Ingeniero Agronomo, Especialista En Docencia Universitaria

Capítulo 3

Tensiones en el terreno

Teoría

3
TENSIONES EN EL TERRENO 3.1 DEFINICIÓN DEL ESTADO TENSIONAL

3.1.1 El terreno como sistema trifase
En el caso más general, un elemento cualquiera del terreno está constituido por tres fases: sólida, líquida y gaseosa. En capítulos anteriores se han analizado las relaciones ponderales y volumétricas entre ellas, y la distribución depresiones en la fase líquida. En este Capítulo se tratan las tensiones existentes en la fase sólida, así como la interacción mutua entre las fases. Este estudio servirá de base para el análisis del comportamiento mecánico que se realiza en los capítulos posteriores. En un material continuo, la tensión que actúa sobre un plano cualquiera que pasa por un determinado punto se define como la fuerza (con suscomponentes normal y tangencial) que actúa por unidad de superficie

© Grupo Geotecnia. Universidad de Cantabria.

3.1

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de dicho plano. Sin embargo, en el caso del suelo, parte de esta superficie está ocupada por materia sólida y parte por huecos rellenos de agua o aire. Se hace preciso entonces definir con más detalle lo que se entiendepor tensión y en que forma interviene cada una de las fases. Ello constituye quizá el punto clave de la Mecánica del Suelo, no resuelto de una manera satisfactoria hasta los trabajos de Terzaghi hace medio siglo. En la Figura 3.1 se esquematizan las tensiones existentes en un punto interior del suelo, en el caso general de coexistencia de las tres fases (suelo parcialmente saturado). Alrededor deuna partícula de suelo actuaran las siguientes solicitaciones: − Presión del aire, ua − Presión del agua, u − Fuerzas transmitidas por otras partículas. Ni, Ti. En el caso más sencillo de suelo saturado, desaparece el término correspondiente al aire, ua. El análisis de problemas geotécnicos se realiza a escala macroscópica. En estas condiciones, es preciso asimilar el material discontinuo que esel conjunto de las partículas a un material continuo, en el cual se defina un estado tensional equivalente a las fuerzas y presiones de la Figura 3.1.

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3.2

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CARGAS EXTERIORES
AGUA (u) Ni Ti AIRE (ua)

DETALLE

SUELO A

PESO PROPIO

AIRE (ua) Ni Ti AIRE (ua)

PARTÍCULA SÓLIDA
AIRE(ua)

Ti

Ni AGUA (u)

Ni

Ti

Figura 3.1. Esfuerzos sobre una partícula de suelo. Caso general.

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3.3

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Sea un punto A, interior al terreno, y demos un corte según un plano π que a escala de partículas sea ondulado de forma que no corte a ninguna y pase por los puntos de contacto entreellas (Figura 3.2). En el caso más general de suelo parcialmente saturado, sobre la unidad de superficie de dicho plano actuaran: a) Fuerzas transmitidas por las partículas, que darán una componente unitaria normal, σi y una tangencial, τi, sobre el plano. A esta tensión se le denomina tensión intergranular. Nótese que las fuerzas se dividen por el área total, y no por el área de contacto, por loque la tensión intergranular no es la tensión real existente en los contactos, sino una magnitud ficticia mucho menor. b) Presión intersticial del agua, u, actuante en una cierta fracción, χ, de la superficie ocupada por los poros (los contactos entre partículas pueden suponerse puntuales y entonces dicha superficie de poros es la total). c) Presión intersticial del aire, ua, actuante en elresto de la sección. Naturalmente, la tensión total existente sobre dicho plano será:

σ = σ i + χ u + (1 − χ ) u a τ = τi

(3.1)

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3.4

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O bien, despejando la tensión intergranular y reagrupando convenientemente los términos:

σ i = σ − ua + χ (ua − u ) τ = τi
En el caso más simple de suelo...