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Calculadora de empuje de tierras: Rankine, Coulomb y reposo

Declara la altura del muro, el relleno y la sobrecarga. La calculadora devuelve los coeficientes Ka, Kp y K0, el diagrama de presiones y el empuje total por metro de muro, con su punto de aplicación.

GRATIS · SIN REGISTRO · Rankine (1857) · Coulomb (1776) · NSR-10 H.6.4

Cargando la calculadora…

Qué calcula

El empuje de tierras es la fuerza horizontal que el suelo ejerce sobre un muro. Su magnitud depende de cuánto puede moverse el muro: si cede lo suficiente se desarrolla el empuje activo, que es el menor; si no puede moverse actúa el empuje en reposo, que es mayor; y si el muro empuja contra el suelo se moviliza el pasivo.

Cómo se calcula

Rankine, relleno horizontal:   Ka = tan²(45° − φ/2)     Kp = tan²(45° + φ/2)
Reposo (NSR-10 H.6.4):         K0 = (1 − sen φ′) · OCR^(sen φ′)
Presión a la profundidad z:    σh = K·σ′v − 2·c·√K  (activo)
Empuje sin cohesión ni agua:   P = ½·K·γ·H²
  • Rankine supone un muro vertical y liso. La calculadora admite relleno inclinado.
  • Coulomb incorpora la fricción entre el suelo y el muro (δ), la inclinación del muro y la del relleno.
  • La sobrecarga uniforme sobre el relleno añade una presión constante K·q en toda la altura.
  • Bajo el nivel freático el suelo aporta con su peso sumergido y el empuje del agua se suma aparte.

Cómo leer el resultado

La NSR-10 (H.6.4.4) pide diseñar con el empuje activo sólo si el muro puede desplazarse lo suficiente para movilizarlo, como un muro en voladizo o de gaviones. Un muro de sótano, uno apuntalado en la corona o un estribo rígido se diseñan con el empuje en reposo. La calculadora te pide declararlo y señala cuál es el empuje de diseño.

Preguntas frecuentes

¿Cuándo usar Rankine y cuándo Coulomb?

Rankine es adecuado para muros verticales en los que se desprecia la fricción con el suelo, y da resultados del lado seguro en el empuje activo. Coulomb sirve cuando el muro está inclinado o se quiere contar con la fricción suelo–muro.

¿Qué es el coeficiente de empuje en reposo K0?

Es la relación entre el esfuerzo horizontal y el vertical efectivos cuando el suelo no se deforma lateralmente. Para suelos normalmente consolidados se estima con la expresión de Jaky, K0 = 1 − sen φ′; en suelos preconsolidados aumenta con la relación de sobreconsolidación.

¿Dónde actúa el empuje?

Con un diagrama triangular, a un tercio de la altura medida desde la base. Con sobrecarga, agua o varios estratos el punto de aplicación cambia, y la calculadora lo obtiene del diagrama completo.

¿Se puede contar con el empuje pasivo al frente del muro?

Con cautela. Movilizarlo exige desplazamientos grandes y el suelo al frente puede ser excavado o erosionado; por eso suele despreciarse o reducirse.

Referencias

  • NSR-10, Título H, numeral H.6.4.
  • Das, B. M. Fundamentos de ingeniería de cimentaciones, 7.ª ed., cap. 7.
  • Rankine, W. J. M. (1857). On the stability of loose earth.
  • Coulomb, C. A. (1776). Essai sur une application des règles de maximis et minimis.
  • Jaky, J. (1944). The coefficient of earth pressure at rest.

Esta calculadora es una herramienta de apoyo. Sus resultados deben ser revisados y avalados por un ingeniero geotecnista y no reemplazan la investigación del subsuelo que exige la NSR-10, Título H.