl és sorrenc, la deformació màxima s’aconsegueix quasi instantàniament, la qual cosa no permet que el formigó, fortament endurit, pugui mobilitzar cap tipus de recurs plàstic (factor 0,8). Quan es tracta d’una consolidació en argiles, la poca velocitat amb la qual s’introdueix el fenomen permet que, tot i que el formigó ja estigui molt rigiditzat, sigui capaç d’ajustar-se, encara que sigui lleugerament, a la deformació amb uns increments de tensió menors que els deduïts en hipòtesi elàstica (factor 0,6).

En el cas d’estructures triangulades d’acer, la relació entre les tensions (tan en els nusos com a les barres) i els desplaçaments dels peus dels pilars és directa i els models numèrics donen una bona aproximació del que passa a la realitat, si és que no hi ha pel mig uns tancaments tan rígids com per distorsionar el funcionament del requadres estructurals (però aquesta és una altra guerra).

PROPOSTES?

Encara que l’estat del tema és molt embrionari, es podria proposar un cert canvi de paradigma: completar els criteris basats en la relació entre les distorsions i els danys amb procediments d’anàlisi numèrica de les estructures que poden quedar afectades per aquest tipus d’obres. En principi es podria proposar fer estudis numèrics dels models constructius més habituals, i establir possibles relacions no solament entre distorsions i danys, sinó entre distorsions i increments de tensions, i a veure què passa. (No cal pensar massa per adonar-nos que els edificis amb tancaments rígids, amb poca resistència a la tracció, presentaran lesions importants en aquest tancaments molt abans que l’estructura arribi a tenir valors tensionals crítics).
Potser, amb aquesta pràctica prèvia, es podrien arribar a definir els diversos nivells de sensibilitat que presenten certes tipologies de d’edificis+sòls segons suportin millor o pitjor els efectes de les excavacions pròximes, per exemple.
En qualsevol cas sembla que seria una pràctica interessant dirigida a millorar el nostre coneixement del que passa als edificis quan es duen a terme excavacions en entorns urbans.

DARRER COMENTARI

En general, no sembla que s’estigui prou a l’alçada dels mètodes d’anàlisi numèrica a l’abast. Els models estructurals que es fan servir habitualment encara parteixen d’uns esquemes molt senzills (de barres, la major part de les vegades) que no simulen una bona part dels aspectes estructurals que són importants en la interpretació de les patologies que s’observen. Encara sorprèn que els “tancaments suportats” se’ns trenquin. Un model numèric que els incorporés ens informaria ràpidament de si aquells tancaments arribaran, en l’estructura “en servei”, a assolir tensions-deformacions de ruptura o no. Si es mesuressin les càrregues que transmeten els pilars d’una certa estructura ens adonaríem del poc ajust que hi ha entre la realitat i el resultat dels càlculs, n’hi ha prou amb uns petits assentaments diferencials (perfectament admissibles amb la norma a la ma) com per que es trastoqui seriosament la distribució de les càrregues prevista. El sòl no hauria d’estar incorporat al model numèric?

Sobre aquest tema, el de com es distribueixen els esforços sobre els elements que componen l’edifici complex, cal saber que s’és a punt de llegir una tesi doctoral (s’haurà llegit quan es publiqui aquest article) que estudia les importants distorsions que poden causar les escales en el funcionament estructural (en el cas d’esforços laterals: vent i sisme sobretot) i de com les escales (via d’evacuació fonamental) poden fallar per causa de les deformacions estructurals (recorreguts diferencials entre les vores dels sostres). Caldria donar el pas d’incorporar a la modelització numèrica estructural els tancaments, les escales i tots aquells elements, històricament no considerats en el càlcul, que s’ha demostrat que tenen una gran importància en el comportament del conjunt acabat.
Seria interessant que L’ACE estes al cas de les tesis doctorals que es llegeixen sobre els temes estructurals i si s’escau, plantejar que s’exposessin als locals de l’Associació.