Mecanica De Suelos Esfuerzos

DISTRIBUCION DE ESFUERZOS EN EL SUELO

El comportamiento de un suelo sometido a esfuerzos, no es el mismo cuando la velocidad e intensidad de los esfuerzos varía. La consolidación enseña que, un suelo que responde rígidamente a una carga súbita e instantánea, responderá plásticamente, ante una carga de largo plazo, en virtud de un proceso de drenaje controlado por la permeabilidad del suelo.

La fábrica textural del suelo, tiene dos posibilidades extremas: es floculada como los suelos marinos que presentan contacto borde – cara, gracias a fuerzas de atracción eléctrica, o dispersa cuando las partículas se disponen paralelas, porque se repelen eléctricamente. Al cargar un suelo, los desplazamientos por deformación de carga tienden a desplazar las partículas y los enlaces electroquímicos pueden deshacerse, para que la fábrica estructural quede dispuesta en forma paralela.

El comportamiento mecánico dependerá de la estructura del suelo. El suelo floculado ofrece mayor permeabilidad, alta resistencia y baja compresibilidad, gracias a las fuerzas electroquímicas entre las partículas.

Factores de comportamiento del suelo:

a. Presión:

Con el aumento de presión, aumenta la resistencia al esfuerzo cortante, disminuye la compresibilidad y se reduce la permeabilidad. Lo contrario cuando disminuye la presión de confinamiento de un suelo, después de retirar cargas (de suelo u otras). Si el suelo está en equilibrio, bajo la misma presión que ha experimentado en su historia geológica, se denomina suelo normalmente consolidado (NC). En el canal de Panamá, las lutitas de los taludes fallaron porque, después del movimiento de tierras, perdieron resistencia al cortante.

b. Tiempo:

Esta variable también influye en el comportamiento, como las presiones, la humedad y las condiciones del medio. El agua puede salir por efecto de cargas, y los esfuerzos son asumidos por el suelo. Las reacciones químicas y otros procesos de degradación, requieren tiempo, y también la velocidad de aplicación de las cargas, que condicionan el tipo de respuesta del suelo.

c. Agua:

Los dos efectos principales sobre el suelo, causados por el agua, son: la reducción de la cohesión entre las partículas arcillosas y la modificación de los esfuerzos del suelo (aumenta U y disminuye σ).

La arcilla, en estado seco es resistente y sumergida no.

d. El entorno:

También puede condicionar y modificar el comportamiento: la naturaleza del fluido intersticial y la temperatura de una arcilla sedimentaria o compactada, pueden variar en el tiempo. Si la arcilla era marina, por lixiviación, el flujo primitivo se hace menos salino y con ello, se reduce la fuerza de atracción electrostática entre partículas del suelo, variando su resistencia al corte, la arcillas sensitivas, que son de elevada susceptibilidad a los fenómenos de lixiviación, son de naturaleza marina, depositadas en alto grado por floculación; pero si el deslavado reduce los enlaces cara borde, la arcilla tiende a la dispersión y el suelo, a presentar fallas por cortante.

En la Mecánica de Suelos existe diversas teoría por medio de la cuales se puede calcular la distribución de presiones dentro de la masa del suelo. Estas teorías demuestran que una carga aplicada al suelo aumenta los esfuerzos verticales en toda la masa. El aumento es mayor debajo de la carga pero se extiende en todas dimensiones, A medida que aumenta la profundidad, disminuye la concentración de esfuerzos debajo de la carga.

Método de Boussinesq:

Se llama método de Boussinesq aquí que consiste en asimilar el suelo a un solido elásticos, semiinfinito, y en aplicarle las formulas establecidas en 1885 por el matemático para este caso.

Existen varios tipos de superficies cargadas que se aplican sobre el suelo. Para saber de que manera se distribuyen los esfuerzos aplicados en la superficie al interior de la masa de suelo se debe aplicar la solución del matemático francés Joseph Boussinesq (1883) quién desarrolló un método para el cálculo de incremento de esfuerzos (esfuerzos inducidos) en cualquier punto situado al interior de una masa de suelo.

La solución de Boussinesq determina el incremento de esfuerzos como resultado de la aplicación de una carga puntual sobre la superficie de un semi-espacio infinitamente grande; considerando que el punto en el que se desea hallar los esfuerzos se encuentra en un medio homogéneo, elástico e isotrópico. A continuación se detalla el significado de las hipótesis realizadas por Boussinesq. Estas definiciones son realizadas para el contexto específico de incremento de esfuerzos.

Isotrópico: propiedad de los cuerpos que al ejercer compresión los mismos reaccionan igual internamente en todas direcciones.

Una masa semi-infinita es la que esta limitada por una superficie horizontal y se extiende al infinito verticalmente había abajo, y horizontalmente en todas direcciones.

Semiespacio infinitamente grande. Significa que la masa de suelo está limitada en uno de sus lados mientras que se extiende infinitamente en las otras direcciones. Para el caso de suelos, la superficie horizontal es el lado limitante.

Material homogéneo. Un material se considera homogéneo cuando presenta las mismas propiedades a lo largo de todos sus ejes o direcciones. Cuando se trabaja con suelos, esta hipótesis se refiere solamente a que el módulo de elasticidad, módulo cortante y el coeficiente de Poisson deben ser constantes; lo que implica la no existencia de lugares duros y lugares blandos que afecten considerablemente la distribución de esfuerzos. Sin embargo, es posible admitir la variación del peso unitario de un lugar a otro.

Debido a que el suelo no es un material completamente homogéneo, el tomar en cuenta esta hipótesis introduce siempre algún porcentaje de error.

• Material isotrópico. Significa que tanto el módulo de elasticidad, módulo cortante y el coeficiente de Poisson son los mismos en todas las direcciones. La mayoría de los suelos cumplen con este criterio, pero existen materiales, tales como los lechos rocosos sedimentarios que no lo cumplen.

• Material con propiedades lineales elásticas de esfuerzo-deformación. Significa que a cada incremento de esfuerzos está asociado un incremento correspondiente de deformación. Esta hipótesis implica que la curva esfuerzo-deformación es una línea recta que no ha alcanzado el punto de fluencia.

La solución original de Boussinesq (1885) para la determinación del incremento de esfuerzos en el punto A de la Figura, debido a una carga puntual P aplicada en la superficie; fue realizada inicialmente para el sistema de coordenadas polares

Donde:

n’ = Coeficiente de Poisson

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