Para analizar un problema de estabilidad global es necesario conocer su configuración geométrica, las acciones externas que pudieran afectar y las características resistentes del terreno.
a) Definición de los parámetros geométricos
Salvo casos excepcionales, la geometría del problema se definirá mediante una sección plana representativa. Si existen dudas acerca de la sección plana que puede ser más crítica, se estudiarán diversas secciones para elegir, de entre ellas, la que resulte más crítica y exigir, en esa sección, los coeficientes de seguridad mínimos que se indican más adelante.
Los elementos que definen la geometría son, entre otros, la distribución de suelos de distinta naturaleza y resistencia, así como la adecuada representación de la estructura, si ésta estuviera implicada en el análisis de estabilidad global.
Los contactos entre distintos terrenos se establecerán con prudencia. Los estratos más débiles deben representarse con los mayores espesores que razonablemente puedan tener.
Un elemento clave de la configuración geométrica del subsuelo lo constituye la descripción del estado del agua. Esto es, su nivel freático en caso de una situación hidrostática, o la configuración de la red de filtración en caso de que el agua esté en movimiento.
Es aconsejable hacer estudios de sensibilidad respecto a las condiciones geométricas en aquellos casos en los que éstas no están definidas con precisión suficiente.
b) Definición de las acciones
Las acciones principales en el estudio de problemas de estabilidad global son las gravitatorias. Estas acciones serán calculadas, en la parte correspondiente al terreno, como el producto de las áreas correspondientes por los pesos específicos de cada una de ellas. Estos pesos específicos serán el valor medio de los resultados obtenidos de la investigación geotécnica.
Las cargas transmitidas por las estructuras y las sobrecargas que puedan afectar serán definidas como el producto de sus valores nominales o característicos por los factores de compatibilidad, ψ, correspondientes a la combinación de acciones considerada y por los coeficientes de mayoración que le corresponda en función del tipo de acción y del modo de fallo analizado.
El estudio de la estabilidad global debe realizarse para la combinación cuasi-permanente de acciones, así como para todas las combinaciones fundamentales, accidentales y sísmicas que sean relevantes.
c) Definición de las propiedades del terreno
Las operaciones de construcción en el entorno del talud o la actuación de las cargas modifican el estado tensional del terreno y éste ha de deformarse para adaptarse a las nuevas condiciones. Esa adaptación requiere un cierto tiempo que será tanto más largo cuanto más deformable y más impermeable sea el terreno. La resistencia del terreno cambia durante ese proceso de adaptación y esto introduce un elemento de indefinición a la hora de decidir sobre las características resistentes a considerar en el análisis de estabilidad.
Ante esa situación, el ingeniero debe considerar dos hipótesis extremas, denominadas “sin drenaje” y “con drenaje”. La situación real estará más o menos próxima a uno de esos extremos, según las circunstancias del caso.
Análisis sin drenaje
Esta hipótesis extrema se corresponde con la situación teórica en la cual no se produce una acomodación de la resistencia del terreno a un nuevo estado tensional, manteniendo éste las mismas características resistentes que tenia inicialmente. Las operaciones de construcción (rellenos, excavaciones, construcción de estructuras, aplicación de cargas, etc...) así como la aplicación de las cargas se supone que se realizan en un plazo tal que el terreno no tiene tiempo de acomodarse a la nueva situación.
La situación sin drenaje puede ser próxima a la realidad en aquellos terrenos que estén saturados y que tengan un coeficiente de consolidación bajo (o una permeabilidad reducida).
La resistencia del terreno en situaciones sin drenaje se puede representar con los siguientes parámetros de cohesión y rozamiento:
cu = su
φu = 0
Donde:
su = resistencia al corte sin drenaje.
Análisis con drenaje
El cálculo de estabilidad en la situación con drenaje se corresponde con la hipótesis, también extrema, de una acomodación completa de la resistencia del terreno al estado tensional del subsuelo. Los excesos de presión intersticial transitorios, generados por las operaciones de construcción o las cargas aplicadas, habrían desaparecido.
Este tipo de cálculo será siempre imprescindible, independientemente de la naturaleza del subsuelo, ya que corresponde al comportamiento a largo plazo del terreno.
La resistencia al corte en situaciones con drenaje estará, en general, representada por dos parámetros:
c’ = cohesión efectiva (a largo plazo)
φ’ = ángulo de rozamiento efectivo (a largo plazo)
Estos parámetros pueden ser distintos en cada uno de los distintos niveles del terreno.
En aquellos casos en que este aspecto pueda tener especial significación, los parámetros resistentes pueden ser considerados como variables dependientes del estado de tensiones del terreno (leyes de rotura no lineales simuladas con ángulos de rozamiento decrecientes con la presión).
Estos parámetros, en cualquier caso, se obtendrán de ensayos de laboratorio realizados con muestras completamente saturadas. Si se obtienen vía indirecta deben corresponder a esa condición de saturación completa.
d) Colaboración de los elementos estructurales
Las superficies de rotura se desarrollarán, en su mayor parte, a través del terreno pero pueden afectar, en algunos casos, a elementos de la propia estructura.
En aquellos casos en los que la superficie de rotura potencial que se analiza implique la rotura por corte de algún elemento estructural, la resistencia de éste puede ser considerada como una acción externa que sería definida como el valor menor de los dos siguientes:
1. La fuerza que es capaz de soportar el elemento estructural dividida por la separación entre ese elemento estructural y los homólogos próximos en la dirección perpendicular al plano de estudio.
2. La resistencia que opone el elemento estructural al flujo plástico del terreno en su entorno. Esta resistencia se dividirá también por el espaciamiento indicado en el párrafo anterior.
Cuando el elemento estructural en cuestión no se repite con espaciamientos regulares puede tomarse como espaciamiento de cálculo la altura del talud, que, a estos efectos, se define como el desnivel entre los dos puntos de corte de la línea de rotura con la superficie exterior del terreno.
A la hora de evaluar la colaboración de los posibles elementos estructurales en la estabilidad global de la obra el ingeniero será prudente y estimará esas resistencias con criterios claramente conservadores.
En ese sentido es razonable suponer que el grado de seguridad de los elementos estructurales sea, al menos, igual y, preferiblemente, mucho mayor que el grado de seguridad del talud.
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