Voltaje efectivo

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Estrés efectivo (eng. trayectoria de estrés efectivo esp ): el término básico de la mecánica del suelo , definido como la diferencia entre el estrés aplicado en el suelo y la presión intersticial o, en otras palabras, el estrés aplicado a un cuerpo poroso seco (es decir, en ) . [una]

En el caso de suelos granulométricos, se puede considerar como una fuerza que mantiene el agregado de partículas en un estado rígido. Esto generalmente se aplica a arena o grava y algunos otros materiales porosos como etc.,polvos (es decir, realizados a presión de poro cero).

Según la dependencia , la tensión total en cada punto es constante, si aumenta la tensión efectiva, disminuye la tensión de poro .

Historia

Carl von Terzaghi propuso por primera vez el término tensión efectiva en 1925 en el sentido actual. [2] Antes de esto, el término "eficaz" significaba la tensión de diseño , que era eficaz para mover el suelo o provocar desplazamientos . A menudo se interpreta como el estrés promedio percibido por el esqueleto del suelo. 

Maurice Biot desarrolló una teoría tridimensional de la consolidación del suelo extendiendo el modelo unidimensional desarrollado previamente por Terzaghi a hipótesis más generales e introduciendo un conjunto de ecuaciones básicas de poroelasticidad.

Alex Skempton, en su artículo de 1960, realizó una revisión extensa de las formulaciones bibliográficas disponibles y los datos experimentales sobre tensiones efectivas para refinar hipótesis tales como el comportamiento de tensión-deformación o resistencia del suelo, ambiente saturado o no saturado, comportamiento del suelo, etc.

Descripción

La tensión efectiva (σ') que actúa sobre el suelo se calcula a partir de dos parámetros: la tensión total (σ) y la presión intersticial (u) según:

Por regla general, para casos simples

Al igual que el concepto de tensión en sí, la fórmula es una construcción para simplificar la visualización de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo de suelo, especialmente en modelos simples de análisis de estabilidad de taludes que incluyen un plano de deslizamiento. [3] En estos modelos, es importante conocer el peso total del suelo por encima (incluyendo el agua) y la presión intersticial del agua en el plano de deslizamiento, asumiendo que actúa como una capa cerrada. 

Sin embargo, la fórmula se vuelve confusa cuando se considera el verdadero comportamiento de las partículas del suelo bajo diferentes condiciones medidas, ya que ninguno de los parámetros es en realidad una acción independiente sobre las partículas. 

Consideremos un grupo de granos redondos de arena de cuarzo , plegados libremente en el patrón clásico de "bala de cañón". Como puede ver, hay un voltaje de contacto donde las esferas realmente se tocan. Agregue más esferas y las tensiones de contacto aumentan hasta el punto en que causan inestabilidad por fricción ( fricción dinámica ) y posiblemente fallas. Un parámetro independiente que afecta a los contactos (tanto normales como transversales) es la fuerza de las esferas desde arriba. Esto se puede calcular usando la densidad promedio total de las esferas y la altura de las esferas sobre ellas. 

Si luego ponemos estas esferas en un vaso y añadimos un poco de agua, comenzarán a flotar un poco dependiendo de su densidad ( flotabilidad ). Con suelos naturales, el efecto puede ser significativo, como puede atestiguar cualquiera que haya levantado una gran roca de un lago. La tensión de contacto en las esferas disminuye a medida que se hunden los bordes de las esferas, pero nada cambia si se agrega más agua después. Aunque la presión del agua entre las esferas (presión intersticial del agua) aumenta, la tensión efectiva sigue siendo la misma porque el concepto de "tensión total" incluye el peso de toda el agua de arriba. Aquí es donde la ecuación puede volverse confusa y la tensión efectiva se puede calcular utilizando la densidad de flotación de las esferas (suelo) y la altura del suelo sobre ellas. 

El concepto de estrés efectivo se vuelve realmente interesante cuando se trata de la presión intersticial no hidrostática . En condiciones de un gradiente de presión intersticial, el agua subterránea fluye de acuerdo con la ecuación de permeabilidad ( ley de Darcy ). Usando nuestras esferas como modelo, bombeamos (o tomamos) agua entre las esferas. Cuando se inyecta agua, la fuerza de filtración separa las esferas y reduce la tensión efectiva. Por lo tanto, la masa del suelo se vuelve más débil. Cuando se aspira agua, las esferas se contraen y la tensión efectiva aumenta.

Los dos extremos de este efecto son las arenas movedizas , donde el gradiente del agua subterránea y la fuerza de filtración actúan contra la gravedad  ; y el "efecto castillo de arena" [4] donde el drenaje del agua y la acción capilar refuerzan la arena. Además, la tensión efectiva juega un papel importante en la estabilidad de taludes y otros problemas geotécnicos y geotécnicos , como el hundimiento asociado con el agua subterránea.

Notas

  1. 1 2 Guerrero, V (2021). "Teoría del estrés efectivo en suelos y rocas e implicaciones para los procesos de fracturamiento: una revisión". geociencias _ 11 (3): 119. Bibcode : 2021Geosc..11..119G . DOI : 10.3390/geociencias11030119 .
  2. Terzaghi, Karl (1936). "Relación entre mecánica de suelos e ingeniería de cimientos: discurso presidencial". Actas, Primera Conferencia Internacional sobre Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones, Boston . 3, 13-18.
  3. Geoingeniería en la Universidad de Durham
  4. http://home.tu-clausthal.de/~pcdj/publ/PRL96_058301.pdf Archivado desde el original el 30 de mayo de 2008.