Entre las peculiaridades más «molestas» de la geotecnia destacan los suelos cohesivos, las arcillas, cuyas propiedades resistentes varían con el grado de humedad y la rapidez con la que se aplican los esfuerzos.
Son suelos conflictivos, si están muy húmedos no son capaces de soportar esfuerzos y fluyen (barro, lodo, fango…); por el contrario, secos aguantan mucho, pero se desmoronan sin avisar, resultando poco fiables. Eso por no hablar de lo distinta que puede ser su respuesta dependiendo de la rapidez de la carga, si los cargamos poco a poco se deforman pero, más o menos, aguantan; sin embargo, si los cargamos de forma rápida pueden romper cuando menos te lo esperas.
(No es un comportamiento tan extraño, después de todo, los humanos funcionamos igual, aguantamos menos cuando se nos acaba la paciencia y somos más o menos resistentes dependiendo de lo que hemos comido pero, analogías biológicas aparte, es indudable que, a nivel ingenieril es mucho más fácil, cómodo y fiable trabajar con materiales cuyas propiedades se pueden considerar estables, como el hormigón o el acero)
Al grano. En su forma más simple, el factor de seguridad frente a rotura de un talud vertical, un caso muy habitual en las excavaciones, se define como:
Esta fórmula es el resultado de imponer tres condiciones o hipótesis:
- Criterio de rotura de Mohr-Coulomb.
- Rotura planar, es decir, que toda la cuña de material se «desgaja» y desliza a lo largo de un plano.
- Y que la rotura se supera en todos los puntos al mismo tiempo.
Ninguna de las tres condiciones se cumple en la realidad pero el modelo es lo bastante aproximado para comentar un par de cosas relativas a los materiales cohesivos, las arcillas:
1) A corto plazo, una arcilla saturada normalmente consolidada (NC) tiene un ángulo de rozamiento nulo, por lo que la expresión quedará como:
Si ahora buscamos un factor de seguridad estricto F=1, obtendríamos una altura crítica para el talud de:
Esta sería la máxima altura que podría mantener el talud sin deslizar, con un factor de seguridad estricto F=1.
2) A largo plazo, pasado el tiempo, esa misma arcilla saturada normalmente consolidada presentará una cohesión efectiva nula (c’=0), con lo que, aplicando la misma fórmula, se obtendría un factor de seguridad F=0, es decir, que el talud se caería.
Se trata de dos casos extremos y teóricos. En realidad la superficie de rotura es curva (circular o en espiral logarítmica), con lo que la altura crítica a corto plazo Hc oscila entre:
Pero la cuestión más importante sigue ahí, a largo plazo, una arcilla saturada normalmente consolidada es incapaz de mantener un talud vertical, o como también se suele decir «los taludes en arcilla se caen con el tiempo«.
Nos guste o no, un talud perfectamente estable en el momento de excavar puede no serlo minutos, días, o meses después, cuando ya todos nos hemos olvidado, el típico «pues llevaba ahí toda la vida y nunca había pasado nada», y eso no es algo imprevisible, se sabe muy bien y desde hace muchos años, y por eso las normativas obligan a entibar las excavaciones y a tomar factores de seguridad elevados, pero claro, eso cuesta dinero y, si nadie mira…