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Las presiones efectivas
(84.07) Mecánica de Suelos y Geología
Alejo O. Sfriso: [email protected]
Ernesto Strina: [email protected]
Presiones efectivas
Índice
• Principio de Arquímedes
• Presiones totales, de poros y efectivas
• Ascenso capilar
Presiones efectivas
Principio de Arquímedes
Presiones efectivas
Índice
• Principio de Arquímedes
• Presiones totales, de poros y efectivas
• Ascenso capilar
Presiones efectivas
La definición de “tensión” en un medio
poroso
Las fuerzas concentradas que se transmiten de grano a
grano (a través de sus contactos) se “convierten” en una
“tensión integranular” que actúa en toda la superficie
La parte de imagen con el identificador de relación rId3 no se encontró en el archiv o.
La parte de imagen con el identificador de relación rId4 no se encontró en el archiv o.
La parte de imagen con el identificador de relación rId5 no se encontró en el archiv o.
La parte de imagen con el identificador de relación rId6 no se encontró en el archiv o.
La parte de imagen con el identificador de relación rId7 no se encontró en el archiv o.
La parte de imagen con el identificador de relación rId8 no se encontró en el archiv o.
Presiones efectivas
El principio de Arquímedes en un medio
poroso: tensión efectiva
La parte de imagen con el identificador de relación rId4 no se encontró en el archiv o.
La parte de imagen con el identificador de relación rId5 no se encontró en el archiv o.
Presión total vertical en terreno
horizontal: suelo no saturado
Presiones efectivas
En un suelo no saturado los vacíos tienen agua y aire, el
peso promedio es mas bajo que cuando está saturado
Presión total vertical en terreno
horizontal: suelo saturado
Presiones efectivas
En un suelo saturado, el peso unitario no depende de la
presión del agua (que puede ser positiva o negativa)
Presión total vertical en terreno
horizontal: suelo sumergido
Presiones efectivas
Un suelo saturado y sumergido tienen el mismo peso
unitario, lo que cambia es la presión del agua (+ / -)
Presión de poros en terreno horizontal:
suelo sumergido
Presiones efectivas
En este ejemplo, la presión del agua se asume cero en la
superficie
Presión efectiva en terreno horizontal:
suelo sumergido
Presiones efectivas
La presión integranular (efectiva) es igual a la presión total
menos la presión del fluido de poros (agua)
=
+
Presiones efectivas
Ejercicio - Enunciado
Nota importante: Se asume que la presión
de poros es nula por encima del nivel freático
Ejercicio - Solución
Presiones efectivas
0 kPa
27
77
132
Nota importante: Se asume que la presión
de poros es nula por encima del nivel freático
Ejercicio - Solución
Presiones efectivas
0 kPa
0 kPa
27
77
25
132
Nota importante: Se asume que la presión
de poros es nula por encima del nivel freático
50
Ejercicio - Solución
Presiones efectivas
0 kPa
0 kPa
0 kPa
27
77
25
132
Nota importante: Se asume que la presión
de poros es nula por encima del nivel freático
27
52
50
82
Una definición de presión efectiva para
cambio de volumen
Presiones efectivas
C
σ
σ−u
Cs
σ − (1 − )u
C
(Nur y Byerlee 1971)
Presiones efectivas
Índice
• Principio de Arquímedes
• Presiones totales, de poros y efectivas
• Ascenso capilar
Interfaz agua-aire
Presiones efectivas
La interfaz agua-aire se comporta como una
membrana con resistencia a la tracción
BBC News In pictures Visions of Science.jpg
Insectos que viven sobre y bajo la
interfaz (Milne and Milnc, 1978)
Presiones efectivas
Interfaz agua-aire
La interfaz agua-aire se comporta como una
membrana con resistencia a la tracción
En un conducto pequeño el agua
moja las paredes y la membrana
se curva
Se produce una diferencia
de presión: ascenso capilar
(Wikipedia)
Presiones efectivas
Equilibrio de una columna capilar
En el contacto agua-aire-sólido hay tres fuerzas
σsl
• Tensión sólido-líquido
• Tensión sólido-gas
σsg
• Tensión líquido-gas
σlg
El ángulo del contacto surge del
equilibrio de esas tres fuerzas
θ
Equilibrio de una columna capilar
Presiones efectivas
El equilibrio de la columna capilar es
• Peso columna de agua
• Fuerza de tensión superficial
(Columna de vidrio comprimida)
• Por equilibrio
La altura del ascenso capilar es inversamente proporcional
al radio de los poros
Ascenso capilar
Presiones efectivas
En arenas, el ascenso capilar se puede
estimar con la relación de Hazen
En arcillas, el ascenso capilar puede
alcanzar varios metros
Esta es la distribución de presiones si
no hay ascenso capilar
Presiones efectivas
0 kPa
0 kPa
0 kPa
27
77
25
132
Nota importante: Se asume que la presión
de poros es nula por encima del nivel freático
27
52
50
82
El ascenso capilar aumenta las
presiones efectivas
Presiones efectivas
0 kPa
15 kPa
-15
0 kPa
30
80
25
135
Nota importante: No se asume que la presión
de poros es nula por encima del nivel freático
30
55
50
85
Presiones efectivas
Bibliografía
Básica
• Jiménez Salas y otros. Geotecnia y Cimientos I.
Ed. Rueda
• Olivella, S. Problemas resueltos. Geotecnia. Mecánica de
Suelos. UPC, 2003.
• Juárez Badillo y otros. Mecánica de Suelos. Ed. Limusa
Complementaria
• Fredlund y otros. Unsaturated Soil Mechanics in
Engineering Practice. Wiley
• Mitchell, J. Fundamentals of soil behavior. 3ª Ed. Wiley.