SEMANA 03 EMPUJE LATERAL DEL SUELOL

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Mecánica de suelos II
Profesora 
Mg. Luz Matilde García Godos Peñaloza
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ESFUERZOS EFECTIVOS
Frase del día………. 
Esfuerzos efectivos
Propósito de la sesión: 
Determinar diagramas de esfuerzo efectivos sobre una masa de suelo
Esfuerzos en una masa de suelo
Para analizar problemas tales como la compresibilidad de suelos, la capacidad de carga de cimentaciones, la estabilidad de terraplenes y la presión lateral sobre estructuras de retención de tierras, los ingenieros necesitan conocer la naturaleza de la distribución de los esfuerzos a lo largo de una sección transversal dada del perfil del suelo, es decir, qué fracción del esfuerzo normal a una profundidad dada en una masa de suelo es tomada por el agua en los espacios vacíos y cuál es tomado por el esqueleto del suelo en los puntos de contacto de las partículas del suelo, a esto se denomina concepto del esfuerzo efectivo.
Esfuerzos en una masa de suelo
Cuando se construye una cimentación, tienen lugar cambios en el suelo bajo la cimentación.
El esfuerzo neto usualmente se incrementa. 
Este aumento del esfuerzo neto en el suelo depende de la carga por área unitaria a la que la cimentación está sometida, de la profundidad debajo de la cimentación en la que se hace la estimación del esfuerzo, entre otros factores. 
Es necesario estimar el incremento neto del esfuerzo vertical en el suelo, que ocurre como resultado de la construcción de una cimentación, para así calcular los asentamientos.
DISTRIBUCIÓN DE PRESIONES EN LA MASA DEL SUELO – LEY DE TERZAGHI
LEY DE TERZAGHI: 
TERZAGHI
MECÁNICA DE SUELOS
COMPUESTO DE 3 FASES: 
SÓLIDA, LÍQUIDA Y GASEOSA
SUELO
ESFUERZO TOTAL
Ley de esfuerzos totales:
NF
ESFUERZO EFECTIVO
El esfuerzo efectivo en cualquier dirección está definido como la diferencia entre el esfuerzo total en dicha dirección y la presión del agua que existe en los vacíos del suelo. 
El esfuerzo efectivo es por lo tanto una diferencia de esfuerzos. Es el esfuerzo únicamente del suelo.
NF
Esfuerzo efectivo: 
PRESION DE POROS
Esfuerzo del agua:
NF
: peso especifico del agua = 1ton/m3 = 10 kN/m3
IMPORTANTE:
SUELOS IMPERMEABLES NO TIENEN PRESION DE PORO, u = 0
 
Esfuerzos en un suelo saturado
Para un estrato con las siguientes características:
Dibujar las leyes de presiones y determinar las presiones a 4 m debajo de la superficie
Si se considera que el nivel freático ha subido 1m, obtener las presiones a 4 m de profundidad, ¿habrá variaciones en la presión efectiva vertical? 
NF
2 m
EJEMPLO 1:
NF
2 m
2 m
A) Dibujar las leyes de presiones y determinar las presiones a 4 m debajo de la superficie
z
Estrato 1
Estrato 2
Leyes de presiones:
Esfuerzos:
Presión de poro:
Esfuerzo efectivo:
Esfuerzo total:
B) Si se considera que el nivel freático ha subido 1m, obtener las presiones a 4 m de profundidad, ¿habrá variaciones en la presión efectiva vertical? 
NF
1 m
3 m
Esfuerzos:
Presión de poro:
Esfuerzo efectivo:
Esfuerzo total:
Leyes de presiones:
SI VARIA
EJEMPLO 2:
SOLUCION:
SOLUCION
PRACTICA 01
Dibujar las leyes de presiones del estrato con las siguientes características
Determinar los esfuerzos totales, efectivos y presión de poros en los puntos A, B, C y D
20 m
15 m
5 m
Mar
Arcilla Permeable
Arena Permeable
B
A
C
D
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Determinar los parámetros de resistencia de los suelos en diferentes casos.
EMPUJE LATERAL DEL SUELO
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EMPUJE LATERAL DEL SUELO
Definición 
 
Muro de contención (estructura de contención, estructura de retención, muro de sostenimiento) 
Estructura que se utiliza para proporcionar soporte lateral a un talud o suelo vertical o inclinado (suelo natural o relleno artificial). 
Diseño adecuado à conocimiento de las fuerzas laterales que actúan 
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Los muros se construyen de mampostería, concreto simple o concreto reforzado. 
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EMPUJE LATERAL DEL SUELO
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Puentes (estribos) 
Terraplén para camino de ferrocarril 
Lecho de un canal de corte 
Almacenamiento de materiales granulares 
Retención para agua y tierra 
Etc.  
Usos de los muros: 
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EMPUJE LATERAL DEL SUELO
Hipótesis 
El uso de la teoría sobre el empuje de tierras para calcular la presión ejercida sobre un muro de contención es justificable solo en el caso que sean satisfechas las siguientes hipótesis: 
 
El muro puede desplazarse por giro o por deslizamiento en una distancia suficiente como para que pueda desarrollar toda la resistencia al corte del relleno o terraplén (muro que no esté rígidamente empotrado en la parte superior satisface la hipótesis) 
2. La presión de poros en un suelo no sumergido es despreciable (se necesita un sistema de drenaje eficientemente proyectado y construido) 
3.Las constantes del suelo que aparecen en las fórmulas tienen valores definidos y pueden determinarse con exactitud (material estudiado antes de comenzar la construcción) 
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EMPUJE LATERAL DEL SUELO
Si el material que va a servir de relleno se coloca en estado suelto o no es drenado adecuadamente à sus propiedades cambian en cada estación del año y varía de saturado parcial a total, alternando con estados de drenaje o desecación parcial, haciendo que el empuje varíe cíclicamente. 
Entonces se debe colocar el relleno denso y drenado. 
 
Para proyectar muros de contención es necesario determinar la magnitud, la dirección y el punto de aplicación de las presiones que el suelo ejercerá sobre el muro 
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1.2 Categorías de la presión lateral de suelo 
 
La presión lateral de tierra se puede dividir en 3 categorías principales, dependiendo de la naturaleza del movimiento de la estructura de contención: 
 
a) Presión en reposo (empuje en reposo) 
El muro es estático (no se mueve de su posición inicial) y la masa de suelo está en equilibrio elástico (deformaciones nulas en el muro y terreno) 
 
b) Presión activa (empuje activo) 
El muro puede desplazarse (ceder una magnitud) debido al empuje. Se permite la expansión del suelo.
c) Presión pasiva (empuje pasivo) 
Empuje que actúa sobre un muro que avanza contra el talud. El suelo sufre contracción 
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1.3 Fallas en muros de contención 
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1.4 Tipos de muros de contención 
a) Muro de gravedad 
 
Su peso contrarresta el empuje del terreno 
No sufre esfuerzos flectores debido a sus grandes dimensiones, por lo que no se coloca armadura 
	Pueden ser de: 
		Concreto ciclópeo 
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Mampostería de ladrillo 
Piedra 
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De gaviones à Cajas de malla de alambre rectangular de varias celdas, llenas de roca 
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Muros jardinera à construidos con cajas individuales interconectadas hechas de madera o concreto prefabricado y luego se rellenan con piedra triturada o materiales granulados gruesos (se puede sembrar) 
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b) Muro en voladizo 
 
Muro que está conectado a la cimentación. 
Presentan ligeros movimientos de flexión 
Se construye con concreto armado, concreto prefabricado o concreto pretensado 
 
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c) Muro con contrafuerte 
Para H > 8 m 
Son muros en voladizo reforzados con contrafuertes que conectan la pared y la base para reducir tensiones de flexión y corte 
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EMPUJE LATERAL DEL SUELO
d) Muro anclado 
 
Si el espacio es limitado se requiere un muro delgado. 
Los anclajes actúan contra el vuelco y presión de deslizamiento 
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e) Muro de tierra armada y suelo reforzado 
 
Rellenos seleccionados compactados en los que se introducen armaduras metálicas o mallas de plástico (geomallas) para disminuir el empuje de tierra que debe soportar 
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2. Empuje de suelos en reposo 
De conformidad con la Ley Moor Coulomb, que describe la respuesta de materiales frágiles como la masa de suelo, la resistencia cortante “s”,dada por sus parámetros de cohesión y fricción, es:
EMPUJE LATERAL DEL SUELO
EMPUJE LATERAL DEL SUELO
Si se define la “Presión lateral de un suelo”
Como la presión que la masa de suelo y roca ejerce en el plano horizontal.
K la relación entre la presión lateral de tipo horizontal y el esfuerzo vertical anterior, entonces, para la presión en reposo, representadas por K0, que es la presión horizontal del terreno cuando la masa está en reposo, es decir, el estado que supone la consolidación de la masa asociada a la formación del depósito horizontal de suelo, con deformación vertical y sin deformación horizontal. 
Así, cuando la deformación horizontal es nula y existe agua saturando el suelo, la presión lateral a cualquier profundidad “z”, estaría dada dos componentes, según la fórmula 9.3 
Ejercicio 01
Determine el diagrama de presiones activa y además obtenga la magnitud y posición de la fuerza de empuje activo,
EAI que produce un relleno de arena limpia sobre la pared vertical lisa interna (paramento) de un muro que tiene 5.60
m de altura.
El peso volumétrico seco de la arena es de 1680 kg/m3, el ángulo de fricción interna de 29°, y el nivel de aguas freáticas, N.A.F., es profundo.
Desarrollo
Calcular el empuje de un relleno puramente fricciónate por el método de Rankine
a. Para desarrollar el diagrama de presiones, de forma triangular, en los puntos 1 y 2 se determina la presión aplicada por la fórmula de Rankine:
Determine el diagrama de presiones y el valor del empuje! del suelo, cuando el muro indicado en el Problema 1 anterior se usará para un paso a desnivel.
Ejercicio 02
a. Calcular el empuje de una arena sobre un muro en la condición de estado de reposo.
Desarrollo
Como en este caso, no hay desplazamiento en la parte superior, por no permitirlo el sistema estructural trabes-losa, no se podrá desarrollar el estado activo de Rankine que requiere un desplazamiento o giro pequeño. En ese caso se presentara el estado de reposo Coeficiente de tierras en reposo Ko
Muchas gracias por su atención …!!!