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5. ESFUERZOS EN SUELOS

MECANICA DE SUELOS Edgar Rodriguez Rincón

5.1. ESTADOS DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES La mecánica de sólidos asume un comportamiento ideal de los materiales : C H I LE. Los suelos al contrario de materiales como el acero o el concreto, presentan defectos estructurales debidos a sus procesos de formación: composición mineralógica, orientación de minerales, porosidad y microfisuración, grado de alteración, etc, siendo realmente materiales discontinuos. Estas condiciones se reflejan en una serie de propiedades heterogéneas, discontínuas y anisotrópicas, ante la aplicación de fuerzas. MECANICA DE SUELOS Edgar Rodriguez Rincón

5.1. ESTADOS DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES Un estado mecánico se caracteriza por: - Posición de cada parte : coordenadas - Fuerzas que actúan entre y sobre las partes del sistema - Velocidad con la cual las partes cambian de posición

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5.1. ESTADOS DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES La diferencia entre dos estados estará descrita por los desplazamientos, las deformaciones y los cambios en el estado de esfuerzos. Desplazamiento (u): Cambio de posición de una partícula, descrito por un vector. Deformación (e): Variación de la longitud o espacio entre dos partículas en dos estados mecánicos distintos. Estado de esfuerzos: Consecuencia de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo. MECANICA DE SUELOS Edgar Rodriguez Rincón

5.1. ESTADOS DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES Esfuerzo

s

 Reacción interna de un cuerpo a la aplicación de una fuerza o conjunto de fuerzas.  No se puede medir directamente.  Normalmente se refiere como cantidad vectorial.  Cuando las fuerzas se distribuyen de manera uniforme sobre una superficie, el esfuerzo indica la intensidad de actuación de estas fuerzas.

 F

DF

σr, n) n

σr, n)

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5.1. ESTADOS DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES ESFUERZO: Fuerza distribuida en un área

 F s  A Cada elemento toma una fracción de la fuerza de manera proporcional. En cada punto de la masa de material es posible establecer un concepto de descomposición de esfuerzos en función de normales y tangenciales.

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5.2. TIPOS DE ESFUERZOS NATURALES Aquellos encontradas antes de una excavación o en ausencia de cualquier perturbación causado por la ejecución de una obra de ingeniería: Esfuerzos gravitacionales o geostáticos. • •

De origen tectónico De orígen térmico y residual

Todos influenciados por factores geológicos El conocimiento de los estados de esfuerzos permite seleccionar condiciones de diseño y construcción: - Forma de la excavación - Necesidad de revestimiento - Dirección de avance – alineamientos, etc.

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5.3. PRINCIPIO DE ESFUERZOS EFECTIVOS Fuerzas de contacto entre partículas individuales y fuerzas en el fluido intersticial. NT

NF

W  WS  WW WS,  WS  U  WS  WS,  U W  WS,  U  WW

z

U   W  VS  WW   W VW W  WS,   W VS   W VW

W  WS,   W VS  VW )  W  WS,   W V V  A z

A

W z

W  WS,   W A z MECANICA DE SUELOS Edgar Rodriguez Rincón

5.3. PRINCIPIO DE ESFUERZOS EFECTIVOS W WS,   W z A A s  s,  m

s

s´ m

Esfuerzo total : Peso total de la columna de suelo

NT

NF

z

Esfuerzo debido al peso efectivo de las partículas de suelo Presión hidrostática o intersticial

A

W z

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5.3. PRINCIPIO DE ESFUERZOS EFECTIVOS

s  s,  m NT

TERZAGHI (1923) En un punto cualquiera de la masa de suelo saturado el esfuerzo total es igual a la suma algebraica del esfuerzo efectivo en esa dirección y la presión intersticial.

NF

z

Cambios en el esfuerzo efectivo representan cambios en las propiedades mecánicas del suelo

Importa para

Capacidad portante Estabilidad de taludes Presiones de confinamiento Cálculo de asentamientos Esfuerzos inducidos

A

W z

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5.4. ESFUERZOS GEOSTÁTICOS ESFUERZOS GEOSTATICOS VERTICALES Esfuerzo debido al peso propio de la masa de material.

sV   z z

NT

s V    dz 0

sV 

z



NF

Dz

0

m   W zW s V,  s V  m

z zw

No existen esfuerzos tangenciales horizontales o verticales. MECANICA DE SUELOS Edgar Rodriguez Rincón

5.4. ESFUERZOS GEOSTÁTICOS ESFUERZOS GEOSTATICOS HORIZONTALES Se expresa mediante el coeficiente de presión lateral de tierras en reposo. Depende de la magnitud de las deformaciones, de la deformabilidad del material, del tipo de material y de la historia de esfuerzos

s K0  s

SUELO NC s H,  s V,  K 0  1

, H , V

s H,  K 0 s V, m   W zW sH  s

, H

m

s P, SUELO SC s  s  K 0  1  RSC  , sO , H

, V

K 0 SC  K 0 NC RSC K 0  1  sen  ,

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