El ángulo de fricción interna y la cohesión son dos parámetros fundamentales en la mecánica de suelos que están relacionados con la resistencia del suelo.
Estos parámetros son utilizados para describir y caracterizar las propiedades de los suelos de grano fino (cohesivos) y los granulares.
El suelo obtiene su resistencia al corte de dos componentes distintos: la fricción y la cohesión. En suelos granulares, donde no hay prácticamente cohesión, la resistencia al corte es puramente friccional.
El esfuerzo de corte máximo que puede aplicarse en un plano antes de la falla está dado por la ecuación τf = σ + c tan φ, donde τf es la resistencia al corte (o el esfuerzo de corte en la falla), c es la cohesión, σ es el esfuerzo normal actuando sobre el plano, y φ es el ángulo de fricción.
La componente cohesiva c de la resistencia al corte es independiente del esfuerzo normal y permanece igual en todos los niveles de tensiones.
El ángulo de fricción interna (φ) es una medida de la resistencia al deslizamiento entre las partículas de un suelo granular. Es el ángulo formado entre el plano horizontal y la línea que se traza desde el origen hasta el punto de intersección entre la envolvente de falla y el plano horizontal en un ensayo de corte directo o prueba de corte en caja.
Generalmente, se expresa en grados. Cuanto mayor sea el ángulo de fricción interna, mayor será la resistencia al deslizamiento del suelo. Por lo tanto, un suelo con un mayor ángulo de fricción interna tendrá una mayor capacidad de soportar cargas y resistir movimientos de corte.
La cohesión (c) se refiere a la resistencia interna de un suelo con comportamiento cohesivo debido a las fuerzas de atracción entre las partículas; es una propiedad característica de los suelos finos, como arcillas o limos, y es responsable de su resistencia a la deformación y al corte.
La cohesión se determina mediante ensayos de laboratorio, como el ensayo de corte directo, el triaxial, o el ensayo de compresión no confinada. Se expresa en unidades de presión, como kPa o psi. La presencia de cohesión en un suelo de grano fino le confiere una mayor resistencia a la deformación y una mayor capacidad para soportar cargas sin sufrir deformación.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que la cohesión puede ser afectada por la humedad y el contenido de agua del suelo.
Tanto el ángulo de fricción interna como la cohesión son parámetros importantes en la determinación de la resistencia y estabilidad de un suelo. Estos parámetros son utilizados en los cálculos geotécnicos para evaluar la capacidad de carga de una cimentación, el diseño de taludes o la estabilización de suelos.
Además, son fundamentales en el análisis de la estabilidad de laderas y en la determinación de las fuerzas de corte en estructuras de contención, como muros o excavaciones.
Por otro lado, la importancia de los parámetros ángulo de fricción interna (φ) y cohesión (c) en la mecánica de suelos es fundamental para comprender y predecir el comportamiento del suelo bajo diversas condiciones de carga y ambientales.
La resistencia al corte del suelo, que es crucial para el diseño y la estabilidad de estructuras geotécnicas como cimentaciones, muros de retención, y taludes, deriva de estos dos componentes distintos: la fricción y la cohesión.
El ángulo de fricción interna es esencial para caracterizar la resistencia al deslizamiento entre las partículas de un suelo, especialmente en suelos granulares donde la resistencia al corte es puramente friccional. Este parámetro influye directamente en la capacidad de un suelo para soportar cargas sin sufrir deformaciones o fallos por corte.
Un ángulo de fricción interna más alto indica una mayor resistencia al deslizamiento, lo que se traduce en una mayor capacidad de carga y estabilidad del suelo.
La cohesión, por otro lado, es la resistencia interna de un suelo cohesivo (por ejemplo, arcillas y limos) debido a las fuerzas de atracción entre las partículas. Este parámetro es crucial para entender la resistencia a la deformación y al corte de suelos finos.
La cohesión confiere al suelo una capacidad inherente para resistir esfuerzos sin deformarse, lo cual es vital para el diseño de estructuras que se apoyan en suelos de grano fino.
Además, la cohesión puede ser afectada por la humedad y el contenido de agua, lo que implica que la estabilidad de estructuras soportadas por suelos cohesivos puede variar con las condiciones ambientales.
Ambos parámetros son utilizados en cálculos geotécnicos para evaluar la capacidad de carga de cimentaciones, diseñar taludes, y estabilizar suelos, así como en análisis de estabilidad de laderas y en la determinación de las fuerzas de corte en estructuras de contención.
La correcta evaluación de la fricción y la cohesión permite a los ingenieros geotécnicos diseñar estructuras seguras y eficientes que pueden soportar las cargas previstas y resistir condiciones adversas sin fallo.
