Manual de SIGMA/W 2007 en español

Una vivienda que no necesita estudio geotécnico, mira tú por dónde…

Salvo los barcos (los que flotan, claro), la Estación Espacial Internacional, ciertos inventos magnéticos y la publicidad (lo de arriba es un anuncio, aviso), todo lo demás se apoya en el suelo. Dependiendo de cómo se resuelva ese apoyo y de las propiedades del terreno, se producirá un desplazamiento o, como se suele llamar en geotecnia, un asiento.

El cálculo de asientos y la distribución de tensiones en el terreno ya han salido alguna que otra vez por este blog. He escrito sobre la distribución trapecial de esfuerzos, la colección de fórmulas elásticas de Poulos y Davis, las ecuaciones de Holl, el cálculo de asientos en suelos granulares (en dos partes) y el tema daría para mucho más todavía porque la realidad es que, a día de hoy, para la mayoría de cálculos se siguen utilizando fórmulas elásticas simplificadas y métodos de integración aproximados. Todo ello aderezado con hipótesis tan realistas como que el suelo es elástico, homogéneo e isótropo.

¿Por qué seguimos utilizando estos métodos?

Porque funcionan, es duro decirlo, pero es así, funcionan… A ver, seamos prácticos, no conocemos el terreno, se hacen pocos sondeos (muchos menos de los recomendados por la normativa, no digamos ya el Código Técnico de la Edificación), se toman pocas muestras, los ensayos de laboratorio tampoco destacan por su abundancia, al final, sabemos tan poco del terreno que un cálculo aproximado es casi lo único que se puede hacer. Además, con los factores de seguridad habituales tampoco tiene sentido afinar mucho más, la verdad… lo triste es que alguien se crea que esos resultados son exactos hasta el segundo decimal, pero ese ya es otro tema.

¿No hay métodos más modernos y exactos?

Si, claro que los hay, un montón, se podría decir que cada autor y cada universidad tienen un método… pero esos métodos exigen sondeos, muestras y ensayos específicos, y todo eso cuesta dinero. No, salvo que se trate de obras importantes (túneles, presas) o algo muy mediático que ya haya tenido problemas (patologías), lo normal es utilizar métodos simplificados.

Entonces, ¿por qué usar un programa de ordenador?

Pues… porque las soluciones “clásicas” funcionan bien para problemas aislados, pero cuando el problema se complica, ya no funcionan tan bien. Un programa de ordenador nos permite saber cómo se distribuyen las tensiones, dónde alcanzan sus máximos y mínimos, dónde se supera la resistencia a rotura del suelo, dónde podemos tener problemas de plastificación, por no mencionar que también nos permite tener en cuenta imprevistos, sobrecargas extrañas, aumentos del nivel freático, inundaciones, impactos, etc…

¿Qué precauciones debemos tomar al usar estos programas?

En mi opinión, se deberían tener en cuenta tres cosas (como mínimo):

1º) Saber qué hace el programa, por qué lo hace, cómo lo hace y cuál es el rango de validez del resultado:

Casi todos los ejemplos y manuales de instrucciones de estos programas, incluido el SIGMA, tienen un apartado dedicado a contrastar los resultados del programa respecto de las soluciones teóricas clásicas (y digo casi todos porque me consta que hay programas que no lo tienen).

2º) Usar bien el programa:

Vale, de acuerdo, si sólo tienes un martillo, todos los problemas parecen clavos, pero hay que saber cuando dejar de dar golpes. El programa se debe usar bien, y eso incluye saber cuándo es adecuado utilizar un criterio de rotura u otro, que luego se ven cosas muy raras por ahí (asientos en roca calculados con métodos para suelos blandos, por ejemplo).

3º) Escoger bien los parámetros del suelo:

El programa no piensa, el programa no sabe qué estás buscando, el programa se limita a calcular… y si los datos de partida son erróneos, el programa te devolverá la respuesta exacta de la pregunta equivocada, como el chiste del helicóptero, pero con menos gracia. Si no estás seguro del resultado haz un análisis de sensibilidad probando diferentes parámetros y coeficientes de variación, lo que quieras, pero asegúrate.

Dicho ya todo esto, presento aquí el manual de SIGMA/W preparado por Germán López Pineda. Como ya dije en la entrada sobre el manual de SLOPE/W en español, Germán es Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, profesor en la EPS de Bélmez – Universidad de Córdoba, y nos deja descargar los manuales que ha preparado para sus clases así que, ya sabéis, descargadlo y pegadle un vistazo, que está muy bien.

Manual de introducción a SIGMA/W 2007 [pdf – 4,57 MB]

Manual de SLOPE/W en español

Si hubiera que definir, en tres palabras, qué motivó el nacimiento de la mecánica de suelos (y toda la geotecnia, en general), es muy probable esas tres palabras fueran “estabilidad-de-taludes”.

Pues si, porque cuando el cimiento es malo siempre se puede hacer algo, mejorar el terreno, repartir la carga, incluso cimentar en otro sitio, pero cuando el problema depende de la estabilidad de los taludes ya no es tan fácil, unas veces porque no hay otro sitio por donde pasar (en vías de comunicación, por ejemplo) y otras, porque hemos sido nosotros mismos los que hemos “creado” ese talud, como ocurre con las presas o los muelles portuarios.

Desde las peripecias de Coulomb en la Martinica, en el siglo XVIII y los casi desconocidos trabajos de Collin, en el XIX, hasta los primeros métodos gráficos de Petterson y Fellenius con su famoso “círculo sueco”, han sido muchos los autores que han dado su nombre a otros tantos métodos de análisis, Janbu, Lowe, Spencer, Bishop, Taylor, Morgenstern, Price, Sarma, etc, hasta llegar, finalmente, al Método de los Elementos Finitos.

El SLOPE/W, también conocido como GEO-SLOPE, simplemente, es uno de los programas de cálculo de estabilidad de taludes más extendidos, en gran parte gracias a su versión de evaluación gratuita para estudiantes, versión que, pese a no permitir el acceso a todas las opciones, si permite aprender a usarlo y disponer de toda la información, manuales y ejemplos incluidos (eso si, en inglés).

El manual de SLOPE/W que presento hoy ha sido preparado por Germán López Pineda. Germán es Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, profesor en la EPS de Bélmez – Universidad de Córdoba y no ha puesto inconveniente alguno a que lo enlazara en el blog aunque, eso si, me pide que os avise de que se trata de versiones inacabadas en proceso de mejora continua, como no podía ser de otra forma al tratarse de documentos académicos:

Manual de SLOPE/W 2007 [pdf – 6,10 MB]

Un detalle final. Si existen tantos métodos de cálculo distintos es porque cada uno de ellos nace de unas hipótesis de partida particulares y unas condiciones de contorno específicas. Quien no tenga claros los conceptos y los métodos y no haya hecho antes un cálculo a mano debería plantearse hasta qué punto puede (y debe) fiarse de los resultados.

De nada sirve un cálculo exacto por ordenador si el método escogido no es el adecuado o los parámetros del suelo no son representativos del comportamiento del terreno. Puede que la gente se siga creyendo que los taludes se caen porque llueve, pero cuando estas cosas llegan a los juzgados se revisan los cálculos… y entonces no valen excusas.

En caso de duda, nunca está de más pegarle un vistazo al Manual de taludes del IGME.

Si te has quedado con ganas de saber más, quizá te interese saber que Germán también tiene manuales para SIGMA/W 2007 y SEEP/W 2007.

Geotecnia y Google Books Ngram Viewer

Durante los últimos 500 años se han editado unos 129 millones de libros. A día de hoy, Google ya ha digitalizado, extraído y reconocido el texto de algo menos del 12%, unos 15 millones, pero no sólo ha añadido este texto a sus resultados de búsqueda, desde hace unos días también permite consultarlo cronológicamente.

El experimento se llama Books Ngram Viewer y es una herramienta increíblemente útil para ver la evolución de determinadas palabras o cadenas de texto a lo largo del tiempo (algo así como Google Trends, pero al revés).

El indexado es bueno pero no infalible, la información está sesgada (todavía no lo han escaneado todo), distingue entre mayúsculas y minúsculas -es “case sensitive”- y debe fijarse bien el intervalo temporal, so pena de mezclar la clasificación geomecánica RMR con la poesía de Rainer Maria Rilke pero, aún así, se trata de una idea realmente interesante.

En algunos blogs, como Amazings, han hecho ya una búsqueda de pseudociencias. Este blog, como no podía ser de otra manera, se ha dedicado a buscar palabras más “geotécnicas”. En todas las búsquedas he utilizado el suavizado –smoothing- que viene por defecto, es una especie de media móvil, pero como también adjunto el enlace a la búsqueda, el que quiera puede cambiarlo a su gusto.

A ver, busquemos “mecánica de suelos”, “mecánica de rocas” y “geotecnia” entre 1930 y 2008: (enlace)

Interesantes esos declives en 1970 y 2000, veamos qué ocurre con “soil mechanics”, “rock mechanics” y “geotechnics”: (enlace)

Caramba, también hay un pequeño descenso, es algo posterior, de 1980, pero no ha dejado de bajar desde entonces.

Comprobemos las diferencias entre mayúsculas y minúsculas con “mecánica de suelos”, “Mecánica de suelos” y “MECÁNICA DE SUELOS”: (enlace)

Vaya, si que existe diferencia, esperemos que en el futuro añadan más opciones y los resultados no dependan de las mayúsculas.

¿Se mantiene la tendencia con los límites de Atterberg?, veamos qué ocurre con “índice de plasticidad”, “límite líquido” y “límite plástico”: (enlace)

Y en inglés, con “liquid limit”, “plastic limit”, “plasticity index”: (enlace)

En la literatura anglosajona han estudiado la plasticidad de los suelos cohesivos durante más tiempo, por lo que se ve.

¿Cómo se comporta el tándem “arcilla expansiva” – “arcillas expansivas”?: (enlace)

¿Y las clasificaciones geomecánicas a partir de 1980? (enlace en inglés)

Otra búsqueda interesante puede ser el “Standard Penetration Test” o SPT, que también muestra una tendencia descendente, anterior y mucho más acusada en los libros en español (primera gráfica): (español) (inglés)

Veamos también el “Rock Quality Designation” o RQD desde 1960 (enlace):

¿Qué hay de la estabilidad de taludes? (enlace)

En plan mitómano, probemos con nombres propios, Terzaghi, Peck, Atterberg y Casagrande (enlace):

Para finalizar, una curiosidad, si la frecuencia de la palabra “cimentación” aumenta con el tiempo… ¿por qué disminuyen “geotecnia” y “mecánica de suelos”?: (enlace)

De todas las gráficas, la primera es la más curiosa. Books Ngram Viewer únicamente busca en libros editados, no indexa las revistas especializadas, por lo que es asumible que el descenso de resultados a partir del año 2000 esté causado por Internet pero… ¿qué ocurrió en los 70?

Teniendo en cuenta que es la época en la que se publican, entre otros libros, el «Geotecnia y Cimientos» de Jiménez Salas, el «Mecánica de Suelos» de Juárez y Rico y «La Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres» de Rico y Del Castillo, es muy probable que fueran las mismas editoriales las que decidieran esperar unos años amortizando la inversión antes de volver a publicar, pero ¿qué ocurre entonces a partir de 1980 con los libros en inglés…?

Fallo por carga de hundimiento en Nueva Zelanda

El fallo por carga de hundimiento es una cota superior. Normalmente trabajamos con el Estado Límite de Servicio de Deformaciones, por aquello de que, a partir de cierta deformación, la estructura deja de trabajar como estaba proyectada, mucho antes de hundirse y bla, bla, bla. Sin embargo, hay situaciones (y estructuras) en las que se trabaja con el Estado Límite Último de Hundimiento, situaciones en las que la carga presenta una cierta excentricidad, el plano de apoyo está inclinado, el terreno no es muy competente y, para terminar de arreglarlo, hay un talud cerca, ¿qué estructuras son esas?, pues las grúas móviles, oiga, que se meten donde haga falta.

Calcular la carga de hundimiento de una grúa no es complicado. Si alguien lo ha hecho alguna vez habrá comprobado que las grúas fijas son muy estables, el problema, como digo, son las grúas móviles, muy propensas a eso de volcar, como le ocurre a esta de 200 t en Waikato, cerca de Auckland, Nueva Zelanda, mientras intenta colocar una pasarela.

El hundimiento del apoyo empieza en el instante 01:01, aunque en 00:16 se aprecia ya una fisura junto a la rueda que al tipo del walkie no le hace mucha gracia.

Más información en The Landslide Blog y en Vertikal.net, de donde he sacado esta imagen previa a la rotura en la que se aprecia mejor la peculiar “solidez” del apoyo.

Fallo por carga de hundimiento de una grúa móvil en Nueva Zelanda

Y esta otra (evidentemente, posterior), en la que se puede intuir el ángulo a través del cual ha roto el terreno, que bien pudiera ser el talud natural del cauce original o, simplemente, la zona en la que dejaron de compactar, a saber.

Fallo por carga de hundimiento de una grúa móvil en Nueva Zelanda

Afortunadamente, nadie salió herido.

¿Qué son las Cunetas Ritchie para desprendimiento de rocas?

Los desprendimientos de rocas son fenómenos rápidos (ejemplo), localizados en una zona muy concreta, con mucha energía y, casi siempre, imprevistos (otro ejemplo), siendo esta “imprevisión” la que los hace especialmente peligrosos.

Como ya se dijo en la entrada del “método noruego de saneo de taludes con helicóptero”, el riesgo se puede reducir limpiando o “saneando” de forma preventiva los bloques inestables o más predispuestos a caer, pero existe otra alternativa muy útil cuando el mantenimiento del talud es complicado, dejar un espacio libre (cuneta) de modo que, aunque caigan bloques, no lleguen a la calzada.

Por supuesto, esta opción únicamente es válida si nos podemos permitir dejar una cierta anchura de cuneta, pero ¿qué anchura?, ¿cómo la hacemos?, ¿qué dimensiones debe tener para contener y detener las rocas?… bien, pues para eso están los trabajos de Ritchie.

Arthur M. Ritchie fue un geólogo del Washington State Department of Highways que, en 1963, tras varios años de estudio, publicó “The evaluation of rockfall and its control”, un trabajo en el que, entre otras conclusiones, proporcionaba unos ábacos para calcular las dimensiones de esas cunetas en función de la inclinación y altura del talud, de ahí que, desde entonces, estas soluciones se conozcan como «cunetas Ritchie» o «cunetones Ritchie».

El método de trabajo de Ritchie fue lento pero también seguro. Con la ayuda de marcas en el talud y grabaciones con una película de 16 mm, se dedicó a dejar caer rocas de distintos tamaños a lo largo de diferentes taludes, observando y delimitando las pendientes a partir de las cuales la roca dejaba de rodar (roll), empezaba a rebotar (bounce) o caía libremente (fall), anotando también las longitudes y alturas alcanzadas durante todo el recorrido, obteniendo así una envolvente de valores.

Hasta aquí, lo que se puede leer en cualquier texto. A partir de aquí, algo no tan habitual, un vídeo sobre los métodos de trabajo de Ritchie.

Por los títulos y la música podría pasar por una película de serie B de los años 50, pero no, es un interesante mini-documental de cuatro minutos de duración en el que se puede ver cómo dejan caer las rocas, las cintas marcando las distancias sobre el talud, los remolques utilizados como cunetas artificiales e incluso un coche que intenta pasar en el minuto 03:25 (yo pensaba que para estas cosas se cortaba el tráfico).

(El vídeo no tiene muy buena calidad, pero es lo único que he encontrado, si alguien sabe donde encontrar otro mejor que me lo diga, por favor).

Hoy en día ya sólo se prueban in situ las redes y barreras dinámicas y alguna que otra cosa muy concreta. Para todo lo demás se utilizan programas de simulación estadística (RocFall, mayormente), lo que permite tener en cuenta taludes de inclinación variable, probabilidades de superación, acumulaciones de material, coeficientes de restitución variables y muchas otras cosas… pero no es tan descriptivo, para qué engañarnos.