Calculadora de Esfuerzo Efectivo y Presión de Poros — Online y Gratis
El principio de esfuerzo efectivo, formulado por Karl Terzaghi, es probablemente el concepto más importante de toda la mecánica de suelos, ya que establece que el comportamiento mecánico de un suelo (su resistencia y su compresibilidad) depende exclusivamente del esfuerzo efectivo entre partículas, y no del esfuerzo total. Esta calculadora de esfuerzo efectivo y presión de poros obtiene el esfuerzo vertical total, la presión de poros generada por el agua y el esfuerzo efectivo resultante a una profundidad determinada, considerando la posición del nivel freático. Es un cálculo previo indispensable antes de aplicar la calculadora de capacidad de carga del suelo en condiciones con presencia de agua subterránea.
Esfuerzo total: σ = γ·z
Presión de poros: u = γw·hw
Esfuerzo efectivo: σ' = σ - u
¿Qué es Esfuerzo Efectivo y Presión de Poros?
El esfuerzo total en un punto dentro de una masa de suelo es la suma del peso de todo el material (sólidos y agua) que se encuentra por encima de ese punto, dividido entre el área correspondiente. Sin embargo, cuando existe agua en los poros del suelo por debajo del nivel freático, parte de ese esfuerzo total es soportado por la presión del agua intersticial, llamada presión de poros, mientras que el resto es soportado efectivamente por el esqueleto sólido de partículas, en lo que se conoce como esfuerzo efectivo. Terzaghi demostró que es precisamente este esfuerzo efectivo, y no el esfuerzo total, el que controla la resistencia al corte del suelo, su compresibilidad y, en consecuencia, fenómenos como la consolidación y el asentamiento de fundaciones. Por debajo del nivel freático, la presión de poros reduce el esfuerzo efectivo respecto al esfuerzo total, lo cual explica por qué los suelos saturados suelen presentar menor resistencia aparente que los suelos secos con el mismo peso específico.
Fórmulas utilizadas
Donde γ es el peso específico del suelo (kN/m3, obtenido por ejemplo con la calculadora de peso específico del suelo), z es la profundidad del punto analizado (m), Dw es la profundidad del nivel freático medida desde la superficie (m), y hw = z - Dw es la altura de la columna de agua sobre el punto analizado (igual a cero si el punto está por encima del nivel freático). El peso específico del agua se asume constante en 9.81 kN/m3.
Ejemplo resuelto paso a paso
Para un punto a z = 5 m de profundidad, en un suelo con γ = 18 kN/m3 y nivel freático a Dw = 2 m:
σ = 18 × 5 = 90 kPa
hw = 5 - 2 = 3 m → u = 9.81 × 3 ≈ 29.43 kPa
σ' = 90 - 29.43 ≈ 60.57 kPa
¿Cuándo usar esta calculadora?
Se utiliza como cálculo previo en cualquier análisis geotécnico donde exista presencia de agua subterránea: capacidad de carga de fundaciones, estabilidad de taludes, empuje de tierras sobre muros de contención y cálculo de asentamientos por consolidación, ya que todos estos análisis deben realizarse en términos de esfuerzo efectivo y no de esfuerzo total.
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