Suelos del Tipo I.

El valor máximo de esfuerzo de corte para los suelos del Tipo I corresponde al esfuerzo de corte crítico, estos definen la línea recta OC que será la envolvente de falla.

Coulomb (1776), ideó un modelo físico que relaciona el esfuerzo de corte con el esfuerzo normal actuante perpendicular al plano de falla en el instante que empieza el deslizamiento, mostrado en la Figura 6.23a, donde el bloque de madera esta apoyado sobre una superficie plana horizontal. Si W es el peso del bloque entonces N será la fuerza normal debida a este peso, T es la fuerza de corte que impide el deslizamiento y actúa en un área A de contacto. La fuerza H para inicializar el deslizamiento será:

H = m·W

Y la fuerza que impide el movimiento será:

T = m·N

Donde: m es el coeficiente de fricción estática entre el bloque y la superficie de deslizamiento.

 

Figura 6.23. Modelo físico para suelos del Tipo I (Budhu, 2000).

(a) Bloque de madera antes del deslizamiento. (b) Partículas antes del deslizamiento.

Al ángulo (f') definido entre la fuerza resultante R y la fuerza normal se lo llama el ángulo de fricción, que será:

f' = tan^-1 m

Coulomb determinó que la relación entre el esfuerzo de corte y el esfuerzo normal será:

t_f = (s')_f·tan f'                                                                        [6.9]

Donde:

t_f = Es el esfuerzo de corte en el instante del deslizamiento, que será: T/A.

(s')_f·= Es el esfuerzo efectivo normal en el instante del deslizamiento, que es: N/A.

El subíndice f denota falla y es utilizado para identificar el valor de los parámetros en el instante que empieza el deslizamiento. Falla no necesariamente debe entenderse como el colapso del suelo, sino es el inicio del movimiento de las partículas unas respecto de otras, este deslizamiento resulta ser el primer paso a que el suelo colapse. La Figura 6.23b, muestra la equivalencia de este modelo físico con lo que ocurre en las partículas del suelo en el instante del desplazamiento.

A la ecuación [6.9] se la conoce como la ley friccional de Coulomb y para ser válida requiere el desarrollo de un plano de falla. En el caso del bloque de madera el plano de falla será la superficie de contacto entre bloque-superficie, mientras que en el suelo no puede saberse con precisión donde se desarrollara el plano de falla de las partículas.

Si se grafica la ecuación [6.9] en el sistema de esfuerzo de corte y esfuerzo efectivo normal, se obtiene una curva igual a la línea OC de la Figura 6.20. Esta envolvente de falla tiene un ángulo de fricción crítico f'_cr, entonces si se plantea que: f' = f'_cr, la ley de Coulomb puede ser usada como un modelo que describe el comportamiento del suelo del Tipo I en el estado crítico.

Si a las partículas del suelo se las asemeja a esferas, la Figura 6.24 muestra que el desplazamiento de estas en los suelos del Tipo I es simple y con la tendencia a moverse a través de los espacios vacíos respecto al plano de falla a-a que se desarrolla. La dirección del movimiento podría tener una componente descendente que originará la compresión del suelo.

Figura 6.24. Forma de deslizamiento de las partículas en suelos del Tipo I.

Los suelos del Tipo I reciben el nombre de suelos no dilatantes (a = 0), porque no presentan un esfuerzo de corte pico, el esfuerzo de corte crítico (t_cr) por lo general se presenta cuando el elemento se deforma en una cantidad g_zx > 10%.

El esfuerzo de corte en el estado crítico que será:

t_cr = (s')_f·tan f'_cr