8/18/2019 Esfuerzo total- Mecánica de Suelos

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  urso:

MECANICA DE

SUELOS II

INGENIERIA CIVIL

Ing. Ronald Carrión Aponte

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Como se ha descrito anteriormente, el suelo es un material

compuesto por un conjunto de partículas entre las que existen

huecos o poros. En el caso más general, el suelo puede

contener tres fases distintas (Figura 2.20!

Fase s"lida! partículas.

Fase líquida! agua, rellenando total o parcialmente los poros.

Fases gaseosa! aire, ocupando total o parcialmente los poros.

Tensiones Efectivas

Las fases y la estructura del suelo

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#e este carácter multífásico deri$a la principal dificultad para

comprender el comportamiento del suelo frente a

solicitaciones externas, %a que su respuesta depende de la

compleja interacci"n entre las di$ersas fases que lo

componen.

&i se o'ser$a a escala microsc"pica) el proceso de

sedimentaci"n natural de un suelo (suponiendo que está

formado por partículas granulares se compro'aría que sus

granos tienden a agruparse formando cadenas),

preferentemente su'$erticales.

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&i además se o'ser$a c"mo se transmiten las fuer*asexistentes ('ásicamente las de'idas a la gra$edad! el peso

del suelo, se compro'aría que dicha transmisi"n se produce

precisamente a tra$+s de los contactos granograno de estas

cadenas, % que las partículas situadas fuera de ellas apenas

reci'en o trasmiten carga alguna (Figura 2.2-.

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&i so're el suelo anterior se aaden nue$os esfuer*os, 'ien

de'idos a nue$os procesos geol"gicos o a la acti$idad

constructi$a, +ste podrá tender hacia un nue$o estado,

representado por una nue$a estructura % nue$as

direcciones preferenciales.

 /dmitiendo que las partículas del suelo % el agua son

indeforma'les, lo que a efectos prácticos % para los ni$eles

de tensiones de las acti$idades constructi$as ha'ituales es

acepta'le, la nue$a estructura corresponderá a un nue$o

ordenamiento de partículas, que ha'rán desli*ado % rodado

unas so're otras hasta alcan*ar el nue$o estado. /sí porejemplo!

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La compresión del suelo (reducción de volumen)consiste 'ásicamente en una reducci"n de su $olumen deporos o, lo que es lo mismo, en una reordenaci"n de

partículas hacia una estructura más densa, dejando

menos espacios entre ellas. &i el suelo se encuentra

saturado, la reducci"n de su $olumen de huecos iránecesariamente asociada a la expulsi"n del mismo $o

lumen de agua.

El hinchamiento (aumento de volumen) consiste en unaumento de su $olumen de poros, es decir, en una

reordenaci"n de sus partículas en una estructura más

a'ierta, con más espacio entre ellas. #e nue$o, en el caso

de saturaci"n completa, el aumento del $olumen de

huecos irá asociado a la a'sorci"n de un $olumen igual de

agua, captada del suelo saturado circundante.

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Como puede deducirse del epígrafe anterior, el estudio del

comportamiento del suelo desde el punto de $ista

microsc"pico), teniendo en cuenta su estructura, sus

cadenas de transmisi"n de carga, etc., resulta complicado.

#icha complejidad se acenta sin duda en el caso de suelos

finos como las arcillas, en los que el pequeo tamao de las

partículas hace que las fuer*as de gra$edad pierdan

rele$ancia frente a las fisicoquímicas. 1or ello, este tipo de

enfoque microsc"pico) se encuentra en general limitado a

tareas de in$estigaci"n.

#adas las dificultades anteriores, la mecánica del suelo

clásica ha tendido desde el principio al estudio del

comportamiento del suelo desde un punto de $ista

macrosc"pico), como si de un medio continuo se tratara. /un con esta simplificaci"n, resulta necesario tener en cuenta

las distintas fases del suelo con el fin de anali*ar la

interacci"n entre ellas % esta'lecer un marco te"rico de

partida.

Suelos saturados. El postulado de las

tensiones efectivas

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#icho marco fue postulado por er*aghi para los suelos

saturados. / continuaci"n se reproduce la traducci"n de lasdos partes fundamentales de su enunciado!

«Las tensiones en cualquier punto de un plano queatraviesa una masa de suelo pueden ser calculadas a

 partir de las tensiones principales totales σ 1, σ 2 , σ 3 queactúan en ese punto. i los poros del suelo seencuentran rellenos de a!ua "a#o una presión $, lastensiones principales totales se componen de dos

 partes. %na parte, $, llamada presión neutra o presiónintersticial, actúa so"re el a!ua & so"re las part'culassólidas en todas direcciones & con i!ual intensidad.Las dierencias σ 1 * σ 1  + $, σ 2  * σ 2   $, σ 3 * σ 3  $representan un e-ceso de presión so"re la presiónneutra $, & actúan e-clusivamente en la ase sólida delsuelo. Estas racciones de las tensiones principalestotales se denominan tensiones eectivas.ualquier eecto med'"le de"ido a un cam"io detensiones, tal como la compresión, la distorsión o lamodiicación de la resistencia al corte de un suelo, esde"ido e-clusivamente a cam"ios en las tensiones

eectivas/.

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3a figura 4.-a muestra una columna de suelo saturado sin

infiltraci"n de agua en ninguna direcci"n. El esfuer*o total aen la ele$aci"n del punto  A se o'tiene a partir del peso

específico saturado del suelo % del peso específico del agua

arri'a de +l. /sí entonces!

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El esfuer*o total σ   dado por la ecuaci"n (4.- se di$ide endos partes!

-. 5na porci"n es tornada por el agua en los espacios

$acíos, % acta con igual intensidad en todas direcciones.

2. El resto del esfuer*o total es tornado por los s"lidos del

suelo en sus puntos de contacto. 3a suma de las

componentes $erticales de las fuer*as desarrolladas en los

puntos de contacto de las partículas de s"lidos por área de

secci"n trans$ersal unitaria de la masa del suelo se llama

esfuer*o efecti$o.

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El concepto de esfuer*o efecti$o se ilustra di'ujando unalínea ondulada a-a por el punto  A que pase nicamente a

tra$+s de los puntos de contacto de las partículas de s"lidos.

&ean P1, P2, P3, ….., Pn las fuer*as que actan en los

puntos de contacto de las partículas de suelo (figura 4.-'.3a suma de las componentes $erticales de todas aquellas

fuer*as so're el área de secci"n trans$ersal unitaria es igual

al esfuer*o efecti$o σ , o

666.. (4.2

donde P1(v), P2(v), P3(v), ….., Pn(v) son las componentes

$erticales de P1, P2, P3,….., Pn, respecti$amente, % 0 es elárea de la secci"n trans$ersal de la masa de suelo 'ajo

consideraci"n.

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#e nue$o, si as es el área de secci"n trans$ersal ocupadapor los contactos s"lido con s"lido (es decir, as 7 a1 8 a2 8

a3 8 .... 8 an), entonces el espacio ocupado por el agua es

igual a (  0 - as ). Entonces escri'imos

66.. (4.9

El $alor de a s  es mu% pequeo % se desprecia para losrangos de presi"n encontrados generalmente en pro'lemas

prácticos. 3a ecuaci"n (4.9 es entonces aproximada por 

66.. (4.:

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#onde a $  se le llama tam'i+n esfuerzo neutro. &ustitu%endola ecuaci"n (4.- por σ  en la ecuaci"n (4.: da

66.. (4.:

donde es el peso específico sumergido del

suelo. Es claro entonces que el esfuer*o efecti$o en

cualquier punto  A es independiente de la profundidad delagua H so're el suelo sumergido.

El principio del esfuer*o efecti$o ;ecuaci"n.(4.:< fue primero

desarrollado por er*aghi (-=24, -=9>. &?empton (-=>0

extendi" el tra'ajo de er*aghi % propuso la relaci"n entre elesfuer*o total % el efecti$o en la forma de la ecuaci"n (4.9.

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EJEMPLOEn la gura 5.2 se muestra el perl de un suelo. Calcule el esfuerzo total, la

presión deporo del agua y el esfuerzo efectivo en los puntos A, B , C y D .

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