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7/28/2019 Tema 2 Esfuerzos Totales y Efectivos
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UNIVERSIDAD RICARDO PALMA
LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS Y ASFALTO
FACULTAD DEINGENIERA
MECNICA DE SUELOS II
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LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS Y ASFALTO
TEMA 2
PROFESOR: Ing. OSCAR DONAYRE CRDOVA
Principio deEsfuerzo Total yEfectivo en Suelos
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Las fuerzas que actuan entre partculas individuales del
suelo real, evidentemente, hace imposible el estudio de lasfuerzas existentes en cada punto de contacto. Ya que las
presiones reales dentro de la masa de suelos son
anisotpicas. Por lo que es necesario emplear el conceptode ESFUERZO.
Es as que el concepto de esfuerzo aplicado a los suelos, se
entiende como los esfuerzos que existen en una masa desuelo debido: peso propio, al efecto de la presencia de
agua en el suelo, al efecto transmitido de las cargas
externas, descargas aplicadas y por ltimo se harnrepresentaciones geomtricas tiles para comprender elestado de esfuerzos en un punto de una masa de suelo.
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ESFUERZOS GEOSTTICOSEl sistema de esfuerzos correspondiente al peso propio del
suelo suele ser complicado. Sin embargo, existe laidealizacin en el que el peso del suelo da lugar a un
sistema de esfuerzos muy sencillo: cuando la superficie del
terreno es horizontal y cuando la naturaleza del suelo varamuy poco en direccin horizontal. Presentndose este caso
muy frecuentemente, en especial en suelos de origen
sedimentario. En tal caso, los esfuerzos se denominangeostticos.
En lo descrito anteriormente se considera que no existen
esfuerzos tangenciales sobre planos verticales yhorizontales trazados a travs del suelo. Por lo que el
esfuerzo vertical geosttico se calcula considerando el
peso de suelo por encima de dicha profundidad.
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Nivel del Terreno (N.T.)
h : Peso Unitario del suelo
En suelos losesfuerzos decompresin seconsideranmatemticamente
como cantidadespositivas.
Esfuerzos TotalesEl esfuerzo vertical total (v) en un punto es el esfuerzoproducto del peso de los materiales componentes del suelo
(es decir el geosttico) que se encuentran por encima del
punto considerado.v = hDonde: es el peso unitario del suelo
h es la distancia del punto a la superficie del terreno
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Caso aEl esfuerzo vertical total (
v
) cuando el nivel freticocoincide con la superficie del terreno
v = sat hwDonde: sat peso unitario del suelo saturado
Caso b
El esfuerzo vertical total (v)cuando el nivel fretico est porencima de la superficie delterreno
v = w h1 + sat h2Donde: sat peso unitario del suelosaturado
N.T.
h2
sat
h1
v
w
N.F.
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N.T.
h d
v
Caso c (experimental)El esfuerzo vertical total (v)cuando el suelo est seco
v = d hDonde: d peso unitario seco
N.T.
h
v
Caso d
El esfuerzo vertical total (v)cuando el suelo est parcialmentesaturado
v
= h
Donde: peso unitario hmedo oparcialmente saturado
> 0
S 100%
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Caso generalEl esfuerzo vertical total (v) cuando el terreno estconformado por varios estratos o capas de suelosv = w h1 + sat1 h2 + sat2 h3Donde: sat1 peso unitario del suelo saturado tipo 1
sat2 peso unitario del suelo saturado tipo 2
N.T.
h2 sat 1
h1
v
w
N.F.
h3 sat 2
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Concepto de Presin de poro, presin neutra,presin intersticial o esfuerzo neutro ()
Es la presin existente en el agua presente en los
intersticios, vacios o poros de un suelo saturado. Por lo que
se considera como un esfuerzo isotrpico dentro de lamasa de suelo.
En el caso que no exista flujo de agua la presin de poroses igual a la presin hidrosttica. Por lo que la presinintersticial () en un punto determinado es igual al peso
unitario del agua multiplicado por la distancia (hw) del puntoal nivel fretico.
= w
hw
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Para obtener informacin de los nivelesfreticos se pueden utilizar las siguientesalternativas, dependiendo de las
caractersticas del estudio.Los observaciones se pueden hacer mediante:
a) Pozos existentes; b) Superficies de agualibre (lagos, ros, canales, manantiales o
puquios, pantanos, vertientes, etc.); c) Tubos
de observacin especialmente instalados paratal propsito.
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Pozos de observacin del nivel fretico
A) Pozo sin tubo B) Pozo entubado
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N.T.
h2
h1
Suelo 1
Suelo 2
En el caso cuando el N.F. coincide con la superficie
del terreno, el esfuerzo neutro () ser: = w hw = w (h1+h2)
N.F.
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N.T.
h2
h1
Suelo 1
Suelo 2
En el caso cuando el N.F. se encuentra por
debajo de la superficie del terreno, el esfuerzoneutro () ser:= w hw = w (h1+h2-ho)
hw
hoN.F.
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Concepto de Ascencin Capilar en Suelos
En una masa de suelo, los espacios vacos o intersticiosinterconectados pueden comportarse como tubos capilaresde diversos dimetros. Por lo que la fuerza de tensinsuperficial puede ocasionar que el agua en el sueloascienda por arriba del nivel fretio. La altura deascencin capilar depender del dimetro de los tubos,esta ascencin capilar disminuir con el incremento del
dimetro de los tubos. Como estos en el suelo tienendimetros variables, la altura de la ascencin capilar noser uniforme. Siendo la en cualquier punto en la zona de
ascencin capilar aproximadamente a:= -S w h
Donde h= distancia medida hacia arriba desde el nivel fretico
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Nivel del agua
N.F.
Zona de ascencincapilar en el perfil del
suelo
h
Ascencin capilar
hch
A
La presin en el punto Adentro del tubo capilar,puede expresarse:
= -w
h (para h= 0 a hc
)
A i il l
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Ascencin capilar en suelos
En las arenas y suelos finos debido al pequeo tamao de los
poros o vacos se produce el fenmeno de ascensin capilar.Cumplindose el principio siguiente mientras ms pequeosson los poros la altura a la que asciende el agua por encima delnivel fretico es mayor. A continuacin se dan valores de laaltura de ascencin capilar (hc) expresada en metros para lossuelos indicados en la tabla:
10.00Arcilla
2.50 12.001.50 10.00Limo
0.40 3.500.30 2.00Arena fina
0.35 1.100.12 0.50Arena media
0.04 0.150.03 0.12Arena gruesa
Denso
Cr: 70% 85%
Suelto
Cr: 15% 35%
Tipo de Suelo
C t d E f Ef ti
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Concepto de Esfuerzo EfectivoConsidere un esfuerzo vertical en un
punto A situado a una profundidad h1+h2debajo de la superficie del terreno. Elesfuerzo vertical total en el punto A es:
A = h1 + h2satLuego se denomina esfuerzo efectivo
vertical en A (A) a la diferencia entre elesfuerzo total en A menos la presin deporos en dicho punto, conocindose
tambin a esta presin efectiva comopresin intergranular:
A = h1 + h2sat -
N.T.
h2 sat
h1
A
N.F.
N.T.
h2 sat
h1
A
N.T.
h2 sat
h1
A
N.F.
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N.T.
h2 sat
h1
A
N.F.
A = h1 + h2sat - A = h1 + h2sat (h2)
Esfuerzo Efectivo en A (A ):
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Esfuerzo en CondicionesHidrodinmicas
Cuando existe movimiento o flujo de agua, laspresiones ya no se consideran hidrotticas sinoque pasan hacer presiones hidrodinmicas. En
este caso, para conocer los valores de laspresiones de poro es necesario medirlas insitu, lo que puede hacerse con la ayuda de lainstrumentacin geotcnica como son lospiezmetros.
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Piezmetro (Tubo abierto o Casagrande)Un piezmetro es una tubera de dimetro pequeo,
abierta en ambos extremos, generalmente noperforada (excepto en una seccin pequea, nosuperior a 10-20 cm), instalada revistiendo el pozotaladrado en el suelo de modo tal que no se produzcanfiltraciones entre la pared exterior del tubo y elsuelo y permitir que toda el agua que ingrese a suinterior lo haga slo por el extremo inferior.
Pi zm tr Tub Abi rt
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Piezmetro Tubo Abiertoo Casangrande
Instalacin de piezmetro
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Ranurado del
Tapa
Instalacin de piezmetro
Tubo
Arena
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Sonda de nivel
Piezmetro abiertode cermica
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OTROS TIPOS DEPIEZMETROS
LTIMA GENERACIN
PIEZMETROS NEUMTICOS
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PIEZMETROS NEUMTICOS
Piezmetros neumticos o de Diafragma Hidralica
Piezmetros neumticos y lectora de presiones
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Piezmetros neumticos y lectora de presiones
Piezmetros elctrico o de Cuerda Vibrante
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Piezmetros elctrico o de Cuerda Vibrante
P l d Pi t d T b
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Para el caso de Piezmetros de Tuboabierto o CasagrandeSi se empleara con fines de monitoreo geotcnico lospizmetros de tubo abierto o Casagrande, se podra
presentar los siguientes casos durante lainstrumentacin el cual se interpretara de lasiguiente manera:
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N.T.
A
N.F.
h1 = (hp)
No hay flujo
Cuando el nivel del agua en el tubo abierto
coincide con el N.F.En este caso la presin de poros es igual a la presinhidrosttica; por lo tanto no existe flujo ni movimiento
del agua:
hp
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Cuando el nivel del agua en el tubo abierto
se encuentra encima del N.F.En este caso la presin de poros es igual a la presinhidrodinmica; por lo tanto si existe flujo o movimiento
del agua:
h1
N.T.
A
N.F.
hp >h1
= (hp)
Existe flujoascendente
hp
C d l l d l l b b
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Cuando el nivel del agua en el tubo abierto
se encuentra por debajo del N.F.En este caso la presin de poros es igual a la presinhidrodinmica; por lo tanto si existe flujo o movimiento
del agua:
h1
N.T.
A
N.F.
hp
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RELACIN ENTREESFUERZOS
VERTICALES YHORIZONTALES
Relacin entre los esfuerzos horizontales y
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Relacin entre los esfuerzos horizontales yverticales
La relacin entre los esfuerzos horizontal yvertical se expresa por un coeficiente de esfuerzo
lateral o de presin lateraly se designa por elsmbolo k:
v
hk
=
Esta definicin de kse emplea indiferentementede que los esfuerzos sean geostticos o no. Es
comn inters la magnitud del esfuerzo geostticohorizontal en ese caso se habla del coeficiente depresin lateral en reposodenominado como k
o
Para el caso de suelos sedimentarios el cual est
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Para el caso de suelos sedimentarios el cual estformado por una acumulacin de sedimentos de
abajo a arriba, al aumentar el espesor de lossedimentos, se produce una compresin verticaldel suelo a todos los niveles debido al aumento del
esfuerzo vertical. Por esta razn, para undepsito de arena formado de esta manera, kosuele tener un valor comprendido entre 0.4 y 0.5
Por otro lado, existe evidencia de que el esfuerzohorizontal puede ser superior al vertical si un
depsito sedimentario ha tenido una cargaimportante en el pasado. En esta caso kopuedealcanzar valores de hasta 3.
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