Empuje de suelos

APUNTE DE EMPUJE SOBRE MUROS RIGIDOS

AREA GEOTECNIA

Ing. Augusto J. Leoni – Ing. Diego Skok
FACULTAD DE INGENIERÍA UNLP

Ing. Augusto José Leoni – Ing. Diego Skok
Área Geotecnia de la Facultad de Ingeniería UNLP

EMPUJE DE SUELOS SOBRE MUROS RÍGIDOS
Introducción
Para definir el empuje de los suelos sobre las estructuras de retención, podemos decir en forma
general, que en ellos seinvolucran todos los problemas que se le presentan al ingeniero para
determinar las tensiones en la masa del suelo que actúan sobre una estructura.
En este apunte daremos las nociones básicas para poder calcular los empujes laterales de los
suelos contra las estructuras. Como primera medida debemos decir que el tipo de empuje
depende, tanto de la naturaleza del suelo como del tipo deestructura, ya que se trata de un
problema de interacción entre ambos.
La mecánica de suelos se basa en varias teorías para calcular la distribución de tensiones que se
producen en los suelos y sobre las estructuras de retención. Cronológicamente, Coulomb (1776)
fue el primero que estudió la distribución de tensiones sobre muros. Posteriormente, Rankine
(1875) publicó sus experiencias, y por último yya en el siglo XX se conoce la teoría de la cuña,
debida a varios autores, pero especialmente a Terzaghi.
Teoría de Rankine
Rankine hace referencia a las variaciones de tensiones que se producen en una masa de suelos,
cuando se produce un relajamiento o un aumento de la tensión horizontal; considera esos dos
casos extremos e impone ciertas condiciones de borde para un prisma elemental que seencuentra
dentro de una masa semi infinita.

Fig. 1.

Las condiciones de borde impuestas por Rankine para determinar la relación entre tensiones
principales en cada estado, fundamentalmente son:
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Masa semi infinita y homogénea.
Superficie horizontal del terreno.
Superficie vertical del borde que admite desplazamiento.
Tensiones de corte nulas en el contacto entre la superficieque se desplaza y el suelo.

No existe un caso práctico en el cual se cumplan estrictamente con las condiciones de borde
impuestas por la teoría de Rankine.
El estudio teórico de Rankine se caracteriza entonces, como habíamos dicho anteriormente, por
dos estados límites de equilibrio plástico. El estado original del terreno se presenta por un prisma
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Ing. Augusto José Leoni – Ing. DiegoSkok
Área Geotecnia de la Facultad de Ingeniería UNLP

elemental sometido a cierta profundidad a una presión vertical σv, igual al peso de la ‘tapada’ de
suelo que está por encima, y que vale el producto de su peso unitario por la profundidad en la
cual se encuentra el elemento prismático estudiado σv = γ . z (figura 1). A esta presión vertical σv,
le corresponde una tensión horizontal σh.La relación entre ambas es un coeficiente K, que en el
estado original – denominado estado de reposo – se lo denomina K0.
Supongamos idealmente (figura 2a) que podemos insertar en ésta masa semi infinita, una pantalla
rígida, de tal forma que si nosotros retiramos el suelo que se encuentra a la izquierda de la
pantalla, no cambien las condiciones iniciales del terreno en la parte de la derechade la misma

Fig. 2.

Si se permite que este paramento vertical se traslade una cierta magnitud hacia la izquierda a
presión constante, se producirá una reducción de la presión horizontal (figura 2-b.). A medida que
nos desplazamos a presión constante, para cierto corrimiento, toda la masa de suelo entra en
equilibrio plástico; cada punto llega al límite de rotura, y en ese momento larelación entre las
presiones horizontal y vertical se indica por el coeficiente de empuje activo de Rankine, Ka. Este
coeficiente es entonces la relación entre las tensiones principales, cuando por disminución de la
presión horizontal toda la masa semi infinita de suelo está al borde de la rotura, este es el primer
estado límite. Si se corriera el paramento vertical hacia la derecha, la presión...