1. INTRODUCCIÓN
Esfuerzo
cortante
Como el aspecto mas importante de la
ingeniería geotécnica
¿Qué se entiende por esfuerzo cortante?
Cálculo y métodos
Compresión Triaxial:
• La principal acción del ensayo es obtener
parámetros del suelo y la relación esfuerzo-
deformación.
• Es un ensayo complejo, pero la información
que entrega es la más representativa.
• Este ensayo constituye el método mas versátil
en el estudio de las propiedades esfuerzo-
deformación.
Normas ASTM:
ASTM d 4767:
• Este método de ensayo permite
efectuar el cálculo de esfuerzos
totales efectivos y compresión
axil para medidas de carga axial.
• Deformación Axial y Presión de
agua de poros.
ASTM d 2850
• Este método de prueba proporciona
datos para determinarlas propiedades
de resistencia no diluidas y las
relaciones tensión-deformación para
los suelos.

2. El ensayo se divide en dos etapas:
Primera etapa:
La probeta de suelo es sometida a una
presión hidráulica con esfuerzos
verticales iguales a los horizontales.
Probeta “consolidada”.
Segunda etapa:
Se incrementan los esfuerzos verticales a
través del pistón vertical de carga.
En esta etapa se puede permitir el drenaje y
por lo tanto eliminar la presión neutra.
Tipos de ensayo Triaxial:
1. No consolidados-no drenados (Rápidos)
Se impide el drenaje durante las dos etapas.
2. Consolidados-no drenados (consolidado-rápido)
Se permite el drenaje durante la primera etapa solamente
3. Consolidados-drenados (Lentos)
Se permite el drenaje durante todo el ensayo y no se dejan
generar presiones neutras aplicando los incrementos de
carga en forma pausada durante la segunda etapa.
Objetivo o alcance:
El objetivo de la prueba triaxial consiste en devolver
la muestra a las condiciones del sitio mediante los
diversos pasos que caracterizan la prueba triaxial
(saturación, consolidación) y medir la resistencia al
corte del material y las relaciones entre el esfuerzo y
la deformación.

3. Compresión triaxial
• Simula confinamiento para un testigo de roca intacta.
• Nos provee los valores necesarios para graficar la envolvente de Mohr y
a partir de ésta, calcular el valor del ángulo de fricción interna y la
cohesión de la roca.
4

4. Círculo de Mohr
5

5. Criterios de rotura
-Para roca intacta:
Criterio de Hoek y Brown
Donde:
𝜎1: Esfuerzo principal mayor
𝜎3: Esfuerzo principal menor
𝜎𝑐𝑖: Resistencia a la compresión uniaxial para roca intacta
𝑚𝑖: Constante de roca intacta
6
𝜎1 = 𝜎3 + 𝜎𝑐𝑖 𝑚𝑖
𝜎3
𝜎𝑐𝑖
+ 1
0.5

6. Envolvente de Mohr
En función de los esfuerzos normal y cortante:
7
𝜏 = 𝑐 + 𝑡𝑎𝑛𝜙. 𝜎𝑁
Donde:
𝜎𝑁: Esfuerzo normal en plano de falla
𝜏: Esfuerzo cortante en plano de falla
𝑐: Cohesión
𝜙: Ángulo de fricción
En función de los esfuerzos principales:
𝜎1 = 𝜎𝑐𝑚 + 𝐾. 𝜎3
Donde:
𝜎𝑐𝑚: Resistencia a la compresión uniaxial para Roca Intacta global.
𝐾: Constante en función del ángulo de fricción a escala de roca intacta.
𝐾 =
1 + 𝑠𝑒𝑛𝜙
1 − 𝑠𝑒𝑛𝜙

7. Criterios de rotura
-Para macizo rocoso:
Criterio de Hoek & Brown
Donde:
𝜎1: Esfuerzo principal mayor
𝜎3: Esfuerzo principal menor
𝜎𝑐𝑖: Resistencia a la compresión uniaxial para macizo rocoso
𝑚𝑏: Constante de Hoek & Brown para macizo rocoso
𝑠: Constante del Macizo Rocoso, para roca intacta 1.
𝑎: Constante del Macizo Rocoso, para roca intacta 0.5.
8
𝜎1 = 𝜎3 + 𝜎𝑐𝑖 𝑚𝑏
𝜎3
𝜎𝑐𝑖
+ 𝑠
𝑎

8. • Parámetros:
Donde:
𝐺𝑆𝐼: Geological Strength Index, varía de 0 a 100, macizo de mala calidad a muy
buena respectivamente.
𝐷: Damage Blast Factor, varía de 0 a 1, macizo inalterado por intervención humana
a muy alterado respectivamente.
9
𝑚𝑏 = 𝑚𝑖. 𝑒
𝐺𝑆𝐼−100
28−14𝐷
𝑠 = 𝑒
𝐺𝑆𝐼−100
9−3𝐷
𝑎 =
1
2
+
1
6
𝑒
−𝐺𝑆𝐼
15 − 𝑒
−
20
3

9. Envolvente de Mohr
10
𝜏 = 𝑐′
+ 𝑡𝑎𝑛𝜙′
. 𝜎𝑁
Donde:
𝜎𝑁: Esfuerzo normal en plano de falla
𝜏: Esfuerzo cortante en plano de falla
𝑐: Cohesión
𝜙: Ángulo de fricción
𝜎1 = 𝜎𝑐𝑚 + 𝐾. 𝜎3
Donde:
𝜎𝑐𝑚: Resistencia a la compresión uniaxial
𝐾: Constante en función del ángulo de fricción
𝐾 =
1 + 𝑠𝑒𝑛𝜙
1 − 𝑠𝑒𝑛𝜙
En función de los esfuerzos normal y cortante:
En función de los esfuerzos principales:

10. Instrumentos

11. Maquina de compresión
triaxial

14. Célula de Hoek

15. Extractor de muestras

16. Prensa hidráulica de presión Manómetro

17.  Se desarrolla sobre una muestra cilíndrica, la cual es
sometida a una carga axial (continua y gradual) y de
confinamiento (constante).
Preparación de Especímenes de Ensayo
La razón largo/ancho de la probeta debe ser 2.0 a 2.5
La superficie lateral de la probeta debe ser lisa.
Las bases deben formar un ángulo recto con el eje de
la probeta.
El ancho de muestra debe ser >10 veces el tamaño
medio del grano.
ASTM D3148-02
Ensayo de compresión triaxial en roca intacta

18. Procedimiento de ensayo
 La carga axial representa el esfuerzo principal
mayor (𝜎1), mientras que la tensión radial
producida por la presión hidráulica representa el
esfuerzo principal menor (𝜎3).
 Permite construir la envolvente de esfuerzos
(criterio de falla de Hoek Brown).
 Efecto de la presión de confinamiento.
 Los ensayos triaxiales nos permiten cuantificar el
aumento significativo en la resistencia de la roca
al aumentar la presión de confinamiento.
 Los resultados de ensayos triaxiales nos permite
determinar módulo de deformación (E), el ángulo
de fricción interna, y la resistencia cohesiva.
También, se estima el criterio de rotura (H-B)
Cámara triaxial (célula de Hoek)
𝜎1
𝜎3
𝜎1
𝜎3

19. Preparación del equipo para el ensayo
Inserción del maguito de goma Ensamblaje de célula
Procedimiento de ensayo

20. Drenaje del aire Inserción del testigo de roca

21. Colocación de asientos esféricos
dentro de la célula de aceite
Inicio del ensayo triaxial

22. Ensayo de compresión triaxial en roca intacta

23. Procedimiento de ensayo
Luego de alcanzar la rotura de la probeta, determinar los
siguientes datos:
-La carga o esfuerzo axial (𝜎1)
-Las deformaciones: axial (𝜀1) y transversal (𝜀2) de la probeta.
-El ángulo del plano de rotura.
-El ángulo que forman los planos de anisotropía con respecto a
la carga axial.

24. DIÁMETRO ALTURA
6.09 cm 11.85 cm
6.09 cm 11.95 cm
6.09 cm 12.10 cm
Toma de datos
Datos de la probeta: Datos del ensayo:
CARGA DE
ROTURA 1 (P)
344.6 KN
CARGA DE
ROTURA 2 (P)
400.1 KN
CARGA DE
ROTURA 3 (P)
566.8 KN

25. • Sección axial: 𝐴 =
(6.09 𝑐𝑚)2
4
𝜋 = 29.13 𝑐𝑚2
Procesamiento de datos
Determinación del Círculo de Mohr
Descr. Altura
(cm)
Area
(𝑐𝑚2
)
Carga
(KN)
Carga
(Kg)
Conf.
(MPA)
Resistencia
(Kg/𝑐𝑚2
)
R.
Corregida
(MPa)
mi Ang.
Friccion
(rad)
Cohesion
(MPa)
M1
185.40
kg
11.85 29.13 344.6 35227.5 5 1209.4 118.1 23.24 44.81 15.88
11.95 29.13 400.1 40901.1 10 1404.1 137.3
12.10 29.13 566.8 57942.4 20 1989.2 194.8

26.  Finalmente usando los datos obtenidos en el
ensayo de compresión triaxial se puede
conocer el ángulo de fricción y la cohesión de
la roca intacta mediante el criterio de falla de
Mohr - Coulomb.
𝜏 = 𝑐 + 𝑡𝑎𝑛𝜙. 𝜎𝑁
Donde:
𝜎𝑁: Esfuerzo normal en plano de falla
𝜏: Esfuerzo cortante en plano de falla
𝑐: Cohesión
𝜙: Ángulo de fricción

28. Procedimiento ASTM D2850
1. Concebir una idea general de la litología y estructuras de la roca.
2. Identificar las muestras.
3. Medir las dimensiones de la muestra para validar si satisface las condiciones del ensayo.
4. Se recubre la muestra con una membrana impermeable con el fin de evitar que el liquido usado para
generar presión de confinamiento no penetre en el testigo.
5. Se sitúa el testigo dentro de una cámara donde la muestra se someterá a una presión de
confinamiento determinada, esta se encuentra conectada con prensa hidráulica manipulada por un
encargado cuyo único fin es inyectar liquido hidráulico a la cámara y de esta forma fijar la presión de
confinamiento
6. Una persona se encarga de medir la presión a la cual está siendo sometida la muestra mediante un
manómetro conectado directamente a la prensa hidráulica, la presión debe ser medida a cada instante
ya que al momento de fallar, la aguja que indica el valor de la carga vuelve al punto de partida.
7. Una segunda persona se encargará de ir aumentando la presión en la prensa hidráulica.
8. Una tercera persona deberá regular la presión confinante manteniéndola constante durante todo el
ensayo, esta presión puede ser cualquiera sin embargo es recomendado ir aumentándola de forma
progresiva dependiendo de la respuesta de la roca durante los ensayos.
9. Una vez falle el testigo se retira y se analizan las condiciones y modo de ruptura.
Ensayo de compresión triaxial en suelo

29. Procedimiento de ensayo
Preparación del equipo para el ensayo

30.  Ensayo UU (no consolidado - no drenado) ejecutado a un suelo MH (limo de alta plasticidad)
Procedimiento de ensayo
Montaje de la pastilla Revestimiento de la pastilla con
membrana

31. Colocación de cámara Llenado de cámara con
lucita
Montaje en la prensa de carga

32. Falla del espécimen Procesamiento y captura de datos Lecturas de presiones y
contrapresiones

33. Resultados

36. Conclusiones
 Llegamos a calcular la cohesión y el ángulo de fricción interno, parámetros que nos permiten hallar la
resistencia al corte del macizo rocoso.
 Con estos parámetros podremos deducir el tipo de resistencias del macizo rocoso para poder
recomendar el tipo de sostenimiento en la labor.
 Con la envolvente de Mohr podemos observar la zona de seguridad y la zona de no seguridad y llegar a
un punto de seguridad y posibles medidas de sostenimiento a aplicar.
 Pudimos conocer que el ensayo de compresión triaxial es los más usados y con los mejores estándares
de desarrollo del ensayo.

37. Aplicaciones
 Minado.
 Excavación.
 Extracción de hidrocarburos de los yacimientos.
 Túneles.
 Tiros de minas.
 Excavaciones subterráneas.
 Minas a cielo abierto (tajos).
 Pozos de petróleo y de gas.
 Cortes de carreteras.
 Otras estructuras construidas con material
rocoso.

38. Recomendaciones
 Se recomienda tres niveles de confinamiento.
 Se recomienda hacer las mediciones del dimensionamiento con cuidado.
 Se recomienda uso de lentes de seguridad.
 Se recomienda usar los zapatos de seguridad para evitar daños.
 Se recomienda usar guardapolvo.
 Se recomienda usar guantes de seguridad.
 Se recomienda alejarse un poco del equipo para poder evitar daños.