PRESIONES EFECTIVAS Y LAS PRESIONES TOTALES

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 un material continuo, la tensión que actúa sobre un plano cualquiera que pasa por un determinado punto se define como la fuerza

PRESIONES EFECTIVASEs el esfuerzo correspondiente a la fase solida del suelo y es el que gobierna los cambios volumétricos o la resistencia de un suelo.

Una masa de suelo saturada está compuesta por dos fases distintas: el esqueleto de partículas y los poros entre partículas llenos de agua. Cualquier esfuerzo impuesto sobre el suelo, es soportado por el esqueleto de partículas y también, por la presión del agua.

• El esfuerzo total es la suma de todas las fuerzas, incluyendo aquellas transmitidas a través de contactos entre partículas, aquellas transmitidas a través de la presión de poros en el agua (divididas por el área total) e incluyendo el área de sólidos y el área de vacíos.

LAS PRESIONES TOTALES

ESFUERZOS TRANSMITIDOS POR LOS GRANOS Y PRESIÓN DE FLUIDOS.

• De acuerdo con lo expuesto en el apartado anterior, comportamiento mecánico del suelo no puede ser regido únicamente por las tensiones totales ejercidas sobre él, sino que es preciso considerar de alguna forma la influencia de las presiones intersticiales.

Efecto de las presión intersticial • El agua ejerce una presión hidrostática, U, de igual

magnitud en todas las direcciones. Si el agua esta presente en la roca, el esfuerzo contrarresta la componente normal del esfuerzo.

Presión de Poros

En general, la presión de poros consiste en la presión en el agua dentro de los poros del suelo y se identifica con la letra “μ”. La presión de poros disminuye los esfuerzos normales efectivos entre las partículas, trata de separarlas y disminuye la resistencia a la fricción (Figura 3.5). Al colocar una carga se puede producir un cambio en la presión de poros que se denomina como Δμ (exceso de presión de poros) o deficiencia de presión de poros inducidos por las condiciones de carga.

• Si el agua en el suelo no está en movimiento, la altura del agua genera un fenómeno de presión hidrostática:

Principio de la tensión efectiva • Terzaghi, en 1925, quien planteó la hipótesis de que, en este

caso, la tensión efectiva es también la intergranular, es decir:

• Supongamos un caso en el cual el suelo se encuentre saturado, y en el cual el agua que se encuentra en sus poros no drena de forma inmediata si se genera un gradiente en el seno del suelo.

u´

Fuente: Terzaghi & Pekc (1948): Soil mechanics in Engineering Practice.

− 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.

• En el caso de suelo seco no existe problema. Al ser la tensión intergranular la única existente y, por tanto, igual a la total. Así pues, en este caso:

• En tal caso, la aplicación de una carga total (N) en el sistema, se repartirá entre la carga que soportan los contactos entre los granos (Ni), y el incremento de la presión intersticial del agua (u).

• Si establecemos un plano “S” que corte por el contacto entre las dos partículas del suelo saturado (véase figura) e igualamos la fuerza total (N) que actúa sobre “S” con la presión intersticial (u) y la presión intergranular normal (Ni), podemos establecer que

• En tales circunstancias (si s/S = 0) Terzaghi postuló que σi es la presión de la que depende la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo, es decir, que la presión intergranular es la “presión efectiva” (σ’). Substituyendo σi por σ’ en la expresión, obtenemos la “Ley de Terzaghi” o principio de la presión efectiva, tal vez la ley fundacional de la Mecánica del Suelo moderna:

σ’ = σ – u

• El principio de presión efectiva, como ya se ha indicado, es de aplicación general y clara en suelos saturados. En otros casos, como el de suelos parcialmente saturados y rocas la situación es más problemática.

• En el caso de suelos parcialmente saturados, se ha llegado a plantear la misma hipótesis, de identificación de la presión efectiva con la intergranular, definida por la ecuación (3.2) (Bishop, 1959), es decir:

• En estos casos se cuestiona la existencia del concepto de tensión efectiva, es decir, que puede no existir una única combinación de las tensiones intergranulares e intersticiales que gobierne el comportamiento del suelo, con lo cual dicho comportamiento debe analizarse como función de tres variables independientes (s, ua, u).