capitulo 08. esfuerzos en una masa de suelos
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Notas Mecnica de Suelos y Rocas Edilma Luca Gmez Paniagua
Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-1
8 ESFUERZOS EN UNA MASA DE SUELOS
Considerando un elemento infinitesimal A dentro de una masa de suelo por debajo del nivel fretico, se tiene que ste est soportando una presin vertical total que es
la equivalente a considerar la totalidad de la carga por peso propio sobre el nivel
considerado por unidad de rea. En el esquema de la Figura 8.1, la cual muestra un
suelo con el nivel fretico en superficie y un peso unitario igual a sat, el esfuerzo
vertical total seria igual a = sat z y ste acta sobre toda la superficie del elemento
que es a, si se considera que el lado es a.
Superficie del terreno
A
Z
Nivel Fretico
sat
Figura 8.1 Elemento infinitesimal de suelo por debajo del nivel fretico
Esta presin total est formada por dos partes. Una primera parte , denominada
presin intersticial o de poros, se debe al peso propio del agua y acta sobre el rea
en que existe agua en contacto con la superficie total considerada, o sea el rea total
a menos la superficie formada por los contactos entre diferentes minerales. La parte
restante, denominada presin intergranular , representa un excedente sobre la presin de poros y acta exclusivamente entre los puntos de contacto de los slidos
del suelo.
Tomando en cuenta la Figura 8.2, en la cual se presenta idealizada en planta la cara
superior del elemento infinitesimal A. De acuerdo con lo expuesto, los diferentes esfuerzos total, intersticial y efectivo actan como se anota a continuacin:
Sobre el rea a, como acaba de decirse, acta el esfuerzo total el cual se debe al peso propio del suelo suprayacente.
Sobre la superficie que forman los contactos entre los diferentes minerales acta el esfuerzo intergranular .
Finalmente, sobre el rea restante acta la presin de poros o intersticial . Es de anotar entonces que la presin intersticial acta tanto en el agua como en los
slidos que estn en contacto con el agua por encima del elemento A.
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-2
La Figura 8.3 clarifica un poco ms lo antes expuesto. En esta figura se muestra un
detalle de frente de la cara superior del elemento A. Se observan minerales por
encima del elemento A y otros dentro de l. As mismo se observa agua por encima del
elemento A en contacto con el agua pero tambin con los slidos dentro del
elemento A.
Superficie formada por
partculas de minerales en
contacto
Superficie del agua en
contacto con agua o
minerales
a
a
Figura 8.2 Cara superior del elemento infinitesimal A vista en planta
Figura 8.3 Cara superior del elemento infinitesimal A vista de frente
La presin total que acta en el punto donde se encuentra dicho elemento, es
entonces igual a la suma de la presin intergranular y de la intersticial , de manera que podemos escribir la siguiente ecuacin:
Intuitivamente se puede ver que la presin intergranular est relacionada ms
directamente con el comportamiento del suelo que la presin total o la intersticial. Un
aumento en la presin intergranular producir un reajuste de las partculas del suelo
pasando a una agrupacin ms compacta as como tambin producir resistencia
friccionante. Sin embargo un aumento anlogo de la presin total o de la neutra,
manteniendo constante la presin intergranular, producir efecto escaso o nulo sobre
la compacidad del suelo o sobre la resistencia por friccin del suelo. Por estas razones
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-3
la presin intergranular es llamada tambin presin efectiva y la presin intersticial es
llamada tambin presin neutra.
La expresin dada anteriormente se puede reescribir de la siguiente manera. Segn
esta expresin, la presin efectiva es igual a la presin total menos la presin
intersticial.
La definicin de esfuerzo efectivo y el hecho de que ste est relacionado con el
comportamiento del suelo se combinan para establecer el principio de los esfuerzos
efectivos que puede plantearse de la forma siguiente:
El esfuerzo efectivo es igual al esfuerzo total menos la presin intersticial.
El esfuerzo efectivo controla ciertos aspectos del comportamiento del suelo, principalmente la consolidacin y la resistencia.
Este concepto fue introducido inicialmente por Terzaghi en 1925. Un tratado completo
sobre este principio fue presentado por Skempton en 1960. Su importancia es mxima
en toda la Mecnica de Suelos y en la Ingeniera de Cimentaciones.
En Mecnica de Suelos, presin y esfuerzo son sinnimos, aunque en Mecnica de
Materiales no lo sean. Por tal razn se habla indiferentemente de presin efectiva,
neutra y total o de esfuerzo efectivo, neutro o total. Normalmente se habla de
esfuerzos y a la expresin dada anteriormente se le llama principio de los esfuerzos
efectivos.
En suelos por encima del nivel fretico la presin intersticial, si se desprecian las
fuerzas por tensin superficial, es nula; es decir, igual a la presin atmosfrica. De
aqu que los esfuerzos presentes en l se deban nicamente a los transmitidos a travs
del esqueleto mineral. Es decir, en el suelo por encima del nivel fretico, el esfuerzo
total se puede imaginar como la fuerza existente en el esqueleto mineral por unidad de
rea de suelo. Por lo tanto el esfuerzo total y el efectivo son iguales.
0
10.1 CLCULO DE LOS ESFUERZOS TOTAL, NEUTRO Y EFECTIVO EN UN
SUELO SIN FLUJO DE AGUA
En la Figura 8.4 se observa el caso de un suelo en el que la superficie del terreno
coincide con la superficie del nivel fretico y en el que se tienen condiciones
hidrostticas.
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-4
Figura 8.4 Esfuerzos en un suelo sin flujo de agua y el N.F. en superficie
Los esfuerzos totales, intersticiales y efectivos a la profundidad z se pueden calcular de la siguiente manera.
Esfuerzo total Zsat
Esfuerzo intersticial Zw
Esfuerzo efectivo ZZZZ wsatwsat )(
De acuerdo con esto, el esfuerzo efectivo se puede calcular de dos maneras diferentes.
La primera, calculando el esfuerzo total a la profundidad z y restando el esfuerzo intersticial a esa misma profundidad. La segunda calculndolo directamente util izando
como peso unitario, el sumergido `.
En la siguiente figura se observa el caso en que el nivel fretico se encuentra por
debajo de la superficie del terreno.
Figura 8.5 Esfuerzos en un suelo sin flujo de agua y el N.F. por debajo de la
superficie
Los esfuerzos totales, intersticiales y efectivos en un punto situado por debajo del nivel
fretico que se encuentra a una profundidad z se pueden calcular de la siguiente manera.
Esfuerzo total wsatwh ZZZ )(
Esfuerzo intersticial wwZ
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-5
Esfuerzo efectivo wwhwwwsatwh ZZZZZZZ )()(
Nuevamente, el esfuerzo efectivo se puede calcular de dos maneras diferentes. La
primera calculando el esfuerzo total a la profundidad z y restando el esfuerzo intersticial a esa misma profundidad. La segunda calculndolo directamente utilizando
como peso unitario por encima del nivel fretico el hmedo y como peso unitario por
debajo del nivel fretico el sumergido `.
Consideremos ahora la siguiente figura en la que el nivel fretico se encuentra por
debajo de la superficie del terreno pero en la que se encuentran dos estratos con
pesos unitarios saturados diferentes.
Figura 8.6 Esfuerzos en un suelo estratificado sin flujo de agua y el N.F. por
debajo de la superficie
En este caso los esfuerzos totales, intersticiales y efectivos en un punto situado por
debajo del nivel fretico deben calcularse considerando los dos pesos unitarios
diferentes.
En la superficie del terreno
0 0
0
En el nivel fretico
/1.5)3(/7.1 mtonmmton
0
/1.5 mton
En el contacto entre los dos suelos
/5.13)4(/1.2)3(/7.1 mtonmmtonmmton
/0.4)4(/0.1 mtonmmton
/5.9/0.4/5.13 mtonmtonmton
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-6
En el fondo
/2.19)3(/9.1)4(/1.2)3(/7.1 mtonmmtonmmtonmmton
/0.7)7(/0.1 mtonmmton
/2.12/0.7/2.19 mtonmtonmton
10.2 CARGAS EN EL AGUA EN UN SUELO SIN FLUJO
En ocasiones es conveniente estudiar el problema en trminos de alturas, cargas o
cabezas. Tal como se ilustra en la Figura 8.7 se pueden distinguir tres cabezas
diferentes.
La cabeza de altura o posicin hz. Es igual a la distancia a un plano de referencia.
La carga de presin hp. Es igual a la presin dividida por el peso unitario del agua. Se mide con la ayuda de piezmetros que no son ms que equipos
medidores de presin. La carga de presin corresponde a la altura a la que
asciende el agua en el piezmetro por encima del punto considerado.
La carga total ht. Es igual a la suma de la carga de altura y la carga de presin.
En realidad se debera considerar tambin la carga o cabeza de velocidad. Sin
embargo, en suelos la carga de velocidad es demasiado pequea para tener
importancia y por lo tanto se puede despreciar.
Superficie del terreno
A
B
Plano ReferenciahzB
hzA
hpA
hpB
htA=htB
Nivel Fretico
Figura 8.7 Cargas en un suelo sin flujo de agua
Tanto la cabeza de altura como la de presin pueden contribuir al movimiento del agua
a travs del suelo, el flujo viene determinado por la diferencia en la cabeza total y el
gradiente a emplear en la Ley de Darcy se calcula por la diferencia de cabeza total, tal
como se demostrar ms adelante.
Entre los puntos A y B existen diferentes cargas de altura y diferentes cargas de presin. Sin embargo, no existe flujo debido a que no hay diferencias en las cabezas
totales.
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-7
El flujo entre dos puntos cualesquiera depende slo de las diferencias en la carga total.
Se puede elegir un plano de referencia cualquiera para medir la carga de altura. Lo que interesa no es el valor absoluto de esta sino la diferencia entre una y otra.
En la siguiente figura se puede observar un ejemplo de variacin de las cargas de
altura, de presin y total con la profundidad en un suelo con un espesor de 10 m y con
el nivel fretico en superficie. La lnea vertical en color rojo correspondiente a la
cabeza total indica que esta es constante a lo largo del estrato y por esto precisamente
se tienen condiciones hidrostticas.
Figura 8.8 Cargas en un suelo sin flujo de agua con el N.F. en superficie
10.3 CARGAS EN EL AGUA EN UN SUELO CON FLUJO DE AGUA
En la siguiente figura se observa que en el punto A, el piezmetro registra una cabeza de presin igual a L1 que coincide con la altura a la cual se encuentra el nivel fretico. En el punto B el piezmetro registra una cabeza de presin mayor que la correspondiente a la posicin del nivel fretico.
Superficie del terrenoA
B
Plano ReferenciahzB
hzA
hpA
hpB
htA
htB
h
L1
L
z
h
Q
Nivel Fretico
Figura 8.9 Cargas en un suelo con flujo de agua
En la Figura 8.9 se observa que a cada punto se asocia una cabeza de posicin, una
de presin y una total, que es la suma de la de posicin y la de presin. Como se dijo
anteriormente, en realidad se debera considerar tambin la carga o cabeza de
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-8
velocidad; sin embargo, en suelos la carga de velocidad es demasiado pequea para
tener importancia y por lo tanto se puede despreciar.
Debido a la sobrepresin en el punto B, entre los puntos A y B existen diferentes cabezas totales y debido a esta diferencia, que se llama cabeza hidrulica h, se produce un flujo vertical desde B hasta A.
La llamada ecuacin de Bernoulli para flujo en un suelo se describe de la siguiente
forma:
g
Vhhh
g
Vhh BpBzB
ApAzA
22
22
Que al despreciar la cabeza de velocidad en los puntos A y B quedara as:
pBzBpAzA hhhhh
De esta expresin, la cabeza total puede calcularse de la siguiente forma:
tAtBpAzApBzB hhhhhhh )()(
Es decir, la cabeza hidrulica se calcula como la diferencia entre las cabezas totales
en dos puntos cualesquiera.
En la siguiente figura se puede observar un ejemplo de variacin de las cargas de
altura (hz), de presin (hp) y total (ht), con la profundidad. Tambin se ha dibujado la
cabeza de presin si se hubieran tenido condiciones hidrostticas (hps). Para trazar
esta grfica se trazaron primero las cabezas de posicin y las de presin de los puntos
conocidos y finalmente se unieron con lneas rectas los valores conocidos.
Figura 8.10 Cargas en un suelo de 8 m de espesor con flujo de agua
La cabeza de presin en el punto B se increment con respecto a la cantidad correspondiente al caso hidrosttico en una cantidad igual a h. Por lo mismo, si se hace semejanza de tringulos, la carga de presin a cualquier profundidad z se puede obtener mediante la expresin que se presenta en la siguiente figura.
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-9
La cantidad h/L no es ms que el gradiente hidrulico que produce flujo desde el punto
B hacia el punto A. Por lo mismo la expresin de la figura puede reescribirse de la siguiente manera.
L
z
h
z zh/L hp
hps
hp= L1 + z + zh/L
A
B
Figura 8.11 Clculo de la cabeza de presin
10.4 CLCULO DE LOS ESFUERZOS TOTAL, NEUTRO Y EFECTIVO EN UN
SUELO CON FLUJO DE AGUA
En este caso se calcula primero el esfuerzo total con base en el peso unitario
saturado del suelo. Posteriormente, con base en las cabezas de presin hp se puede
calcular el esfuerzo intersticial . Finalmente se calcula el esfuerzo efectivo como la diferencia entre el esfuerzo total y el intersticial.
En las siguientes figuras se observa el clculo de los esfuerzos totales, intersticiales y
efectivo en el caso del suelo con flujo.
Figura 8.12 Cargas y esfuerzos en un suelo de 8 m de espesor con flujo de agua
Figura 8.13 Cargas y esfuerzos en un suelo de 8 m de espesor con flujo de agua
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-10
Se puede obtener la siguiente expresin para el clculo del esfuerzo efectivo a
cualquier profundidad z.
zL satw 1
zizLLzhzLLzhzLh wwwwwwwpw 111 )/()/(
zizzizLzL wwwwsatw 11
Es de notar, que a pesar de existir una cabeza hidrulica h que hace que haya flujo en
sentido ascendente, el esfuerzo total se calcula considerando nicamente el peso del
suelo y del agua que estn directamente por encima y no considera la existencia de la
cabeza hidrulica h. Para entender mejor esta situacin consideremos la Figura 8.14,
que muestra un recipiente parcialmente lleno de arena y completamente lleno de agua.
El fondo del recipiente est conectado a un depsito de agua por medio de un tubo.
L1
L
h
Arena
L1
LArena
h
L1
LArena
a b c
Figura 8.14 Diagrama para ilustrar el significado de la presin efectiva y la de
poros
En las condiciones de la Figura 8.14a no hay flujo de agua a travs de los vacos del
suelo. En este caso los esfuerzos total, intersticial y efectivo en el fondo del recipiente
se pueden calcular como:
Esfuerzo total LL satw 1
Esfuerzo intersticial )( 11 LLLL www
Esfuerzo efectivo LLwsat )(
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-11
Si el depsito de agua se baja como se ilustra en la Figura 8.14b, se produce un flujo
descendente de agua establecido. En este caso la presin intersticial o de poros en el
fondo del recipiente se ve disminuida en una cantidad igual a wh.
hLL www 1
Esta disminucin no se atribuye a la velocidad de circulacin del agua debido a que,
como se coment anteriormente, la cabeza de velocidad es despreciable. Por esta
razn, la presin total en el fondo del recipiente se determina nicamente por el peso
del suelo y del agua que estn arriba del mismo.
LL satw 1
Como resultado de esto, la presin efectiva debe aumentarse en una cantidad wh.
Este aumento en la presin efectiva es conocido como presin de filtracin y se
atribuye al empuje por friccin del agua corriente sobre los granos de suelo.
hLhLhLLLL wwwsatwwwsatw )()()( 11
Si el depsito de agua se eleva arriba del recipiente como se ilustra en la Figura 8.14c,
se tiene un flujo ascendente a travs de la arena. La presin intersticial en el fondo del
recipiente se aumenta en la cantidad wh. Por lo tanto, la presin efectiva en el fondo
del recipiente se reduce en esa misma cantidad.
hLL www 1
LL satw 1
hLhLhLLLL wwwsatwwwsatw )()()( 11
10.5 SUELOS ESTRATIFICADOS
En ocasiones se tiene el caso de un perfil de suelo con flujo de agua y conformado por
varios estratos de suelo, cada uno de ellos con diferente espesor y diferente
permeabilidad. En la Figura 8.15 se puede observar la geometra de una situacin
tpica en la que el nmero de estratos que conforman el perfil es tres. En este caso, la
cabeza de presin en la superficie del terreno es cero puesto que ah se encuentra el
nivel fretico.
En este caso ni se aade ni se elimina agua del sistema, por lo tanto el caudal que
atraviesa al Suelo 3 debe ser igual al que atraviesa al Suelo 2 y al Suelo1. De acuerdo
con la Ley de Darcy podemos escribir lo siguiente:
321 QQQ
333222111 AikAikAik
Debido a que las reas que atraviesan los tres caudales son las mismas podemos
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-12
rescribir la siguiente ecuacin de la siguiente manera.
332211 ikikik
3
3
3
2
22
1
11
H
hk
H
hk
H
hk
Esta ltima expresin suele ser de mucha utilidad para resolver un sistema como el de
la figura si se conocen las permeabilidades y los espesores de los estratos y al menos
una de las cabezas de presin en los contactos entre estratos.
H1
Nivel fretico Superficie del terreno
Suelo 1. Permeabilidad k1
H2
H3
Suelo 2. Permeabilidad k2
Suelo 3. Permeabilidad k3
Q1
Q2
Q3
h1
h2
h3
Figura 8.15 Flujo en suelos estratificados
10.6 SIFONAMIENTO O EBULLICIN
Cuando el agua fluye a travs de una masa de suelo, la resistencia debida a la
viscosidad en los canales formados por los poros produce una fuerza que el agua
transmite a las partculas del suelo. En los puntos donde predomina el flujo
ascendente, estas fuerzas de filtracin tienden a disminuir el esfuerzo efectivo entre las
partculas del suelo, y por tanto tienden a reducir la resistencia al esfuerzo cortante de
la masa de suelo.
Para analizar esta situacin consideremos el montaje de la Figura 8.16. Colocando el
recipiente con agua por encima de la superficie de la arena, el agua fluye en sentido
ascendente a travs de la arena y se desborda en la superficie.
La diferencia de nivel entre la superficie del agua en el recipiente y la superficie de la
arena representa la disminucin de cabeza total h debida al flujo a travs de la columna de arena de longitud L. El gradiente hidrulico a travs de la arena est dado entonces por:
Lhi /
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-13
Plano Referencia
L
h
Arena
Recipiente con alimentacin
de agua
Figura 8.16 Sifonamiento o ebullicin de arenas
En la base de la arena el esfuerzo vertical total est dado por:
Lsat
La presin intersticial asociada es:
)( hLw
Si se aplica el principio de esfuerzos efectivos, se obtiene el esfuerzo vertical efectivo
.
hLhLhLLhLL wwwsatwwsatwsat )()(
Esta expresin puede reescribirse de la siguiente manera si se toma en cuenta que
Lhi / .
iL
L
hLhL www
11
Al elevar el recipiente con agua, el gradiente hidrulico i a travs de la arena aumenta y entonces el esfuerzo vertical efectivo disminuye. Con base en esta expresin
podemos obtener el gradiente ascencional necesario para anular la presin efectiva, el
cual se denomina ic.
wcii /
Se tiene entonces que el gradiente ascensional necesario para que se produzca
sifonamiento o ebullicin, denominado gradiente crtico ic, es igual al cociente entre el
peso sumergido del suelo y el peso unitario del agua. Este cociente tiende a ser muy
cercano a 1.
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-14
En la condicin crtica cuando el esfuerzo efectivo es nulo, las partculas de arena se
separan unas de otras y se presentan como en una suspensin en el agua intersticial.
La masa de suelo comienza entonces a ebullir. Se dice entonces que la arena est en
una condicin de licuacin en la cual su resistencia al esfuerzo cortante es nula y por
lo tanto es altamente inestable. Esta condicin es llamada tambin como condicin de
arena movediza.
En el montaje de la figura anterior, la condicin de licuacin tambin podra producirse
manteniendo el recipiente con agua a nivel constante y disminuyendo el espesor de la
arena. Por ello en la prctica, cuando se realizan excavaciones en depsitos de arena
por debajo del nivel fretico, el flujo de filtracin ascendente que resulta puede producir
la licuacin. De manera similar, la base de una excavacin en un depsito de arcilla
situado por encima de una capa de arena o grava cargadas con agua a presin puede
levantarse si el peso total de la arcilla, el cual disminuye debido a la excavacin, llega
a ser igual a la subpresin en la base de la arcilla debido a la presin intersticial en la
arena o la grava.
La ecuacin para ic es independiente del tamao de las partculas y por tanto la licuacin puede producirse en todos los suelos. Sin embargo, en la prctica, es ms
probable que la licuacin se produzca en los limos y en la arenas entre finas y medias.
Los suelos arcillosos, las fuerzas de adherencia o de succin ayudan a mantener las
partculas juntas y en los suelos de alta permeabilidad como las arenas gruesas o las
gravas, es improbable disponer de grandes volmenes de agua necesarios para
mantener la condicin de licuacin que pudiera producirse.
A la expresin obtenida para ic podramos haber llegado considerando la expresin para el esfuerzo efectivo a cualquier profundidad z. De acuerdo con dicha expresin, podemos obtener el gradiente ascencional necesario para anular la presin efectiva.
ziz w
wcw iiziz /0
En la Figura 8.17, se ilustra una excavacin para una construccin en un sitio
localizado al pie de una colina. All el agua subterrnea puede encontrarse a presin
por la existencia de una cabeza hidrulica natural como la indicada. Si la excavacin
corta la capa impermeable de suelo hasta llegar a la arena fina saturada y a presin,
fluir hacia arriba desde el fondo de la excavacin una suspensin de arena fina. Esto
es debido a la licuacin de la masa de arena.
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-15
Cascajo arenoso saturado
Arc
illa
Impe
rmea
ble
Arena fina saturada a presin
Nivel del Agua
Excavacin
Figura 8.17 Ebullicin de arenas en excavaciones
10.7 TRABAJO PERSONAL
1. Los sondeos realizados en el sitio propuesto para la construccin de un edificio
revelaron la secuencia de estratos descrita en la siguiente tabla. Por debajo de
los 15 m de profundidad se encontr el lecho rocoso. El nivel fretico se encontr
a una profundidad de 1 m aunque se sabe que por capilaridad, la arcilla por
encima del nivel fretico se encuentra saturada. Determine las distribuciones de
esfuerzo vertical total, la presin intersticial y el esfuerzo vertical efectivo hasta 15
m de profundidad.
Profundidad Propiedades del suelo Descripcin del suelo
00 m a 03 m Encima del NF Gs = 2.63 y w = 11.2% Arcilla
Debajo del NF Gs = 2.63 y w = 22.0%
03 m a 11 m Gs = 2.74 y w = 36.5% Arena suelta
11 m a 15 m Gs = 2.69 y w = 16.0% Arena densa
2. En el siguiente perfil de terreno se produce un flujo vertical establecido. De
acuerdo con el nivel registrado por el piezmetro, en que sentido es el flujo?
Representar a escala la cabeza de presin, la presin intersticial, la presin total y
la presin efectiva en funcin de la profundidad.
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-16
10 m
Nivel fretico Superficie del terreno
Suelo 1 (k1 = 80 cm/min y = 2.0 gr/cm)
15 m
10 m
12 mSuelo 2 (k2 = 30 cm/min y = 1.9 gr/cm)
Suelo 3 (k3 = 120 cm/min y = 2.1 gr/cm)
3. Los siguientes esquemas presentan muestras de arena alojadas en cilindros
verticales de vidrio y sostenidas por placas porosas permeables. Trace a escala
los diagramas de presiones totales, neutras y efectivas en cada caso.
Arena
D
2.5D
2D
D
1.25D
1.25D
k1
k2 = 2k1D
4. De acuerdo con las anotaciones hechas en este documento, por qu en un suelo
con flujo de agua ascendente o descendente gracias a la presencia de una
cabeza hidrulica h, el clculo del esfuerzo total no considera esta cabeza sino el
peso propio del suelo y/o agua que haya por encima de l?. Por qu al calcular
la presin de poros si se tiene en cuenta? Cmo afecta la presencia de dicha
cabeza al esfuerzo efectivo?
5. Una capa de arcilla de 8 m de espesor est situada sobre una capa de 1 m de
arena densa que reposa sobre el lecho rocoso. El nivel fretico en la arcilla
coincide con la superficie del suelo y el nivel piezomtrico en la arena est 2 m
por encima de superficie de la arcilla. El peso unitario de la arcilla es de
20 kN/m.
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Captulo 08. Esfuerzos en una masa de suelo 8-17
Suponiendo que existe flujo en estado estacionario, calcular las distribuciones de esfuerzo vertical total, de presin intersticial y de esfuerzos verticales
efectivo a travs de la capa de arcilla.
Calcular la profundidad a la cual puede llevarse la excavacin en la arcilla antes de que ocurra la falla por levantamiento del fondo.
Si la excavacin debe llevarse hasta 5 m de profundidad en la arcilla con un factor de seguridad de 3 con respecto a la falla por el levantamiento del fondo,
calcular la reduccin necesaria del nivel piezomtrico en la arena.