Cap12

Corte directo

Capítulo 12

CAPÍTULO 12
ESFUERZO CORTANTE EN SUELOS
12.1 RESISTENCIA AL CORTE DE UN SUELO
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.
12.1.1 Ecuación de falla de Coulomb (1776)
Coulomb observó que si el empuje de un suelo contra un muroproduce un desplazamiento en el muro, en el
suelo retenido se forma un plano recto de deslizamiento. Él postuló que LA MÁXIMA RESISTENCIA AL
CORTE, τf, en el plano de falla, está dada por:
τf = c + σ tg φ
donde:

(12.1)

σ = Es el esfuerzo normal total en el plano de falla.
φ = Es el ángulo de fricción del suelo (por ejemplo, arena)
c = Es la cohesión del suelo (por ejemplo, arcilla).

Esta es unarelación empírica y se basa en la LEY DE FRICCIÓN DE AMONTON para el deslizamiento de
dos superficies planas, con la inclusión de un término de cohesión c para incluir la Stiction propia del suelo
arcilloso. En los materiales granulares, c = 0 y por lo tanto:
τf = σ tg φ

Suelo granular

(12.2)

Contrariamente, en suelos puramente cohesivos, φ = 0, luego:
τf = c

Suelo cohesivo puro

(12.3)

Pero laecuación (12.1) no condujo siempre a resultados satisfactorios, hasta que TERZAGUI publica su
expresión σ = σ’ + U con el principio de los esfuerzos efectivos (el agua no tiene cortante). Entonces:
τf = c ‘+ σ’ tg φ’

(12.4)

En las figura 11.7 se ilustran las ecuaciones anteriores, con el diagrama del círculo de Mohr. (ver literales c,
d, y e en OTROS ESTADOS Y SITUACIONES DE INTERÉS).

Bastidorsuperior
Yugo
Plano de corte

Muestra de suelo

Base

Figura 12.1 Aparato de corte directo

142

S

Corte directo

Capítulo 12

Puesto que la resistencia al cortante depende de los esfuerzos efectivos, en el suelo los análisis deben hacerse
en esos términos, involucrando c’ y φ’, cuyos valores se obtienen del ENSAYO DE CORTE DIRECTO:
Aplicando al suelo una fuerza normal, se puede proceder acizallarlo con una fuerza cortante. El movimiento
vertical de la muestra se lee colocando un deformímetro en el bastidor superior. El molde no permite control
de drenaje, que en el terreno pueden fallar en condiciones de humedad diversas (condición saturada no
drenada, parcialmente drenadas o totalmente drenadas), para reproducir las condiciones de campo se
programa la velocidad de aplicación de lascargas. En arenas, como el drenaje es libre, el ensayo se considera
drenado. Para arcillas, la incertidumbre queda, por lo que se recurre al TRIAXIAL.
12.3 CURVAS TÍPICAS EN ARENAS DENSA Y SUELTA (drenadas)
En las arenas sueltas, el volumen disminuye durante
el corte porque las partículas se DENSIFICAN en
el plano de corte. En las densas, se presenta
DILATANCIA porque la trabazón de los granos
haceque se separen para facilitar los
desplazamientos relativos y el corte entre granos.
En ambas, se observa τ = cte y V = cte, para
grandes valores de la deformación. En estas
condiciones se considera se considera la muestra en
el ESTADO DE RELACIÓN DE VACÍOS
CRÍTICA. En las densas, si aumenta ε, la rata de
dilatancia disminuye hasta el valor crítico y el
cortante, hasta un valor residual, que esigual al de
la arena suelta para ese nivel de esfuerzos.

Figura 12.2 Curvas típicas esfuerzo deformación

A la derechas se grafica la ENVOLVENTE DE FALLA, que se obtiene variando N: cuando N aumenta, el
valor S necesario para la falla, también crece.
El esqueleto mineral es más resistente al corte, en las arenas densas por lo que la fricción efectiva φ’ resulta
mayor. La pendiente de la envolventeda el valor de φ’, que en suelos granulares llega a ser:
Suelo
Suelo
φ’ suelto
φ’ denso
φ’ suelto
φ’ denso
Limo
27° - 30°
30° - 36° Arena bien gradada
33°
45°
Arena limosa
27° - 33°
30° - 35° Grava arenosa
35°
50°
Arena uniforme
28°
34°
Suelo anguloso uniforme
35°
43°
Suelo anguloso bien gradado
Suelo redondeado uniforme
30°
37°
39°
45°
Suelo redondeado bien gradado
34°
40°
Rangos de la tabla...