Condiciones y consideraciones para el diseño y construcción de edificaciones en sectores con suelos salinos colapsables, incluyendo las exigencias normativas y directrices de los servicios públicos.
Viviendas básicas sobre pilotes y radier armado, notar que aún estando en suelo salino y con humedad, estas viviendas no han sufrido daños.
Informe: Diseño y Construcción en Suelos Salinos Colapsables
1. Introducción: El Desafío de los Suelos Salinos Colapsables y las Filtraciones Inevitables
Los suelos salinos colapsables presentan un desafío significativo en la ingeniería civil y sanitaria, especialmente en Chile. Estos suelos, que contienen sales solubles sobre el 3%, pueden experimentar asentamientos diferenciales por disolución de sales al entrar en contacto con agua u otro solvente. Este fenómeno puede poner en riesgo la estabilidad y funcionalidad de tuberías e infraestructura sanitaria, así como de las obras insertas o que operan sobre ellos.
La gestión de las redes de agua potable a nivel mundial enfrenta un problema inherente: las pérdidas de agua por filtraciones. Se estima que, a nivel global, entre el 25% y el 30% del agua tratada se pierde antes de llegar a los consumidores. En los países de la OCDE, estas pérdidas suelen oscilar entre el 10% y el 20%. En Chile, la Superintendencia de Servicios Sanitarios (SISS) establece en sus decretos tarifarios un porcentaje de pérdidas aceptable para las empresas sanitarias, que comúnmente se menciona en un 15%.
Dada la naturaleza de estas infraestructuras, que están enterradas y no son visibles, y la presencia de suelos inestables como los salinos colapsables, sumado a la actividad sísmica en Chile, es imposible con la tecnología actual evitar por completo las filtraciones. Estas pérdidas, aunque se busquen minimizar, siempre ocurrirán. Las filtraciones pueden originarse en diversos puntos del sistema, como codos y conexiones (aproximadamente 30% - 40%), válvulas (entre 10% - 15%), roturas por sismos (alrededor de 5% - 10%), asentamientos del terreno (10% - 20%), y fugas generales en las tuberías debido a corrosión o envejecimiento (entre 20% - 30%).
En este contexto, la Superintendencia de Servicios Sanitarios (SISS) y el Ministerio de Vivienda y Urbanismo (MINVU) han establecido criterios y exigencias adicionales para mitigar los riesgos que estas filtraciones, inevitables en un grado u otro, representan para la infraestructura en suelos salinos colapsables.
2. Marco Normativo y Directrices de Servicios Públicos
En Chile, la regulación y fiscalización de los servicios sanitarios y las construcciones recae en diversas entidades, con normas y directrices específicas para suelos salinos:
- SISS (Superintendencia de Servicios Sanitarios): Este organismo es responsable de fiscalizar a los prestadores de servicios sanitarios y velar por el cumplimiento de las normas e instrucciones. Ha emitido un Instructivo SISS de cumplimiento obligatorio para las concesionarias de agua potable y alcantarillado y exigible para los proyectistas, que aplica a redes de distribución, recolección, conducciones, sistemas de elevación e instalaciones domiciliarias en suelos salinos colapsables. Este instructivo establece requisitos adicionales a los mínimos exigidos para resguardar la infraestructura sanitaria pública y domiciliaria. Su ámbito de acción inicial incluye las regiones de Tarapacá y Arica y Parinacota, pero también se puede aplicar a otras zonas del territorio nacional donde un estudio de suelos revele un contenido de sales solubles superior al 3% según la NCh 3394.
- MINVU (Ministerio de Vivienda y Urbanismo): Entre sus funciones está dictar ordenanzas, reglamentos e instrucciones generales sobre urbanización y construcción de viviendas. El MINVU también ha incorporado exigencias adicionales para el diseño y construcción en suelos salinos.
- NCh 3394:2016 "Suelo Salino — Requisitos geotécnicos y de instalaciones sanitarias para diseño y ejecución de obras": Esta Norma Chilena es clave y fue aprobada y declarada oficial por decreto exento Nº 11 (V. y U.) de 2017. Establece las condiciones y requisitos mínimos para la exploración y el estudio geotécnico de nuevos proyectos en suelos potencialmente salinos, así como los requisitos de diseño y construcción para minimizar los riesgos asociados. También define disposiciones para proyectos de instalaciones sanitarias públicas y domiciliarias para minimizar el riesgo de filtraciones.
- NCh 1508:2014 "Geotecnia — Estudio de mecánica de suelos": Esta norma es la piedra angular del enfoque chileno en diseño geotécnico y establece los requisitos mínimos para un estudio de mecánica de suelos. Es fundamental para la caracterización de "suelos singulares", como los salinos, donde se requiere un plan de investigación específico y el juicio ingenieril.
- Ley General de Urbanismo y Construcciones y su Reglamento: Establecen las responsabilidades del director de obra y del profesional que firma el proyecto, incluyendo plazos para el diseño estructural y otras instalaciones.
3. Condiciones y Consideraciones para el Diseño y Construcción
3.1. Identificación y Caracterización del Suelo Salino Colapsable
La primera etapa crucial es identificar y caracterizar el suelo:
- Estudio Geotécnico Obligatorio: La existencia de suelos salinos debe ser conocida en detalle mediante un estudio geotécnico realizado por un profesional especialista, que debe formar parte del diseño de las redes públicas, arranques y uniones domiciliarias. Este estudio debe determinar las propiedades estáticas y dinámicas del subsuelo, parámetros de salinidad y, si es necesario, la estimación del asentamiento máximo por disolución de sales.
- Criterio de Salinidad: Un suelo se clasifica como salino si su contenido de sales solubles supera el 3%.
- Exploración Mínima: La exploración se basa en calicatas y/o zanjas, toma de muestras representativas y ensayos de salinidad. La profundidad de exploración debe cumplir con la NCh 1508:2014, A.3.1 (mínimo 4 m para fundaciones superficiales) y A.3.2 para profundas. En vías urbanas, se requiere un pozo cada 150 m como mínimo. Las muestras deben someterse a ensayos de sales solubles totales, cloruros y sulfatos.
- Consideraciones en Ensayos de Laboratorio:
- Propiedades Índices: La caracterización tradicional no visualiza las complejidades geomecánicas del suelo salino, por lo que se prioriza el perfil de salinidad y la evaluación de la colapsabilidad. El agua utilizada en ensayos convencionales modifica el material, por lo que deben considerarse adaptaciones.
- Ensayos Específicos: Granulometría (con lavado de muestra y corrección), peso específico (con material lavado y secado), límites de consistencia, densidad (con corrección por sales), densidades patrón, razón de soporte (CBR), permeabilidad (informando variación de sales y grado de saturación), y ensayos de resistencia (determinados para estados extremos de humedad, midiendo sales post-ensayo).
- Estimación de Asentamiento: Si la fundación se apoya directamente en suelo salino, se debe estimar el asentamiento esperado mediante:
- Ensayo de colapso por inundación in situ: A la profundidad del sello de fundación, con carga constante, se inunda el terreno y se mide el asentamiento durante al menos 30 horas.
- Ensayo de colapso por inundación en laboratorio (edométrico): Sobre una muestra inalterada, se aplica una carga constante y luego se sumerge en agua destilada, registrando el asentamiento en el tiempo.
3.2. Sistemas de Fundación de Edificaciones
Cuando se deba fundar en suelos salinos, se debe optar por uno de los siguientes procedimientos:
- Remoción del Suelo Salino: Consiste en excavar y retirar el material salino hasta una profundidad donde el contenido de sales sea inferior al crítico. Si se repone material, este debe tener características específicas. El estudio de fundaciones subsiguiente se realiza según NCh 1508.
- Fundación Profunda Traspasando el Suelo Salino: Utilizar pilotes o pilas que se apoyen en un estrato subyacente competente y no salino, despreciando la contribución del suelo salino en términos de fuste y rigidez lateral. Es crucial considerar el fenómeno de fricción negativa (downdrag), que genera una carga adicional en los pilotes si el suelo circundante colapsa. Los elementos no estructurales (como radieres) deben diseñarse para la posible disolución de sales.
- Mejoramiento del Suelo Salino: Aplicar técnicas de mejoramiento geotécnico (ej., lavado de sales in situ, tratamientos químicos, inyecciones) para modificar el comportamiento del suelo ante el agua.
- Fundación en Suelo Salino: Apoyar la fundación directamente sobre el estrato salino, lo cual exige una evaluación exhaustiva de la deformabilidad, resistencia y contenido de sales del suelo frente al agua. Debe asegurarse la estabilidad estructural de la vivienda y de los elementos no estructurales como radieres e instalaciones.
- Soluciones Alternativas: Cualquier otro procedimiento o combinación de los anteriores debe considerar la protección contra la infiltración de agua al estrato salino o el control de la condición geotécnica del suelo modificado.
La vivienda debe diseñarse de modo que aún cuando se hunda una parte del suelo, la estructura de la vivienda, los daños en la estructura de la vivienda deben ser reparables.
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Vivienda en la cual el suelo se disolvio totalmente bajo el piso, sin embargo este se mantuvo pues fue hecho con malla de refuerzo
3.3. Diseño y Construcción de Instalaciones Sanitarias en Suelo Salino
Las instalaciones sanitarias (agua potable y alcantarillado) son especialmente críticas debido al riesgo de filtraciones y disolución de sales.
3.3.1. Generalidades de las Instalaciones Sanitarias
- Materiales Certificados: Todos los materiales deben cumplir con las normativas vigentes y ser certificados por un Organismo de Certificación Acreditado.
- Empresas y Personal Calificado: La construcción debe ser ejecutada por empresas con experiencia, personal especializado y certificado en procesos de termofusión o electrofusión. Los equipos de soldadura deben cumplir con ISO 12176-1 e ISO 12176-2 y contar con registros de mantenimiento.
3.3.2. Red de Agua Potable
- Materialidad de Tuberías: Para matrices y redes de distribución, solo se permiten materiales con uniones soldadas (termofusión o electrofusión) o sistemas que garanticen la estabilidad estructural y sello estanco ante deflexiones. Se prioriza el uso de tuberías de polietileno de alta densidad (PEAD) fabricadas con resina virgen PE 100. Para uniones domiciliarias de HDPE, se recomienda usar tuberías en rollo para evitar junturas.
- Presión Nominal Mínima: Las tuberías deben tener una presión nominal mínima de 100 m.c.a..
- Protección y Registro:
- Los materiales susceptibles a corrosión deben tener un sistema de protección.
- Las conexiones de redes nuevas y las válvulas deben materializarse en cámaras registrables estancas.
- La primera llave de paso del arranque debe estar visible en la acera, a 0,30 m de la línea oficial de la propiedad.
- Una huincha plástica azul de 10 cm de ancho debe colocarse 25 cm por encima de la clave de la tubería para identificación.
- Arranques: Deben ser de PEAD, cobre u otro material autorizado, con una unión fusionada a la matriz (no apernadas).
- Montaje: Respetar recomendaciones de diseño e instalación, fijar cambios de dirección y pendientes fuertes con machones de anclaje/sostenimiento, y usar un encamado de arena fina de al menos 10 cm en toda la longitud.
- Pruebas en Obra: Pruebas de hermeticidad hidrostática según NCh 1360.
3.3.3. Red de Alcantarillado
- Materialidad de Tuberías: Las redes de recolección y disposición de aguas servidas deben usar sistemas de unión cuya resistencia a la tracción sea igual o superior a la del material de la tubería, o sistemas que garanticen estabilidad estructural y sello estanco. Para PEAD, las uniones deben ser por termofusión a tope o electrofusión.
- Presión Nominal Mínima: Las tuberías deben tener una presión nominal mínima de 60 m.c.a..
- Protección y Registro:
- Materiales susceptibles a corrosión deben tener protección.
- Una huincha plástica verde de 10 cm de ancho debe colocarse 25 cm por encima de la clave de la tubería para identificación.
- Cámaras de Inspección: No se permite la instalación de cámaras prefabricadas de hormigón. Deben ser construidas in situ en hormigón (resistencia mínima de 25 MPa), con doble malla de refuerzo y geomembrana de PEAD de al menos 1,5 mm de espesor en el sello de fundación, adherida a los muros. Deben ser impermeabilizadas exterior e interiormente.
- Relleno de Zanjas: El material de relleno debe tener un contenido de sales solubles totales inferior a 3% y ser compactado al 95% DMCS del Proctor Modificado o 80% de Densidad Relativa. Se deben tomar un mínimo de dos muestras cada 500 m para verificar.
- Pruebas en Obra: Pruebas de hermeticidad (100% impermeabilidad, sin filtración tolerada) según NCh 3191/2 y con el llenado de cámaras hasta el anillo por 60 min, al menos 7 días después del hormigonado.
3.3.4. Redes Domiciliarias (Agua Potable y Alcantarillado)
- Materialidad y Uniones: Desde el medidor hasta el ingreso a la edificación, y en los pisos en contacto con el suelo, las redes deben ser de cobre o material plástico con uniones por termofusión o electrofusión.
- Instalación bajo Nivel del Terreno: Se requiere un relleno de arena de 10 cm (sobre y bajo la tubería), una protección de radier de hormigón de 5 cm y un relleno apisonado por capas (máximo 10 cm) cuyo contenido de sales no supere el 3%. Se debe considerar un tiempo de fraguado del radier de 7 días.
- Detección de Fugas: A partir del ingreso a la edificación, la tubería debe instalarse sobre la superficie del radier o losa para permitir una detección temprana de fugas. Se deben considerar elementos de canalización o contención de aguas para las redes interiores con un punto de descarga a la red pública.
- Válvulas de Corte: Se exige la instalación de válvulas de corte en bombas y el acuartelamiento de las redes interiores.
- Pendientes de Alcantarillado: La red domiciliaria de alcantarillado debe tener una pendiente mínima del 3%.
- Cámaras Domiciliarias: Si se requiere un salto interior en cámaras, este debe diseñarse para evitar la deposición de excretas. No se permiten cámaras prefabricadas de hormigón ni de albañilería de ladrillo o bloques.
- Protección en Recintos Húmedos: Si el trazado interior de tuberías está bajo el radier en recintos húmedos, debe incluir un sistema de protección ante filtraciones.
- Prohibición en Subterráneos: No se permite proyectar sistemas de alcantarillado o agua potable en el último piso inferior de subterráneos, excepto red húmeda de incendio.
3.4. Estándares de Calidad y Atención de Emergencias
La SISS ha establecido un estándar mejorado para la atención de emergencias en zonas con suelos salinos:
- Clasificación de Emergencias: Cualquier declaración de los usuarios sobre escurrimiento de agua en vía pública, fugas visibles o hundimiento de terreno debe clasificarse como emergencia.
- Tiempos de Atención:
- Tiempo de atención inicial: 2 hora para llegar al lugar.
- Tiempo para solución provisoria: 5 horas máximo (para arranques y UD).
- Tiempo para solución provisoria: 6 horas máximo (Matrices y colectores) .
- Tiempo para solución definitiva: 48 horas máximo para la reparación.
- Uso de Datos: Se debe usar información de telecontrol o lecturas remotas para una atención con datos al instante.
3.5. Requisitos para Recepción de Obras y Parque de Medidores Digitales
- Recepción de Obras: La sanitaria debe realizar un listado de chequeo para asegurar que el proyecto "As Built" cumple con los mínimos establecidos para suelo salino. Se requiere un acta de conexión al empalme público con registro fotográfico.
- Medidores Digitales: Se busca un parque de medidores con registros de lecturas automáticas y sistema de notificación de fugas al cliente (al activarse la alarma dos días seguidos, la notificación debe ser al día hábil siguiente, con tres intentos de notificación diferidas). Se requiere un registro georreferenciado actualizado de los medidores con telelectura. Se establece un plazo máximo de 6 años para el cambio total de medidores en localidades con suelo salino desde la entrada en vigencia del instructivo de medición digital.
4. Conclusión: Hacia una Infraestructura Resiliente y Reparable en Suelos Salinos Colapsables
El diseño y la construcción en suelos salinos colapsables representan un desafío ingenieril significativo, que demanda un enfoque multidisciplinario e integral que trascienda los requisitos estándar. La naturaleza de estos suelos, con sales solubles sobre el 3%, los hace vulnerables a asentamientos diferenciales por disolución de sales ante la presencia de agua u otro solvente, poniendo en riesgo la estabilidad de la infraestructura sanitaria y edificaciones. A esto se suma la realidad de que las redes de agua, al ser subterráneas en un entorno inestable y sísmico como Chile, siempre presentarán un grado de filtraciones, que en el país se estiman en un 15% y en países de la OCDE entre 10% y 20%. Esta inevitabilidad de las fugas, combinada con el riesgo de roturas por sismos y asentamientos del terreno, que contribuyen significativamente a las pérdidas de agua (5%-10% y 10%-20% respectivamente), obliga a un diseño que anticipe y gestione estos eventos.
En este contexto, la capacidad de identificar fallas y dar aviso lo antes posible ante cualquier filtración es de vital importancia. Las normativas y directrices actuales, impulsadas por la Superintendencia de Servicios Sanitarios (SISS) y el Ministerio de Vivienda y Urbanismo (MINVU), se enfocan en esta premisa:
• Cualquier indicio de escurrimiento de agua en vía pública, fugas visibles o hundimiento de terreno debe clasificarse como emergencia.
• Se han establecido tiempos de respuesta estrictos para emergencias.
• Se exige la implementación de medidores digitales con telelectura y sistemas de notificación de fugas al cliente, con alertas automáticas cuando se detectan consumos anómalos (por ejemplo, dos días seguidos), y con intentos diferidos de notificación para asegurar la recepción del aviso.
• Las concesionarias deben contar con programas permanentes de detección de fugas en redes públicas, con actividades mensuales y cuadrillas disponibles 24/7, y planes preventivos de mantenimiento que incluyan videoinspección en alcantarillado.
• La primera llave de paso del arranque debe proyectarse a la vista en la acera, a 0,30 m de la línea oficial de la propiedad, para permitir un corte rápido del suministro sin necesidad de acceder al domicilio.
• Para facilitar la detección temprana de fugas en instalaciones domiciliarias, las tuberías al interior de la edificación y en los pisos en contacto con el suelo deben instalarse sobre la superficie del radier o losa.
• La empresa sanitaria debe realizar campañas anuales de difusión para educar a los clientes sobre el correcto uso de las instalaciones domiciliarias en suelos salinos y la detección temprana de fugas.
Además de la detección temprana, un aspecto crucial es que el diseño estructural y de las instalaciones debe ser intrínsecamente reparable, para mitigar los impactos de las filtraciones y prolongar la vida útil de la infraestructura:
• Se prioriza el uso de materiales como el polietileno de alta densidad (PEAD) con uniones soldadas (termofusión o electrofusión), requiriendo que estas uniones sean realizadas por personal calificado, con equipos controlados numéricamente y registros detallados para asegurar la calidad y trazabilidad.
• Las cámaras de inspección (públicas y domiciliarias) deben ser construidas in situ en hormigón reforzado (mínimo 250 MPa), con geomembrana de PEAD de al menos 1,5 mm en el sello de fundación y ser impermeabilizadas interior y exteriormente, para asegurar su estanqueidad y permitir su inspección y reparación. No se permiten cámaras prefabricadas de hormigón ni de albañilería.
• Los elementos no estructurales, como radieres e instalaciones, en fundaciones profundas, deben diseñarse considerando la posibilidad de disolución de sales, por ejemplo, mediante radieres armados anclados a la estructura principal, anticipando la necesidad de eventuales reparaciones. El diseño de viviendas y estructuras debe ser capaz de ser reparable.
• El relleno de zanjas debe realizarse con material con contenido de sales solubles inferior al 3% y ser compactado al 95% del Proctor Modificado, sobre un encamado de arena fina de al menos 10 cm, lo que crea un entorno más estable para las tuberías y facilita futuras intervenciones de reparación.
• Se debe considerar la instalación de elementos de canalización o contención de aguas para las redes interiores con un punto de descarga a la red pública, y sistemas de protección contra filtraciones en el trazado interior de tuberías bajo el radier en recintos húmedos, para dirigir y gestionar posibles fugas.
• Los estudios de mecánica de suelos para suelos potencialmente salinos deben ser detallados y exigir ensayos específicos de colapso por inundación (in situ o en laboratorio), lo cual es fundamental para una propuesta y justificación de solución geotécnica que permita un diseño resiliente y reparable. La NCh1508:2014 ya establece que se deben realizar "estudios especiales" para abordar problemas como el deterioro o falla de una estructura existente, lo que implica que el diseño debe facilitar dichas resoluciones.
En síntesis, la cuantificación precisa del riesgo, la implementación de soluciones de ingeniería robustas y accesibles para mantenimiento, una cultura de monitoreo continuo y respuesta rápida, y un diseño estructural que anticipe y permita la fácil intervención y reparación ante las inevitables filtraciones, son pilares fundamentales para construir y mantener una infraestructura segura, duradera y funcional en los desafiantes suelos salinos colapsables. La colaboración coordinada entre proyectistas, constructoras, la SISS y el MINVU es crucial para lograr estos objetivos.
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