MECANICA DE SUELOS

1. Jorge Cabrera Salvatierra
Mecánica de Suelos
CUESTIONARIO ESFUERZOS EFECTIVOS EN LOS SUELOS

3. PREGUNTA 1.
Por que el concepto de los esfuerzos efectivos es el más importante de la
mecánica de suelos.
Respuesta:
En el cálculo y análisis de problemas como el asentamiento de los suelos,
capacidad de carga de fundaciones, estabilidad de presas, y presión lateral en
estructuras de retención de tierra, la compresibilidad y resistencia al corte de
un suelo son las propiedades que mas influyen en el diseño y estas
propiedades dependen en gran parte del esfuerzo efectivo, lo cual hace que
el concepto del esfuerzo efectivo sea muy importante en el análisis de estos
problemas

4. PREGUNTA 2.
Explicar cuales son las principales aplicaciones que se da al concepto del
esfuerzo efectivo.
Respuesta:
El concepto del esfuerzo efectivo influye en gran parte en el comportamiento
del suelo, de ahí es que la aplicación de estos criterios en las obras civiles es de
gran importancia. El uso más común se presenta en el diseño de presas,
terraplenes, diques, ataguías, o estructuras similares de retención de agua,
además de obras que requieran excavaciones del terreno. En este tipo
de obras es muy frecuente que se presenten infiltraciones que pongan en
riesgo la estabilidad y vida útil de la estructura.

5. Continuación:
Esta inestabilidad es debida a la infiltración del agua y se la conoce con el
nombre de flotación. Cuando el esfuerzo efectivo es cero, la fuerza
ascendente de escurrimiento es igual al peso sumergido del suelo y no puede
desarrollarse una resistencia a la fricción entre partículas y por lo tanto la
mezcla suelo y agua no tiene resistencia al corte y actúa como líquido. La falla
por flotación o levante puede conducir a una falla total de la cimentación o
incluso al derrumbe de una estructura de retención de agua, como el pie del
talud de una presa o parte de una ataguía. Por lo tanto es necesario analizar
esta inestabilidad al diseñar estructuras de retención de agua.

6. PREGUNTA 3
Explique las definiciones del esfuerzo total, presión de poros y esfuerzo
efectivo,definiciones del esfuerzo total, presión de poros y esfuerzo
Esfuerzo total:
Los ingenieros geotécnicos lo llaman esfuerzo total por que es la suma de los
esfuerzos absorbidos por todas las fases del suelo, este esfuerzo es el que
absorbe todo el peso en o sobre el suelo.
σ =
𝑊
𝐴
Donde:
σ = Esfuerzo normal total.
W = Peso del suelo.
A = Área de la sección transversal del suelo.

7. Presión de poros:
El fluido en los poros es capaz de transmitir esfuerzos normales, pero no
esfuerzos cortantes, por lo que no tiene la componente de corte, y es por esta
razón que la presión de poros se la conoce también con el nombre de esfuerzo
neutral o presión neutra.
u= γ × H

8. Esfuerzo efectivo:
Para un suelo saturado, el esfuerzo efectivo en cualquier dirección puede
definirse en forma cuantitativa como la diferencia entre el esfuerzo total y la
presión de poros del agua.
Este esfuerzo es transmitido a través de la estructura sólida del suelo por
medio de los contactos intergranulares. Este componente del esfuerzo total es
el que controla tanto la deformación debida a los cambios de volumen como la
resistencia al corte del suelo, por lo tanto el esfuerzo normal y el esfuerzo
cortante se transmiten a través de los contactos entre grano a grano
Donde:
σ = Esfuerzo normal total.
σ’= Esfuerzo normal efectivo.
u = Presión de poros del agua o esfuerzo neutral.
′ =  - u.

9. PREGUNTA 4.
Explicar que es la fuerza de escurrimiento.
Respuesta:
La circulación del agua a través de la estructura del suelo, produce fuerzas de
escurrimiento como resultado de la fricción entre el agua que se filtra y las
paredes de los poros del suelo por donde fluye el agua. La fuerza de
escurrimiento es esa fuerza producida por el flujo de agua subterráneo que
actúa solo en las partículas sólidas del suelo y produce una fuerza de
empuje en el lado aguas debajo de las estructuras de retención de agua. Esta
fuerza de escurrimiento es muy perjudicial para las estructuras de retención
de agua como presas, diques, tablestacas, etc. Por lo que es necesario poder
controlar su intensidad y tratar de reducirla para que no provoque daños
considerables.

10. Pregunta 5.
Un estrato de arcilla con el NF. en su superficie, tiene un espesor de 50
m., el contenido de agua medio es de 54% y el peso específico relativo
de sus sólidos es de 2.78. Calcule la presión efectiva vertical debido al
peso del la arcilla en la base del estrato supuesto que e agua se
encuentra en condición hidrostática.

11. Pregunta 6.
Una arena compuesta de elementos sólidos, con peso específico
2.60 gr/cm3, tiene una relación de vacíos de 0.572. Calcule el peso
unitario de la arena seca, de la arena saturada y compare estos
valores con el peso unitario efectivo de la arena sumergida.

12. Pregunta 7.
Calcular el esfuerzo efectivo en el suelo a una profundidad, z dada en los
siguientes casos:
a) Nivel del agua debajo del nivel del terreno (Figura 1).
b) Nivel del terreno debajo del nivel del agua (Figura 2).
a) Nivel del agua debajo del nivel del terreno.
Estrato de suelo con un nivel freático
debajo de la superficie del terreno.
Esfuerzo total:
z = d ·(z–h) + sat·h
Presión de poros:
u = w·h
Esfuerzo efectivo:
′z = z – u
′z = d·(z – h) + ( sat – w)·h

13. b) Nivel del terreno debajo del nivel
del agua.
Esfuerzo total:
z = s·z +w·(h – z)
Presión de poros:
u = w·h
Esfuerzo efectivo:
′z = z – u
′z = s·z – w·z
En este caso el esfuerzo efectivo es
independiente del nivel de agua. Esto significa
que los esfuerzos efectivos en
el suelo en el lecho de un río, lago o mar son
iguales sin importar la altura de agua que haya
encima de los mismos.

14. Pregunta 8.
Se realizó una perforación exploratoria en un estrato de arcilla firme
saturada. Se observó que el manto subyacente de arena estaba bajo
presión artesiana. El agua en la perforación se elevó a una altura H1
por sobre la capa de arena. Si se debe realizar una excavación a cielo
abierto en la arcilla, ¿qué tan profunda debe hacerse la excavación
antes de que exista levantamiento de fondo?

15. Ejercicio 9:
En el perfil estratigráfico del suelo que se indica en la figura, se han
realizado tres perforaciones en distintas épocas del año, detectándose
fluctuaciones del nivel freático:
a) El nivel freático se encuentre 1,50 m por debajo del nivel del terreno
natural. b) El nivel freático coincide con el nivel del terreno natural. c) El
nivel freático se encuentre 2,00 m por encima del nivel del terreno
Para cada una de las tres condiciones indicadas, se pide:
1) Trazar los diagramas de presiones totales, neutras y efectivas hasta
el nivel A-A.
2) Calcule las presiones en los niveles indicados, y presente los
resultados en una tabla. d) Cuál es la variación de la presión efectiva
en el plano A-A?
Datos
Suelo 1: s1 = 2,70 g/cm3 e1 = 0,85 Sr1 = 0,80 h1 = - 4,00 m

17. Pregunta 10.
Un perfil de suelo está compuesto por tres estratos diferenciados con las
siguientes características:
Estrato 1: SP, γ = 1.80 t/m3, w = 21%, Espesor = 6.0 m
Estrato 2: MH, γsat = 1.70 t/m3, Espesor = 4.0 m
Estrato 3: SW, wsat ≤ 31%, Espesor = 5.0 m
La napa freática fue detectada en el primer estrato a 4m de profundidad y
sobre el mismo se deposita un relleno con un peso total de 5.0 t/m2.
Determinar: a) Diagramas de presiones totales, neutras y efectivas.
b) Diagramas de presiones totales, neutras y efectivas para el caso en que la
napa ascienda hasta el nivel de terreno inicial. c) Diagramas de presiones
totales, neutras y efectivas para el caso en que, debido a una inundación, la
napa ascienda 4.0m por sobre el nivel de terreno inicial.