Empujes 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 de estructura,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 y ya en elsiglo 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 se encuentradentro 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: 1234Masa semi infinita y homogénea. Superficie horizontal del terreno. Superficie vertical del borde que admite desplazamiento. Tensiones de corte nulas en el contacto entre la superficie que se desplaza y elsuelo.

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
2

Ing. Augusto José Leoni – Ing. Diego Skok
Área Geotecnia dela 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 esun 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 derecha de la misma

Fig. 2.

Sise 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 la relación entre las presioneshorizontal 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 vertical prácticamente se mantendría...