Este documento presenta información sobre la resistencia al corte en diferentes tipos de suelo, incluyendo arenas secas y saturadas, arcillas saturadas y parcialmente saturadas. Explica conceptos como la fricción entre superficies, corte directo, círculo de Mohr, y el criterio de falla de Mohr-Coulomb. También describe cómo varía la resistencia al corte con factores como la profundidad, drenaje, consolidación y contenido de humedad. Finalmente, incluye ejemplos de ejercicios para aplicar estos conceptos

1. Introducción y análisis de
condiciones de cimentación:
Resistencia al corte en diferentes
tipos de suelo
Unidad 01
INGENIERÍA DE CIMENTACIONES
100000C27I
18/10/2021 MSc. Ing. CHRISTIAN ELESCANO MUÑOZ 1
Docente: MSc. Ing. Christian Elescano Muñoz

2. SEMANA 02
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1.8 Fricción entre dos superficies de contacto.
1.9 Corte directo
1.10 Esfuerzo en un punto – Círculo de Mohr.
1.11 Resistencia al corte de arenas secas.
1.12 Resistencia al corte de arenas saturadas.
1.13 Resistencia al corte de arcillas saturadas. Variación de la resistencia con la profundidad.
Influencia del drenaje y consolidación.
1.14 Resistencia al corte de arcillas parcialmente saturadas.

3. FRICCIÓN
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(Fuente: Diseño de Cimentaciones - Alva, 2010)

4. 1.9. Corte Directo
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5. APARATO DE CORTE DIRECTO
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Celda de corte
Preparación de la muestra
Equipo de Corte Directo

6. COMENTARIOS – PRUEBA DE CORTE DIRECTO
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La prueba de corte directo es más fácil de realizar pero tiene muchas limitaciones. La prueba
no permite que el suelo falle a lo largo del plano más débil, sino se ve obligado a fallar a lo
largo del plano de división de la caja de corte.
(Fuente: Fundamentos de Ingeniería Geotécnica – Braja Das, 2015)
Aún con esos limitaciones, es el ensayo mas simple
y económico para suelos arenosos seco o
saturado, y es necesario para determinar el ángulo
de fricción entre el suelo y el material en el que se
construye la base (acero, concreto o madera).
Interfaz entre un material de cimentación y el suelo

7. COEFICIENTE DE EMPUJE DE REPOSO
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Es la razón del esfuerzo horizontal efectivo (𝝈′𝒉) y el esfuerzo vertical (𝝈′𝒐), cuando la masa de
suelo esta en un estado de equilibrio elástico:
Para los suelos de grano grueso, el coeficiente de tierra en reposo puede ser estimado por la
relación empírica (Jaky, 1944):
Para el suelo sobreconsolidado, ecuación de Jaky, puede ser modificado como (Mayne y
Kulhawy, 1982):

8. RESISTENCIA DEL SUELO
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La ruptura del suelo es casi siempre por corte, como en los siguientes casos:
La resistencia al esfuerzo cortante es función de:
• La cohesión entre las partículas.
• La resistencia a la fricción entre las partículas.
• El contenido de humedad y la poropresión del agua.

9. CRITERIO DE FALLA DE MOHR-COULOMB
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La resistencia al corte de un suelo esta definida por : 𝜏 = 𝑐′ + 𝜎′ tan 𝜑′
Donde: c’= cohesión; 𝝓′= ángulo de fricción; y 𝝈′= tensión
normal efectiva en el plano de corte
c’ y 𝝓′ son los parámetros de resistencia al corte
A mayores valores de c’ y 𝝓 ′, mas alta es la resistencia al corte Estado de tensiones en un Plano de Ruptura
Criterio de Mohr-Coulomb: No hay ruptura mientras en círculo representativo del estado de
tensiones no ultrapase el valor dado por la expresión 𝒄′
+ 𝝈′ 𝐭𝐚𝐧 𝝋′.

10. RESISTENCIA CORTANTE - ENSAYOS
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En arena seca se mide en un aparato de Corte Directo, y se representa con una recta que
pasa el origen de coordenadas, o por ensayo Triaxial CD.
En el campo, el aire fluirá libremente en la arena, y de este modo los cambios volumétricos no
están restringidos por la falta de drenaje, como podrían estarlo en suelo fino y en algunas
arenas saturadas. (Fuente: Diseño de Cimentaciones - Alva, 2010)
Estado inicial – Triaxial CD: Esfuerzo confinamiento Estado inicial – Triaxial CD: Círculos de Mohr en el estado
de falla en 04 cuerpos de prueba

11. 18/10/2021 MSc. Ing. CHRISTIAN ELESCANO MUÑOZ 11
RESULTADOS TÍPICOS
Relaciones esfuerzo-deformación y cambio volumétrico-
deformación para arena drenada
DILATANCIA: La arena se expandirá durante el corte y el volumen aumentará.
(Fuente: Diseño de Cimentaciones - Alva, 2010)
La figura muestra los cambios de volumen que ocurre
cuando se permite drenaje en arena (triaxial CD).
En un estado más suelto las partículas de arena se reacomodarán a un estado
más denso y el volumen disminuirá.
(Nota: algunos autores lo llaman DILATANCIA NEGATIVA)

12. 1.13. Resistencia al corte de arcillas
saturadas
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13. VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA CON LA PROFUNDIDAD
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Ensayos realizados en una arcilla de IP=15, a
partir de ensayos de veleta.
(Fuente: Mecánica dos Solos – Souza Pinto, 2005)

14. INFLUENCIA DEL DRENAJE Y CONSOLIDACIÓN
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Después que una zapata o carga de terraplén se aplica al suelo, ocurrirá asentamiento gradual
con el tiempo → consolidación.
A medida que la consolidación ocurre, la resistencia al corte del suelo aumenta. Así la resistencia
cortante es muy baja durante e inmediatamente después de la construcción, lo cual sería la
condición mas crítica. Por esa razón, se realizan ensayos triaxiales UU.
En proyectos de corte o excavación, el suelo se descarga y con el tiempo puede ocurrir expansión
y rebote. Así, la resistencia cortante decrece con el tiempo, y para el diseño se debe usar la
resistencia a largo plazo, después que se termina la expansión y se establece el equilibrio final. En
ese caso se realizan ensayos triaxiales CD.
En proyectos donde se diseña la cimentación por etapas y sea necesario considerar algún grado
de consolidación durante la construcción, sería necesario un ensayos triaxiales CU.

15. ARCILLAS PARCIALMENTE SATURADAS
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Cuando se aplica una carga a dichos suelos tenderán a comprimirse y la presión del aire y la
poropresión aumentará.
Bajo la mayoría de cargas reales en campo, el suelo se comprimirá, pero no habrá tiempo
suficiente para que el aire o el agua “drenen” de los vacíos del suelo. Todo esto debido a la baja
permeabilidad de las arcillas parcialmente saturadas, y a que el aire restringe el flujo de agua.
Para este caso, es preciso un ensayo triaxial UU, para
una arcilla parcialmente saturada: la resistencia
cortante del suelo aumenta con la presión de
confinamiento.
Esto se debe a que se permite al suelo comprimirse
bajo los esfuerzos aplicados, entonces, aumenta la
tensión efectiva.
Envolvente de falla para arcilla parcialmente saturada
Cuando hay mayor confinamiento, tiende a ser más
saturado → la envolvente se torna más horizontal

16. EJERCICIOS
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1. En un terreno arenoso, cuyo peso específico natural es de 19 kN/m3, el nivel del agua se
encuentra a 2 m de profundidad. Se desea analizar el estado de tensiones a 6 m de
profundidad. Se estima que esa arena tiene un ángulo de fricción (𝜙′) de 35°.
a. Calcular las tensiones principales, totales y efectivas.
b. Si se aplica una carga en la superficie, que provocó un incremento de tensión vertical (∆𝜎)
de 40 kPa y un incremento de poropresión (∆𝑢) de 15 kPa. ¿Habrá ruptura del suelo a ese
nivel de tensiones?
c. ¿Cuál debe ser el incremento de tensión vertical para que el suelo llegue a la ruptura?

17. EJERCICIOS
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2. Una muestra de arena tiene emín = 0.62 y emáx = 0.94. Se
realizaron ensayos triaxiales CD en dos cuerpos de
prueba:
• Muestra A: Remoldeada con eo = 0.67 con una presión
confinante de 100 kPa.
• Muestra B: Remoldeada con eo = 0.90 con una presión
confinante de 200 kPa.
a. Indique que curva ensayada corresponde a cada
muestra
b. Calcule el ángulo de fricción de cada muestra
ensayada.