El documento explica los conceptos de esfuerzo total, presión de poros y esfuerzo efectivo en el suelo. Presenta un ejemplo para calcular estos esfuerzos en diferentes puntos de un perfil de suelo compuesto por una capa superior de arena y una capa inferior de arcilla, considerando las propiedades de cada material. El documento concluye presentando los valores de esfuerzo total, presión de poros y esfuerzo efectivo calculados para cada punto.

1. MECANICA DE SUELOS
UNIDAD 6.
Esfuerzos en el suelo –
Primera Parte

2. Figura 1.0 Simulaciones de diferentes obras como punto de entrada respecto a los esfuerzos en la
masa de los suelos.
Fuente: http://orosgeotecnia.es/tag/estabilidad-de-taludes/,
https://www.youtube.com/watch?v=Qo5fPYEt9ec, http://www.archiexpo.es/prod/computers-and-
structures/product-60205-153597.html ESFUERZOS EN EL SUELO – MEC. DE SUELOS

3. 6.0 Esfuerzos en el suelo
• Para el análisis de los esfuerzos en una masa de suelo hay que
entender la distribución de fases (aire, agua y sólida) y su
comunicación interna para la transferencia de la carga impuesta
(Das, 2001).
• Sirven en este caso para analizar problemas tales como
compresibilidad en los suelos, fuerza de sustentación de los
cimientos, estabilidad de taludes, y presión lateral de tierras.
• En cualquier problema de análisis hay que entender que parte del
esfuerzo normal aplicado es realizado por el agua intersticial
(presión de poros), y que parte es realizada por el esqueleto del suelo
en puntos de contactos (Das, 2001).
• En el caso de la carga aplicada (cimentación), es importante
determinar el aumento en el esfuerzo neto.
ESFUERZOS EN EL SUELO – MEC. DE SUELOS

4. 6.0 Esfuerzos en el suelo
Concepto de esfuerzo efectivo
• En este caso, se toma un caso para determinar la variación del esfuerzo
en una columna de suelo cuando no existe filtración (Das, 2001).
• Al seleccionar un punto al azar, se tiene que el esfuerzo total en el
punto A, σ, se calcula mediante el peso saturado del suelo y la unidad
de peso del agua por encima de este (Das, 2001).
• Por lo tanto el esfuerzo total será:
σ = 𝐻γ𝑤 + 𝐻𝐴 − 𝐻 γ𝑠𝑎𝑡
Donde,
γ𝑠𝑎𝑡 = Peso Unitario saturado del suelo bajo el nivel freático.
H = Altura desde el nivel freático hasta el inicio de la columna de suelo.
𝐻𝐴= Distancia desde el inicio del nivel freático hasta el punto A.
ESFUERZOS EN EL SUELO – MEC. DE SUELOS
Ecuación 1

5. Figura 2.0 (a) Consideración del esfuerzo efectivo para una columna de suelo saturado y sin
filtraciones, (b) las fuerzas que actúan en los puntos de contacto de las partículas del suelo a nivel
del punto A
Fuente: Elaboración propia.
ESFUERZOS EN EL SUELO – MEC. DE SUELOS
(a)
(b)

6. 6.0 Esfuerzos en el suelo
Concepto de esfuerzo efectivo
• El esfuerzo total se asocia a:
• Una parte sería la acción del agua en los poros con igual
intensidad en todas las direcciones acompañada con la acción del
agua a nivel superior (Das, 2001).
• El resto del esfuerzo total se distribuye en los puntos de contacto
del suelo y la sumatoria del esfuerzo a lo largo de los puntos de
contacto del suelo en un área de sección transversal se conoce
como esfuerzo efectivo (Das, 2001).
ESFUERZOS EN EL SUELO – MEC. DE SUELOS

7. 6.0 Esfuerzos en el suelo
Concepto de esfuerzo efectivo
• Si se toma una línea a lo largo de la masa de suelo denominada a-a, la
cual atraviesa el punto A, y sean 𝑃1, 𝑃2, 𝑃3,…𝑃𝑛, las fuerzas que actúan
en los puntos de contacto de las partículas de suelo.
• La suma de los componentes verticales sobre la línea a-a sería igual al
esfuerzo efectivo, es decir:
σ′
=
𝑃1 𝑣 + 𝑃2 𝑣 +𝑃3 𝑣 + ⋯ + 𝑃𝑛 𝑣
ҧ
𝐴
Donde,
𝑃1 𝑣 , 𝑃2 𝑣 , 𝑃3 𝑣 , 𝑃𝑛 𝑣 son las componentes de la presión vertical de las
fuerzas 𝑃1 + 𝑃2 +𝑃3 + ⋯ + 𝑃𝑛
ҧ
𝐴 = Área de la sección transversal del suelo en consideración.
ESFUERZOS EN EL SUELO – MEC. DE SUELOS
Ecuación 2

8. 6.0 Esfuerzos en el suelo
Concepto de esfuerzo efectivo
• Al seguir analizando la línea a-a entonces se podría anotar que 𝑎𝑠
es el área de sección transversal ocupada por los sólidos distribuida
en 𝑎1, 𝑎2, 𝑎3,…𝑎𝑛.
• El espacio ocupado por el agua según lo anterior sería ( ҧ
𝐴 − 𝑎𝑠), por
lo tanto se tiene que el esfuerzo total sería:
σ = σ′ +
𝑢( ҧ
𝐴 − 𝑎𝑠)
ҧ
𝐴
= σ′ + 𝑢(1 − 〖𝑎𝑠
𝑎−𝑎〗)
Donde 𝑢 = 𝐻𝐴γ𝑤 Presión de agua intersticial o de poros, es decir la
presión hidrostática en A.
𝑎𝑠
𝑎−𝑎=𝑎𝑠/ ҧ
𝐴 fracción de unidad de área de sección transversal de los
suelos ocupada por sólido – sólido.
ESFUERZOS EN EL SUELO – MEC. DE SUELOS
Ecuación 3

9. 6.0 Esfuerzos en el suelo
Concepto de esfuerzo efectivo
• El factor 𝑎𝑠
𝑎−𝑎 es muy pequeño debido a los rangos de presión
encontrados en los proyectos prácticos, donde la ecuación
σ = σ′
+ 𝑢
u se conoce como esfuerzo neutral. Al sustituir la ecuación (1) por el
esfuerzo total σ en la ecuación 4 se tiene que:
σ′ = 𝐻γ𝑤 + 𝐻𝐴 − 𝐻 γ𝑠𝑎𝑡 − 𝐻𝐴γ𝑤
σ′ = 𝐻𝐴 − 𝐻 (γ𝑠𝑎𝑡−γ𝑤)
σ′ = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 ∗ (γ𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑜)
Donde, γ𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑜 = (γ𝑠𝑎𝑡−γ𝑤) se conoce como el peso unitario sumergido,
en este caso el esfuerzo efectivo en cualquier punto A, es independiente de
la profundidad del agua, H, sobre el suelo sumergido (Das, 2001).
ESFUERZOS EN EL SUELO – MEC. DE SUELOS
Ecuación 4
Ecuación 5

10. 6.0 Esfuerzos en el suelo
Ejemplo 1
• En la siguiente figura se muestra un perfil de
suelo. Calcular el esfuerzo total, presión de
poros y esfuerzo efectivo en los puntos A,B,C
y D.
ESFUERZOS EN EL SUELO – MEC. DE SUELOS
Figura 3.0 Esquema para el cálculo de los esfuerzos geostáticos
en un material arena(capa superior), arcilla (capa inferior).
Fuente: Elaboración propia.
γ𝑑 =
𝐺𝑠γ𝑤
1 + 𝑒
=
2,65 ∗ 9,81𝑘𝑁/𝑚3
1 + 0,5
γ𝑑 = 17,33𝑘𝑁/𝑚3
γ𝑠𝑎𝑡 =
𝐺𝑠γ𝑤 + 𝑒γ𝑤
1 + 𝑒
γ𝑠𝑎𝑡 =
2,7 ∗ 9,81 + 0,9 ∗ 9,81
1 + 0,9
γ𝑠𝑎𝑡 = 18,58𝑘𝑁/𝑚3

11. 6.0 Esfuerzos en el suelo
Ejemplo 1
• En la siguiente figura se muestra un perfil de
suelo. Calcular el esfuerzo total, presión de
poros y esfuerzo efectivo en los puntos A,B,C
y D.
ESFUERZOS EN EL SUELO – MEC. DE SUELOS
Figura 3.0 Esquema para el cálculo de los esfuerzos geostáticos
en un material arena(capa superior), arcilla (capa inferior).
Fuente: Elaboración propia.
γ𝑑 = 17,33𝑘𝑁/𝑚3
γ𝑠𝑎𝑡 = 18,58𝑘𝑁/𝑚3
Esfuerzo Total
σ𝐴 = 0𝑚 ∗
0𝑘𝑁
𝑚3
=
0𝑘𝑁
𝑚2
σ𝐵 = 1,5𝑚 ∗
17,3𝑘𝑁
𝑚3
=
25,95𝑘𝑁
𝑚2
σ𝐶 = 3𝑚 ∗
17,3𝑘𝑁
𝑚3
=
51,9𝑘𝑁
𝑚2
σ𝐷 = 3𝑚 ∗
17,3𝑘𝑁
𝑚3
+ 6𝑚 ∗
18,58𝑘𝑁
𝑚3
= 163,38𝑘𝑁/𝑚2

12. 6.0 Esfuerzos en el suelo
Ejemplo 1
• En la siguiente figura se muestra un perfil de
suelo. Calcular el esfuerzo total, presión de
poros y esfuerzo efectivo en los puntos A,B,C
y D.
ESFUERZOS EN EL SUELO – MEC. DE SUELOS
Figura 3.0 Esquema para el cálculo de los esfuerzos geostáticos
en un material arena(capa superior), arcilla (capa inferior).
Fuente: Elaboración propia.
γ𝑑 = 17,33𝑘𝑁/𝑚3
γ𝑠𝑎𝑡 = 18,58𝑘𝑁/𝑚3
Presión de poros
μ𝐴 = 0𝑚 ∗
0𝑘𝑁
𝑚3
=
0𝑘𝑁
𝑚2
μ𝐵 = 0𝑚 ∗
0𝑘𝑁
𝑚3
=
0𝑘𝑁
𝑚2
μ𝐶 = 0𝑚 ∗
0𝑘𝑁
𝑚3
=
0𝑘𝑁
𝑚2
μ𝐷 = 6𝑚 ∗
9,81𝑘𝑁
𝑚3
= 58,86𝑘𝑁/𝑚2

13. 6.0 Esfuerzos en el suelo
Ejemplo 1
• En la siguiente figura se muestra un perfil de
suelo. Calcular el esfuerzo total, presión de
poros y esfuerzo efectivo en los puntos A,B,C
y D.
ESFUERZOS EN EL SUELO – MEC. DE SUELOS
Figura 3.0 Esquema para el cálculo de los esfuerzos geostáticos
en un material arena(capa superior), arcilla (capa inferior).
Fuente: Elaboración propia.
γ𝑑 = 17,33𝑘𝑁/𝑚3
γ𝑠𝑎𝑡 = 18,58𝑘𝑁/𝑚3
Presión de poros
μ𝐴 =
0𝑘𝑁
𝑚2
μ𝐵 =
0𝑘𝑁
𝑚2
μ𝐶 =
0𝑘𝑁
𝑚2
μ𝐷 =
58,86𝑘𝑁
𝑚2
Esfuerzo Total
σ𝐴 =
0𝑘𝑁
𝑚2
σ𝐵 =
25,95𝑘𝑁
𝑚2
σ𝐶 =
51,9𝑘𝑁
𝑚2
σ𝐷 =
163,38𝑘𝑁
𝑚2
Esfuerzo efectivo
σ𝐴
′
= σ𝐴 − μ𝐴 =
0𝑘𝑁
𝑚2
σ𝐵
′
=
25,95𝑘𝑁
𝑚2
−
0𝑘𝑁
𝑚2
=
25,95𝑘𝑁
𝑚2
σ𝐶
′
=
51,9𝑘𝑁
𝑚2
−
0𝑘𝑁
𝑚2
=
51,9𝑘𝑁
𝑚2
σ𝐷
′
=
163,38𝑘𝑁
𝑚2
−
58,86𝑘𝑁
𝑚2
= 104,52𝑘𝑁/𝑚2

14. 6.0 Esfuerzos en el suelo
Ejemplo 1
• En la siguiente figura se muestra un perfil de suelo. Calcular el
esfuerzo total, presión de poros y esfuerzo efectivo en los puntos A,B,C
y D.
ESFUERZOS EN EL SUELO – MEC. DE SUELOS
Figura 3.0 Esquema para el cálculo de los esfuerzos geostáticos
en un material arena(capa superior), arcilla (capa inferior).
Fuente: Elaboración propia.
γ𝑑 = 17,33𝑘𝑁/𝑚3
γ𝑠𝑎𝑡 = 18,58𝑘𝑁/𝑚3
0𝑘𝑁
𝑚2
25,95𝑘𝑁
𝑚2
51,9𝑘𝑁
𝑚2
163,38𝑘𝑁
𝑚2
0𝑘𝑁
𝑚2
58,86𝑘𝑁
𝑚2
25,95𝑘𝑁
𝑚2
51,9𝑘𝑁
𝑚2
104,52𝑘𝑁
𝑚2
0𝑘𝑁
𝑚2
σ μ σ ′

15. Bibliografía
• Das, B. M. (2001). Fundamentos de ingeniería geotécnica (No.
624.13). Thomson Learning:.
• Bowles, J. E., ARRIETA, T. A., & TAMAYO, R. J.
(1981). Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil.
McGraw-Hill.
• Blog Archiexpo., (s.f). Programa de análisis estructural / Para
estructura de hormigón / 2D. URL
http://www.archiexpo.es/prod/computers-and-
structures/product-60205-153597.html
• Antonio Macizo Fernández. [Antonio Macizo Fernández
• ]. (2011, diciembre 14). Manejo del programa Plaxis 7.2 .
Parte 3 [Archivo de video]. Recuperado de
https://www.youtube.com/watch?v=Qo5fPYEt9ec
ESFUERZOS EN EL SUELO – MEC. DE SUELOS