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3 Esfuerzo y resistencia al cortante





3.1 INTRODUCCION

La modelación o representación matemática del fenómeno de falla al cortante en un deslizamiento se realiza utilizando las teorías de la resistencia de materiales.

Las rocas y los suelos al fallar al corte se comportan de acuerdo a las teorías tradicionales de fricción y cohesión, según la ecuación generalizada de Coulomb:τ
=
c´ + (σ
- 
)
Tan φ ´
(Para suelos saturados)
τ
=
c´ + (σ
- 
)
Tan φ ´
+ ( -  a) )Tan φ ´ (para suelos parcialmente saturados)
Donde:




τ
= Esfuerzo de resistencia al corte
c´
=
Cohesión o cementación efectiva
σ = Esfuerzo normal total
= Presión del agua intersticial o de poros
a
=
Presión del aire intersticial
φ ´
=
Angulo de fricción internadel material
φ ´´ = Angulo de fricción del material no saturado.

El análisis de la ecuación de Coulomb requiere predefinir los parámetros, ángulo de fricción y cohesión, los cuales se consideran como propiedades intrínsecas del suelo.

La presencia del agua reduce el valor de la resistencia del suelo dependiendo de las presiones internas o de poros de acuerdo a la ecuación de Coulomb, en lacual el factor u está restando al valor de la presión normal. La presión resultante se le conoce con el nombre de presión efectiva σ ´

σ ´ (Presión efectiva) = σ - 
φ ´ = Angulo de fricción para presiones efectivas. c´ = Cohesión para presiones efectivas.

Angulo de Fricción

El ángulo de fricción es la representación matemática del coeficiente de rozamiento, el cual es un conceptobásico de la física:
Coeficiente de rozamiento = Tan φ

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82 Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales


El ángulo de fricción depende de varios factores (Bilz, 1995) entre ellos algunos de los más importantes son:

a. Tamaño de los granos

b. Forma de los granos

c. Distribución de los tamaños de granos

d. Densidad

Cohesión

La cohesión es una medida de lacementación o adherencia entre las partículas de suelo. La cohesión en mecánica de suelos es utilizada para representar la resistencia al cortante producida por la cementación, mientras que en la física este término se utiliza para representar la tensión.

En suelos eminentemente granulares en los cuales no existe ningún tipo de cementante o material que pueda producir adherencia, la cohesión sesupone igual a 0 y a estos suelos se les denomina Suelos no Cohesivos.

Cohesión aparente

En los suelos no saturados el agua en los poros produce un fenómeno de adherencia por presión negativa o fuerzas capilares. Esta cohesión aparente desaparece con la saturación. El fenómeno de cohesión aparente se estudia a profundidad en el capítulo 7.

Concepto de esfuerzo efectivo

Una masa de suelosaturada consiste de dos fases distintas: el esqueleto de partículas y los poros entre partículas llenos de agua. Cualquier esfuerzo impuesto sobre el suelo es soportado por el esqueleto de partículas y la presión en el agua. Típicamente, el esqueleto puede transmitir esfuerzos normales y de corte por los puntos de contacto entre partículas y el agua a su vez puede ejercer una presiónhidrostática, la cual es igual en todas las direcciones. Los esfuerzos ejercidos por el esqueleto solamente, se conocen como esfuerzos efectivos y los esfuerzos hidrostáticos del agua se les denomina presión de poros.

Los esfuerzos efectivos son los que controlan el comportamiento del suelo y no los esfuerzos totales. En problemas prácticos el análisis con esfuerzos totales podría utilizarse en problemasde estabilidad a corto plazo y las presiones efectivas para analizar la estabilidad a largo plazo.

Desde el punto de vista de la relación esfuerzo – deformación, en estabilidad de taludes se deben tener en cuenta dos tipos de resistencia:

1. Resistencia máxima o resistencia pico

Es la resistencia al corte máxima que posee el material que no ha sido fallado previamente, la cual...