Es importante debido a que la capacidad de soportar cargas y conservar su estabilidad depende de la resistencia cortante del suelo.

1. E S F U E R Z O C O R TA N T E D E S U E L O S
E S T U D I A N T E : R E N AT O L I E N D O S O T O
M E C Á N I C A D E S U E L O S I I
2 0 1 8 - I I
Tacna, Septiembre 2018

2. 1. DEFINICIÓN DE RESISTENCIA CORTANTE DEL SUELO
• La resistencia cortante del suelo es la resistencia interna por
área unitaria que la masa de suelo ofrece para resistir la falla
y el deslizamiento a lo largo de cualquier plano dentro de él.
N
y
X
Ty
TxHuecos (poros)
Selecciones de
las partículas
Punto de contacto entre
partículas situadas por
encima y debajo del
plano de la seccion.
a
a

3. 2. IMPORTANCIA DEL ESFUERZO CORTANTE DEL SUELO
La seguridad de la estructura (edificio, túnel, terraplén, presa, entre
otros) depende de la resistencia al esfuerzo cortante, ya que a
mayor esfuerzo cortante, más segura es la estructura.

4. La resistencia al esfuerzo cortante de un suelo está constituido fundamentalmente
por:
• La resistencia friccionante a la traslación entre las partículas individualmente en
sus puntos de contacto.
• La resistencia cohesiva por la adhesión entre las superficies de las partículas de
suelo.
La cohesión y el ángulo de fricción son los parámetros de
la resistencia cortante de un suelo y son determinados
en el laboratorio principalmente con dos tipos de ensayo:
LA PRUEBA DE CORTE DIRECTO Y LA PRUEBA
TRIAXIAL.
Cohesión: Es la adherencia
entre partículas del suelo
debida a la atracción entre
ellas en virtud a las fuerzas
intermoleculares
Ángulo de fricción: Es la
resistencia al deslizamiento
causado por la fricción que hay
entre las superficies de contacto
de las partículas.

5. La resistencia al esfuerzo cortante de los suelos viene
representada por la teoría de falla de Mohr-Coulomb, el
cual expresa que la resistencia de un suelo se suele
definir en función de los esfuerzos desarrollados en el
máximo de la curva esfuerzo-deformación.
3. TEORÍA DE FALLA DE MOHR-COULOMB

6. Criterio de falla de Mohr-Coulomb.
En suelo saturado, el esfuerzo normal total en un punto es la suma del esfuerzo efectivo y la
presión del agua intersticial, o
El esfuerzo efectivo, σ’, lo realizan los sólidos del suelo. Por lo tanto, para aplicar la ecuación a la
mecánica de suelos, es necesario reescribirla como
El ángulo de fricción depende de varios factores (Bilz, 1995) entre ellos algunos de los más
importantes son:
a. Tamaño de los granos
b. Forma de los granos
c. Distribución de los tamaños de granos
d. Densidad

7. Las pruebas de compresión triaxial pueden efectuarse
en arenas y arcillas.
Es la prueba más común y versátil
utilizada para determinar las
propiedades esfuerzo deformación del
suelo.
Esta consiste esencialmente en
colocar una muestra de suelo
confinada por una membrana de hule
en una cámara de lucita transparente.
4. ENSAYO TRIAXIAL

8. • Se aplica una presión de confinamiento σ3
alrededor de la muestra por medio de
fluido en la cámara.
• Un esfuerzo adicional (∆σ) puede
también aplicarse a la muestra en la
dirección axial para provocar la falla
(∆σ=∆σf en la falla).
• El drenado puede o no permitirse,
dependiendo de las condiciones a las que
va ser sometido el suelo. Se realizan tres
tipos de ensayos:
Prueba consolidada drenada CD
Prueba consolidada no drenada CU
Prueba no consolidada no drenada UU

9. 5. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
Objetivo:
Medir la resistencia cortante (c y φ) de suelos granulares.
Equipo:
Se utiliza el aparato para Corte Directo (caja partida una fija y la otra se puede mover
horizontalmente con una fuerza horizontal aplicada).
Procedimiento del Ensayo:
- Colocar el espécimen al interior de la caja
- Aplicar esfuerzo vertical
- Aplicar esfuerzo horizontal hasta la falla

10. M A XIM O R ESID UA L
C OH ESIÓN ( C ) 0.294 0.273
( φ ) 32.33 29.07
ENSAYO DE CORTE DIRECTO
A N GULO D E
F R IC C IÓN
GRÁFICO DE CORTE DIRECTO
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
0 100 200 300 400 500
EsfuerzoCortante(kg/cm2)
Deformación Horizontal (mm)
DEFORMACION HORIZONTAL
Muestra 01
Muestra 02
Muestra 03
y = 0.633x + 0.294
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
ESFUERZODECORTE
(kg/cm2)
ESFUERZO NORMAL (kg/cm2)
ESFUERZO NORMAL - RESISTENCIA
AL CORTE
y = 0.556x + 0.273
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
EsfuerzodeCorte(kg/cm2)
Esfuerzo Normal (kg/cm2)
ESFUERZO NORMAL - RESISTENCIA
AL CORTE

11. PROBLEMA 01
El tamaño de un espécimen de arena en una prueba de corte directo fue de 50mm x
50mm x 30mm. Se sabe que, para la arena, tan ϕ =
0.65
𝑒
y que la densidad de solidos
𝛾s = 2.65 gr/cm3. Durante la prueba se aplicó un esfuerzo normal de 140 ΤkN m2
. La
falla ocurrió bajo un esfuerzo cortante de 105 ΤkN m2.
a) ¿Cuál fue el peso de la muestra de arena en N?
Solución
1° Arena, c = 0
𝛕 = 𝛔𝐭𝐚𝐧𝛟
105 = 140𝐭𝐚𝐧𝛟
𝐭𝐚𝐧𝛟 = 0.75
2° Se tiene que:
𝐭𝐚𝐧𝛟 = 𝟎. 𝟔𝟓/𝐞
0.75 = 𝟎. 𝟔𝟓/𝐞
𝒆 = 0.867
3° Por relaciones Peso-volumen
SUELO SATURADO
a
w
s
Va = 0 Wa = 0
Vw = 34.8 cm3
5 cm
5 cm
3 cm
V = 75 cm3
V = 75 cm3
Ww = 34.8 gr
Vs = 40.2 cm3 Ws = 106.53 gr
W = 𝟏𝟒𝟏. 𝟑𝟑𝒈𝒓

12. 𝒏 =
𝒆
𝟏+𝒆
𝒏 =
𝟎. 𝟖𝟔𝟕
𝟏 + 𝟎. 𝟖𝟔𝟕
𝒏 = 𝟎. 𝟒𝟔𝟒
𝒏 =
𝑽𝒗
𝑽
𝟎. 𝟒𝟔𝟒 =
𝑽𝒗
𝟕𝟓
Vv = 𝟑𝟒. 𝟖 𝒄𝒎𝟑
Vv =Vw = 𝟑𝟒. 𝟖 𝒄𝒎𝟑
𝜸𝒔 =
𝑾𝒔
𝑽𝒔
2.65 =
𝑾𝒔
𝟒𝟎.𝟐
𝑾𝒔 = 𝟏𝟎𝟔. 𝟓𝟑 𝒈𝒓
𝑾 = 𝑾𝒂 + 𝑾𝒘 + 𝑾𝒔 = 𝟎 + 𝟑𝟒. 𝟖 + 𝟏𝟎𝟔. 𝟓𝟑 = 𝟏𝟒𝟏. 𝟑𝟑𝒈𝒓
𝑾 = 𝟏𝟒𝟏. 𝟑𝟑𝒈𝒓 ∗
𝟎. 𝟎𝟎𝟗𝟖𝟏 𝑵
𝟏𝒈𝒓
3° Finalmente
Rpta: 𝑾 = 𝟏. 𝟑𝟖𝟔 𝑵

13. PROBLEMA 02
Se llevó a cabo una prueba de corte directo en un espécimen de arena seca con un esfuerzo normal de
140 ΤkN m2. La falla ocurrió bajo un esfuerzo cortante de 94.5 ΤkN m2. El tamaño del espécimen probado fue de
50mmx50mmx25mm (altura).
a) Determinar el ángulo de fricción 𝜑.
b) Para un esfuerzo normal de 84 ΤkN m2, ¿Qué fuerza cortante se requiere para ocasionar la falla del espécimen?

14. PROBLEMA 03
Una muestra cilíndrica de arcilla de 3 cm de diámetro de 7.5 cm de alto inalterada se le somete a
una prueba de compresión axial sin confinar, resultando como carga de ruptura un valor de 210
kilos. La altura final de muestra en el instante de la falla es de 7.1 cm.
a) Determinar la cohesión de la arcilla.
SOLUCIÓN:
Ai =
𝝅 𝑫 𝟐
𝟒
=
𝝅 ∗(𝟑 𝒄𝒎) 𝟐
𝟒
= 𝟕. 𝟎𝟔𝟗 𝒄𝒎𝟐
𝜺 =
𝝅 𝑫 𝟐
𝟒
=
𝒉𝒊−𝒉𝒇
𝒉𝒊
=
𝟕.𝟓−𝟕.𝟏
𝟕.𝟓
= 𝟎. 𝟎𝟓𝟑𝟑
A’ =
𝑨𝒊
𝟏−𝜺
=
𝟕.𝟎𝟔𝟗
𝟏−𝟎.𝟎𝟓𝟑𝟑
= 𝟕. 𝟒𝟔𝟕 𝒄𝒎𝟐
El esfuerzo de ruptura a compresión axial sin confinar :
c =
𝒒𝒖
𝟐
c =
𝟐𝟖.𝟏𝟐𝟒
𝟐
Rpta: c = 14.062 kg/cm2
qu =
𝑷
𝑨′
=
𝟐𝟏𝟎 𝒌𝒈
𝟕.𝟒𝟔𝟕 𝒄𝒎𝟐
= 𝟐𝟖. 𝟏𝟐𝟒 𝒌𝒈/𝒄𝒎𝟐

15. PROBLEMA 04
Para una arcilla normalmente consolidada los resultados de una prueba triaxial son los siguientes:
 Presión horizontal de la cámara: 150 𝑘𝑁/𝑚2.
 Esfuerzo desviador de la falla: 275 𝑘𝑁/𝑚2.
a) Hallar el ángulo de fricción de la arcilla N.C.
Solución
1° Arcillas N.C., c = 0
𝛔𝟏 = 𝛔𝟑 ∗ 𝐭𝐚𝐧 𝟐 𝟒𝟓 + 𝛟 /𝟐
425 = 150∗ 𝐭𝐚𝐧 𝟐 𝟒𝟓 + 𝛟 /𝟐
Rpta: 𝛟 = 28.572°
𝛔𝟑 = 𝟏𝟓𝟎
𝐊𝐍
𝐦𝟐
𝛔𝟏 − 𝛔𝟑 = 𝟐𝟕𝟓
𝐊𝐍
𝐦𝟐
𝛔𝟏 = 𝟐𝟕𝟓 + 𝟏𝟓𝟎 = 𝟒𝟐𝟓
𝐊𝐍
𝐦𝟐