Esfuerzo vertical y horizontal en suelos

En el contexto de la mecánica de suelos y la ingeniería geotécnica, los términos "esfuerzo vertical" y "esfuerzo horizontal" se refieren a las fuerzas que actúan sobre un suelo debido a cargas aplicadas. Estos esfuerzos son fundamentales para comprender el comportamiento de los suelos y diseñar estructuras de cimentación adecuadas. Aquí te explico qué significan estos términos:

Esfuerzo vertical:

El esfuerzo vertical, también conocido como carga vertical total y la carga vertical efectiva, la primera se refiere a la fuerza que actúa hacia abajo sobre una unidad de área de suelo debido a la gravedad o a una carga aplicada en la superficie del suelo.

Este esfuerzo se calcula multiplicando la presión ejercida por la masa o la carga sobre el suelo por el área sobre la que actúa esa carga. Matemáticamente, se expresa como:

Para esfuerzos efectivos de los suelos el calculo se debe realizarse tomando en cuenta la presión del agua:

Esfuerzo horizontal:

El esfuerzo horizontal se refiere a las fuerzas que actúan lateralmente en el suelo debido a cargas aplicadas o a condiciones de confinamiento lateral. Suelos se han formado por sedimentación de materiales, capa a capa, dando lugar a superficies horizontales muy extensas.

En el suelo, los esfuerzos horizontales pueden ser generados por la aplicación de cargas laterales, como una presión lateral debida a una estructura adyacente o una presión de agua en el suelo.

También debemos tomar en cuenta; que se producen deformaciones verticales pero, por simetría, las deformaciones horizontales son nulas.

• Si hay agua, también sabemos que σ'H = σH – pw  / σ'V =σV – pw 

En estas condiciones:

• terreno horizontal
• agua en reposo
• deformación lateral nula.

existe una relación lineal entre los incrementos de tensión horizontal y vertical.

Definimos el coeficiente de empuje al reposo, K0:

El coeficiente de empuje al reposo (Ko)

Es un parámetro importante en la mecánica de suelos que describe la relación entre las tensiones efectivas verticales y horizontales en un suelo en reposo. Se utiliza para caracterizar el comportamiento de un suelo granular (como arena o grava) en condiciones de esfuerzo isotrópico, es decir, cuando las tensiones son iguales en todas las direcciones. Ko se asocia comúnmente con suelos cohesivos, pero también se aplica a suelos granulares.

La relación entre las tensiones efectivas verticales (σv) y horizontales (σh) en un suelo en reposo se puede expresar de la siguiente manera:

Donde:

Ko es el coeficiente de empuje al reposo.

σh es la tensión efectiva horizontal.

σv es la tensión efectiva vertical.

Es importante destacar que los esfuerzos verticales y horizontales pueden interactuar entre sí en el suelo, lo que influye en su comportamiento y resistencia. La forma en que un suelo responde a estos esfuerzos depende de sus propiedades geotécnicas, como la cohesión, el ángulo de fricción interna y la compresibilidad, entre otras.