Mecánica de Suelos – Tensiones en el suelo
El suelo al sufrir modificaciones se deforma, modificando su volumen y formas iniciales. La magnitud de las deformaciones presentadas por el suelo dependerá de sus propiedades elásticas y plásticas y de la carga sobre el impuesto.
El conocimiento de las tensiones actuantes en un macizo de tierra, sean ellas debidas al peso propio o provenientes de una carga en su superficie (alivio de cargas provocadas por excavaciones) es de vital importancia en el entendimiento y comportamiento de prácticamente todas las obras que involucran Ingeniería Geotécnica.
En el suelo ocurren tensiones debidas a su propio peso y a cargas externas. Las tensiones inducidas por cargas externas serán tratadas en lo que llamamos Estudio de la Mecánica del Suelo.
Concepto de Tensión en un Medio de Partículas
Para el estudio de las tensiones en el suelo se aplican los conceptos de la mecánica de sólidos deformables a los suelos, para tal se debe partir desde el concepto de tensiones. Se considera que el suelo está constituido de un sistema de partículas y que fuerzas aplicadas a el son transmitidas de partícula a partícula como también son soportadas por el agua de los vacíos.
Las fuerzas aplicadas son transmitidas de partícula a partícula de forma compleja y dependiendo del tipo de mineral. En el caso de partículas mayores en que las tres dimensiones ortogonales son aproximadamente iguales, como son los granos de sílice de arena la transmisión de fuerzas se hace a través del contado directo mineral a mineral.
En el caso de partículas de mineral arcilla siendo ellas en número muy elevado, las fuerzas en cada contacto son muy pequeñas y la transmisión puede ocurrir a través del agua químicamente absorbida.
En cualquier caso, en tanto, la transmisión se hace en los contactos y por tanto en áreas muy reducidas en relación al área total involucrada.
Un corte plano en una masa de suelo interceptaría granos y vacíos y solo eventualmente algunos contactos. Se considera para el análisis sin embargo que hubiere sido posible colocar una placa en el interior del suelo.
Diversos granos transmitirán fuerzas a la placa, fuerzas estas que pueden ser descompuestas en fuerzas normales, tangenciales a la superficie de la placa. Como es imposible desarrollar modelos matemáticos con base en estas innumerables fuerzas su acción es substituida por el concepto de tensión en un punto (desarrollado por la mecánica del continuo).
“De acuerdo con la mecánica del continuo, el estado de tensión en cualquier plano pasando por un punto en un medio continuo es totalmente especificado por las tensiones actuantes en tres planos mutuamente ortogonales, pasando por el mismo punto.
El estado de tensiones es completamente representado por el tensor de tensiones en aquel punto. El tensor de tensiones esta compuesto de 9 componentes, formando una matriz simétrica”.
La tensión normal es la sumatoria de las fuerzas normales al plano, dividida por el área total que abarca las partículas en que estos contactos ocurren:
Y la tensión cortante es la sumatoria de las fuerzas tangenciales, dividida por el área
Lo que se consideró para el contacto entre el suelo y la placa también puede ser asumido como válido para cualquier otro plano.