clase 1 2 3 tensiones en una masa de suelo

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ESFUERZOS EN UNA MASA DE SUELO UNIDAD 5 1

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Page 1: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

ESFUERZOS EN UNA MASA

DE SUELO

UNIDAD 5

1

Page 2: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Esfuerzo Geostático

Clase 1

Page 3: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Elementos de suelos

Una masa de suelos debe ser entendida como un sistema particulado

en el cual se puede encontrar la interacción de tres fases; sólido,

líquido y gas.

Page 4: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Clasificación de suelos

Page 5: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Esfuerzos Geostáticos ( v)

Los esfuerzos al interior

del suelo se aplican por

dos razones:

El peso propio del suelo

El efecto de las cargas

exteriores aplicadas al

suelo.

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Page 6: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Esfuerzos Geostáticos ( v)

Los esfuerzos geostáticos (verticales) son

los debidos al peso propio del suelo y

pueden variar con la profundidad,

cuando varía el peso unitario del suelo.

Si varía con la profundidad se tienen

dos casos

Variación continua

Variación discontinua

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Page 7: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Esfuerzo Geostático Horizontal, K

La relación entre los esfuerzos

horizontal σh y vertical σV, se

expresa por el COEFICIENTE de

ESFUERZO LATERAL : K

coeficiente de presión de tierras.

La relación no es exclusiva de los

esfuerzos geostáticos y su valor

TEÓRICO está en un rango que es

amplio: 0≤K≤1

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Page 8: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Esfuerzo Geostático Horizontal, K

Si no existe deformación

horizontal el valor de K es K0

coeficiente de tierras en

reposo.

Así que en procesos

sedimentarios, es típico el

valor

σh = K0 σV

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Page 9: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Teoría de la Elasticidad

Page 10: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Tensiones Principales

Page 11: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Esfuerzo Efectivo11

Page 12: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Principio del esfuerzo efectivo

Page 13: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Principio del esfuerzo efectivo

Perpendicular a un plano cualquiera

(oblicuo o no), que pase por el

elemento A del terreno, existe un

esfuerzo total y una presión

intersticial o de poros, U, a una

profundidad Z.

Ahora, el esfuerzo efectivo ’ se

define como el valor de la diferencia

entre el esfuerzo total y la presión

de poros (p.p.) U.

’ = - u

Page 14: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Principio del esfuerzo efectivo

En la masa de suelo existen esfuerzos dentro

del esqueleto mineral ’, que actúan

interpartícula, y existen esfuerzos U dentro

del fluido intersticial que ocupa los poros. La

suma de ambos es igual al esfuerzo total .

En las caras del elemento A, de área a2, las

partículas de suelo ejercen fuerzas en

dirección normal y tangencial, N y T, como se

muestra en la figura.

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Page 15: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Principio del esfuerzo efectivo

Page 16: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Principio del esfuerzo efectivo

Los esfuerzos serán, en ambas

caras:

Si se carga súbitamente el terreno,

toda la masa de suelo se afecta.

El agua recibirá las nuevas

fuerzas, empezará a fluir, los

esfuerzos pasarán, poco a poco,

al esqueleto mineral, y cuando

drene el suelo, habrá disminuido U

y aumentado ’.

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Page 17: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Analogía del pistón

El esqueleto mineral se puede asociar

con un resorte que se comprime por

las cargas impuestas al terreno.

Conforme al agua sale por el estrecho

orificio del pistón, el resorte se

deforma; los esfuerzos, antes

soportados por el agua, los soporta

ahora el resorte (suelo).

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Page 18: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Analogía del pistón

Si P = M + W también

= ’ + U, donde:

= Presión total o esfuerzo total.

’ = Presión inter-granular o

esfuerzo efectivo.

U = Presión de poros o esfuerzo

neutro (p.p.)

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Page 19: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Deformaciones en el suelo

Un suelo puede presentar deformaciones permanentes o no, a causa

de las cargas que soporta. Las deformaciones pueden ser:

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Page 20: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Deformaciones en el suelo

Deformación elástica: El suelo puede

recobrar forma y dimensiones originales,

cuando cesa la fuerza de deformación.

Deformación plástica: Se da corrimiento

de la masa del suelo pero la relación de

vacíos permanece más o menos

constante. Al retirar las cargas el suelo

queda deformado, pero su volumen casi

se mantiene.

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Page 21: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Deformaciones en el suelo

Deformación compresiva: En este

caso, existe Reducción de volumen en

el suelo sometido a carga, y la

deformación se conserva después de

esa acción. Esta deformación puede

ser por CONSOLIDACIÓN o por

COMPACTACIÓN.

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Page 22: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Ensayos tensión deformación

Page 23: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Deformaciones en el suelo

Consolidación: Es la reducción

gradual de volumen del suelo por

compresión debido a cargas

estáticas. También puede darse por

pérdida de aire o agua, o por un

reajuste de la fábrica textural.

Compactación: Es la densificación

del suelo, lograda por medios

dinámicos, con el propósito de

mejorar sus propiedades

ingenieriles.

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Page 24: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Debido a una carga en la superficie

Distribución de presiones

Page 25: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Tensiones Producidas por cargas externas

La teoría de la elasticidad frecuentemente se

emplea para el cálculo, en una masa del

suelo, de este tipo de esfuerzos.

La teoría supone que ESFUERZO y

DEFORMACIÓN son proporcionales; la

mayoría de las soluciones útiles, que el suelo

es homogéneo e isótropo; incluso se supone

que el suelo es “CHILE” (continuo, homogéneo,

isótropo y linealmente elástico).

Page 26: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Carga Puntual Vertical

Expresiones de BOUSSINESQ para el incremento del esfuerzo en un punto N a una

profundidad Z y distancia horizontal R, del punto de aplicación de la fuerza Q.

Page 27: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Carga vertical lineal de longitud infinita

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Page 28: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Carga uniformemente distribuida sobre

franja infinita28

Page 29: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Carga con distribución triangular sobre

franja infinita29

Page 30: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Carga uniforme sobre región

rectangular

Para calcular el incremento del

esfuerzo vertical ΔσV total, bajo

la esquina de un área

rectangular, de lados B y L, que

está uniformemente cargada.

El punto N está a una

profundidad Z a partir de la

esquina.

I0 es el FACTOR DE INFLUENCIA.

m y n son “intercambiables”

Δσv=q x I0

Rutina: n m I0 ΔσV.

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Page 31: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Carga uniforme sobre región

rectangular

Page 32: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Carga uniforme sobre región rectangular

Para puntos que no están bajo la esquina,

casos R, S y T, se puede aplicar el gráfico

anterior, de la siguiente manera:

Se subdivide el área de influencia en

rectángulos que pasen por el punto dado

y paralelos al área cargada.

Se aplican los principios de superposición

que se muestran.

Page 33: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Carga uniforme sobre un área circular

de radio r33

Page 34: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Bulbos de presiones

Page 35: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Bulbos de presiones: Carga distribuida

Page 36: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Carta de Newmark

Page 37: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Carta de Newmark

Determinar la profundidad z a la que se desea

calcular la tensión

Elegir la carta adecuada

Dibujar la fundación a escala y ubicar el punto

de calculo en el centro de la carta

Contar el número de elementos dentro de la

zapata, N

Calcular el aumento de tensión como:

Punto de cálculo

de la tensión

Page 38: Clase 1 2 3 Tensiones en una masa de suelo

Método Aproximado

Zapata rectangular:

Zapata cuadrada

Zapata circular: