Empujes Sobre Muros

EMPUJE DE SUELOS SOBRE MUROS RÍGIDOS

Introducción

Para definir el empuje de los suelos sobre las estructuras de retención, podemos decir en forma

general, que en ellos se involucran todos los problemas que se le presentan al ingeniero para

determinar las tensiones en la masa del suelo que actúan sobre una estructura.

En este apunte daremos las nociones básicas para poder calcular los empujes laterales de los

suelos contra las estructuras. Como primera medida debemos decir que el tipo de empuje

depende, tanto de la naturaleza del suelo como del tipo de estructura, ya que se trata de un

problema de interacción entre ambos.

La mecánica de suelos se basa en varias teorías para calcular la distribución de tensiones que se

producen en los suelos y sobre las estructuras de retención. Cronológicamente, Coulomb (1776)

fue el primero que estudió la distribución de tensiones sobre muros. Posteriormente, Rankine

(1875) publicó sus experiencias, y por último y ya en el siglo XX se conoce la teoría de la cuña,

debida a varios autores, pero especialmente a Terzaghi.

Teoría de Rankine

Rankine hace referencia a las variaciones de tensiones que se producen en una masa de suelos,

cuando se produce un relajamiento o un aumento de la tensión horizontal; considera esos dos

casos extremos e impone ciertas condiciones de borde para un prisma elemental que se encuentra

dentro de una masa semi infinita.

Fig. 1.

Las condiciones de borde impuestas por Rankine para determinar la relación entre tensiones

principales en cada estado, fundamentalmente son:

1- Masa semi infinita y homogénea.

2- Superficie horizontal del terreno.

3- Superficie vertical del borde que admite desplazamiento.

4- Tensiones de corte nulas en el contacto entre la superficie que se desplaza y el suelo.

No existe un caso práctico en el cual se cumplan estrictamente con las condiciones de borde

impuestas por la teoría de Rankine.

El estudio teórico de Rankine se caracteriza entonces, como habíamos dicho anteriormente, por

dos estados límites de equilibrio plástico. El estado original del terreno se presenta por un prisma

Ing. Augusto José Leoni – Ing. Diego Skok

Área Geotecnia de la Facultad de Ingeniería UNLP

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elemental sometido a cierta profundidad a una presión vertical sv, igual al peso de la ‘tapada’ de

suelo que está por encima, y que vale el producto de su peso unitario por la profundidad en la

cual se encuentra el elemento prismático estudiado sv = g . z (figura 1). A esta presión vertical sv,

le corresponde una tensión horizontal sh. La relación entre ambas es un coeficiente K, que en el

estado original – denominado estado de reposo – se lo denomina K0.

Supongamos idealmente (figura 2a) que podemos insertar en ésta masa semi infinita, una pantalla

rígida, de tal forma que si nosotros retiramos el suelo que se encuentra a la izquierda de la

pantalla, no cambien las condiciones iniciales del terreno en la parte de la derecha de la misma

Fig. 2.

Si se permite que este paramento vertical se traslade una cierta magnitud hacia la izquierda a

presión constante, se producirá una reducción de la presión horizontal (figura 2-b.). A medida que

nos desplazamos a presión constante, para cierto corrimiento, toda la masa de suelo entra en

equilibrio plástico; cada punto llega al límite de rotura, y en ese momento la relación entre las

presiones horizontal y vertical se indica por el coeficiente de empuje activo de Rankine, Ka. Este

coeficiente es entonces la relación entre las tensiones principales, cuando por disminución

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