Cómo comprobar el Vuelco Plástico

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Cuando calculamos un muro o estribo estamos acostumbrados a realizar la comprobación al vuelco rígido como una comprobación más de tipo equilibrio. Sin embargo, también es preceptivo la comprobación del vuelco plástico y rara vez se le presta la atención que se merece. Y no, el vuelco plástico no es lo mismo que el vuelco rígido.

Cuando la resultante de las acciones sobre el terreno se acerca al borde del área de apoyo se puede producir una concentración de tensiones en el terreno tal que provoque la rotura local (plastificación) de esta zona. El terreno plastificaría cediendo, la estructura se inclinaría e, incluso, si no hubiera otros elementos de sustentación que pudieran contener el movimiento, llegaría a producirse el vuelco con la consiguiente ruina de la obra.

En el post de hoy os explicamos de qué va esta comprobación, os explicamos cómo calcularlo y comentamos en qué medida tiene importancia en el cálculo de la estructura.

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El vuelco plástico recibe su adjetivo precisamente de la plastificación local del terreno que tiene lugar en el borde de la zona de apoyo cuando se produce este mecanismo de fallo.

Si pensamos en cómo se produce el vuelco rígido en un muro, el que se produce frente a un eje de giro dispuesto a la arista de la zapata de la cimentación, observamos que para que se produzca, el nivel de tensiones es máximo justo debajo del eje de giro. Si pensamos en el momento en que ya se está produciendo el movimiento del muro, girando respecto el eje y despegándose la zapata, vemos que las tensiones deben seguir creciendo debajo de ese eje de giro, cada vez más hasta prácticamente el infinito. Esto obviamente, no es posible.

Recordemos que el terreno suele tener un comportamiento elástoplástico, es decir, que a pequeñas tensiones se comporta de manera elástica, pero llegado a cierto valor de tensiones, tensión de hundimiento, este plastifica deformándose indefinidamente.

Lo lógico es que cuando las tensiones debajo del eje de giro sobrepasen este umbral de tensión de hundimiento el eje de giro empiece a moverse retranqueándose, respecto su posición inicial, hacia el interior del muro.

¿Cuánto se moverá el eje de giro? Pues justo lo necesario hasta que al plastificar todo el terreno, el nivel de tensiones en el terreno sea el mismo que la carga vertical V que llega del muro.

Es decir:

Y entonces:

Por tanto, para evaluar la seguridad frente a este tipo de vuelco plástico basta con realizar la comprobación de vuelco comparando los momentos estabilizadores y desestabilizadores respecto del eje de giro, justo en el momento en el que el terreno ha plastificado lo suficiente para equilibrar toda la carga vertical que llega del muro y por tanto, el eje de giro se ha retranqueado una distancia d máxima.

Las normativas suelen exigir un valor de coeficiente de seguridad para el vuelco plástico por lo general menor que para el vuelco rígido:

Resumiendo, vemos que el “vuelco rígido” es un estado límite último de tipo equilibrio, pues corresponde a una pérdida de equilibrio, en el que no intervienen las propiedades del terreno ni de la estructura. Se trata de un estudio del vuelco de un sólido rígido, sin más. Sin embargo, el “vuelco plástico” es una especie de Estado Límite Último de tipo Geotécnico, donde el modo de fallo está condicionado por las características del terreno y por tanto es clave conocer con exactitud la Presión de Hundimiento p.

Para calcular la Presión de Hundimiento, p,  se recomienda suponer que las acciones horizontales son mayores que las que realmente actúan:

Siendo Fd el factor de seguridad al deslizamiento mínimo recomendado correspondiente a la situación de proyecto considerada.

Existen diversas maneras para calcular la presión de hundimiento que se salen del alcance de este post, pero por mencionarlas:

  • Método basados en la experiencia local
  • Método empíricos basado en el SPT en arenas
  • Métodos empíricos basados en la resistencia a compresión simple de la roca y su grado de alteración.
  • Método empíricos basado en presiómetros
  • Método empíricos basado en el ensayo de penetración estática
  • Método empírico basado en ensayos de carga
  • Método analítico de carga de hundimiento o método de Brinch Hannsen

Lo normal es que sólo se realice el vuelco rígido y se obvie el plástico pero algunas normativas recomiendan que, fundamentalmente en aquellos casos en los que el problema del hundimiento pueda ser crítico, se realicen ambos cálculos (vuelcos rígido y plástico) y se satisfagan en consecuencia los coeficientes de seguridad mínimos que se indican para cada uno de ellos.

Espero que os haya resultado interesante.


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Flecha-roja

 

4 Comentarios

  1. Querido Jose Antonio,
    El análisis del vuelco plástico es importante, pero se debe cuidar mucho la ejecucion, es decir:
    La cimentación del muro tiene que ser sobre terreno resistente, con un buena capa de hormigón de limpieza y regularización y por lo menos 0,60 m a 1 metro por debajo del terreno natural para favorecer la estabilidad del elemento estructural.
    Además el trasdosado del muro tiene que ser una buena cuña de material seleccionado con su drenaje.
    Con un muro bien proyectado y bien ejecutado no va haber problemas de ruina de la estructura.

    • Hola Miguel,
      Gracias por tu comentario. Pro supuesto, la ejecución de cualquier obra es muy importante pero como todo, no por que esté bien construido cumplirá el equilibrio. Todo hay que hacerlo/calcularlo bien. Un saludo.

  2. Gracias por la explicación. Realmente es un tipo de riesgo que se debería tener en cuenta en especial cuando el muro se cimenta sobre terrenos en los que la carga última (o aquella que genera asentamientos inadmisibles) está próxima a la carga máxima por punta que puede transmitr el muro; en casos de terrenos con alta capacidad portante o muros pequeños, con cargas por punta relativamente bajas, este fipo de falla es muy improbable.

  3. Querido José Antonio, buenos días,
    Sin duda bien proyectado, bien construido y buena conservación y mantenimiento.
    Un saludo,
    Miguel Ángel Escagedo Ruiz
    Ingeniero de Caminos,Canales y Puertos

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