El proyecto adecuado de una estructura exige el que ella y sus componentes soporten las máximas fuerzas que tienen una probabilidad razonable de presentarse durante un periodo de vida también razonable de dicha estructura, y el que cumpla su función bien, pero, además, el que todo ello se haga dentro de la máxima economía.

Para que se cumpla lo anterior se emplean los “coeficientes de seguridad”, cuya magnitud debería depender en cada caso de la confianza que se tenga en los datos del proyecto y en su interpretación, y en especial en los datos de resistencia y en las cargas previstas, en la exactitud del análisis estructural, en la calidad de la construcción y de la conservación, y en los efectos dañinos de una rotura.

Cuando se estudia la carga de rotura de una cimentación, el coeficiente de seguridad se define como:

Siendo Qr la carga de rotura y Q la que realmente actúa.

Se denomina cálculo de “estabilidad a corto plazo” a la determinación del coeficiente de seguridad al cabo de un período de tiempo lo suficientemente corto, con relación a la permeabilidad del terreno, para que no haya habido prácticamente drenaje producido por el cambio de tensiones indicado.

A medida que el tiempo transcurre, las condiciones de equilibrio van variando: pueden variar las presiones intersticiales, que tienden a las de una red de corriente en equilibrio con las nuevas condiciones en los límites o una situación hidrostática; puede cambiar la resistencia en presiones efectivas, que en algunos terrenos firmes puede pasar del valor de pico al residual como consecuencia de un proceso de descarga y de rotura progresiva. Las condiciones de equilibrio cuando las presiones intersticiales y la resistencia han llegado a una situación estable son lo que se llama “estabilidad a largo plazo”.

En el método de las presiones efectivas se emplea un criterio de rotura en función de las presiones efectivas. Por el contrario, en el método de las presiones totales se emplea la línea de resistencia en tensiones totales.

Dentro de los problemas de estabilidad a corto plazo se distinguen dos grupos. En el primero el suelo no ha sufrido drenaje entre la toma de muestras y el instante en que se necesita conocer la estabilidad. En el segundo se produce el drenaje total correspondiente a unas determinadas cargas, pero a continuación se produce un cambio en el estado de tensiones con gran rapidez.

Cuando es posible, es preferible emplear el método de las presiones totales por ser más sencillo que el de las presiones efectivas. Una de las razones es que no es necesario calcular las presiones intersticiales inducidas en el terreno por el incremento de tensiones.

El estado I se corresponde con el estado de los puntos al comenzar a cargar, mientras que el estado II al momento de la rotura.

La resistencia media de los tres puntos está lejos de la resistencia de pico y más próxima a la resistencia crítica, aunque es algo mayor a ésta última.

En algunas arenas densas la resistencia de pico suele quedar del lado de la seguridad.

La mayoría de las cimentaciones de las construcciones se engloban dentro de dos grandes grupos: cimentaciones superficiales o muros y taludes.

Dentro de cada grupo las características generales son:

En cimentaciones superficiales al cargar el terreno se originan presiones intersticiales positivas; por consiguiente, el momento más crítico para la estabilidad suele ser al aplicar la totalidad de la carga si dicha aplicación se hace de modo rápido, es decir, a corto plazo. Sin embargo, existen algunas excepciones como es el caso de las zapatas pequeñas, donde las tensiones pueden llegar a ser más desfavorables a largo plazo.

En el caso de muros y taludes, la excavación producirá, a la larga, una disminución de las presiones efectivas, y por tanto, de la resistencia. Así pues, en general es más crítica la estabilidad a largo plazo.

Si se trata de excavaciones temporales puede ser interesante comprobar la estabilidad a corto plazo, pues quizá el período en que la excavación permanezca abierta será lo suficientemente corto como para que apenas se produzca drenaje.

En el caso de taludes realizados sobre terrenos arcillosos es frecuente la modificación del talud con el paso del tiempo, debido a los deslizamientos, pudiendo llegar a desaparecer con el paso de los siglos.

Tema 14: COEFICIENTES DE SEGURIDAD. ESTABILIDAD A CORTO Y LARGO PLAZO

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MECÁNICA DEL SUELO