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.

¿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.

El perfilómetro y la rugosidad de la junta

En mecánica de rocas, la rugosidad de las juntas desempeña un papel muy importante, especialmente cuando se trata de juntas cerradas. A mayor rugosidad, mayor resistencia a corte, lo cual permite, junto con la cohesión (o resistencia a corte bajo tensión normal nula) y los “puentes de roca”, que cosas como ésta puedan mantenerse en su sitio sin caer sobre la calzada:

Carretera A-2403 cerca del Parque Geológico de Aliaga, en Teruel

Los primeros criterios de rotura de mecánica de rocas, como los de Patton (1966), Ladanyi y Archambault (1969) o Jaeger (1971), trataban la rugosidad de la junta como un incremento del ángulo de rozamiento pero, poco a poco, la rugosidad fue ganando importancia hasta convertirse en el parámetro JRC (Joint Roughness Coefficient) del criterio de Barton (1973 → 1990), o el Jr de la clasificación geomecánica Q de Barton, Lien y Lunde (1974 → 2002).

Dependiendo de la escala se habla de aspereza o de rugosidad propiamente dicha. A pequeña escala (milimétrica o centimétrica), la aspereza de una junta puede ser rugosa, suave o pulida. A mayor escala (decimétrica o métrica), la rugosidad puede ser plana, ondulada o escalonada. Así, dependiendo del problema, la rugosidad debería calcularse teniendo en cuenta el factor de escala existente entre la muestra y el macizo (sin olvidar el sentido común) pero, ¿cómo cuantificamos la rugosidad de la muestra?

Hay varios métodos, los perfiles tipo de Barton y Choubey de la figura superior (con el JRC para longitudes de junta de 20 cm y 1 m), barras graduadas, discos con brújula, ensayos in situ -como el de inclinación o Tilt test-, ensayos de corte directo y, por supuesto, métodos modernos mediante fotointerpretación, laser escáner y análisis fractal de imagen… pero si no estamos muy seguros, siempre podemos hacer uso de métodos simplificados como, por ejemplo, el perfilómetro, también llamado «peine de Barton».

Como se puede ver, el perfilómetro no es ninguna maravilla de la tecnología, pero ayuda en esos casos en los que la observación visual resulta complicada, permitiendo “calcar” el perfil real de la junta para estudiarlo con tranquilidad y ver si se ajusta a alguno de los perfiles tipo o requiere un cálculo más detallado.

Aunque en ciertos catálogos especializados se pueden ver perfilómetros con precios comprendidos entre 30 y 90 €, la verdad es que el sofisticado perfilómetro de las fotografías me costó algo menos de 2 € en una oferta de unos grandes almacenes de bricolaje… evidentemente, no es de la mejor calidad, pero no vale la pena afinar tanto, si te sobra el dinero mejor compra deuda pública.

«Tunnelling in Overstressed Rock», por Evert Hoek

Siguiendo con las conferencias “on line” del Eurock 2009, llegamos ahora a los túneles en rocas sometidas a grandes tensiones, una conferencia de Evert Hoek, que se resiste a la jubilación, por lo que se ve, y Paul Marinos, de la National Technical University of Athens, aunque la charla corre a cargo de Evert Hoek, únicamente.

Evert Hoek es un nombre clave de la mecánica de rocas. A mediados de los 70 escribió con John Bray uno de los libros de cabecera de la estabilidad de taludes en roca, el “Rock Slope Engineering”, y unos años después, con Edwin Brown, el “Underground Excavations in Rock”, en el que aparecía ya el famoso criterio de rotura de Hoek-Brown.

Este criterio permitía, con las debidas precauciones, «asimilar» el comportamiento de un macizo rocoso al de un suelo. En principio con el parámetro RMR de Bieniawski y, a partir de 1995, con el Geological Strength Index o GSI, aunque posteriormente, a raíz de los trabajos de Paul Marinos en el metro de Atenas, ha modificado un poco el método.

El criterio de Hoek-Brown representó un cambio positivo, al eliminar parte del empirismo que rodeaba a la mecánica de rocas, pero también negativo, ya que introdujo la “calculitis”, esa preocupante «fe ciega» en los números al margen de la realidad que tantos problemas nos está dando, especialmente cuando el aumento de exactitud se compensa con un menor reconocimiento del terreno, una preocupación que subyace entre líneas en los artículos de Hoek, por cierto.

[Puede que los puristas no esten del todo de acuerdo con esta entrada, pero sólo quiero presentar el vídeo, no discutir quién hizo qué primero. El propio Hoek ha reconocido que hay criterios de rotura para hormigones de los años 30 del siglo XX idénticos al suyo, pero ya habrá tiempo de discutir eso otro día]

La charla dura 27 minutos y tiene versión en pdf [2,24 MB], que la disfrutéis.

Hundimiento por colapso de una dolina en O Courel, Lugo

Un colega de aficiones geotécnicas, José Antonio González Meijide, me envía esta noticia sobre el colapso de una dolina que, a pesar de haberse producido el verano pasado, es ahora cuando ha salido publicada en prensa, concretamente en La Voz de Galicia.

Se trata de una sima de unos 12 x 8 m² de sección y 28 metros de profundidad en una inclinada ladera muy próxima a la carretera que une los pueblos de Mostaz y Millares, en la sierra de O Courel, en Lugo.

Fotografía cortesía del blog del Espeleo Club de Descenso de Cañones

Por las imágenes se puede adivinar un nivel de suelo de espesor variable (entre 1 y 3 metros, según zonas) sobre unos niveles de pizarra que parecen buzar paralelamente a la ladera.

Según la entrada del periódico, que cita al director del instituto geológico de la Universidade da Coruña, Juan Ramón Vidal Romaní, “Gran parte del terreno de la sierra es calizo y en esta zona se hallan algunas de las cuevas más profundas de Galicia”, por lo que podría tratarse de una disolución cárstica y el posterior desplome a flexión de los niveles de pizarra de abajo hacia arriba.

Fotografía cortesía del blog del Espeleo Club de Descenso de Cañones

En este vídeo se puede apreciar mejor el estado del terreno.

Si alguien quiere saber más le recomiendo leer la noticia en La Voz de Galicia y visitar el blog del Espeleo Club de Descenso de Cañones, que dedicó una entrada a este colapso en julio y cuenta con dos reportajes con fotografías muy interesantes (1º y 2º).

Fotografía publicada en La Voz de Galicia