Definiciones. El esfuerzo total que obra en cualquier punto de una sección de suelo saturado o de roca, puede dividirse en dos partes. Una de ellas, llamada presión intersticial, presión de poro o esfuerzo neutro uw actúa en el agua y en el sólido con igual intensidad y en todas direcciones. La otra parte, conocida como esfuerzo efectivo p, representa el exceso sobre el esfuerzo neutro, y actúa exclusivamente entre los puntos de contacto de los componentes sólidos. Es decir,
La experiencia ha demostrado que solamente los esfuerzos efectivos pueden inducir cambios en el volumen de la masa de un suelo. De la misma manera, solamente los esfuerzos efectivos pueden producir resistencia friccionante en los suelos y rocas. Por otra parte, los esfuerzos neutros no pueden por si mismos producir cambios de volumen o bien resistencia friccionante.
A este enunciado se le conoce como principio de los esfuerzos efectivos (Te rzaghi, 1925, 1936; Skempton, 1960). Su importancia es máxima en toda la Mecánica de Suelos y en la Ingeniería de las Cimentaciones.
En forma indirecta, los cambios en los esfuerzos neutrales pueden producir cambios en el volumen del suelo o influir en su resistencia friccionante, pero sólo bajo circunstancias especiales en las que los cambios en esfuerzo neutral produzcan a su vez cambios en los esfuerzos efectivos. La distinción entre los esfuerzos efectivos y los neutrales puede ilustrarse por medio de la fig. 2.4, que muestra un recipiente parcialmente lleno de material granular y completamente lleno de agua. El fondo del recipiente está conectado a un depósito, por medio de un tubo flexible. En la parte a de la figura, el nivel del agua en el depósito es el mismo que en el recipiente, de manera que no hay ningún flujo. En el plano ab, a la profundidad (H1 + z) la presión vertical es:
Donde γw es el peso volumétrico del agua y γsat el del suelo saturado. Puesto que p depende del peso del suelo y el agua suprayacentes, se denomina presión total, Incluye al esfuerzo efectivo p y a la presión de poro uw.
El agua sobre el plano ab tiene continuidad en los vacíos del suelo dentro de la altura z y es una masa continua en la profundidad H1. Por lo tanto, según las leyes de la Hidráulica, la presión de poro uw, en ab será:
La presión efectiva p es entonces
La cantidad γsat - γw se conoce como peso volumétrico del suelo sumergido, γ' Por lo tanto, para las condiciones ilustradas en la fig. 2.4a,
Así, la presión efectiva es independiente de la profundidad H1 del agua arriba del suelo o roca sumergidos.
En las condiciones de la fig. 2.4a no hay flujo de agua a través de los vacíos. En el diagrama de presiones que esta a la derecha de la figura, el cambio de anchura del área sin sombrear representa la variación de la presión en el agua con la profundidad, y el área sombreada representa la distribución de la presión efectiva. Si el nivel del agua en el depósito es diferente del que tiene en el recipiente, entonces se producirá un flujo, y las condiciones son semejantes a las ilustradas en la fig. 2.4b, o 2.4c. Por lo tanto, la ec. 2.10 ya no es válida, y las ecs. 2.11 y 2.12 ya no pueden aplicarse.
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