Ángulo de rozamiento interno

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Ángulo de reposo.
Ángulo de reposo.

En ingeniería, el ángulo de rozamiento interno es una propiedad de los materiales granulares.

El ángulo de rozamiento tiene una interpretación física sencilla, al estar relacionado con el ángulo de reposo o máximo ángulo posible para la pendiente de un montoncito de dicho material granular. En un material granuloso cualquiera el ángulo de reposo está determinado por la fricción, la cohesión y la forma de las partículas pero en un material sin cohesión y donde las partículas son muy pequeñas en relación al tamaño del montoncito el ángulo de reposo coincide con el ángulo de rozamiento interno.

Es especialmente importante en mecánica de suelos para determinar tanto la capacidad portante como la resistencia al deslizamiento de un terreno arenoso.

Medición[editar]

Existen numerosos procedimientos para determinar el ángulo de reposo, cada uno produce resultados ligeramente diferentes. Desgraciadamente los resultados son altamente dependientes de la metodología exacta del experimentador y como resultado, los datos de diferentes laboratorios pueden no ser comparables. Además en el rango de \scriptstyle 30^\circ < \varphi < 38^\circ la capacidad portante de un terreno depende exponencialmente de la tangente de dicho ángulo:

p_{ter} \varpropto e^{\pi \tan \varphi}

Por lo que pequeños errores en la determinación del ángulo conducen a estimaciones muy diferentes de la capacidad portante. Alternaticamente en muchos casos hacerse una medición mediante un instrumento llamado célula de cortante, cuya medida estaría directamente relacionada con la capacidad portante.

Aplicaciones[editar]

El ángulo de rozamiento interno a veces intervienen en el diseño de equipos para el procesado de partículas sólidas. Por ejemplo, se puede usar para diseñar un silo de almacenaje o el dimensionado de una cinta transportadora para materiales granulosos. E igualmente en geotecnia y geología el ángulo de rozamiento interno es importante para determinar la estabilidad de taludes, la resistencia de una cimentación o para el cálculo del empuje de tierras.

Larvas de hormiga león[editar]

Trampa de arena de una hormiga león.

La larva de hormiga león atrapa hormigas y otros pequeños insectos excavando un agujero cónico en arena suelta, tal que la pendiente del mismo está muy cercana al ángulo de reposo de la arena.[1] Así cuando un pequeño insecto merodea por el agujero, su peso causa que la arena colapse hacia el interior arrastrándolo hacia el centro, donde la larva de hormiga león espera al acecho.

Ángulo de rozamiento interno de algunos materiales[editar]

Aquí hay una lista aproximada de algunos materiales con sus ángulos.[2]

Material (condición) Ángulo de reposo (sexagesimal)
Ceniza 40°
Asfalto (frío) 30–45°
Corteza (trozos secos) 45°
Salvado 30–45°
Tiza 45°
Arcilla (seca) 25–40°
Arcilla (húmeda excavada) 15°
Trébol (semillas) 28°
Cocos (rallado) 45°
Café (grano fresco) 35–45°
Suelo 30–45°
Harina 45°
Granito 35–40°
Grava (suelta y seca) 30–45°
Grava (natural con arena) 25–30°
Malta 30–45°
Arena (seca) 34°
Arena (muy mojada) 15–30°
Arena (húmeda) 45°
trigo 28°

Referencias[editar]

  1. Effects of slope and particle size on ant locomotion: Implications for choice of substrate by antlions, Botz, Jason T.; Loudon, Catherine; Barger, J. Bradley; Olafsen, Jeffrey S.; Steeples, Don W.; (J. Kans. Entomol. Soc.), ISSN 0022-8567, 2003, vol. 76, no3, pp. 426-435 abstract
  2. Clover, Thomas J. Pocket Ref. Littleton, Colorado: Sequoia Publishing, Inc., 1998.

Véase también[editar]

El ángulo de rozamiento interno desempeña un papel importante en otras áreas de la geotecnia y la geología, entre los cuales: