empuje de suelos

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 se involucran 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 losempujes 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 el siglo XX se conoce la teoría de la cuña,
debida a varios autores, pero especialmente 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 encuentra dentro de una masa semi infinita.










Las condiciones de borde impuestas por Rankine para determinar la relación entre tensiones


principales en cada estado, fundamentalmente son:
1- Masa semiinfinita y homogénea.
2- Superficie horizontal del terreno.
3- Superficie vertical del borde que admite desplazamiento.
4- Tensiones de corte nulas en el contacto entre la superficie que 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 elemental sometido a cierta profundidad a una presión vertical sv, 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 sv = g . z (figura1). A esta presión vertical sv, le corresponde una tensión horizontal sh. 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, nocambien las condiciones iniciales del terreno en la parte de la derecha de la misma

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 enequilibrio plástico; cadapunto llega al límite de rotura, y en ese momento la relación entre las presiones horizontal y vertical se indica por el coeficiente de empuje activo de Rankine, Ka. Estecoeficiente 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 corrierael paramento vertical hacia la derecha, la presión vertical
prácticamente se mantendría constante, pero se produciría un incremento de la presión horizontal. También se llegaría al borde de la rotura, pero con una inversión de tensiones principales: ahora la tensión horizontal sería mayor que la vertical. Es otro estado límite característico de Rankine, para el cual la relación entre las dos...