Altura crítica y diseño de entibaciones en excavaciones

Resumen

El documento explica los fundamentos del diseño de excavaciones y entibaciones: el concepto de altura crítica (Hc), el comportamiento estructural de los sistemas de entibación y la metodología de Terzaghi y Peck con sus envolventes de esfuerzo aparente. También trata el análisis de la placa de entibación como viga continua y la prevención de la falla de fondo en arcillas blandas.

Puntos clave

La altura crítica (Hc) es la profundidad en la que se equilibran el empuje por compresión y la cohesión por tracción del suelo.
Las grietas de tracción debilitan rápidamente los cortes verticales, por lo que el concepto de Hc es válido sobre todo para excavaciones de muy corta duración.
En las entibaciones, la deformación es mínima en la parte superior (presión en reposo Eo) y mayor en la inferior (presión activa Ea).
Terzaghi y Peck (1967) propusieron envolventes de esfuerzo aparente, de carácter empírico y aplicables al cálculo de entibaciones.
La placa de entibación se analiza como viga continua, considerando cada puntal como apoyo simple y el sello de fundación como apoyo ficticio.
En arcillas blandas puede producirse una falla de fondo, que se previene ejecutando las excavaciones con rapidez.

Ponte a prueba

Conceptos Fundamentales de la Altura Crítica (Hc)

La Altura Crítica (Hc) se define como la profundidad de una excavación en la que se alcanza el equilibrio entre la fuerza de empuje por compresión y la fuerza resistente de la cohesión por tracción. Para su cálculo, se asume que el suelo es capaz de soportar tracción, y se considera que la inclinación de la pared depende de factores como el tipo de suelo, la profundidad, la duración de la excavación y el clima. Este concepto es válido principalmente para cortes verticales de muy corta duración, ya que la aparición de grietas de tracción debilita rápidamente el sistema.

Sistemas de Entibación y Comportamiento Estructural

Las entibaciones se emplean cuando las paredes de una excavación no son estables. Como la excavación se realiza por etapas, insertando los puntales progresivamente, es probable que las paredes o tablestacas se deformen. Esta deformación es mínima en la parte superior, donde los esfuerzos se asemejan a la presión en reposo (Eo), pero es mayor en la zona inferior, donde los esfuerzos se acercan a la presión activa (Ea).

Metodología de Diseño según Terzaghi y Peck

Para el diseño de entibaciones, Terzaghi y Peck (1967) recomendaron el uso de diagramas de esfuerzo simplificados, conocidos como envolventes de esfuerzo aparente. Estas recomendaciones se basan en mediciones reales, por lo que tienen un carácter empírico, y se aplican exclusivamente al cálculo de entibaciones. Son envolventes de las distribuciones de esfuerzos que actúan durante la construcción y se corrigen periódicamente a partir de nuevos datos.

Análisis de la Placa de Entibación

La placa de entibación se analiza como una viga continua que recibe las cargas de las tensiones horizontales calculadas. En este modelo, se aplican las siguientes consideraciones:

Cada puntal se considera un apoyo simple.
El sello de fundación actúa como un apoyo ficticio.
El cálculo supone que todos los apoyos son rotulados, a excepción del superior.

Es importante notar que los momentos reales en las placas suelen ser menores que los obtenidos con este diagrama conservador.

Prevención de Fallas en Excavaciones Profundas

En excavaciones profundas en arcillas blandas, puede ocurrir una falla de fondo. Este fenómeno consiste en un asentamiento del terreno adyacente y un levantamiento rápido del fondo de la excavación, provocado por el flujo del material hacia el centro. Para evitarlo, se recomienda ejecutar las excavaciones rápidamente.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la altura crítica (Hc) en una excavación?

Es la profundidad de una excavación en la que se alcanza el equilibrio entre la fuerza de empuje por compresión y la fuerza resistente de la cohesión por tracción. Su cálculo asume que el suelo puede soportar tracción.

¿Cuándo se emplean las entibaciones?

Se emplean cuando las paredes de una excavación no son estables. La excavación se realiza por etapas, insertando los puntales progresivamente.

¿Qué es una falla de fondo en una excavación?

Es un fenómeno que ocurre en excavaciones profundas en arcillas blandas y consiste en el asentamiento del terreno adyacente y el levantamiento rápido del fondo, provocado por el flujo del material hacia el centro.