Métodos de Análisis Geotécnico del Empuje de Tierras

La evolución histórica de los métodos de análisis geotécnico del empuje de tierras ha sido un proceso continuo de desarrollo y refinamiento a lo largo de los años.

Cada método tiene sus ventajas y limitaciones, y la elección del método a utilizar depende de las características específicas del proyecto y las necesidades de precisión.

A continuación, describo la evolución histórica de algunos de los métodos más conocidos y sus ventajas y limitaciones:

1. Método de Coulomb: También conocido como la teoría clásica del empuje de tierras, fue desarrollado por Charles-Augustin de Coulomb en el siglo XVIII. Este método está basado en la teoría de la mecánica de suelos y utiliza los conceptos de la fricción y cohesión del suelo para calcular el empuje activo y pasivo. Es un método sencillo y ampliamente utilizado, pero tiene limitaciones en su aplicación a suelos con comportamiento no drenado y en su consideración de la variación de las propiedades del suelo con la profundidad.

2. Método de Rankine: Desarrollado por William Rankine en el siglo XIX, este método introduce la idea de superficies de falla rectas y paralelas al muro de contención. El método considera un empuje activo y pasivo, y utiliza coeficientes de empuje que dependen del ángulo de fricción interna del suelo. Aunque es una mejora con respecto al método de Coulomb, también tiene limitaciones en su aplicación a suelos no drenados y no considera la variación de las propiedades del suelo con la profundidad.

3. Método de Caquot-Kerisel: Esta teoría fue desarrollada por Albert Caquot y Jean Kerisel en la década de 1940. Introduce el concepto de la cuña de rotura y considera la influencia de la presión de poro en el empuje de tierras. Este método es más adecuado para suelos de grano fino y tiene en cuenta la variación de las propiedades del suelo con la profundidad, pero no considera la fricción interna del suelo.

4. Método de Muller-Breslau: Desarrollado por Heinrich Müller-Breslau en la década de 1900, este método utiliza el principio de los trabajos virtuales para calcular el empuje de tierras. Considera la influencia de la cohesión y la fricción interna del suelo, así como la variación de las propiedades del suelo con la profundidad. Sin embargo, es un método más complejo y requiere un mayor conocimiento de la mecánica de suelos para su aplicación.

5. Método de Absi: Esta metodología fue desarrollada por el ingeniero geotécnico marroquí Abdelkrim Absi en la década de 1980. Introduce el concepto de fuerzas de activación y desactivación, considerando la interacción entre las fuerzas horizontales y verticales en el empuje de tierras. Este método tiene en cuenta la cohesión, la fricción interna, la variación de las propiedades del suelo y es aplicable a suelos de grano fino y granulares.

No es posible determinar cuál de estos métodos es el "mejor" en términos absolutos, ya que su elección depende de varios factores, como las características del suelo, las condiciones de carga y los requisitos de diseño específicos.

Cada método tiene sus ventajas y limitaciones.

1. Método de Coulomb (1773):

Ventajas:

• Simplicidad y facilidad de aplicación.
• Apropiado para estructuras de retención simples y condiciones de suelo ideales.

Limitaciones:

• Suposiciones simplificadas, como la superficie de rotura plana.
• Menos preciso en situaciones donde las condiciones del suelo no se ajustan a las suposiciones del método.

Cuándo aplicar el método de Coulomb:

• Proyectos simples con geometrías de estructuras básicas.
• Donde la precisión extrema no es crítica.

2. Método de Rankine (1857):

Ventajas:

• Mayor precisión al considerar la curvatura de la superficie de rotura.
• Flexibilidad para tratar geometrías de estructuras más complejas y condiciones de suelo no ideales.

Limitaciones:

• Mayor complejidad y necesidad de cálculos detallados.
• Puede ser innecesariamente complicado para proyectos simples o de bajo riesgo.

Cuándo aplicar el método de Rankine:

• Proyectos que requieren una mayor precisión, como estructuras críticas o márgenes de seguridad ajustados.
• Geometrías de muros de contención complejas o condiciones de suelo desafiantes.

3. Método de Caquot-Kerisel (1933):

Este método es una mejora del método de Rankine y se centra en la distribución de presiones detrás de un muro de contención.

Ventajas:

• Refinamientos en el cálculo de presiones.
• Consideración de la influencia de la fricción en la superficie de rotura.

Limitaciones:

• Aún puede requerir cálculos detallados y es más complejo que el método de Coulomb.

Cuándo aplicar el método de Caquot-Kerisel:

• Proyectos que requieren una mayor precisión en el análisis de las presiones detrás del muro.

4. Método de Muller-Breslau (1954):

Este método se enfoca en analizar el empuje de tierras en muros de contención flexibles.

Ventajas:

• Específico para muros flexibles.
• Considera la deformación del muro.

Limitaciones:

• No es aplicable a todos los tipos de estructuras de retención.

Cuándo aplicar el método de Muller-Breslau:

• Proyectos que involucran muros de contención flexibles.

5. Método de Absi (1988):

Este método introduce refinamientos adicionales en el análisis de empuje de tierras, como la consideración de la cohesión del suelo.

Ventajas:

• Mayor precisión al considerar factores adicionales, como la cohesión.
• Puede ser aplicado a una variedad de situaciones geotécnicas.

Limitaciones:

• Puede requerir cálculos más detallados.

Cuándo aplicar el método de Absi:

• Proyectos donde se requiera una mayor precisión y se consideren propiedades adicionales del suelo.

La elección del mejor método depende de la complejidad del proyecto, la precisión requerida y las condiciones del suelo.

No hay un método único "mejor" para todos los casos, y a menudo se utilizan múltiples métodos o se realizan análisis cruzados para garantizar resultados confiables.

La elección del método adecuado debe basarse en una evaluación cuidadosa de las circunstancias específicas del proyecto.

• El método de Coulomb es sencillo y ampliamente utilizado, pero no considera la variación de las propiedades del suelo con la profundidad y no es adecuado para suelos no drenados.
• El método de Rankine es una mejora con respecto al método de Coulomb, pero también tiene limitaciones en su aplicación a suelos no drenados y no considera la variación de las propiedades del suelo con la profundidad.
• El método de Caquot-Kerisel es más adecuado para suelos de grano fino y tiene en cuenta la variación de las propiedades del suelo con la profundidad, pero no considera la fricción interna del suelo.
• El método de Muller-Breslau considera la influencia de la cohesión y la fricción interna del suelo, así como la variación de las propiedades del suelo con la profundidad, pero es más complejo y requiere un mayor conocimiento de la mecánica de suelos.
• El método de Absi tiene en cuenta la cohesión, la fricción interna, la variación de las propiedades del suelo y es aplicable a suelos de grano fino y granulares, pero su aplicación puede ser más compleja y requiere una mayor experiencia en el análisis de empuje de tierras.

La elección del método adecuado depende de una evaluación cuidadosa de las condiciones del sitio y los requisitos de diseño.

En general, se recomienda consultar con un especialista en geotecnia para seleccionar el método más adecuado y realizar el análisis geotécnico correspondiente.