Estructuras de contención (I): ¿Por qué empujan los suelos?

 Muros de contención, el empuje de los suelos

Características de los terrenos relativas a las estructuras de contención

Los suelos nos sirven para asentar las construcciones y de su capacidad portante nos valemos para mantenerlas firmes y estables. Sin embargo, cuando una construcción está parcialmente enterrada, sea en todo su contorno, sea sólo en algunos lados, los suelos tienden a empujar contra la construcción misma, obligando así a disponer estructuras que contengan dicho empuje. La razón de que los suelos empujen reside en que no son sólidos puros, a pesar de su apariencia, sino que más se asemejan en su comportamiento a los fluidos.

Tomando como referencia el agua, ésta, al estar confinada, no se derrama. Eso se produce gracias a que el recipiente que la contiene ejerce contra ella la misma presión que internamente tiene. Es decir, el recipiente está sometido a la presión hidrostática del agua. Como es sabido, dado que la presión en el interior del agua depende del peso de agua por encima del punto en que medimos aquella, esa presión crecerá linealmente con la profundidad medida desde la superficie. Por ser un fluido puro, esa presión hidrostática -que es horizontal- es exactamente igual a la vertical, que es el peso del agua por encima del punto considerado.

Muros de contención, el empuje de los suelos

Pues en los suelos sucede algo parecido a lo que sucede en el agua, con la diferencia de que, al estar constituidos por gránulos con rozamiento entre ellos, la presión horizontal que ejercen no es igual a la del peso que soportan en vertical, sino menor, ya que una parte de esa presión se disipa en el rozamiento entre los gránulos. Por tanto, la presión del terreno contra lo que lo contiene será proporcional al peso que soporta a la cota considerada y crecerá con la profundidad.

Muros de contención, el empuje de los suelos

Ese rozamiento entre los gránulos que conforman el suelo hace que, si desaparece la contención, el terreno se desparrame hacia la horizontal, quedando lo desmoronado con un cierto ángulo de inclinación. Ese ángulo de inclinación desde la horizontal con que el terreno queda desparramado se conoce como ángulo de rozamiento interno (el ángulo de rozamiento interno del agua es cero: se desparrama por la horizontal sin límite). Cuanto mayor sea el ángulo menor tendencia tendrá el terreno a desparramarse y, por tanto, empujará menos. Como además el empuje -la presión horizontal que ejerce contra la contención- es proporcional al peso que hay por encima del punto del terreno considerado, cuanto más denso sea el terreno y cuanto más profundo sea el punto considerado, mayor será el empuje. La relación que existe entre el peso de terreno en un punto y el empuje que genera en ese punto se denomina coeficiente de empuje, que será siempre menor que la unidad. En el caso del agua, el coeficiente de empuje es la unidad.

Ahora bien, no empuja igual un terreno nada más ser excavado que cuando lleva tiempo excavado, ni lo hace igual cuando se excava una vez contenido que cuando se contiene una vez excavado. Cuando la contención se realiza antes de la excavación -pantallas, pantallas de pilotes o micropilotes- puede considerarse en algunos casos (contenciones muy rígidas) que el terreno está intacto y que, por tanto, cuando se excave, actuará contra la contención con la misma presión horizontal que actuaba entre dos zonas adyacentes del mismo. En tal caso, se considera que actúa el empuje en reposo. Si la contención no es muy rígida o se excava el terreno antes de realizar la contención, la superficie cortada del terreno habrá perdido la presión horizontal y habrá empezado a intentar desmoronarse, según lo indicado antes.

Muros de contención, el empuje de los suelos

En este caso, una cierta cuña de terreno se estará desprendiendo del resto y, al intentar desmoronarse, empujará la contención. Así, nos encontramos ante el empuje activo del terreno, que es el caso más común. Por último, si la contención empuja al terreno -caso de las zonas empotradas de las pantallas o zonas con cables pretensados contra el terreno- el terreno responderá también en función del peso que se movilice al ser empujado horizontalmente, proporcionando entonces una fuerza pasiva de respuesta al ser empujado. Tal empuje recibe el nombre de empuje pasivo, que es siempre mayor que el activo, gracias a lo cual, las pantallas tienen empotramientos suficientemente pequeños y seguros.

Muros de contención, el empuje de los suelos

 Imagen 1. En la excavación para la realización de una piscina se puede apreciar el desprendimiento de una cuña de terreno en el borde.

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2 comentarios en “Estructuras de contención (I): ¿Por qué empujan los suelos?

  1. Hola, un poco cogido con pinzas eso de que el ángulo de rozamiento interno es el ángulo que formaría el «terreno desparramado», ¿no?

    1. Si, no es exactamente así, es para hacernos una idea intuitiva del concepto. Tanto más cerca de ser igual cuanto más arenoso, homogéneo, seco y poco cohesivo sea el terreno.

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