"Si no puedes explicarlo de forma sencilla, no lo entiendes lo suficientemente bien" (Albert Einstein).
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"Si no puedes explicarlo de forma sencilla, no lo entiendes lo suficientemente bien" (Albert Einstein).
El empleo de softwares y ábacos de diseño en la estabilidad de taludes
Al igual que en cualquier otra rama de la Ingeniería Civil, actualmente se dispone de programas de computación muy poderosos y de uso relativamente sencillo para llevar a cabo análisis de estabilidad de taludes. Al mismo tiempo, es posible emplear los viejos ábacos de diseño, desarrollados a partir de la década de 1940 del Siglo XX. Surgen, entonces, algunos interrogantes: ¿tienen hoy en día algún tipo de aplicación los antiguos ábacos de diseño? ¿qué condiciones deben cumplirse para emplear un software de manera correcta? ¿cuándo es recomendable emplear cada herramienta de diseño? Sigue leyendo para encontrar las respuestas a estas preguntas…
Contenido
El empleo de un software para el análisis de estabilidad de taludes
Como todos sabemos, actualmente contamos con programas de computación muy poderosos y de uso relativamente sencillo para llevar a cabo análisis de estabilidad de taludes. Asimismo, disponemos de las viejas cartas o ábacos de diseño, desarrolladas a partir de la década de 1940 del Siglo XX, en una época en la que, obviamente, el desarrollo tecnológico no era el de hoy. De alguna manera, estos ábacos eran los programas disponibles en el pasado.
Ahora bien, como Ingenieros Geotécnicos debemos aprovechar la tecnología, más no abusar de ella. Y, además, es necesario optimizar tiempo y costos relativos a los análisis. La cuestión es, entonces, cuándo emplear un programa y cuándo un ábaco de diseño.
Obviamente, como en cualquier otra rama de la Ingeniería Civil, todo va a depender del proyecto que se esté realizando y de la data disponible. De esta manera, para proyectos en los cuales los parámetros de resistencia al corte hayan sido estimados cuidadosamente (a partir de ensayos triaxiales especiales, sobre muestras imperturbadas), se cuente con mediciones de la presión de poros in situ (por medio de piezómetros), y, además, se esté estudiando el comportamiento de un talud complejo en cuanto a su forma y a su estratigrafía, los análisis por medio de computadoras probablemente permitan obtener la solución óptima (es decir, la solución menos costosa – no sólo constructiva, sino también en relación a las horas-hombre empleadas en el diseño, en la oficina – y mejor adaptada técnicamente al problema estudiado).
Figura 1 Análisis de estabilidad de taludes empleando un programa basado en elementos finitos (Fuente: https://www.geoengineer.org/software/rs2).
Hoy en día son muy populares los programas basados en el método de los elementos finitos (FEM, por sus siglas en inglés, ver Figura 1) para efectuar análisis de estabilidad de taludes. Sin embargo, es muy importante destacar que la mayoría de los modelos constitutivos disponibles en este tipo de programas tienen como parámetro fundamental el módulo de deformación E en sus diferentes variantes, parámetro cuya estimación es de una muy elevada complejidad, dado el comportamiento no lineal del terreno y su dependencia del nivel de deformaciones (al respecto, revisar https://geo-webonline.com/que-significa-que-el-suelo-tiene-un-comportamiento-no-lineal/). Por ende, a fin de obtener resultados realistas, es necesario estimar de manera apropiada este parámetro del terreno.
Utilidad de los ábacos para análisis de estabilidad de taludes
¿Cuándo emplear los ábacos de diseño? Aunque suene un poco raro, estos ábacos de diseño (los antiguos “programas”, como mencioné arriba) son muy útiles para proyectos rutinarios, en los cuales los parámetros geomecánicos se determinan a partir de correlaciones basadas en ensayos SPT y CPT, o a partir de propiedades índice del suelo y ensayos de resistencia al corte convencionales (típicamente pruebas de corte directo y compresión no confinada). En estos casos, dada la data disponible, no es recomendable emplear métodos de cálculo muy sofisticados, y usualmente es suficiente emplear los ábacos de diseño para llegar a una solución óptima.
Adicionalmente, aunque pocos ingenieros hoy en día apliquen esta práctica, los ábacos de diseño pueden emplearse para realizar estimaciones preliminares en proyectos complejos, o para llevar a cabo un chequeo, digamos, grueso, de los análisis llevados a cabo con programas de computación. Una manera de contar con un orden de magnitud del problema de manera rápida.
Cabe destacar que una importante ventaja que tienen los ábacos de diseño, es que son simples y, además, sencillos de usar. Como ejemplo, en la Figura 2 pueden observar los ábacos propuestos por Taylor en la década de 1940 para análisis de taludes en arcillas en base a esfuerzos totales.
Figura 2 Ábacos de Taylor (1948) para el análisis de estabilidad de taludes (Fuente: tomado de Huang, 1983).
Los invito a que aprecien la genialidad de Taylor en el desarrollo de esta herramienta. Simplemente conociendo la altura del talud H, su inclinación β, el peso unitario del material γ, y estimando la profundidad DH que alcanza la superficie de falla por debajo de la base del talud, es posible estimar la cohesión movilizada cd y, a partir de ahí, el factor de seguridad. Imaginen la cantidad de cálculos y revisiones que debe haber realizado Taylor para llegar a estas gráficas, cuya principal característica es, como mencioné anteriormente, la simplicidad.
Comentarios sobre las herramientas para el análisis de estabilidad de taludes
En base a lo anterior, es posible destacar dos aspectos de importancia práctica para los proyectos:
- Los ábacos de diseño resultan de gran utilidad para efectuar estimaciones preliminares de la estabilidad de taludes complejos, así como para efectuar el diseño de taludes en proyectos rutinarios de estratigrafía relativamente uniforme, en los cuales los parámetros geomecánicos son frecuentemente estimados a partir de correlaciones y/o ensayos de laboratorio convencionales.
- Los softwares especializados sólo deben emplearse cuando se disponga de parámetros geomecánicos adecuadamente obtenidos, a partir de ensayos especiales in situ y en laboratorio. Especial cuidado debe prestarse a la determinación del módulo de deformación E del terreno cuando se empleen programas basados en el FEM.
- Los softwares pueden resultar de suma utilidad para efectuar análisis parámetros, a fin de analizar la influencia de las diferentes variables en un problema de estabilidad dado.
Finalmente, quisiera destacar que, aún cuando nos encontremos en una era dominada por la tecnología, es importante que siempre se aplique el criterio del ingeniero, tanto al momento de realizar los análisis, como cuando se interpretan los resultados obtenidos.
Referencias
- Abramson, L; Lee, T; Sharma, S. & Boyce, G. (1996) “Slope Stabilization and Stabilization Methods”. John Wiley & Sons, INC. USA.
- Huang, Y. (1983) “Stability Analysis of Earth Slopes”. Springer. USA.
