Principios Generales del Cálculo de la Estabilidad de Suelos.

a) Definición de la seguridad

Se define como coeficiente de seguridad al deslizamiento de un talud el número F por el que habría que dividir los valores de los parámetros resistentes para que se alcance la condición de rotura.

Los valores estrictamente necesarios que deben tener los parámetros resistentes para mantener el equilibrio serán una fracción de los valores reales. Cuando se utiliza el criterio de resistencia de Mohr-Coulomb, resulta, para cada uno de los posibles terrenos involucrados en la estabilidad: 

b) Consideración del efecto del agua

El efecto de la presencia del agua en los taludes puede ser representado en los cálculos de varias formas. No todas conducen siempre al mismo resultado y por eso conviene tener en cuenta las recomendaciones que siguen.

El estudio del efecto del agua exige, en cualquier caso, un análisis previo de la distribución de las presiones intersticiales en el terreno a través de la red de filtración o de otros métodos de análisis de los flujos del agua en el medio poroso. Si no existen gradientes de potencial de agua, el régimen de presiones será hidrostático y bastará con definir la posición del nivel freático.

Salvo en algunos casos extremos (taludes completamente sumergidos y algunos casos de cálculo con  φ = 0), la presencia del agua hace que el problema de cálculo sea de talud heterogéneo. Los ábacos de Taylor, que más adelante se indican para terrenos homogéneos, no serían aplicables.

Taludes en régimen hidrostático

Cuando el talud está en régimen hidrostático existen dos alternativas de cálculo. Pueden calcularse pesos totales y después considerarse las

subpresiones (alternativa nº 1). Pueden calcularse pesos efectivos, utilizando los pesos específicos sumergidos por debajo del nivel del agua, y no considerar la subpresión (alternativa nº 2).

En la alternativa nº 1, además, si existe agua libre, ésta debe contemplarse como un material más, con peso y sin resistencia al corte.

Ambas alternativas son, en principio, lícitas y conducen al mismo resultado siempre que el empuje entre rebanadas se suponga horizontal. El lugar por donde discurra la línea de rotura dentro del agua libre no repercute en los resultados. Con otras hipótesis de cálculo el resultado puede ser diferente.

En cualquier caso, por su sencillez, es recomendable utilizar la alternativa nº 2 como procedimiento general. Si se utiliza la alternativa nº 1 es recomendable suponer que el empuje entre rebanadas es horizontal o al menos limitar su inclinación severamente.

Taludes con filtración

Cuando existen gradientes de agua se puede calcular con los pesos totales y considerar las presiones externas y las subpresiones internas del agua (sería equivalente a la alternativa nº 1 descrita en el apartado anterior). El agua libre que pudiera existir debe ser considerada como un material más, con peso pero sin resistencia al corte.

Si existe agua libre (taludes total o parcialmente sumergidos pero con gradientes de agua) se puede calcular con otro procedimiento. El nivel de agua libre, que puede quedar poco definido, puede ser cualquiera y, además, no tiene por qué ser horizontal. 

En general debe elegirse, como nivel de agua libre, la superficie libre de la red de filtración correspondiente a la situación de proyecto que se analiza. Se calcularían los pesos efectivos.

Esto es, utilizando los pesos específicos sumergidos por debajo del nivel del agua libre y los aparentes por encima de él. Se contabilizaría la subpresión y la presión que pudiera existir por encima del nivel del agua libre. Por debajo de ese nivel se contabilizaría como presiones externas y como subpresión, únicamente, la diferencia entre la presión de agua existente y la presión hidrostática correspondiente al nivel de agua libre. Para realizar los cálculos, o bien se utilizan directamente las diferencias de presión que se acaban de mencionar o bien, si resultara más cómodo, se sustituirían esas diferencias de presión, por las fuerzas de arrastre correspondientes. Esta forma, que a veces se denomina cálculo en presiones efectivas, ya sea con diferencias de presión o con fuerzas de arrastre  equivalentes, sería equivalente a la alternativa nº 2, indicada antes.

La alternativa nº 2 es siempre recomendable. Los comentarios sobre la utilización de la alternativa nº 1 serían los mismos que se indican en el caso considerado anteriormente.

Cuando se realizan cálculos con  φ = 0 no es necesario conocer la red de filtración cuando el nivel de agua libre es horizontal. Los excesos de presión intersticial no influyen en el resultado.

c) Hipótesis simplificativas

El cálculo del coeficiente de seguridad requiere, en general, conocer el estado tensional del terreno. Ese conocimiento es difícil de conseguir y por eso es preciso hacer algunas hipótesis simplificativas.

Cada método de cálculo hace alguna simplificación a ese respecto. El ingeniero debe conocerlas, particularmente cuando utiliza programas de ordenador como herramienta de trabajo. No todas las hipótesis simplificativas usuales son aceptables.

A continuación se describen algunos métodos de cálculo cuya utilización se recomienda para las distintas situaciones que pueden plantearse en el análisis de la estabilidad de distintas situaciones de proyecto.