5.1 DISTRIBUCION DE PRESIONES EFECTIVAS NEUTRAS Y TOTALES. Es importante hacer un análisis adicional sobre la naturaleza de las presiones que se manejan en el fenómeno de la consolidación de los suelos y en general en todos los problemas de mecánica de suelos. Las presiones que actúan en las masas de los suelos saturados se dividen en 2 tipos: *aquellos que transmiten directamente de grano a grano del suelo. *aquellos que actúan contra el fluido que llena los poros del mismo.
Los primeros son conocidos como presiones intergranulares o presiones efectivas y los segundos como presiones neutras neutrales o de poro. Esta separación de los estados de esfuerzo en las masas de los suelos es un aspecto importante en la mecánica de suelos, pues únicamente las presiones intergranulares producen un cambio en el volumen de la masa del suelo. Por ejemplo para entender esto, considérese 2 partículas de grano del suelo solidas en contacto:
Las cuales están en contacto sobre una superficie plana de área As, representativa de las áreas de contacto en toda la masa del suelo. A esas 2 partículas corresponde un área tributaria A, también representativa de la situación de las partículas de toda la masa. Entonces dicha relación de áreas de contacto se define como:
a: As/A En dicho contacto de los granos de suelo existe también un esfuerzo normal al plano de contacto entre las partículas representada por P y una fuerza total cortante definida por T, entonces ambas se definen como:
También existen esfuerzos de superficie interfacial, los cuales son diferentes a los anteriores y de acuerdo con un criterio semejante se definen como:
Donde Ps y Ts son los esfuerzos normales y tangenciales actuando entre las 2 partículas sólidas.
Considérese ahora el equilibrio en la dirección normal al plano de contacto: P:Ps + (A-As)Un Un, en la ecuación anterior representa la presión del agua. Entonces: (
)
(
)
Considérese ahora el equilibrio paralelo al plano de contacto, entonces se tiene:
De donde, de acuerdo a lo anterior:
Los datos normales de un problema que requiera el cálculo de presiones sobre el suelo son la carga total aplicada y al área total del suelo que toma esa carga. En otras palabras se conoce P y A, pero generalmente no puede obtenerse de manera simple As, por lo que la ecuación (10-11) se reduce a:
Esta ecuación adquiere importancia cuando se estudia la repartición de presiones en materiales porosos tales como el concreto y muchos tipos de rocas. La ecuación en negro, se deriva de la ecuación (10-11), y tiene importancia fundamental en la Mecánica de Suelos. El término ( ) se denomina presión normal total y es la carga total aplicada al suelo en un nivel dado entre el área de la masa del mismo. Es la presión del agua intersticial, conocida también como ¨presión neutral¨ en la Mecánica de Suelos. Y : la presión intergranular , obtenida del cociente entre la fuerza que soporta la estructura del suelo y el área total de la masa del suelo. En el estudio del comportamiento de los suelos se ha definido la presión efectiva o esfuerzo efectivo como aquellos esfuerzos normales que gobiernan los cambios volumétricos o la resistencia del suelo. (
).
Tradicionalmente se ha considerado a la presión intergranular como la efectiva para efectos de cálculos y análisis teóricos:
Resulta además importante que la presión intergranular sea la que gobierna los cálculos de comprensibilidad y resistencia, es decir sea la presión efectiva.
Dentro del campo de la Mecánica de Suelos el concepto de Presión efectiva es una realidad teórica, en el sentido de que gobiernan los fenómenos tal como la actual teoría los concibe. En muchos problemas de Mecánica de Suelos por ejemplo, es ventajoso además descomponer a la presión neutral en 2 componentes: la presión hidrostática ( ), que corresponde a una distribución lineal del equilibrio estático y en presión en exceso de la hidrostática.
Entonces: •
𝓊n = 𝓊h +𝓊
Es el término que juega un papel importante en la Teoría de la consolidación. La presión total vertical que se tiene en el suelo a una cierta profundidad z, debido al peso propio del material supuesto homogéneo, puede calcularse en la práctica, en forma simple, mediante la expresión: • Y la presión hidrostática
mz
se calcula: 𝓊
z
Debe notarse que en todo tiempo, la presión total permanece constante mientras la neutral y la efectiva cambian, siendo su suma igual a la presión total. En la práctica la presión neutral puede obtenerse en el campo por medio de piezómetros, calculando la presión efectiva con la expresión:
.
