3 esfuerzo y resistencia al cortante

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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 - µ )Tan φ´ (Para suelos saturados)
τ = c´ + (σ - µ ) Tan φ´ + (µ - µa) )Tan φ´ (para suelos parcialmente saturados)
Donde:
τ = Esfuerzo de resistencia al corte
c´ = Cohesión o cementación efectiva
σ = Esfuerzo normal total
µ = Presión del agua intersticial o de poros
µa = Presión del aire intersticial
φ´ = Angulo de fricción interna del material
φ´´ = Angulo de fricción del material no saturado.
Elanálisis 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 la cual el factor
u está restando al valor de la presión normal. La presiónresultante se le conoce con el
nombre de presión efectiva σ´
σ´ (Presión efectiva) = σ - µ
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 concepto básico de la física:
Coeficiente de rozamiento = Tan φ
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Deslizamientos y estabilidad detaludes en zonas tropicales

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

Tamaño de los granos
Forma de los granos
Distribución de los tamaños de granos
Densidad

Cohesión
La cohesión es una medida de la cementación o adherencia entre las partículas de suelo.
La cohesión en mecánica de suelos es utilizada para representarla 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 se supone igual a 0 y a estos suelos
se les denomina Suelos no Cohesivos.

Cohesión aparente
En los suelos no saturados elagua 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 suelo saturada consiste de dos fases distintas: el esqueleto de partículas y
los poros entre partículas llenos de agua. Cualquieresfuerzo 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 presión hidrostática, la cual es igual
en todas las direcciones. Los esfuerzos ejercidos por el esqueleto solamente, se
conocen como esfuerzosefectivos 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 problemas de estabilidad a corto plazo y las presiones efectivas para
analizar la estabilidad a largo plazo.
Desde el punto de vista de larelación 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 corresponde al punto más alto en la curva esfuerzo - deformación.
La utilización de la resistencia pico en el análisis de estabilidad asume que la...