esfuerzos efectivos en suelos

GUSTAVO ADOLFO BUSTILLO ORTEGA (20031001388)JIMMY GABRIEL MARADIAGA CASCO (20031001088)

Efectivos en Suelos Saturados. Fuerzas de

Filtración. Sifonamiento.

Efectivos en Suelos Saturados. Fuerzas de Filtración. Sifonamiento.

Introducción

Los suelos son sistemas de fase múltiple. En un volumen dado de suelo, las partículas de sólidos están distribuidas al azar con espacios vacíos entre ellas. Los espacios vacíos son continuos y están ocupados por agua, aire o ambos. Es necesario conocer la naturaleza de la distribución de los esfuerzos a lo largo de una sección transversal de un suelo


Dichos esfuerzos se utilizan en el análisis de: Capacidad soportante de cimentaciones

Presión lateral del suelo

Compresibilidad del suelo


Esfuerzo Efectivo1.Esfuerzos en un Suelo Saturado sin Infiltración

La siguiente figura nos muestra una columna de suelo saturado sin infiltración de agua en ninguna dirección.

El esfuerzo total σ en la elevación del punto A se obtiene a partir del peso específico saturado del suelo y del peso específico del agua arriba de él. Así entonces:

σ =Hγw + (HA – H)γsat

Donde: γw = peso específico del agua γsat= peso específico del suelo saturado H= altura del nivel de agua desde la parte

superior de la columna de suelo

HA= distancia entre el punto A y el nivel del agua freático


El esfuerzo puede dividirse en dos:1.El que toman las partículas sólidas. Esfuerzo

efectivo (σ)2.El que toman las partículas de agua en los

poros. Esfuerzo neutro (U)


σ’v = (Pv1 + Pv2+ Pv3+… Pvn) / ASiendo:

-Pvn las componentes verticales de la carga P total -A el área transversal de la masa de suelo bajo

consideración as= a1 + a2 + a3 +… an ;

El área ocupada por el contacto partícula-partículaEl espacio total ocupado por el agua será: A – asPor lo que el esfuerzo total será: σA= σ’ + U((A – as)/A) ó σA= σ’ + U(1 – a’s)


Si U: Hγw (presión de poros hidrostática en el punto A

a’s= as/A ; es muy pequeño y puede despreciarse

Entonces tenemos: σA = σ’+Uσ’ = σA – U

σ’= [Hγw +(HA - H) γsat] - HAγw


Simplificando:σ’= (γsat – γw) (HA - H) ó

σ’= γ’(HA - H)Donde: γ’=(γsat – γw) ; es el peso específico

sumergido del suelo


1. Esfuerzos en un Suelo Saturado con Infiltración

Si se tiene el esfuerzo efectivo en cualquier punto en una masa de suelo será diferente al del caso estático. Éste crecerá o decrecerá, dependiendo de la dirección de la infiltración.


2.1 Infiltración Hacia Arriba

La figura anterior muestra una capa de suelo granular en un tanque donde la infiltración hacia arriba es causada por la adición de agua a través de una válvula situada en el fondo del tanque. La tasa de agua suministrada se mantiene constante. La pérdida de carga causada por la infiltración hacia arriba entre los niveles de los puntos A y B es h



En A:Esfuerzo total: σA= H1γwPresión de poro de agua: UA= H1γwEsfuerzo efectivo: σ’A= σA – UA = 0

En B:Esfuerzo total: σB= H1γw + H2γsatPresión de poro de agua: UB= (H1+ H2+h)γwEsfuerzo efectivo: σ’B= σB – UB = H2(γsat – γw) - h γw = =

H2γ’ - h γw

En C:Esfuerzo total: σC= H1γw + ZγsatPresión de poro de agua: UC= [H1 + Z + Z(h/ H2)] γwEsfuerzo efectivo: σ’C= σC – UC = Z(γsat – γw) - (h/ H2) Z γw = Zγ’ - (h/ H2) Z γw


2.2 Infiltración hacia Abajo

La condición de infiltración hacia abajo se muestra en la siguiente figura:


El nivel de agua en el tanque de suelo se mantiene constante ajustando el suministro de agua desde la parte superior y la salida del fondo.

El gradiente hidráulico causado por la infiltración hacia abajo es: i= h/ H2

El esfuerzo en los puntos A y B son similares a la condición de infiltración hacia arriba, pero en el punto C, tenemos:


En C:Esfuerzo total: σC= H1γw + ZγsatPresión de poro de agua:

UC= [H1 + Z - Z(h/ H2)] γwEsfuerzo efectivo: σ’C= [H1 γw + Zγsat ] – [ H1 + Z– iZ ] γw

= Zγ’ - iZ γw



Sifonamiento

En la figura se representa un permeámetro de carga constante y flujo ascendente. Se supone que existe una rejilla en la parte inferior de la muestra de arena, pero no en la superior, y que no hay fricción en las paredes del recipiente.



Por ser la muestra de sección constante, la velocidad de flujo también lo es. Por tanto, el gradiente hidráulico también debe ser constante según la ley de Darcy, y por tanto la ley de presiones neutras debe ser lineal.El Sifonamiento se produce cuando se anulan las presiones efectivas.En cuanto a la ley de presiones totales se halla a partir de los pesos de los materiales situados encima de cada capa de arena.La ley de presiones efectivas se halla por diferencia.Si continuamos subiendo el nivel de agua en la rama de la izquierda, llegará un momento en que las presiones efectivas se anularán simultáneamente en toda la masa de arena. En ese instante, la masa de arena perderá toda consistencia y dará la impresión de entrar en ebullición.


Documents

esfuerzos efectivos en suelos