El coeficiente de empuje al reposo Ko

Tras la primera entrega, seguimos con el tema de los empujes.

Muy brevemente. El coeficiente de empuje al reposo Ko, es decir, con desplazamiento nulo, se puede calcular bajo una hipótesis muy simple, que sólo existan deformaciones verticales (lo que se viene llamando deformación plana, vamos).

Vale, pues cogemos la ecuación de Hooke, imponemos una deformación lateral nula, de forma que sólo haya deformación vertical, y despejamos:

Genial, habíamos impuesto que la deformación lateral (horizontal) fuera nula, y ahora resulta que el coeficiente de empuje al reposo depende únicamente del coeficiente de Poisson… el que relaciona la deformación vertical con la horizontal, nula por hipótesis… pues si que estamos bien.

Bueno, pues la teoría es la teoría, pero el suelo va por libre, es un hecho (mal que nos pese) y si algo han demostrado los ensayos de laboratorio es que la relación entre tensiones depende, y mucho, del historial de tensiones del terreno (ver la entrada sobre la resistencia a esfuerzo cortante sin drenaje).

En caso de duda, el Código Técnico de la Edificación y las ROM (Recomendaciones Geotécnicas para Obras Maritimas y Portuarias)recomiendan tomar:

Otras expresiones habituales son:

y volverán a salir más adelante, en el tema de la resistencia a esfuerzo cortante sin drenaje.


 

Coeficientes de empuje: ¿activo, pasivo o en reposo?

En mecánica de suelos es habitual expresar la tensión horizontal como un porcentaje de la tensión vertical (normalmente más fácil de calcular). Ese porcentaje es lo que se denomina coeficiente de empuje K.

El problema es que el coeficiente de empuje K depende del estado del terreno ya que, como cualquiera puede imaginar (o debería), no “empuja” igual un terreno en reposo (Ko), que un terreno que está cargando contra un muro (Ka), o siendo cargado por el muro (Kp).

Seguramente el lector tiene muy claro el concepto, y todo lo que viene a continuación sobra, pero los empujes son uno de esos temas recurrentes en las reuniones técnicas, y por aquello de las reuniones “multidisciplinares”, siempre hay alguien con la geotecnia más que olvidada y toca explicarlo.

Y por extraño que parezca, la mayor complicación no es el empuje en sí, sino el porqué de llamarlo activo o pasivo.

Cada uno tiene su método para entender las cosas, pero la película de miedo que se montó un compañero de carrera para entender la diferencia entre ambos empujes fue tan impactante que, años después, cuando he tenido que explicarlo, he optado por usar su “método”, y la verdad es que no funciona mal del todo.

► Como algún comentario ha señalado, muy correctamente, el método no es del todo correcto, los empujes son horizontales y yo menciono todo el rato empujes verticales. Bien, tenéis toda la razón, pero como he dicho, el problema no es el empuje sino el porqué de llamarlo activo o pasivo, y creo (quiero pensar) que eso queda bastante claro con este método◄

Bien, a lo que vamos. El método parte de una situación muy simple, pensar que te están enterrando vivo (si, como suena).

A continuación, Uma Thurman (también conocida como Beatrix Kiddo, La Novia, o Mamba Negra) ilustrando el concepto (peliculón):

¿En qué situación nos encontramos?

  • Al principio, conforme el terreno se acumula sobre la tapa, ejerce un empuje activo sobre la tapa (Ka). El terreno empuja la tapa de forma activa.
  • Una vez cerrada la tapa, el terreno está quieto, en reposo. Se trata, pues, de empuje al reposo (Ko).
  • Cuando Uma quiere abrir la tapa desde dentro*, debe empujar el terreno hacia arriba. El terreno “es empujado”, ahora ejerce un papel pasivo (Kp).

(*) No, romper la tapa como ocurre en Kill Bill no vale (perdón por el spoiler), además,
te deshaces los nudillos, no se puede manejar una katana después (sorry, otro spoiler).

Si, la cara que pone la gente cuando se lo cuento es un poema pero, oye, se quedan con la idea y no lo vuelven a olvidar, así que no es tan mal método, ¿no? (la terapia por electroshock funciona de forma similar, pero tiene mala prensa porque muere gente).

Y ya que hablamos de empujes, planteo aquí una duda: la antigua NBE AE-88, “Acciones en la Edificación”, tenía un par de páginas con los coeficientes de empujes tabulados, mientras que el nuevo Código Técnico de la Edificación sólo proporciona fórmulas, cambiando además la notación, ¿por qué?

No se me malinterprete, no tengo nada en contra de las fórmulas pero, ¿qué han ganado quitando unas tablas que resultaban más que útiles? No parece muy coherente, sobre todo si tenemos en cuenta que la ROM 0.5-5 “Recomendaciones Geotécnicas para Obras Maritimas y Portuarias” no sólo mantiene los cuadros, sino que además ha añadido gráficas.

Aunque para dudas, el porqué de tanta diferencia entre normativas, siendo que todas están hechas por el mismo equipo…

¿Por qué se dice que los taludes en arcillas se caen con el tiempo?

Entre las peculiaridades más “molestas” de la geotecnia destacan los suelos cohesivos, las arcillas, cuyas propiedades resistentes varían con el grado de humedad y la rapidez con la que se aplican los esfuerzos.

Son suelos conflictivos, si están muy húmedos no son capaces de soportar esfuerzos y fluyen (barro, lodo, fango…); por el contrario, secos aguantan mucho, pero se desmoronan sin avisar, resultando poco fiables. Eso por no hablar de lo distinta que puede ser su respuesta dependiendo de la rapidez de la carga, si los cargamos poco a poco se deforman pero, más o menos, aguantan; sin embargo, si los cargamos de forma rápida pueden romper cuando menos te lo esperas.

(No es un comportamiento tan extraño, después de todo, los humanos funcionamos igual, aguantamos menos cuando se nos acaba la paciencia y somos más o menos resistentes dependiendo de lo que hemos comido pero, analogías biológicas aparte, es indudable que, a nivel ingenieril es mucho más fácil, cómodo y fiable trabajar con materiales cuyas propiedades se pueden considerar estables, como el hormigón o el acero)

Al grano. En su forma más simple, el factor de seguridad frente a rotura de un talud vertical, un caso muy habitual en las excavaciones, se define como:

Esta fórmula es el resultado de imponer tres condiciones o hipótesis:

  • Criterio de rotura de Mohr-Coulomb.
  • Rotura planar, es decir, que toda la cuña de material se “desgaja” y desliza a lo largo de un plano.
  • Y que la rotura se supera en todos los puntos al mismo tiempo.

Ninguna de las tres condiciones se cumple en la realidad pero el modelo es lo bastante aproximado para comentar un par de cosas relativas a los materiales cohesivos, las arcillas:

1) A corto plazo, una arcilla saturada normalmente consolidada (NC) tiene un ángulo de rozamiento nulo, por lo que la expresión quedará como:

Si ahora buscamos un factor de seguridad estricto F=1, obtendríamos una altura crítica para el talud de:

Esta sería la máxima altura que podría mantener el talud sin deslizar, con un factor de seguridad estricto F=1.

2) A largo plazo, pasado el tiempo, esa misma arcilla saturada normalmente consolidada presentará una cohesión efectiva nula (c’=0), con lo que, aplicando la misma fórmula, se obtendría un factor de seguridad F=0, es decir, que el talud se caería.

Se trata de dos casos extremos y teóricos. En realidad la superficie de rotura es curva (circular o en espiral logarítmica), con lo que la altura crítica a corto plazo Hc oscila entre:

Pero la cuestión más importante sigue ahí, a largo plazo, una arcilla saturada normalmente consolidada es incapaz de mantener un talud vertical, o como también se suele decir los taludes en arcilla se caen con el tiempo.

Nos guste o no, un talud perfectamente estable en el momento de excavar puede no serlo minutos, días, o meses después, cuando ya todos nos hemos olvidado, el típico “pues llevaba ahí toda la vida y nunca había pasado nada”, y eso no es algo imprevisible, se sabe muy bien  y desde hace muchos años,  y por eso las normativas obligan a entibar las excavaciones y a tomar factores de seguridad elevados, pero claro, eso cuesta dinero y, si nadie mira…

Nueva versión del California Foundation Manual

California Foundation Manual CALTRANS

El California Foundation Manual tiene nueva versión, de noviembre de 2008.

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Como novedades destacadas, 250 páginas más y un nuevo capítulo dedicado a los micropilotes. Lo mejor siguen siendo los anejos, con nuevas fotos y ejemplos.

Son más de 15 megas, así que mejor pulsas el botón derecho del ratón sobre el enlace y escoges lo de “guardar destino como”…

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Los Cimientos en el Código Técnico de la Edificación

En febrero de 2007, por mediación de GEOSUPORT, tuve el placer de dar una charla para el Colegio Oficial de Aparejadores y Arquitectos Técnicos de Valencia (CAATV) en el Palacio de Congresos.

El tema de las jornadas era, como no, el Código Técnico de la Edificación, a punto ya de entrar en vigor por aquellas fechas, y a mi me tocó presentar la parte de cimientos, con la que torturé a los asistentes (muchos, por cierto) durante más de una hora.

Dejo aquí la presentación de aquella charla por si a alguien le interesa pegarle un vistazo:

Los cimientos en el código técnico de la edificación

Los Cimientos en el nuevo Código Técnico de la Edificación (pdf – 2,68 MB)

Para los más curiosos, en una de las diapositivas, la de los anclajes al terreno, hay una fotografía de la excavación de El Corte Inglés de la Avenida de Francia, en Valencia, en la que se aprecia un edificio que, posteriormente, ha sufrido “ciertos daños”.

Según unos, la culpa es del centro comercial, algo posterior, pero según otros, la culpa es del edificio (mejor dicho, su arquitecto) que no respetó lo que indicaba el informe geotécnico… cosas que pasan.