1) El documento trata sobre el esfuerzo cortante en suelos. 2) Explica conceptos como ángulo de fricción, cohesión y la ley de Coulomb para la resistencia al corte. 3) Describe métodos directos e indirectos para medir la resistencia al corte en laboratorio y en el campo.

1. ESFUERZO CORTANTE
DE SUELOS
Presentado por:
Aragón Cáceres, Sebastian
Curso:
Mecánica de Suelos II
Docente:
Ing. Pedro Maquera Cruz

2. INTRODUCCIÓN
Uno de los puntos fundamentales de la mecánica de suelos es la dificultad en la determinación de la resistencia
al esfuerzo cortante.
Los suelos, como cualquier material, bajo ciertas solicitaciones, se comportaran como materiales elásticos, pero
en muchas ocasiones tendrá deformaciones mayores de las normales.
Cuando el suelo experimenta una acción bajo esfuerzo normal constante con velocidad de corte constante, en
el elemento de suelo se desarrolla un esfuerzo constante.

3. Definición
El esfuerzo cortante es una fuerza interna que
desarrolla el suelo, en respuesta a una fuerza
cortante, y que es tangencial a la superficie sobre
la que actúa.
Esta resistencia del suelo determina factores como
la estabilidad de un talud, la capacidad de
carga admisible para una cimentación y el
empuje de un suelo contra un muro de contención.

4. IMPORTANCIA
Teniendo en cuenta la forma de vida de la sociedad actual, la industrialización, el auge de la globalización y el
desarrollo que ha dado lugar a mega construcciones, debe entenderse la importancia del factor del suelo en el
medio de la construcción y de aquí surge la necesidad de analizar las propiedades mecánicas de este recurso con el
fin de obtener en los ensayos, resultados mas cercanos a la realidad que permitan realizar mejores proyectos.

5. PARÁMETROS FUNDAMENTALES
Ángulo de Fricción:
Es la representación matemática del coeficiente de rozamiento, depende de una gran de
factores, algunos de los mas importantes son:
• Tipo de mineral de las partículas.
• Tamaño de los granos o partículas.
• Forma de los granos o partículas.
• Densidad.
• Permeabilidad.
Cohesión:
Es una medida de la cementación o adherencia entre las partículas del suelo, es utilizada
para representar la resistencia cortante producida por la cementación de partículas.
Resistencia Pico y Residual.
Presión de Poros.
𝜙
𝒸
SIMBOLO
SIMBOLO

6. LEY DE COULOMB
Coulomb observo que si el empuje de un suelo contra un muro produce un desplazamiento en el muro, en el suelo
retenido se forma un plano recto de deslizamiento. Él postuló que la Máxima Resistencia al corte esta dada por:
𝜏 = 𝑐 + 𝜎 tan 𝜙
𝜎 = Es el esfuerzo normal total en el plano de falla.
𝜙 = Es el ángulo de fricción del suelo.
𝑐 = Es la cohesión del suelo.
MODIFICACION DE TERZAGUI
En 1925 Terzagui estableció, que en la ecuación
anterior la presión normal total debería sustituirse por
la presión interna granular, entonces se modifico por:
𝜏 = 𝑐 + ( 𝜎 − 𝜇 ) tan 𝜙

7. CIRCULO DE MOHR
El circulo de Mohr Es una técnica utilizada para representar un estado de esfuerzos aplicados a un elemento. Esta
herramienta nos permite analizar los esfuerzos provocados en cualquier plano de acción del elemento. Este método
fue desarrollado por Christian Otto Mohr en 1882.
Al analizar el equilibrio del elemento para el plano θ se obtienen las ecuaciones de esfuerzo cortante τn y esfuerzo
normal σn como se muestra a continuación:
𝜎 =
𝜎1 + 𝜎3
2
+
𝜎1 − 𝜎3
2
∗ cos 2𝜃
𝜏 =
𝜎1 − 𝜎3
2
∗ sin 2𝜃

8. METODOS
METODOS DIRECTOS
ENSAYOS DE LABORATORIO
• Corte Directo
• Compresión Triaxial
• Compresión no confinada
• Consolidación Isotrópica
METODOS INDIRECTOS
ENSAYOS “IN SITU”
• Aparato de Veleta de Corte
• Ensayo de Penetración Estándar (SPT)
• Ensayo de Penetración con Cono Holandés (CPT)
• Ensayo de Carga Directa
• Ensayo de Corte Directo In situ

9. Ensayo de Corte Directo
(Método Directo)
OBJETIVO:
Medir la resistencia cortante de suelos granulares.
EQUIPO:
Se utiliza el aparato de Corte Directo (caja partida,
una fija y la otra con movimiento horizontal con una
fuerza horizontal aplicada.
PROCEDIMIENTO:
• Colocar el espécimen al interior de la caja.
• Aplicar esfuerzo vertical.
• Aplicar esfuerzo horizontal hasta la falla.

10. Ensayo de Penetración Estándar
(Método Indirecto)
Es el ensayo “In Situ” mas popular y económico para
obtener información geotécnica del subsuelo.
Se estima que el 85% al 90% de los diseños de las
cimentaciones convencionales de Norte y Sur de América
se basan en los valores medidos en SPT.
OBJETIVO:
Obtener la medida de la resistencia a la penetración.
Tomar muestras representativas.
EQUIPO:
Equipo de perforación
Varillas de muestreo
Muestreador de tubo partido
PROCEDIMIENTO:
El ensayo consiste en hincar el tubo partido para que
penetre 30 cm en el terreno, ayudados de un martillo,
contabilizando el numero de golpes.

11. Ensayo de Compresión Triaxial
(Método Directo)
Descripción.-
Es el mas usado para determinar las características de esfuerzo-deformación y de resistencia al esfuerzo cortante.
Objetivo.-
Determinar el Ángulo de Rozamiento Interno y Cohesión del suelo, que permitan establecer su resistencia al corte.
Existen 3 ensayos de Triaxial
NO CONSOLIDADO-NO DRENADO
Este ensayo se hace con la válvula
de drenaje cerrada para todas las
fases del ensayo y antes de que la
muestra tenga posibilidad de
consolidarse
CONSOLINADO-NO DRENADO
Este ensayo se hace después de
que la muestra ha consolidado
abriendo la válvula de drenaje
a y bajo una presión de cámara
constante.
CONSOLIDADO-DRENADO
En este ensayo se abre la válvula de
drenaje, se aplica la presión de
cámara, se controla la consolidación
de la muestra, y a continuación,
mientras la válvula de drenaje se
encuentra abierta, se aplica el
esfuerzo desviador

12. El tamaño de una muestra de arena es de 50x50x30mm. Se somete a una prueba de corte directo, se conoce que la
arena tiene un 𝑇𝑔∅ =
0.65
𝑒
y que la densidad de solidos es 𝐺𝑠 = 2.65. Durante la prueba se aplica un esfuerzo
normal de 140𝐾𝑁/𝑚2 la falla ocurre bajo un esfuerzo cortante de 150𝐾𝑁/𝑚2 ¿Cuál fue el peso de la muestra de
arena en N?
EJERCICIO DE APLICACIÓN
𝑉𝑎=0
𝑉𝑤 = 34.8
𝑉𝑠 = 40.2
𝑊𝑎 = 0
𝑊𝑤 = 34.8
𝑊𝑠 = 106.53
50 mm
30 mm
50 mm
𝜏 = 𝜎 tan 𝜙
105 = 140 ∗
0.65
𝑒
𝑒 = 0.867
n=
𝑉𝑣
𝑉 𝑚
=
𝑒
1+𝑒
=
0.867
1+0.867
= 0.464
𝑉𝑣 = 𝑉𝑎 + 𝑉‫𝑚﷮‬ = 75*0.464 = 34.8 𝑐𝑚2
𝐺𝑠 =
𝑊𝑠
𝑉𝑠
2.65 =
𝑊𝑠
40.2
𝑊𝑠 =106.53 g
𝑊𝑚 = 𝑊𝑠 + 𝑊𝑤
𝑊𝑚 = 106.53 + 34.8 ∗ ‫0001/18.9﷮‬
𝑊𝑚 = 1.39 𝑁

13. EJERCICIO DE APLICACIÓN
Se lleva a cabo una prueba de corte directo en una muestra de arena con un esfuerzo normal de 140𝐾𝑁/𝑚2, la falla
ocurre bajo un esfuerzo cortante de 94.5𝐾𝑁/𝑚2. El tamaño de la muestra es de 50x50x25mm. de altura. Hallar:
a) El ángulo de fricción interno de la arena
b) Que fuerza cortante se requiere para ocasionar la falla en la muestra con un esfuerzo normal de 84𝐾𝑁/𝑚2
50 mm
25 mm
50 mm
𝜏 = 𝜎 tan 𝜙
94.5 = 140 tan 𝜙
𝜙 = 34.02
𝜏 = 𝜎 tan 𝜙
𝜏 = 84 tan(34.02)
𝜏 = 56.7 ൗ𝑘𝑁
𝑚2
𝐹𝑣 = 𝜏 ∗ 𝐴
𝐹𝑣 = 56.7 ∗ 0.0025
𝐹𝑣 = 56.7 ∗ 0.0025
𝐹𝑣 = 141.25 N

14. EJERCICIO DE APLICACIÓN
Una muestra cilíndrica de 3cm. de diámetro por 7.5cm de alto inalterada se le somete a una prueba de compresión axial
sin confinar, resultando como carga de ruptura un valor de 210𝐾𝑔. de altura final de la muestra en el instante de la falla
es de 7.5cm. Determinar la cohesion de la arcilla.
7.5cm
3cm
0.4cm
210 kg.
7.1cm
Á𝑟𝑒𝑎 𝐼𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 1.52
∗ 𝜋 = 7.068 𝑐𝑚2
𝜀 =
𝐿𝑖 − 𝐿 𝑓
𝐿𝑖
= 0.0533
Área Final =
Á𝑟𝑒𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
1−𝜀
=
7.068
1−0.0533
= 7.466 𝑐𝑚2
qv=
𝐹
𝐴
=
210
7.466
= 28.12
C =
qv
2
=
28.12
2
= 14.06 ൗ𝑘𝑔
𝑐𝑚2

15. EJERCICIO DE APLICACIÓN
Para una arcilla normalmente consolidada los resultados de una prueba triaxial son las siguientes:
-Presión horizontal en la cámara = 150𝐾𝑁/𝑚2
-Esfuerzo desviador en la talla = 275𝐾𝑁/𝑚2
Hallar el ángulo de fricción interno del suelo
SOLUCIÓN
𝜎1 = 𝜎3 tan(45 +
∅
2
)2
425 = 150 ∗ tan(45 +
∅
2
)2𝜎1 = 150 + 275 = 425 𝐾𝑁/𝑚2
17/6 = tan(45 +
∅
2
)2
∅ =28.57