Este documento describe varios métodos para evaluar la resistencia al corte de los suelos, incluyendo ensayos triaxiales, de corte directo y compresión simple. Explica que los ensayos triaxiales permiten controlar las tensiones y deformaciones durante la prueba y pueden ser consolidados no drenados. También describe brevemente los ensayos de corte directo y compresión simple.

1. Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”
Extensión Barinas - SAIA
Mecánica de suelos
INTEGRANTES:
Mario Fajardo
18.802.407

2. 20 de septiembre del 2015
En ingeniería, la mecánica de suelos es la aplicación de las leyes de la física y
las ciencias naturales a los problemas que involucran las cargas impuestas a la
capa superficial de la corteza terrestre. Esta ciencia fue fundada por Karl von
Terzaghi, a partir de 1925.
Todas las obras de ingeniería civil se apoyan sobre el suelo de una u otra
forma, y muchas de ellas, además, utilizan la tierra como elemento de
construcción para terraplenes, diques y rellenos en general; por lo que, en
consecuencia, su estabilidad y comportamiento funcional y estético estarán
determinados, entre otros factores, por el desempeño del material de asiento
situado dentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se
generan, o por el del suelo utilizado para conformar los rellenos.
Si se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo o si, aún sin
llegar a ellos, las deformaciones son considerables, se pueden producir
esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados en
consideración en el diseño, productores a su vez de deformaciones
importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en
casos extremos, el colapso de la obra o su inutilización y abandono.
En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y
construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquel y la
supraestructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en
proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos
estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran
importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, al través de una correcta
investigación de mecánica de suelos
TENSIONES EFECTIVAS
Las fases y la estructura del suelo
El suelo es un conjunto de partículas entre las que existen huecos o poros, lo
que podemos comprender que el suelo puede contener tres fases distintas:
Solida (partículas), Liquida (agua) y Gaseosa (aire)
Desde un carácter multifasico deriva una dificultad para comprender el
comportamiento del suelo ya que está expuesta a las diferentes fases que la
componen ya mencionadas. En una observación a escala microscópica se
representan las partículas granulares con tendencia a una agrupación
preferentemente subvertical y también cono se transmiten las fuerzas

3. existentes originadas por la gravedad lo que puede ser relativamente el peso
del suelo, en donde este esfuerzo se produce por el contacto grano-grano. Por
otra parte si este mismo tipo de suelo le es aplicado nuevos esfuerzos debido a
procesos geológicos o a la actividad constructiva, este tendrá una tendencia a
una nueva estructura, por consiguiente corresponderá a un nuevo
ordenamiento de partículas. En donde el suelo puede presentar por ejemplo.
Compresión del Suelo. Que es prácticamente la reducción del volumen de sus
poros o a lo que es lo mismo hacia una reordenación de partículas para una
estructura más densa.
Hinchamiento. Consiste en un aumento de su volumen de poros, es decir, una
reordenación de sus partículas en una estructura más abierta, con más espacio
entre ellas, el aumento del volumen de huecos ira asociado a la absorción de
un volumen igual de agua.
Podemos resumir que algunas de las características básicas del
comportamiento del suelo, como el resultado del proceso de formación
geológica presentara una determinada ordenación de partículas o, lo que es lo
mismo, una determinada estructura, caracterizada por una serie de
orientaciones preferenciales tanto desde el punto de vista geométrico como
tensional.
EL POSTULADO DE LAS TENSIONES EFECTIVAS
Como puede deducirse el estudio del comportamiento del suelo desde el punto
de vista microscópico resulta complicado por lo que este enfoque se encuentra
limitado a taras de investigación. Dadas las dificultades anteriores, la mecánica
de suelo clásica ha tenido desde el principio al estudio del comportamiento del
suelo desde el punto de vista macroscópico, en donde se estable un marco
teórico postulado por Terzaghi para los suelos saturados.
El postulado se refiere a las tensiones normales principales, y por extensión a
las tensiones normales sobre cualquier otra orientación de ejes.
Las tensiones en cualquier punto de un plano que atraviesa una masa de suelo
pueden ser calculadas a partir de las tensiones principales totales que actual
en ese punto.
Si los poros del suelo se encuentran rellenos de agua bajo una presión, las
tensiones principales totales se componen de dos partes. Una parte llamada
presión neutra o presión intersticial, actúa sobre el agua y sobre las partículas
sólidas en todas direcciones y con igual intensidad.
Las diferencias entre estas dos representa un exceso de presión sobre la

4. presión neutra y actúan exclusivamente en la fase solidad del suelo. Estas
fracciones de las tensiones principales totales se denominan tensiones
efectivas.
Cualquier efecto medible debido a un cambio de tensiones, tal como la
comprensión, la distorsión o la modificación de la resistencia al corte de un
suelo, es debido exclusivamente a cambios en las tensiones efectivas.
PRUEBAS DE RESISTENCIA EN SUELOS
ENSAYO TRIAXIAL.
Este método de ensayo da un valor aproximado de la resistencia de los suelos
cohesivos en términos de esfuerzos totales. El método solo es aplicable a
suelos cohesivos que no expulsan agua durante la etapa de carga del ensayo y
mantienen su resistencia intrínseca después de remover las presiones de
confinamiento. Los suelos secos friables, los materiales fisurados, los limos, las
turbas y las arenas no pueden ser analizados por este método para obtener
valores significativos de la resistencia a la compresión no confinada.
La resistencia de un suelo no confinado a la compresión se define como el
mínimo esfuerzo compresivo necesario para romper una muestra no confinada
de suelo, de forma cilíndrica, en condiciones normalizadas.
En este método la resistencia a la compresión no confinada se toma como la
máxima carga alcanzada por unidad de área durante el ensayo, o la carga por
unidad de área cuando se alcanza 15% de la deformación axial, lo que ocurra
primero durante la ejecución de un ensayo.
El objetivo primario de la prueba de compresión no confinada es obtener
rápidamente un valor aproximado de la resistencia a la compresión de los
suelos que tienen suficiente cohesión para ser sometido a dicho ensayo. Otro
de los objetivos de la prueba es determinar la cohesión del suelo en estudio, al
aplicarle carga axial a una muestra cilíndrica de suelo.
Consiste en colocar una muestra cilíndrica de suelo dentro de una membrana
de caucho o goma, que s e introduce en una cámara especial y se le aplica una
presión igual en todo sentido y dirección. Alcanzando ese estado de equilibrio,
se aumenta la presión normal o axial (σ1), sin modificar la presión lateral
aplicada (σ 3), hasta que se produzca la falla.
Realizando por lo menos 3 pruebas, con presiones laterales diferentes, en un
gráfico se dibujan los círculos de Mohr que representan los esfuerzos de falla
de cada muestra y trazando una tangente o envolvente a estos, se determinan

5. los parámetros φ y c del suelo. Dependiendo del tipo de suelo y las condiciones
en que este trabajará, las alternativas para realizar el ensayo serán:
consolidado no drenado CU, no consolidado no drenado UU o consolidado
drenado CD.
PRUEBA DE CORTE DIRECTO
El ensayo de corte directa es adecuado para la determinación relativamente
rápida de las propiedades de resistencia de materiales drenados y
consolidados. Debido a que las trayectorias de drenaje a través de la muestra
son cortas, se permite que el exceso de presión en los poros sea disipado más
rápidamente que con otros ensayos drenados. El ensayo puede ser hecho en
todo tipo de suelos inalterados, remoldeados o compactados. Hay sin embargo
una limitación en el tamaño máximo de las partículas presentes en las
muestras.
Los resultados del ensayo son aplicables para estimar la resistencia al corte en
una situación de campo donde ha tenido lugar una completa consolidación bajo
los esfuerzos normales actuales. La ruptura ocurre lentamente bajo
condiciones drenadas, de tal manera que los excesos de presión en los poros
quedan disipados. Los resultados de varios ensayos pueden ser utilizados para
expresar la relación entre los esfuerzos de consolidación y la resistencia al
corte en condiciones drenadas.
Durante el ensayo de corte hay rotación de los esfuerzos principales, lo que
puede o no corresponder a las condiciones de campo. Aún más, la ruptura
puede no ocurrir en un plano de debilidad, puesto que ella tiene que ocurrir
cerca de un plano horizontal en la parte media del espécimen. La localización
fija del plano de ruptura en el ensayo puede ser una ventaja en la
determinación de la resistencia al corte a lo largo de planos reconocidamente
débiles dentro del material del suelo y para analizar las interfaces entre
materiales diferentes.
Los esfuerzos de corte y los desplazamientos no están distribuidos
uniformemente dentro de la muestra y no puede definirse una altura apropiada
para calcular las deformaciones de corte o cualquier otra cantidad asociada de
interés en geotecnia. La baja velocidad de desplazamiento asegura la
disipación de los excesos de presión de los poros, pero también permite el flujo

6. plástico de suelos cohesivos blandos. Debe tenerse cuidado de asegurar que
las condiciones del ensayo representen las condiciones que se están
investigando.
El intervalo de los esfuerzos normales, la velocidad de deformación y las
condiciones generales del ensayo deben ser seleccionadas para reflejar las
condiciones específicas de los suelos que se está investigando
PRUEBA DE CORTE SIMPLE
Es una variante del corte directo de laboratorio, en donde a la muestra
ensayada no se le induce un plano de corte sino que se somete a una fuerza
que produce una deformación. En este ensayo, las líneas horizontales son
líneas de extensión nula, en cambio en el ensayo de corte directo, la
deformación está limitada a una zona muy estrecha próxima a la separación
entre las cajas, por lo que este ensayo es inadecuado para el estudio de las
deformaciones.
En los aparatos de corte simple, se coloca la muestra cilíndrica dentro de una
membrana de goma, reforzada con un espiral de hilo de constatan (aleación de
cobre y níquel). La muestra se somete a una deformación de corte simple.
Donde los planos principales de tensiones y deformaciones rotarán en la
medida en que cambie el estado de tensiones. Durante el ensayo las tensiones
y las deformaciones, serán las mismas sobre cualquier plano horizontal.
Además se elimina el roce con las paredes al aplicar el esfuerzo vertical.
Durante la fase de consolidación, la tensión principal mayor es igual a la
presión de consolidación vertical (sv) y la tensión principal menor es igual a la
tensión horizontal (sh) que corresponde al valor de sh = Ko*sv. Debido a un
incremento en las tensiones de corte en el plano horizontal, las que provocan
una rotación en la dirección de las tensiones principales y cambio en la
magnitud, las condiciones de tensiones son desconocidas y están limitadas a
considerar las tensiones de corte (txy) y las tensiones normales (sy) en el plano
horizontal. Se supone que la probeta se rompe cuando la resistencia al corte en
este plano alcanza un valor máximo, independiente de que se haya producido
una resistencia al corte mayor en otro plano.
COMPRESIÓN SIMPLE (Suelos cohesivos)
Se ha visto la compresión confinada o uniaxial, con el edómetro. Ahora, la
compresión inconfinada, similar a la que se somete a los cilindros de concreto,
sirve para determinar la resistencia a la compresión simple, qU, de muestras de
arcilla.

7. En suelos finos granulares (φ = 0°), qU es un indicativo de la capacidad de
soporte del suelo. Por el confinamiento, una arcilla puede soportar mayores
esfuerzos que qU, pero en general cuando σ3 = 0, en el círculo de Mohr, el
τmáx es C Figura 11.7 literal c, y como qU = σ1 se puede deducir que qU = 2
CU
Las muestras utilizadas para estos ensayos o bien son indeformadas o
entonces siendo deformadas, deben reproducir las condiciones se pretenden
alcanzar en la obra.
Clasificación de los ensayos de corte triaxiales
Para reproducir diferentes condiciones de solicitación existentes en los macizos
que se encuentran en la vida real, los ensayos de corte se clasifican en tres
grupos principales:
Ensayos lentos, o con drenaje
Ensayos rápidos, o sin drenaje
Ensayos rápidos o con pre consolidación

8. En los ensayos lentos con drenaje las tensiones s3 y s1 son aplicadas
lentamente y con la válvula abierta, para disipar constantemente la atención
neutra.
En los ensayos rápidos y sin drenaje, las tensiones s3 y s1 son aplicadas
rápidamente y con la válvula cerrada.
En los ensayos con pre consolidación, la tensión s3 es aplicada lentamente y la
tensión s1 aplicada rápidamente.
En cualquiera de los ensayos de compresión triaxial la tensión principal puede
crecer o decrecer durante corte como es el caso de una excavación o de un
terraplén.
Los valores de la cohesión y el ángulo de rozamiento de un suelo, no son
parámetros constantes del suelo pero si coeficientes empíricos que pueden
variar en largos intervalos para un mismo suelo conforme las varias y posibles
condiciones de pre compresión, drenaje y otras variables.
Ensayos de caracterización de la resistencia al corte de los suelos
1) Ensayos de laboratorio
Triaxial
Corte Directo
Corte directo simple
a) Ensayo triaxial: permite el control de las tensiones totales, tensiones
efectivas, tensiones neutras y deformaciones durante el corte.
Ensayo consolidado no drenado (CU): son conocidos por ensayos rápidos;
Ensayo consolidado drenado (CD): el drenaje es permanente (siempre ocurre
drenaje). La tensión neutra es siempre nula. No se genera exceso de tensión
neutra.
De esta forma las tensiones totales son iguales a las tensiones efectivas. Este
ensayo se considera un ensayo lento.
Ventajas del ensayo triaxial:
– permite el control del drenaje
– no hay ruptura progresiva
– permite el ensayo en diversas trayectorias

9. Desventajas del ensayo triaxial:
– dificulta en el moldeado de probetas de arena
b) Ensayo de corte directo: durante el ensayo se pueden realizar lecturas
– deformación horizontal
– deformación vertical
– fuerza cortante aplicada
Este ensayo tiene ventajas en arenas y cuando conocemos el plano donde
ocurre la ruptura. El plano de ruptura está previamente definido. La ruptura es
progresiva, sucede inicialmente en el borde de la caja y avanza hacia el centro.
No hay control del drenaje.
2) Ensayos de campo
a) ensayo Vane test: consiste la rotación, a una velocidad estándar de un
molinillo (conjunto de cuatro láminas introducidas en el suelo a profundidad
pretendida que gira y permite obtener un diagrama entre el momento torsor
aplicado y el ángulo de rotación.
Sondaje a percusión: ensayo de penetración dinámica (SPT); permite medir la
resistencia del suelo a medida que va siendo perforado
CARACTERISTICAS DE ENSAYO
1. La caracterización del comportamiento esfuerzo-deformación de un suelo es
su módulo y relación de Poisson (Ensayo triaxial)
2. El modulo esfuerzo-deformación depende de la consolidación inicial, historia
de esfuerzos, del tipo de suelo, de la perturbación de la muestra y del tipo de
carga.
3. A partir de envolventes de falla de ensayos triaxiales se determina el ángulo
de fricción y cohesión de suelos
4. El ensayo de corte directo tiene gran desventaja con ensayo triaxial porque
impone la superficie de falla de la muestra y no toma en cuenta la rotación de
tensiones principales.