Geotecnia_1_parte_VI

GEOTECNIA I 

Año Académico 2017-2018 

Dr. Lorenzo Borselli 

Instituto de Geología 

Fac. De Ingeniería, UASLP 

lborselli@gmail.com 

www.lorenzo-borselli.eu 

Versión 1.8 Last update 25-10-2017 

Geotecnia I (2017/2018) – Docente: Dr. Lorenzo Borselli

Parte VI 

resistencia al corte de los 

Geomateriales 

Objetivo: fundamentos de la teoría de la resistencia al 

corte de geomateriales naturales y artificiales. Las pruebas 

de laboratorio y sus interpretación. Ámbito de aplicación : 

diseño de cimentaciones, estabilidad de taludes y 

estructuras de contención 



Resistencia al corte de geomateriales 

Suelos 

Rocas 

Las resistencia al corte de los 

geomateriales se puede definir 

como la resistencia hasta ruptura 

que se desarrolla en superficies o 

planos interno al material .. 

Macizo rocosos 

Rocas 

Esta resistencia depende da una 

Muchísimos de factores geológicos , 

estructural , físicos e químicos 

Macizo 

rocoso 

suelos 



Donde se encuentra la resistencia al corte en masa de suelos y rocas 

Esfuerzo cortante 

y resistencia al corte 

(shear strength) 



Donde se encuentra la resistencia al corte en masa de suelos y rocas 



Resistencia al corte y 

su significado físico 

Cuando el 

esfuerzo cortante 

supera el limite 

de resistencia 

cortante las 

partículas se 

mueven la una 

respecto a la 

otras secundo un 

a superficie de 

mínima 

resistencia 

Resistencia 

friccional 




Fricción y ángulo de fricción f 

Es equivalente a el ángulo que 

la resultante R tiene con la 

dirección de la fuerza normal 

Aplicada. 

En términos de presión el 

valor limite de resistencia al 

deslizamiento está relacionado 

en modo linear al producto 

de a la tangente de f por el 

esfuerzo normal aplicado 


Principio de fricción en el deslizamiento de un cuerpo arriba de un plano inclinado 



De Vallejo et al. (2002) 

Desarrollo de fuerza tangenciales y 

normales al punto de contacto de 

partículas del suelo 

Suelo granular cementado y potencial 

superficie de ruptura entre los gránulos 



Resistencia cohesiva 

t 

s n =0 

Resistencia 

al corte 

t c s 

n 

tanf 

Ecuación de Coulomb 

A la resistencia friccional se junta una componente que se manifiesta 

in manera directa cuando valores de presión normal son cerca de cero 

En este caso , con esfuerzo normal =0, toda la resistencia tangencial es sostenida da 

esta “COHESION “ 



De Vallejo et al. (2002) 

Resistencia al corte 

en términos de stress 

eficaz 

t c' 

s 

' 

n 

tanf' 

Ecuación de Coulomb 

Versión 1.4 Last update 28 -04-2014 


t c' 

s 

' 

n 

tan f' 

Suelos gruesos no -cohesivos 

Ecuación de Coulomb en términos de stress eficaz 

c' 

 

0 

s ' n 

lim0 

 

t 

 

0 

Hay resistencia la corte cerca de cero en condiciones de estrés eficaz normal 

cerca de cero . Esto por suelos gruesos no -cohesivos . 



t c' 

s 

' 

n 

tan f' 

Suelos finos cohesivos . 

Ecuación de Coulomb en términos de stress eficaz 

c' 

 

0 

s ' 

n 

lim0 

 

t 

 

c' 

Tal vez Hay resistencia al corte >0 también en condiciones de 

estrés eficaz normal cerca de cero . Esto por suelos finos 

cohesivos . 



Resistencia cohesiva 

La resistencia cohesiva ésta 

relacionada a la presencia de 

Varios tipos de enlace físico y 

químico entre las partículas 

solidas de suelos y rocas 

La cohesión ésta 

macroscópicamente 

relacionada con la plasticidad y 

la capacitad de remodelar una 

muestra de suelo 

Limo 

Arcilla 

Limo 

arcilla 



Resistencia al corte en suelos 

Suelos fino y arcillosos: 

Efecto minerales arcillosos y 

contenido de agua 


Suelos gruesos y Angulo de 

fricción Dependiendo del 

índice de vacíos e. Estos 

suelos (casi) no tienen 

cohesión 


Direct shear box 



Direct shear cell 

Para rocas en sitio 



Pruebas de corte directo ( direct shear box ) 

s n2 

s n3 

s n1 

t 

t 

t 

t 

s n1 

s n2 

s n3 

s 

n 

s 

n 

s 

1 2 n3 

Diferentes Pruebas (3 o mas) de corte directo con presión normal creciente, 

registrando la deformación tangencial hasta ruptura y mas allá .. 



s n3 

s n2 

s n1 

f p 

f r 

Construcción de curvas de ruptura de pico e residual con pruebas de corte directo 

(direct shear box). Con Las parejas de puntos ( , s n ) que corresponden a las 

condiciones de stress de pico a ruptura y residuales se hace un grafico y que se usa 

Previa una interpolación linear de estos puntos la determinación del ángulo de f 

ricion interna de pico f y residual f , y se a caso de la intercepta de Cohesión C 

p 

r 

t 



Mohr-Culoumb 

criterio de ruptura 

Curva general de la 

condiciones al borde 

de ruptura 





Mohr-Culoumb 

criterio de ruptura 



Ejemplos de resultados en Pruebas de corte directo ( direct shear box ) 

Tipos de curvas y Materiales: 

Coesivos (a) , no cohesivos (b), 

Rocas y suelos (c), 

Ruptura con Deformación frágil 

y dúctil (d) , 

Angulo de fricción de pico y 

residual (e). 



Angulo de fricción 

interna y cohesión de 

suelos y rocas 

Suelos gruesos 

Rocas fracturadas 

Arcillas, suelos finos 

Rocas 

muestras 

intactas 



…..Otra tabla por geomateriales no cohesivos (suelos gruesos) 

N.B.: la mayoría de lo s materiales tiene ángulos > 30 grados 



Valores de ángulo de fricción dependiendo de tipo de gradación , 

textura y densidad en un suelo grueso 



Valores de ángulo de fricción en función de la densidad(seca) y densidad relativa 

en suelos gruesos 



…… Otra tabla por suelos cohesivos 

N.B.: la mayoría de lo s 

materiales tiene ángulos 

< 30 grados 

Valores de ángulo de fricción 

y cohesión dependiendo de 

cantidad de gruesos en 

suelos finos 



Valores de ángulo de fricción(de pico y residual en función de el 

índice de plasticidad del suelo por suelos de origen sedimentaria 

(la mayoría de los casos) y suelos con contenido de coloides 

(minerales arcillosos) en condiciones amorfa (no cristalina) (allofhanic soils) 



Superficie de ruptura en le suelo debida a shear stress (microscopio electrónico ) 



Resistencia al corte 

en rocas y macizos rocos 



Compression 

Traccion 

Corte 



Resistencia al corte en 

discontinuidad 

Efecto microscópico 

i = angulo de 

dilatancia 

Rugosidad de las 

superficies de 


Versión 1.4 Last update 28 -04-2014 


Resistencia al corte en 


Efecto microscópico 

i = angulo de 

dilatancia 



Tabla de JCR 

Criterio de Barton (1985) y Patton (1966) 

para resistencia al corte en discontinuidad 

JRC = coeficiente adimensional de rugosidad ) 

JCS = resistencia compresión uniaxial en 

la superficie de la discontinuidad ( Mpa) 

s n = presión normal a la superficie de 


f b = ángulo de fricción basal (o residual) 

Barton (1985) 

Patton (1966) 



Criterio de Barton (1985) y Patton 

1966 para resistencia al corte en 

discontinuidad. 

Valuación de JRC por medición de 

rugosidad 





Tilt test y fórmula para calcular el ángulo de fricción basal 



Ángulos de fricción basal de diferentes tipos de rocas 



Clasificación 

aberturas 

discontinuidades /fracturas 



Curvas de deformación rupturas per rocas intactas y en rocas con discontinuidades 



ROCAS 



Resistencia al corte de material de 

rellenos de discontinuidades en rocas 

Fill (relleno de 

discontinuidad ) 

roptura 

Roca intacta 



Resistencia al corte de macizos rocosos 

Macizo rocoso: Conjunto roca intacta y 




La resistencia al corte de un 

macizo rocosos está relacionada 

Al tipo de rocas, dimensión de 

los elementos intactos, densidad 

y características de las rocas de 

fracturas, nivel de intemperismo 

de las rocas, presión del agua y 

circulación. 

Clasificación macizo rocoso 

Parámetros geomecanicos 

E y f y c’ 



Modelo de clasificaciones tratados en la parte II: 

• RMR (rock mass rating, Beniawski (1989) - parte II (pag 33-44) 

• GSI (geological strenght index , Hoek 1994, 2002, 2006) – (pag 46-57) 

RMR 

RMR= suma de puntuación de 5 factores 

Parámetros base la clasificación: 

• Resistencia a compresión simple de la roca 

intacta 

• RQD 

• Espaciamiento de discontinuidades 

• Condición de las discontinuidades 

• Condiciones de agua subterránea 

• Orientación de discontinuidades 

Revisar en la parte II 

como obtener el 

índice RMR 

La suma de estos factores es entre 0 y 100 



Correlación 

El RMR está correlacionado empíricamente con 

el módulo de Young del macizo rocoso roca: 


E = 2 * RMR − 100GPa (para RMR>50) 

E = 10 

(RMR − 10) / 40 


c’ f 

Parámetros de resistencia al corte da clasificación RMR de un macizo rocoso 



Clasificación GSI (Hoek, 1994; Hoek et al. 1995;Hoek et al. 2002) 

El GSI es un sistema para la estimación de las propiedades 

geomecánicas del macizo rocoso a partir de observaciones 

geológicas de campo. 

Las observaciones se basan en la apariencia del macizo a 

nivel de estructura y a nivel de condición de la superficies 

de la discontinuidades. 

A nivel de estructura se tiene en cuenta el nivel de 

alteración que sufren las rocas, discontinuidad que existe 

entre ellas. 

Por las condiciones de la superficie, se tiene en cuenta si 

ésta esta alterada, si ha sufrido erosión o que tipo de textura 

presenta, y el tipo de alteración existente 

Revisar en la 

parte II 

como 

obtener el 

índice GSI 

Roclab 1.0 viejo ma excelente freware software da: 

http://download.rocscience.com 

(ahora ya no esta disponible freeware) 



Roclab 1.0 software freeware de Rocscience inc. : estuvo libre 

hasta el 2014 … pero ahora no. Pero hay una solucion alternativa.. 



ORMAS 1.0 una solucion alternativa.. 

http://www.roozbehgm.com/codes/ormas/ormas.html 

De hecho es equivalnete a la funcionalitades de ROCLAB 1.0 pero es 

on-line y de uso libre.. 



Paso 1 - evaluar la estructura de 

un macizo rocoso 



Paso 2 - indicar la resistencia a la 

Compresión uniaxial de 

la roca intacta 



Paso 3 - indicar el tipo 

litologico 



Paso 4 - indicar el factor 

de disturbo 



Parametros 

macizo rocoso 

Valore finales 



Parámetros mecánicos desde RMR y GSI 

Diferencias fundamentales : 

1) RMR permite de evaluar parámetros aproximados y estáticos 

2) GSI permite de evaluar parámetros dinámicos, ósea que dependen da el 

Estado tensional de cada especifico lugar (ejemplo en superficie o en 

profundidad ) de un macizo rocoso . 

3) En este sentido GSI permite de asociar a casa punto un particular modelo 

non linear de círculos de Mohr 



Comparación valores 

tabla beniawski (RMR) y 

datos experimentales 

De resistencia al corte 

En macizo rocos 

non saturados 

y saturados 

Se observa que los 

valore según la tabla 

Beniawski (RMR) sobra 

estiman de mucho 

El ángulo de ficción y 

la cohesión. 



Estima rápida de valores de Angulo de fricción interna y de cohesión de 

macizo rocoso con modelo GSI 

Nota: el coeficiente mi depende del tipo litológico (se vean los apuntes en parte II) 



Fracción 

ee Resistencia 

compresión 

uniaxial macizo 

rocoso y de la 

roca 

Intacta.. 

s 

s 

cm 

c 

Dependiendo 

del tipo de 

clasificación 

de macizo 

Rocoso 

(Hoek 2004) 



Ejemplo Clasificación GSI 

Unidad 1: estratos y bloques 

angulares con muchas familias 

de discontinuidades. Medio 

Nivel de alteración de la 

superficies. 

GSI =45-35 

Unidad 1 

Unidad 2 

Unidad 2: estructura con 

alto nivel de disturbo y muy 

poca interconexión entre 

bloques, que se encuentran 

muy fragmentados y alterados 

GSI =20-10 



Resistencia al corte: pruebas de laboratorio 

1. Prueba corte directo 

2. Prueba triaxial 

3. Prueba compresión uniaxial 



Direct shear box 

O prueba de corte 

directo 



Pruebas de corte directo ( direct shear box ) 

s n2 

s n3 

s n1 

t 

t 

t 

t 

s n1 

s n2 

s n3 

s 

n 

s 

n 

s 

1 2 n3 

Diferentes Pruebas (3 o mas) de corte directo con presión normal creciente, 

registrando la deformación tangencial hasta ruptura y mas allá .. 



s n3 

s n2 

s n1 

f p 

f r 

Construcción de curvas de ruptura de pico e residual con pruebas de corte directo 

(direct shear box). Con Las parejas de puntos ( , s n ) que corresponden a las 

condiciones de stress de pico a ruptura y residuales se hace un grafico y que se usa 

Previa una interpolación linear de estos puntos la determinación del ángulo de f 

ricion interna de pico f y residual f , y se a caso de la intercepta de Cohesión C 

p 

r 

t 



Corte directo 

Condiciones básica de prueba : 

Suelos gruesos o granulares 

La densidad relativa del suelo 

grueso afecta el grafico en 

el plano tau-épsilon 

(deformación horizontal ) 



Ejemplos de resultados en Pruebas de corte directo ( direct shear box ) 

Tipos de curvas y Materiales: 

Coesivos (a) , no cohesivos (b), 

Rocas y suelos (c), 

Ruptura con Deformación frágil 

y dúctil (d) , 

Angulo de fricción de pico y 

residual (e). 



Suelos grueso (no cohesivo) 

Construcción de curvas de ruptura con direct shear box 

Suelo finos 



Valores de ángulo de fricción dependiendo de tipo de gradación , 

textura y densidad en suelos gruesos 



Valores de ángulo de fricción y cohesión dependiendo de cantidad 

de gruesos en suelos finos cohesivos 



Prueba triaxial 

Equipo de prueba 



Stress principales 

Stress deviatorico 

También se pude medir siempre , y en cada momento 

la presión de poros u adentro el ensayo 



Ensayos con su deformación final al termine de la prueba 



Condicione s de Prueba Triaxial 

Hay tres tipos principales de test 

1) CD test (consolidado drenado) 

Fase A: se incrementa 

la presión vertical y lateral 

incrementando la presión 

de poros sin drenaje 

Fase B) se aplica uno stress 

deviatorico y se 

permite el drenaje y la 

consolidacion 



CD test suelos árenos 

y arcilla normal 

consolidada 

CD test arcilla 

sobra consolidada 



2) CU test (consolidado no drenado) 

Fase A: se incrementa la presión vertical y lateral 

incrementando la presión de poros con drenaje 

permitiendo la consolidacion 

Fase B) se aplica uno stress deviatorico y sin permitir el drenaje hasta 

ruptura 

En cada momento esta posible 

Conocer el stress totale y el stress eficaz 



3) UU test (no consolidado -no drenado) 

Fase A: se incrementa la presión vertical y lateral 

incrementando la presión de poros sin drenaje 

Entonces non permitiendo la consolidacion 

Fase B) se aplica uno stress deviatorico y sin permitir el drenaje hasta 

ruptura 

Análisis en stress totales 



Construcion de graficos en prova triaxial 



Video acerca de la Prova Triaxial CD: 

https://www.youtube.com/watch?v=ogLO2Ac7Oig 



Prueba de compresión 

uniaxial no confinada 

(arcillas saturadas ) 

Nota bien: no hay presión de 

confinamiento lateral 

Sigma3 =0 



Pruebas 

en sitio 

pruebas en sitio para medición o estima 

de resistencia al corte 



Prueba VST 

(Vane shear test) 



Pruebas en sitio 



Vane test 

Insertado en suelos finos y 

Arcillosos. Y la resistencia la corte 

en condiciones de no drenaje se 

Calcula con: 

c u 

 

6 

7 

 

 

T 

d 

3 

T es el torque 

(momento de la fuerza ) que se 

aplica para iniciar el movimiento 



Cone penetration test CPT-CPTU 

(ASTM D-5778) 



Cone penetration test 

CPT-CPTU 

CPTU con punta electrica 



Cone penetration test 

CPT-CPTU 

(ASTM D-5778) 



CPTU punta eléctrica 


Animacion prueba CPTU 

http://geosystems.ce.gatech.edu/Faculty/May 

ne/Research/misc/CPTu%20Animation.pps 


CPTU punta eléctrica ( diagrama de prueba y interpretación final ) 



CPTU punta eléctrica ( diagrama de prueba y interpretación final) 



CPTU punta eléctrica 

Clasificación de tipo de suelos con dato de prueba en sitio CPTU 



CPT derivación parámetros de 

Resistencia al corte en caso de 

suelos gruesos y no cohesivos 

En el ejemplo se estiman 

phi=34 grados 



Suelos NO Cohesivos 

CPT derivación parámetros de 

Resistencia al corte por suelos (no cohesivos y cohesivos ) 

Suelos Cohesivos 



Standard penetration test - SPT 









Mostrador y punta de prueba SPT 

Standard 

penetration test – SPT 

Recuperación y 

inspección muestra 



Correlaciones SPT y parámetros 

de resistencia al corte por suelos 

gruesos 

Standard penetration test 

(SPT) 






Arenosos medio fino 






Arenosos gruesos 






Cohesivos arcillosos 



Standard penetration test 

SPT 

Correlaciones SPT y 

parámetros 

de resistencia al corte por 

suelos 

Cohesivos arcillosos y 

limosos arcillosos 



Comparación pruebas en sitio 




Comparación pruebas en sitio 


Rocas-pruebas en sitio 

Determinación Resistencia compresión uniaxial (UCS) 

Schmidt’s Hammer para medición de la 

resistencia a la compresión uniaxial de 

rocas y concreto: aplicación en rocas. 



Rocas pruebas en sitio 


Schmidt’s Hammer detaille equipo 





Shmidt's Hammer -- UCS by N (Kihc & Teymen 2008) 

100 

UCS (MPa) 

10 

UCS=0.0137 N 2.2721 

1 

10 20 30 40 50 60 70 80 90 

N (Corrected rebound number) 

Schmidt’s Hammer: 

Evaluación de UCS por medio de 

numero de rebotes medidos 

(correlaciones experimentales..) 





Schmidt’s Hammer: 

Evaluación de 

modulo de Young 

Por medio de 

numero de rebotes 

medidos 

(correlaciones 

experimentales..)

Geotecnia_1_parte_VI

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