CAPITULO_5_ENSAYOS_DE_LABORATORIO_EN_SUE

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Capítulo 5 
 
ENSAYOS DE LABORATORIO 
EN SUELOS 
 
 
 
 
Índice del capitulo 
5.1. Clasificación de los suelos 
52. Parámetros de estado natural del suelo 
5.3. Parámetros de identificación de suelos 
5.4. Parámetros de resistencia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Los ensayos de laboratorio tienen como finalidad la caracterización y cuantificación de las 
propiedades geotécnicas de los distintos tipos de materiales descritos en el reconocimiento 
de terreno, llevado a cabo en la campaña de campo. Los parámetros geotécnicos que, como 
mínimo, se deben reconocer en un suelo son: 
 Parámetros de estado natural del suelo. 
 Humedad natural 
 Densidad seca 
 Peso específico de las partículas 
 Parámetros de identificación de suelos 
 Granulometría 
 Consistencia y plasticidad. Límites de Atterberg. 
 Sulfatos. 
 Materia orgánica. 
 Parámetros de resistencia 
 Angulo de rozamiento interno y cohesión. Ensayo de corte directo y triaxial. 
 Rotura a compresión simple. 
 Deformaciones por consolidación. Edómetro. 
 Presión de hinchamiento. Edómetro. 
En el estudio geotécnico, para poder definir la cimentación más adecuada, técnica y 
económicamente, se deben determinar las propiedades mecánicas del terreno de apoyo de la 
estructura. Por ejemplo, para calcular los asientos de un edificio se determina la 
comprensibilidad de suelo, valor que se utiliza en las ecuaciones basadas en la teoría de la 
consolidación de Terzaghi. Para calcular la estabilidad del talud, se determina la resistencia 
al corte del suelo y este valor se utiliza en ecuaciones de equilibrio estático. 
 En otros casos, no se dispone de ecuaciones racionales para llegar a soluciones 
cuantificadas, por ello se requiere una clasificación de los suelos en función de su 
comportamiento desde la óptica geotécnica. 
 Agrupar los suelos por la semejanza en sus comportamientos, aunque sea de forma 
empírica, permita resolver multitud de problemas. 
 Así se caracterizan los suelos por su granulometría y plasticidad, sin embargo, hay 
que tener precaución, ya que hay problemas de asentamientos o estabilidad que, considerando 
la clasificación únicamente, pueden dar resultados no deseados. 
 Las relaciones de fases constituyen una base esencial de la Mecánica de suelos. El 
grado de compacidad relativa de una arena es indicador del comportamiento de ese suelo. La 
curva granulométrica y los límites de Atterberg, que son muy útiles, implican la alteración 
del suelo y sus resultados no revelan el comportamiento del suelo in situ. 
 
 
 
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5.1 Clasificación de los suelos 
Los sistemas de clasificación de suelos más usuales son: 
 Sistema Unificado de Clasificación de suelo (U. S. C. S.). 
 Clasificación de AASHTO. 
El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (U. S. C. S.), propuesta por Arturo 
Casagrande (1942), es el más utilizado junto al sistema AASHTO o el de la ASTM, todos 
ellos basados en los Límites de Atterberg y en la granulometría. 
 Se consideran suelos granulares o finos según se distribuye el material que pasa el 
tamiz de 3” (75mm); el suelo fino cuando más del 50% del material pasa por el tamiz T#200, 
si no, es granular. 
a) Los suelos granulares se designan con los siguientes símbolos: 
Prefijos 
G Grava El 50% o más es retenido en el T4 
S Arena Si más del 50% pasa el T4 
 
Sufijos 
W Bien gradado P Mal gradado Depende del 𝐶𝑢 y 𝐶𝑐 
M Limoso C Arcilloso Depende del 𝑊𝐿 y del IP 
 
 Si menos del 5% pasa por el T #2000, los sufijos son W o P, según las valores de 𝐶𝑢 y 𝐶𝑐 
 Si más del 12% pasa por el T #200, los sufijos son M o C, dependiendo del límite 
líquido 𝑊𝐿 (LL) e índice de plasticidad (IP). 
 Si el porcentaje de finos está entre el 5% y el 12% se utilizan sufijos dobles (clase 
intermedia). 
b) Los suelos finos se designan con estos símbolos. 
Prefijos 
M Limo 
C Arcilla 
O Orgánico 
 
Sufijos 
L Baja plasticidad (LL<30%) En la carta de plasticidad 
separados por la línea A M Plasticidad media (LL entre 30 y 50) 
H Alta plasticidad (LL>50%) 
 
Esta clasificación está basada solo en los límites de Atterberg para la fracción, que 
pasa por el tamiz T#40 y se obtiene a partir de la carta de plasticidad de Casagrande, Figura 
5.1. 
 
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 Casagrande completo el sistema de clasificación de la Carta de Plasticidad, con datos 
de granulometría y definió el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (U. S. C. S.). en 
el cuadro 5.1, se escoge este sistema de clasificación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Cuadro 5.1 Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (U. S. C. S.). 
Grupos principales Símbolo 
de letras 
Descripción del suelo 
Suelos 
de grano 
grueso 
 
Más del 
50% del 
material 
queda 
retenido 
sobre el 
tamiz N° 
200 
Grava y suelos 
con grava 
 
Más del 50% 
de la fracción 
gruesa, queda 
retenida sobre 
el tamiz N°4 
Gravas 
limpias 
Finos <5% 
GW Gravas bien graduadas, 
mezclas de grava y arena con 
pocos finos o sin finos 
GP Gravas mal graduadas, 
mezclas de grava y arena con 
pocos finos o sin finos 
Gravas con 
finos 
Finos > 12% 
GM Gravas limosas, mezclas de 
grava-arena-limo 
GC Gravas arcillosas, mezclas de 
grava-arena-arcilla 
Arena y suelos 
arenosos 
Más del 50% 
de la fracción 
gruesa, pasa 
por el tamiz 
N°4 
 
Arenas 
limpias 
 
Finos < 5% 
SW Arenas bien graduadas, arenas 
con grava, con pocos finos o 
sin finos 
SP Arenas mal graduadas, arenas 
con grava, con pocos finos o- 
sin finos 
Arenas con 
finos 
 
Finos > 12% 
SM Arenas limosas, mezclas de 
arena-limo 
SC Arenas limosas, mezclas de 
arena-arcilla 
Suelos 
de grano 
fino 
 
Más del 
50% del 
,material 
pasa por 
el tamiz 
N°200 
 
 
 
Limos y arcillas 
Límite líquido menor que 50 
ML Limos inorgánicos, mezcla de 
limos-arenas fina y limos 
arcillosos poco plásticos 
CL Arcillas inorgánicas de 
plasticidad baja o media, 
arcillas arenosas, arcillas 
limosas. 
OL Limos orgánicos y arcillas 
limosas orgánicas poco 
plásticas 
 
Limos y arcillas 
Límite líquido mayor que 50 
MH Limos inorgánicos muy 
plásticos 
CH Arcillas inorgánicos muy 
plásticos 
OH Arenas orgánicas o limos 
orgánicos muy plásticos 
Suelos muy orgánicos PT Turba, humus, suelos con 
mucha materia orgánica 
5.2. Parámetros de estado natural del suelo 
 
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Los parámetros que definen el estado natural del suelo son los componentes fundamentales 
del mismo, partículas sólidas (fase solida) y gaseosa (fase gaseosa). A partir de estas fases 
constitutivas de un suelo se define la humedad y los pesos específicos (densidades). 
 
5.2.1. Contenido de Humedad 
El contenido de humedad afecta a importantes propiedades de los suelos de cara a su 
comportamiento en la ingeniería civil: 
 Estabilidad volumétrica: los cambios de humedad son la causa principal 
 Resistencia mecánica: la humedad la reduce, la compactación o el secado la eleva. La 
disolución de cristales (arcillas sensitivas) baja la resistencia. 
 Permeabilidad: la presión elevada de poros provoca deslizamientos y el flujo de agua, 
a través del suelo, puede originar tubificacion y arrastre de partículas sólidas. 
 Durabilidad: la meteorización, la erosión y la abrasión amenazan la vida útil de un 
suelo como elemento estructural o funcional. 
 Comprensibilidad: afecta a la permeabilidad, altera la magnitud y sentido de las 
fuerzas interarticular modificando la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y 
provocando desplazamientos. 
Las propiedades anteriores se pueden modificar o alterar de muchas formas: por medios 
mecánicos, drenaje, medios eléctricos, cambios de temperatura o adición de estabilizantes 
(cal, cemento, asfalto, sales, etc.) 
 
El contenido de humedad es la relación, en porcentaje del peso del agua del espécimen 
respecto al peso de los sólidos. Por eso hay que determinar cuál es el peso del agua. Para 
ello, conviene indicar que existen varias formas de aguaen el suelo y que unas requieren 
más temperatura y tiempo de secado que otras para ser eliminadas. En consecuencia, el 
concepto suelo seco es arbitrario, como lo es el agua que pesemos en el suelo de muestra. 
 
El suelo seco es el que se ha secado en estufa, a temperatura de entre 105°C – 110°C, 
hasta conseguir un peso constante durante 18 o 24 horas. 
 
El valor teórico del contenido de humedad varía entre: 0<s<&.En la práctica, las 
humedades varían de 0(cero), hasta valores del 100% e incluso puede alcanzar valores del 
500% ó 600%(México). 
 
 
 
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Obtención del Contenido de Humedad 
La humedad de un suelo ( w) es una relación de pesos y establece como el cociente entre el 
peso del agua contenida en los poros de una determinada muestra de suelo (Ww) y el peso 
de la muestra seca (Ws), o del peso del sólido. 𝑤 = 𝑊𝑤. 100𝑊𝑠 
El ensayo se realiza sobre una muestra inalterada. El equipo necesario consta de un 
recipiente para la humedad y un horno con control de temperatura adecuado. 
Este ensayo rutinario determina la cantidad de agua presente en la muestra de suelo, en 
términos de su peso en seco (que es una cantidad constante). 
Procedimiento 
 
 Pesar (con tapa) la capsula de humedad. Su tamaño es, usualmente, ϕ= 5 cm y h= 3 cm. 
 Colocar la muestra de suelo (suficiente) en la capsula y pesarla en los primeros minutos 
de extraída la muestra (húmeda). 
 Llevar la muestra al horno y secarla hasta mostrar un peso constante. Registrar el peso 
seco (con tapa).La temperatura de secado debe ser 110°C±5°C y el tiempo de secado 
de 12 a 18 horas. 
Norma de realización del ensayo: UNE 103 300-93 
5.2.2. Peso específico de las partículas 
El peso específico (ў) es la relación del peso del elemento considerando (W) por unidad de 
volumen (V), en condiciones de laboratorio y por tanto, a su peso unitario. 
y= 𝑊𝑉 
 
Coloquialmente se confunde, en geotecnia, la magnitud de peso específico con la 
densidad. Se trata de magnitudes de valor numérico aproximadamente igual. 
En geotecnia solo interesa la gravedad específica de la fase solida del suelo (Ym) dada 
por Ym/Yw pero referida al peso unitario de la fase liquida del suelo (Yw), para efectos 
prácticos. 
5.2.3. Peso unitario del suelo 
Es el producto de su densidad por la aceleración de gravedad. 
 𝑌 = 𝑊𝑉 = 𝑝. 𝑔 
 
 
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 El valor depende, entre otros, del contenido de agua del suelo. Este puede variar del estado 
seco (Yd) hasta el saturado (Ysat). 
Norma de realización del ensayo: UNE 103 301-94 
5.2.4. Peso unitario del agua y de los solidos 
El peso unitario del agua es la relación entre el peso sumergido de la muestra (Ws) y el 
volumen de agua de dicha muestra (Vw). 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎: 𝑌𝑤 = 𝑊𝑤𝑉𝑤 
El peso unitario del suelo seco se establece como la relación entre el peso del solido (Ws) 
y el volumen total que ocupa la muestra (Vt). 
 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜: 𝑌𝑑 = 𝑊𝑠𝑉𝑡 
 El peso unitario del suelo húmedo se establece como la relación entre el peso total de 
sólido y agua (Wt) y el volumen total que ocupa la muestra (Vt). 
 
 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑜 ℎú𝑚𝑒𝑑𝑜: 𝑌𝑡 = 𝑊𝑡𝑉𝑡 
En el suelo, Ws es prácticamente una constante, no así en Ww ni en Wt. 
En general los suelos presentan gravedades especificas GS con valores comprendidos entre 
2,5 y 3,1 (adimensional). El valor más frecuente es 2,65 y se asume este como valor máximo de 
GS teórico. 
Los suelos bien compactados presentan pesos unitarios de entre 2,2 gr/cm3 a 2,3 gr/cm3, en 
suelo en estado seco (Yd) para gravas bien graduadas y gravas limosas. 
5.2.5. Peso unitario sumergido 
Esta supone considerar el suelo saturado y sumergido, Al sumergirse, según Arquímedes, el 
suelo experimenta un empuje, hacia arriba, igual al peso de agua desalojada. 
 𝑌 = 𝑊𝑠𝑎𝑡−𝑊𝑤𝑉𝑡 = 𝑊𝑠𝑎𝑡−𝑉𝑡"𝑌𝑤𝑉𝑡 = 𝑌𝑠𝑎𝑡 − 𝑌𝑤 
 El peso unitario sumergido es:𝑌" = 𝑌𝑠𝑎𝑡 − 𝑌𝑤 
 Únicamente se puede considerar este concepto en el caso de suelos sumergidos. En 
la situación bajo el Nivel Freático del suelo. 
 
 
 
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5.3. Parámetros de identificación de suelos 
La separación en laboratorio de las partículas de distintas tamaños que constituyen un suelo puede 
utilizarse para conocer su comportamiento geotécnico y clasificarlos. 
5.3.1. Granulometría 
La determinación del tamaño de partículas de un suelo se realiza mediante el análisis 
granulométrico. 
Análisis Granulométrico 
El análisis granulométrico nos permite determinar la proporción en que participa los granos 
de suelo, en función de sus tamaños. Esta proporción se llama gradación del suelo. 
 
Métodos de análisis granulométrico 
Comprende dos clases de ensayos pues no es posible separar las partículas mediante el 
tamizado: 
 El de tamizado para las partículas grueso- granulares (gravas, arenas) y 
 El de sedimentación para la fracción fina del suelo (limos, arcillas). 
 
a) Tamizado 
 
Una vez se pasa el suelo por la estufa y se pulveriza, se hace pasar por una serie 
organizada de tamices con diámetro de agujeros de tamaño decrecientes y conocidos. 
El primer tamiz es el de mayor tamaño y es donde se inicia el tamizado. El primer 
tamiz es el de mayor tamaño y es donde se inicia el tamizado. El grupo se protege 
tapándolo con el fin de evitar pérdidas de finos; el ultimo tamiz esta abajo y se apoya 
sobre un recipiente de la misma forma que los tamices, que es el que recibe el material 
más fino no retenido por ningún tamiz. 
 
Con sacudidas horizontales y golpes verticales, mecánicos o manuales, se hace 
pasar el suelo por la serie de tamices, de arriba abajo, para luego pesar por separado 
el suelo en cada malla. 
 
Norma de realización del ensayo: UNE 103 101-95 Y UNE 103 102-95. 
b) Sedimentación 
 
Existen dos métodos, el de hidrómetro y el de la pipeta. Ambos métodos están 
basados en las características de la sedimentación de las partículas del suelo en un 
medio acuoso. 
 
 
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Se aplican estos métodos, al suelo fino, es decir al que ha quedado en el fondo 
de los tamices y que se denomina pasa- 200, que es el material constituido por limos 
y arcillas. 
 
Norma de realización del ensayo: UNE 103 101-95 
Curva granulométrica 
Los resultados de los ensayos de tamizado y sedimentación se representan en un gráfico 
llamado curva granulométrica, definida por un número de puntos equivalentes al diámetro de 
tamiz (tamaño de la partícula) y en el de ordenandos, a escala aritmética, el porcentaje de 
muestra que pasa por un determinado tamiz, Figura 5.2 
 
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Figura 5.2. Curva granulométrica de un suelo granular 
Se presentan, a continuación, unos ejemplos y sus curvas granulométricas 
correspondientes para los siguientes tipos de suelos: 
 
 Suelo A: suelo bien graduado y de grano grueso. 
 
 Suelo B: suelo mal graduado, poco uniforme (curva parada sin extensión) 
 
 Suelo C: Suelo arcilloso o limoso (fino) 
 
Si se dibuja la curva de distribución no acumulada de las frecuencias de los tamaños 
anteriores, su forma indicaría si los tamaños varían en un rango amplio (curva C) o estrecho 
(curva B); si el rango tiende a los tamaños mayores del suelo grueso (A) o a los menores del 
suelo fino (C). 
Si todos los tamaños tienen proporciones en peso relativamente iguales, el rango es 
amplio y la curva suave, el suelo será así, bien graduado (A y C). La mala gradación puede 
ser debida a la falta de extensión (B) o por discontinuidad, Figura 5.3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 
5.3. Curva granulométrica de los suelos A, B y C 
 
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Esta clasificación es necesaria en geotecnia pero no es suficiente para explicar el 
comportamiento de los suelos, por lo que se complementa siempre con el ensayo de límites 
de Atterberg, que caracterizan la plasticidad y consistencia de los finos en función del 
contenido de humedad. 
A partir del análisis de la curva granulométrica se pueden deducir algunos metros 
geotécnicos: 
 Diámetro eficaz (D10). Aquel por el que pasael 10%, en peso, de las partículas finas 
de un suelo. 
 
 Coeficiente de uniformidad (Cu). Definido como el cociente entre el diámetro por el 
que pasan el 60% de las partículas, en peso y el diámetro por el que pasan el 10% o 
diámetro eficaz 
 𝐶𝑢 = 𝐷60𝐷10 
 
 Coeficiente de curvatura (Cc). Definido como el cociente entre el cuadrado del 
diámetro por el que pasan el 30% de las partículas, en peso y producto del diámetro 
por el que pasa el 10% / diámetro eficaz) por el diámetro por el que pasa el 60% de 
las partículas en peso, contenidas en el suelo. 𝐶𝑐 = 𝐷302𝐷10. 𝐷60 
Cuando un suelo tiene una granulometría abierta (Cu>5) y una curva continua 
(1<Cc<3) se puede decir que se trata de un suelo bien graduado. 
Cuanto más alto sea Cu mayor será el rango de tamaños del suelo. Los Di, con 
i=10,30,60, son los tamaños de diámetros de partículas, para el cual el i(%) del material es 
más fino que ese tamaño. 
5.3.2. Consistencia y plasticidad. Límites de Atterberg. 
La mecánica de suelos, el término consistencia se utiliza para los suelos finos que, 
dependiendo del contenido del agua y su mineralogía, fluyen sin romperse. 
La plasticidad de un suelo se atribuye a la deformación de la capa de agua absorbida alrededor 
de los minerales; desplazándose como una sustancia viscosa a lo largo de la superficie 
mineral, sontrolada por la atracción iónica. Así, por ejemplo, la plasticidad en las arcillas, 
por su forma aplanada (filosilicatos) y pequeño tamaño, es alta. Por ello, la plasticidad del 
suelo, depende del contenido de arcilla. 
Atterberg (1911) estableció arbitrariamente tres límites para los cuatro estados de la materia, 
así tendremos: 
 
 
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Estado líquido. 𝐿í𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑤𝐿(𝐿𝐿) 
Estado plástico. 𝐿í𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑝𝑙á𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜 𝑊𝑃(𝐿𝑃) 
Estado semisólido. 𝐿í𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑊𝑆(𝐿𝑅) 
Estado sólido. 
 
Un suelo (arcilla o limo) está en estado líquido cuando se comporta como un fluido viscoso, 
deformandose por su propio peso y con resistencia a la cizalladura casi nula 
 Al perder agua ese suelo pierde su fluidez pero continúa deformándose plásticamente, 
dado que pierde su forma sin agrietarse. Si se continúa con el proceso de secado, el suelo 
alcanza el estado semisólido, que es cuando al intentar el remoldearlo se desmorona. Si se 
saca más agua, Ilega un punto en el cual su volumen del suelo ya no se reduce por la pérdida 
de agua, y el color toma un tono más claro, el estado del suelo se define como sólido. 
 El estado plástico se da en un rango estrecho de humedades, comprendidas entre el límite 
líquido y el límite plástico. Este rango se conoce como índice de plasticidad IP 
IP =WL - Wp, diferencia de contenido de humedades en los LL y Lp 
 En consecuencia, los límites de Atterberg son contenidos de humedad del suelo para 
suelos finos (limos, arcillas), solamente. 
 
Índice de liquidez (IL) 
El contenido de humedad natural (o), que presente una arcilla o un limo en el cómo puede 
compararse con sus límites Wp y WL mediante el citado índice de liquidez, IL 
IL= 
W−Wp𝐼𝑃 .100 ; (en %) 
 Si IL100%, el suelo en el campo está cerca al LL; 
 Si IL>0%, el suelo en el campo está cerca al LP. 
 Pueden presentarse arcillas con IL <0, cuando 𝜔 < 𝜔p 
Limite líquido (LL) 
 
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Es el contenido de humedad (𝜔L) requerido para que una muestra, en el aparato de 
Casagrande, cierre una ranura de 1/2" de amplitud, a los 25 golpes generados a la capsula de 
bronce, con un ritmo de dos golpes por segundo, Figura 5.4. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5.4. Cuchara de Casagrande. Obtención del límite liquido (cortesía de Euroconsut) 
 
Los valores habituales del limite líquido son: 
 arcillas del 40% a 60%, 
 limos de 25% a 50%; 
 en arenas no se obtienen resultados. 
Norma de realización del ensayo: UNE 103 103-94, 
 
Limite plástico (LP) 
Es el contenido menor de humedad (𝜔p) para el cual el suelo se deja moldear. Para su 
determinación se toman bolas de suelo húmedo y se forman rollitos de 1/8" sobre una 
superficie plana, lisa y no absorbente. Sin agrietarse el suelo, no hay LP y con muchas grietas 
tampoco. 
Los valores típicos del límite plástico son: 
 Entre arenas y arcillas se encuentran entre el 5% y 30%. 
 En arenas la prueba no es posible realizarla al carecer de cohesión. 
Norma de realización del ensayo: UNE 103 104-94. 
 
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Límite de retracción, (LR) o límite de contracción 
Se define el límite de retracción como el máximo contenido de agua (Wi), al cual una 
reducción en su humedad no produce una disminución en el volumen de la masa del suelo. 
 
Para medirlo, se coloca en una cápsula el suelo húmedo (𝜔 - 𝜔𝐿) y se determina su peso Wi 
y su volumen Vi, siendo Vi, también el volumen de la cápsula. 
 
Se seca el suelo en la estufa y se obtiene su peso (W𝑓) y volumen (V𝑓). El problema está en 
obtener V𝑓, el cual se logra conociendo el peso del mercurio desplazado por el suelo seco, 
operación que es delicada. Así se tiene: 
 
LR = 
(Wi−W𝑓)−(𝑉𝑖−𝑉𝑓). 𝛾𝑊𝑊𝑓 . 100 
 
Donde: (𝑉𝑖 − 𝑉𝑓) 𝛾𝑊; es el peso del agua perdida. (Wi − W𝑓) − (𝑉𝑖 − 𝑉𝑓). 𝛾𝑊; es el peso del agua en la muestra cuando está en el límite de 
retracción. 
El límite de retracción se denomina también límite de contracción del suelo. 
Los valores habituales del límite de retracción son: 
 Arcillas del 4% a 14%, 
 Limos del 15% a 0%; 
 En arenas no se da el cambio del volumen por secado. 
Índice de consistencia (IC) 
La situación relativa de la humedad (𝜔) respecto a los estados limite se pu medir con el índice 
de consistencia. Puede tener valores negativos y superiores al 100% 
 
IC = 
𝜔𝐿− 𝜔 𝜔𝐿− 𝜔𝑃 . 100 
 
Índice de retracción (IR) 
Indica la amplitud del rango de humedades dentro del cual el sueco se encuentra en estado 
semisólido. Viene dado por la expresión: 
 
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IR = LR-LP 
5.3.3. Ensayos químicos 
La finalidad de los ensayos químicos realizados en muestras de terreno y agua es la de 
detectar la presencia de diferentes sustancias en el terreno, con la finalidad de determinar si 
la concentración obtenida puede afectar a la durabilidad del hormigón de los elementos de 
cimentación y contención de las estructuras. Se describen a continuación, los ensayos 
químicos más determinantes, 
Contenido en sulfatos solubles 
Su determinación consiste en obtener la proporción de sulfatos solubles en agua pasándolos 
a disolución mediante agitación con agua y precipitando luego los sulfatos disueltos 
(procedentes del suelo) con una disolución de cloruro bárico. El procedimiento seguido es el 
habitual en cualquier graviometria. 
 En el caso de existencia de sulfatos en el suelo o el agua, el cemento deberá poseer la 
caracteristicas adicional de resistencia a los sulfatos, según la norma EHE-88. Siempre que 
su contenido sea mayor que 600 mg/l, en el caso de aguas, o igual o mayor que 3.000 mg/kg, 
en el caso de suelos. 
 Norma de realización del ensayo: UNE 83 963-08. 
Contenido en materia orgánica 
La materia orgánica aporta acidez al medio, lo cual perjudica la durabilidad del hormigon. 
Su determinación consiste en obtener el porcentaje de matera organica de una muestra de 
suelo como el cociente entre los centimetros cúbicos de solución de permanganato al 0,1 N 
gastados, multiplicados por el factor de normalidad y los gramos de muestra ensayados. 
 Se realiza un análisis cuantitativo para determinar el contenido de materia orgánica oxidable 
de un suelo. el resultado es un porcentaje (%) de materia orgánica ene le suelo. 
 Norma de realización del ensayo: UNE 103 204-93. 
5.4 PARAMETROS DE RESISTENCIA DEL SUELO 
 Cuando se somete a una masa de suelo a un incremento de presiones (ejecución de una 
estructura de cimentación), se generarán en el suelo, esfuerzos que tratarán de mantener el 
equilibrio existente antes de aplicar estas presionesexternas. 
 Cuando la carga aplicada supera a la resultante de los esfuerzos interiores de La 
masa de suelo se romperá el equilibrio existente y se producirán planos de deslizamiento, que 
no son otra cosa que planos en los cuales una masa de suelo tiene un movimiento relativo 
respecto a otra. 
 El comportamiento de un suelo al modificar su estado tensional puede ensayar en 
laboratorio y obtener sus parámetros de resistencia. en geotécnica, cuando se habla de 
resistencia de un suelo se entiende como su resistencia al corte 
 
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5.4.1 ENSAYOS DE CORTE DIRECTO 
El ensayo de corte directo es una prueba relativamente sencilla que produce la rotura de un 
suelo, tal como lo propuso coulomb y permite determinar los parámetros de resistentes al 
esfuerzo cortante de una muestra de suelo en la caja de corte directo. 
 El criterio de rotura en suelo (propuesto por coulomb) relaciona las tensiones 
normales y las tensiones tangenciales actuando en cualquier plano del suelo. 
 Según el criterio de rotura de Mohr – Coulomb, la resistencia de un suelo es una 
función de su resistencia al deslizamiento (resistencia al esfuerzo cortante) y depende de: 
a) Fuerza normal entre superficie deslizante y fija. 
b) Rozamiento entre partículas. 
c) Cohesión. 
 
En el suelo se produce del deslizamiento cuando 
 𝜏 = 𝜎. 𝑡𝑔𝜑 
Siendo, 
 𝜑, el ángulo de rozamiento interno, constante al suelo. 
 𝜎, la tensión normal al plano del suelo. 
 No todos los suelos se comportan igual. Las arcillas presentan cohesión, 
independientemente de la fuerza normal entre superficie deslizante y fija, que también aporta 
resistencia. la cohesión se representa por c, que es la constante del suelo. 
 Este criterio de rotura relaciona tensiones normales y tensiones tangenciales 
actuando en cualquier plano del suelo. Según este criterio, la ley que regula el 
comportamiento resistente de un suelo es: 𝜏 = 𝑐 + 𝜎𝑛 ∗ 𝑡𝑔∅ 
Donde, 𝜏, resistencia la corte del terreno a favor de un determinado plano , en KN/𝑚2. 
 𝑐,cohesión , en KN/𝑚2. 𝜎𝑛,tensión total actuando sobre el mismo plano , en KN/𝑚2. 𝜑,, el ángulo de rozamiento interno, en grados. 
 
 Esta ecuación representa una recta en el espacio (𝜎𝑛, 𝜏) . a esta línea se denomina 
línea de resistencia intrínseca (LRI) o envolvente de rotura del suelo, figura 5.5 
 
20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 FIGURA 5.5 línea de resistencia intrínseca de un suelo. 
 
 La cohesión (c) es la ordenada en el origen de la línea de resistencia intrínseca y 
representa la máxima resistencia tangencial movilizable en un plano cuando la tensión 
normal en ese piano es nula. 𝜏 = 𝑐 + 𝜎𝑛 ∗ 𝑡𝑔∅ ; 𝜎𝑛 = 0 ; 𝜏 =c 
 Para diferentes tipos de suelo, las líneas de resistencia intrínseca (LRI), se representan 
en la figura 5.6 
 
 
21 
 
Línea A.- Suelos granulares en condiciones de drenaje (largo plazo) 
Línea B.- suelos cohesivos sin posibilidad d drenaje (corto plazo). 
Línea C.- cualquier tipo de suelo. 
 
figura 5.6 líneas de resistencia intrínseca para diferentes tipos de suelo. 
 En condiciones drenadas, suelo arenoso saturado, en el que se disipan los excesos 
de presión intersticial generados, la tensión normal aplicada se transforma en tensión 
efectiva: 
 𝜏 = 𝑐´ + 𝜎´ ∗ 𝑡𝑔∅´ 
Donde, 𝜏, resistencia la corte del terreno a favor de un determinado plano. 
 𝑐´, cohesión efectiva 𝜎´, (𝜎𝑛 − 𝑢) 𝑒𝑠 𝑙𝑎 tensión efectiva 𝜑´,, el ángulo de rozamiento interno efectiva. 
 
Además , puesto que en algunos tipos de suelos su comportamiento es variable en 
el tiempo , se hablara de una resistencia rápida o a corto plazo y otra resistencia lenta 
o a largo plazo , con parámetros 𝜑 y c distintos. 
a) DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO 
El ensayo de corte directo consiste en aplicar una fuerza horizontal que separa en dos partes 
una muestra de suelo, y medir cuanta fuerza es necesaria Para producir rotura. 
 
 Se lleva a cabo en una caja rígida de acero, de sección cuadrada, que se encuentra 
dividida en dos mitades y en cuyo interior se coloca la muestra de suelo. Se la denomina caja 
de corte directo. 
 La aplicación de la fuerza horizontal (tensión cortante) se realiza trasladando 
horizontalmente la parte inferior de la caja de corte, mientras que se impide el movimiento 
de la parte superior. 
 
 El ensayo se realiza sobre tres muestras idénticas del mismo suelo para tres cargas 
verticales distintas 
 
 
 
22 
b) FASES DEL ENSAYO 
El ensayo se realiza en las siguientes fases: 
1.- aplicación de una fuerza vertical (𝐹𝑣), que desarrolla una tensión normal (𝜎𝑛). 
 
 𝜎𝑛= 𝐹𝑣𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 
2.- aplicación de una fuerza horizontal (𝜏), que produce un desplazamiento horizontal . 
A la parte inferior de la caja de corte se le imprime una velocidad horizontal constante 
3. Medida simultánea del desplazamiento horizontal (∆𝐻) y de la fuerza horizontal 
aplicada y el desplazamiento vertical ((∆𝑉) 
Se mide a intervalos de tiempo determinados el desplazamiento horizontal y la reacción 
necesaria (𝐹ℎ) para impedir el desplazamiento de la parte superior de la caja de corte. La 
tensión tangencial en cada intervalo de tiempo será: 𝑡 = 𝐹ℎ𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 
La medida simultanea del desplazamiento vertical permite obtener los cambios de 
volumen del suelo en cada momento. 
El ensayo se realiza, como se ha dicho, sobre tres muestras idénticas del mismo suelo 
para tres cargas verticales distintas (𝐹𝑣), o, lo que es lo mismo, para tres tensiones normales 
distintas ((𝜎𝑛 = 𝐹𝑣/ 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎) 
o Para cada muestra se representa un diagrama de desplazamiento relativo horizontal 
(∆𝐻) frente a la carga horizontal creciente aplicada (t). 
 𝜏𝑟1 = 𝜎𝑛1 = 𝐹𝑉1/𝐴, 𝜏𝑟2 = 𝜎𝑛2 = 𝐹𝑉2/𝐴, 𝜏𝑟3 = 𝜎𝑛3 = 𝐹𝑉3/𝐴, 
 
o En la situación de rotura se tiene la tensión de rotura (𝜏𝑟), y la tensión vertical, (𝜎), 
que estarán sobre la línea de resistencia intrínseca del suelo. Se sitúan los tres puntos 
 
23 
de los tres ensayos en el diagrama y se dibuja la recta obteniéndose la cohesión (c) y 
el ángulo de rozamiento interno del suelo (∅). Figura 5.7. 𝜏 = 𝑐 + 𝜎𝑛. 𝑡𝑔∅ 
 
En el caso de suelos granulares densos y arcillas duras, se obtiene un valor máximo (pico) de 
la resistencia del suelo, (𝜏𝑝), y un valor último de la resistencia, que por seguridad es el que 
se toma como tensión de rotura , (𝜏𝑟). 
Figura 5.7. Representacion de la Linea de Resistencia intrinseca del suelo ensayado 
c) Equipo 
El aparato de corte directo consta de una caja de corte y dispositivos para aplicación de cargas 
verticales y horizontales, así como también deformimetros verticales y horizontales, Figura 5.8. 
Figura 5.8. Esquema del aparato de corte directo. Caja de corte 
d) Procedimiento de ensayo 
El ensayo se puede realizar sobre muestras inalteradas a fin de obtener resultados que se 
aproximen a las características que tiene el suelo en su estado natural y sobre muestras alteradas, 
 
24 
previamente separadas en el laboratorio, a fin de obtener características similares de compacidad 
y contenido de humedad a los que tendrá el material puesto en obra. 
Se utiliza el molde o se talla 3 probetas cuadradas con las siguientes dimensiones: 5 X 5 x 
1,8 cm. A continuación, se determina el peso, el volumen y el contenido de humedad de la 
muestra correspondiente. 
Se dispone la muestra en la caja de corte directo que debe estar inmovilizada con la ayuda de 
los seguros y la placa con los resaltes sobre la muestra, la esfera de acero sobre la placa de 
reparto y sobre ella e yugo de aplicación de la carga vertical. 
Sobre el yugo se coloca el extremo móvil de un deflectometro para medir las deformaciones 
verticales de la caja. Figura 5.9. 
 
Figura 5.9. Equipode corte directo (ETSIC) 
Se disponen las pesas necesarias para dar la presión vertical prevista. Se debe leer el asiento 
registrado en el deflectometro vertical y se mueve el volante del aparato hasta que el pistón 
toque la caja 
Se comienza el corte con una velocidad constante, equivalente a 1 división del anillo por 
segundo (0.002 mm/s), tomando lecturas del deflectometro de deformaciones horizontales, 
verticales y del anillo de carga cada 30 divisiones (30 segundos) 
 
25 
El corte se continua hasta alcanzar una estabilización de las lecturas del deflectometro del 
anillo de carga o hasta separar las dos unidades de la caja 6 mm. Una vez estabilizadas las 
lecturas se descarga el aparato, quitando las pesas que proporciona la presión vertical. Estas 
operaciones se repiten tres o cuatro veces, diferenciándose los ensayos en la presión vertical 
aplicada. 
La fuerza cortante en el estrato de suelo puede ser calculada con la siguiente expresión: 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝐴𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑥 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 
donde el factor de calibración es conocido. 
La resistencia al esfuerzo cortante se determina mediante la relación: 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒/𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 
La resistencia al esfuerzo normal se determina mediante la relación: 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙/𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 
Clasificación de los ensayos de corte directo 
1) Ensayo CD (consolidación y drenado) 
Mediante este ensayo se obtienen los parámetros resistentes del suelo en situación de 
drenaje, es decir, a largo plazo. 
 
En este ensayo se deja consolidar la muestra hasta que se disipen los excesos de 
presión intersticial generados, momento en el que se supone que la tensión normal 
aplicada se ha transformado en tensión efectiva. 
Si la velocidad de corte es lo suficientemente pequeña como para permitir que se disipe el 
exceso de presión intersticial generado por las tensiones tangenciales aplicadas, el ensayo se 
puede considerar drenado. 
La velocidad de ejecución del ensayo es siempre directamente a la permeabilidad del suelo 
ensayado. Se obtienen los parametros resistentes del suelo en tensiones efectivas (𝜎`), y en 
situación de drenaje, es decir, a largo plazo. 𝑡 = 𝑐′ + 𝜎′ . 𝑡𝑔∅′ 
donde, 𝜎′, (𝜎𝑛 − 𝑢) es la tensión efectiva. 𝑢, presión intersticial. 
c', cohesión efectiva. 𝜑′, ángulo de rozamiento interno efectivo. 
 
26 
 En condiciones drenadas las tensiones las tensiones totales y efectivas coincidirán. 
2) Ensayo CU (consolidado y no drenado) 
En este ensayo se obtiene el círculo de Mohr en la situación de rotura en tensiones totales. 
 En este ensayo se deja consolidar la muestra, pero no se deja que se disipen los 
excesos de presión intersticial generados. 
3) Ensayo UU (no consolidado y no drenado) 
En este ensayo, llamado rápido, se obtiene el círculo de Mohr en la situación de rotura en 
tensiones totales. Es un ensayo similar al descrito en los ensayos CD y CU, pero en este caso 
no se permite el drenaje del agua, por lo que se produce una rotura rápida del suelo. 
e) Resultados del ensayo. Ejemplo de tipo de suelo: arena arcillosa 
Para cada una de las 3 muestras se representa un diagrama de desplazamiento relativo 
horizontal, (deformación horizontal, ∆h), frente a la carga horizontal creciente aplicada, 
(tensión tangencial, 𝑡). 
En la situación de rotura, para cada muestra, se tiene la tensión de rotura(r), y la tensión 
normal (𝜎𝑛), que estarán sobre la línea de resistencia intrínseca del suelo (LRI). Se sitúan los 
tres puntos de los tres ensayos en el diagrama y se dibuja la recta, la línea de resistencia 
intrínseca (LRI), obteniéndose los parámetros de la cohesión y el ángulo de rozamiento 
interno del suelo, Figura 5.10. 
 
 
27 
El ensayo de corte directo presenta las siguientes limitaciones: 
 Es necesario extraer muestras inalteradas en sondeos. 
 La superficie de rotura es obligada. 
 Es difícil medir presiones intersticiales (para controlar el drenaje hay que variar la 
velocidad de desplazamiento horizontal). 
 El desplazamiento relativo del marco superior con respecto al inferior, provoca una 
variación en el área de corte de la probeta que hace que la tensión normal aplicada no 
se incremente. 
Norma de realización del ensayo: UNE 103 401-98 y ASTM D3080-04. 
 
 
5.4.2. Ensayo de Compresión simple 
Este ensayo determina la cohesión no drenada en suelos cohesivos. Consiste en 
aplicar una fuerza vertical sobre la muestra de suelo hasta producir su rotura. 
Realmente constituye un ensayo triaxial UU en donde la presión de cámara es nula. 
a) Descripción del ensayo 
El ensayo consiste en colocar una muestra de longitud adecuada, entre dos planchas 
(transfieren la carga al suelo), con piedras porosas insertadas. 
 Se aplica una carga axial y a medida que la muestra se deforma, se obtienen 
las cargas correspondientes. Se registra la carga de rotura y la de deformación. Estos 
datos se utilizan para calcular las áreas corregidas y la resistencia a la compresión no 
confinada. 
 En este ensayo, las muestras se llevan hasta que la carga aplicada en dicha 
muestra comience a decrecer o hasta que por lo menos se haya desarrollado una 
deformación unitaria del 20%. 
b) Equipo 
 Prensa de compresión con sistema de lectura de carga. 
 Deformimetro (lectura con precisión de 0.01 mm/división). 
c) Procedimiento de ensayo 
 Se preparan dos muestras cilíndricas, con relación 2 ≤ L/D ≤ 3. 
 Mantener las muestras húmedas con el fin de prevenir su desecamiento. 
 Calcular la deformación correspondiente al 20% de deformación unitaria para 
las muestras, de forma que, se pueda definir cuándo termina el ensayo, si la 
muestra recibe carga sin mostrar un pico antes de que dicha deformación 
unitaria suceda. 
 
28 
 Calcular la densidad (𝛾𝑔 , 𝛾𝑠) y el contenido de humedad (W) en porcentaje 
(%) de las muestras. 
 Situar la muestra en la máquina de compresión. Si los extremos no son 
perfectamente perpendiculares el eje de la muestra, la parte inicial de la curva 
de esfuerzo-deformación unitaria será plana hasta que el área total de la 
muestra contribuya a la resistencia y las deformaciones unitarias serán 
demasiado grandes para el esfuerzo calculado. 
 Establecer el cero en el equipo de carga aplicando una carga muy pequeña 
sobre la muestra. 
 Comenzar el cero en el equipo de carga aplicando una carga muy pequeña 
sobre la muestra. 
 Comenzar a cargar y tomar lecturas de carga y deformación (para un 
deformímetro de 0.01 mm/división) cada: 10, 25, 50, 75, 100 divisiones; y de 
aquí en adelante cada 50 a 10 divisiones del deformímetro, hasta que suceda 
uno de los siguientes casos: 
 La carga sobre la muestra decrece significativamente. 
 La carga se mantiene constante durante cuatro lecturas. 
 La deformación sobrepasa significativamente el 20% de la 
deformación unitaria. 
La curva esfuerzo-deformación unitaria se dibuja para obtener un valor 
promedio de 𝜎𝑛, para tomar simplemente el valor máximo de esfuerzo, Figura 
5.11. 
La deformación unitaria (𝜀) se calcula como: 
 𝜀 = ∆𝐿𝐿0 
Siendo, ∆𝐿: La deformación total de la muestra (axial), mm. 𝐿𝑜: La longitud original de la muestra, en mm. 
 
29 
La cohesión (c) de una muestra de suelo puede ser calculada (según la construcción del 
circulo de Mohr), Figura 5.12, o bien como la mitad del valor de la resistencia a compresión 
simple (RCS). 
 
El esfuerzo instantáneo (𝜎) del ensayo, sobre la muestra se calcula como: 𝜎𝑢 = 𝑃𝐴 
Siendo: 𝜎𝑢: resistencia a compresión simple qu. 
P: Carga sobre la muestra en cualquier instante para el correspondiente valor ∆𝐿. 
A: Área de la sección transversal de la muestra para la carga correspondiente P. 
El área sobre la cual actúa la carga P se debe corregir para permitir cierta tolerancia en 
la forma como el suelo es realmente cargado en el terreno. Esta corrección al área original de 
la muestra es conservadora, pues laresistencia ultima calculada de esta forma será menor que 
la que se podría calcular utilizando el área original. El área original Ao se corrige 
considerando que el volumen total del suelo permanece constante. 
El volumen total inicial de la muestra es: 𝑉𝑇: 𝐴𝑜𝑥𝐿𝑜 
Pero después de algún cambio (∆𝐿) en la longitud de la muestra sucede que: 𝑉𝑇 = 𝐴 ∗ (𝐿𝑜 − ∆𝐿) 
Igualando, simplificando y despejando el área corregida A, se obtiene: 
 
30 
𝐴 = 𝐴𝑜1 − 𝜀 
La relación longitud (L) – diámetro (D) de las muestras para el ensayo debe ser 
suficiente grande para evitar interferencias de planos potenciales de falla a 45° y suficiente 
corta para no obtener rotura de columna. La relación L/D que satisface estos criterios es: 2 < 𝐿𝐷 < 3 
Norma de realización del ensayo: UNE 103 400-93 y ASTM D2166-06 
5.4.3. Ensayo Edométrico 
 Mediante este ensayo se determina los parámetros necesarios para calcular las 
deformaciones por consolidación y los tiempos en que estas se producen. 
a) Descripción del ensayo 
El equipo utilizado para este ensayo se denomina Edómetro y aplica el principio 
introducido por Terzaghi para la compresión de una muestra no deformada, de altura 
pequeña con relación al diámetro, confinada lateralmente por un anillo rígido y 
colocada entre discos porosos. Si las condiciones reales corresponden a una situación 
de estrato semiabierto se emplea entonces un solo disco poroso. 
 
En general, en una cimentación de cargas no provocan un estado de deformación 
unidimensional, es decir con deformación lateral nula, pero con algunas reacciones 
resulta bastante habitual utilizar este modelo para estimar asientos de zaptas de, loza, 
terraplenes, etc., especialmente en suelos finos saturados. Entendiendo por suel o 
saturado aquel que tiene su matriz porosa llena por algún fluido y que, por tanto, solo 
estará compuesta por dos fases, el esqueleto sólido y le fluido intersticial que 
normalmente es agua. 
 
Al someter la masa de suelo saturado a un incremento de carga, esta es soportada 
inicialmente por el agua contenido en los poros ya que esta es incompresible en 
comparación con la estructura del suelo. Esta presión que resulta en el agua a causa 
del incremento de carga, es llamada exceso de presión hidrostática y a medida que el 
agua drena de los poros del suelo, el incremento de carga es transmitido a la estructura 
del suelo. La transferencia de carga viene acompañada por un cambio en el volumen 
de agua drenada. 
 
Este proceso es conocido como consolidación y tiene un tiempo acotado de 
ocurrencia, comienza cuando se aplica el incremento de carga, y finaliza cuando se 
presión de los poros es igual a la hidrostática, o lo que es lo mismo, cuando se ha 
producido la totalidad de la transferencia de carga del agua a la estructura de suelo. 
 
 
31 
Terminando este proceso llamado consolidación primaria, el suelo continúa 
deformándose, aunque en menor magnitud, debido a un reacomodamiento de los 
granos. A este último proceso se le denomina consolidación secundaria. 
 
El asiento total, suponiendo el ultimo valor medio en el momento en que desaparece 
toda la sobrepresión intersticial creada al aplicar la carga, es una medida de la 
deformación del esqueleto del suelo. 
 
Si se realizan carios escalones de carga, se obtendrá una curva de compresibilidad, 
que relaciona la presión efectiva (en escala logarítmica) con la deformación del 
esqueleto mineral, expresada por el índice de poros o relación de vacíos. 
 
El propósito fundamental del ensayo es determinar ciertos parámetros que se utilizan 
para predecir la velocidad y la magnitud del asentamiento de estructuras cimentadas 
sobre suelos arcillosos o limosos. Además, el ensayo permite obtener información 
acerca de la historia de las presiones que ha sido sometido el suelo. 
 
Los parámetros mas importantes que se obtiene del suelo al realizar el ensayo son: 
 El coeficiente de consolidación (Cv), que indica el agrado de asentamiento del 
suelo bajo un cierto incremento de carga y vinculado a la velocidad del 
mismo. 
 El índice de compresibilidad (Cc), que expresa la compresibilidad de la 
muestra. 
 La presión de preconsolidacion (PC), que indica la máxima presión que ha 
soportado el suelo en su historia geológica. 
b) Equipo 
El equipo necesario para llevar a cabo este ensayo consta de los siguientes elementos: 
 Edómetro 
 Anillo 
 Piedras porosas 
 Grasa o aceite 
 Micrómetro 
 Cronometro 
 Capsula de humedad 
 Balanza 
 Termómetro 
 Equipo tallador de muestras 
c) Procedimiento de ensayo 
 
Un edómetro es un anillo de acero rígido de 2cm de altura, en cuyo interior alojamos 
una pastilla del suelo a ensayar. En la parte inferior y superior de la pastilla se colocan 
unos elementos porosos (piedras) que permiten el drenaje del agua contenida en el 
 
32 
suelo. El conjunto se mantiene dentro de una célula que se llena de agua para 
mantener en todo instante condiciones de saturación total. 
 
Encima de la piedra superior se aplica una carga vertical centrada que se ve haciendo 
crecer en escalones de carga, que normalmente van duplicando al inmediato anterior, 
pero que no puedan ser muy grandes ya que podrían alterar la estructura del suelo 
ensayado. 
 
Durante la realización del ensayo se mide la que se comprime la probeta de suelo en 
cada escalón de carga con el paso del tiempo. Para ello se emplea un comparador de 
precisión de centésimas de milímetro. En el ensayo se incluye ciclos de descarga y 
recarga. La duración década escalón de carga se limita a 24 horas. Al principio de 
cada escalón la velocidad de asiento del sello se consolida por completo y las lecturas 
del comparador indica incrementos nulos de descenso. 
 
En el ensayo no se tiene que esperar a que se detenga la guja del comparador, salvo 
que se desee analizar de forma específica la consolidación secundaria del suelo. 
 
Datos del ensayo 
 
Los datos del descenso medido en el comparador para cada escalón de carga se 
pueden representar en gráficos respecto del tiempo en transcurrido (en abscisas). Se 
suele medir el tiempo en segundos y la lectura del comparador en milímetros. La 
representación gráfica se puede llevar a escala natural o semilogarítmica. 
 
Una vez colocada la muestra en el anillo del edómetro, se pesa el conjunto, y como el peso 
del anillo es conocido, se puede determinar el peso húmedo de la muestra (𝑊ℎ). 
Calculando previamente la humedad de la muestra, se puede obtener el peso seco (𝑊𝑑) y con 
ello la altura de los solidos (ℎ𝑠) y el peso específico seco inicial (𝑊𝑑), utilizando las 
siguientes expresiones: ℎ𝑠 = 𝑊𝑑𝐴 ∗ 𝐺𝑠 ∗ 𝛾𝑤 ; 𝛾𝑑 = 𝑊𝑑𝑣 
Donde, 𝑊𝑑, peso del suelo seco en el anillo. 
A, sección del anillo. 𝐺𝑠, peso específico relativo de los sólidos. 𝛾𝑤, peso específico del agua. 
V, volumen del anillo 
 
33 
Luego es posible calcular para cada escalón la altura de la probeta (𝐻𝑖) y la altura de huecos 
(ℎ𝑣𝑖), por medio de las siguientes expresiones: 
 𝐻𝑖 = 𝐻0 − 𝛿𝑖; ℎ𝑣𝑖 = 𝐻𝑖 − ℎ𝑠 
Donde, 𝐻𝑖, altura final de la probeta para un escalón de carga. 𝐻0, altura inicial de la probeta. 𝛿𝑖, asentamiento final para un escalón de carga. ℎ𝑣𝑖, altura de huecos para un escalón de carga ℎ𝑠, altura de sólidos de la probeta. 
Con esto es posible calcular la relación de huecos para cada escalón de carga (𝑒𝑖): 𝑒𝑖 = ℎ𝑣𝑖ℎ𝑠 
d) Resultado del ensayo 
Con las series completas de escalones de carga y descarga se dibujan gráficos de tensión-
deformación del ensayo, colocando en ordenadas las deformaciones verticales unitarias, 𝜀𝑣(%) o los índices de poros (e), y en abscisas las presiones efectivas verticales de cada 
escalón, Figura 5.13. 
Estos gráficos se pueden presentar en escala natural o logarítmica y se pueden 
obtener los parámetros de compresibilidad. 
 
34 
 
Figura 5.13. Curva edométrica 
e) Coeficiente de consolidación (𝑪𝒗) 
Para el cálculo del coeficiente de consolidación, en cada escalón de carga, se utiliza la 
siguienteexpresión, Figura 5.14: 𝐶𝑣 = 𝑇 ∙ 𝐻2𝑡 
donde, 
 
35 
T, es el factor tiempo, cuyo valor es 0.197 para un tiempo de consolidación del 50%, 
y 0.848 para un t=90%. 
H, longitud para el máximo camino de drenaje durante un incremento de carga dado. 
Si la muestra es doblemente drenada, el valor de H será la mitad de la altura de la 
misma. 
t, tiempo para el correspondiente factor de tiempo, obtenido de la curva de 
consolidación. 
 
Figura 5.14. Curvas de consolidación 
f) Índice de compresibilidad (𝑪𝒄) 
En la curva de compresibilidad, se distinguen tres tramos bien diferenciados, Figura 5.15: 
 La rama de recomprensión, 
 La rama virgen, y 
 La rama de descarga. 
 
 
36 
 
Figura 5.15. Curva de compresibilidad 
 
En el tramo recto o virgen, la variación del índice de huecos es lineal respecto al 
logaritmo de las tensiones aplicadas, es por ello que se puede determinar la pendiente de 
esta recta, denominada índice de compresión (𝐶𝑣), utilizando la siguiente expresión: 
 𝐶𝑐 = ∆𝑒log (𝑃𝑖+1𝑃𝑖 ) = 𝑒𝑖 − 𝑒𝑖+1log (𝑃𝑖+1𝑃𝑖 ) 
Donde, 𝑒𝑖, relación de huecos para un determinado estado. 
 
37 
𝑃𝑖, presión transmitida al suelo para un determinado estado. 
De igual modo, en la rama de descarga se puede obtener el índice de expansión (𝐶𝑠) como: 
 𝐶𝑠 = ∆𝑒log (𝑃𝑖+1𝑃𝑖 ) = 𝑒𝑖 − 𝑒𝑖+1log (𝑃𝑖+1𝑃𝑖 ) 
Donde, 𝑒𝑖, relación de huecos para un determinado estado. 𝑃𝑖, presión transmitida al suelo para un determinado estado. 
Es de resaltar que la inclinación de la curva de compresibilidad es una medida de la 
compresibilidad de la arcilla. La pendiente del tramo de curva que se encuentra por debajo 
de la carga de preconsolidacion es menor que la pendiente del tramo virgen. 
 
g) Correlaciones a la curva de laboratorio 
Debido a la alteración de las muestras de suelo durante su extracción y manipulación en 
el laboratorio, existen diferencias entre la curva obtenida en el ensayo y la curva real del 
suelo, que interesa corregir en la curva de laboratorio. 
Para ello se utilizan diversos métodos gráficos, como los de: 
 Construcción de Casagrande para suelos sobreconsolidados (SC). 
 Construcción de Schmertmann para suelos normalmente consolidados (NC). 
De la curva de compresibilidad se puede observar que cuando se realiza la recarga 
por encima de las presiones alcanzadas durante la carga inicial, la línea recta de 
compresión es paralela a la rama de carga. 
1. Construcción de Casagrande para suelos sobreconsolidados (SC) 
Casagrande propuso un método empírico para la determinación grafica de la carga de 
preconsolidación, denominándose así a la mayor presión posible bajo la cual se 
consolida la muestra durante su pasado geológico, figura5.16. 
 
El método consistente en la siguiente construcción: 
1. Se traza una tangente por el punto de mayor curvatura de la curva. 
2. Por ese punto de tangencia se traza una línea horizontal. 
3. Se traza la bisectriz del Angulo formado por la tangente y la línea horizontal. 
4. Se prolonga la recta virgen hasta interceptar la bisectriz. 
 
38 
5. En el punto de intercepción del tramo recto y la bisectriz se traza una vertical 
que permite leer en el eje de las abscisas el valor de carga de preconsolidación 
Figura 5.16. Determinación de la carga de preconsolidación 
2. Construcción de Schmertmann para suelos normalmente consolidados (NC) 
En el caso de suelos normalmente consolidados suelos que no han estado sometidos a 
presiones efectivas superiores a las que tienen actualmente, la curva edométrica comienza 
según una rama de compresión. 
El método consiste en la siguiente construcción 
1. La rama de compresión noval debe pasar por el punto (A), representativo del estado 
del suelo a la profundidad de extracción de la muestra (σ𝑣0, 𝑒0) 
2. Las ramas de los ensayos realizados (por Scmmertmann, 1955) sobre muestras con 
distinto grado de perturbación, tendían a confluir aproximadamente en e=0,42 𝑒0 
 
39 
3. En consecuencias, uniendo el punto A representativo del estado inicial in situ, con el 
punto de curva de laboratorio para el 42% del índice de poros iniciales, se obtendrá 
la rama de compresión noval de campo o real del terreno, Figura 5.17 
 
Figura 5.17. Obtención de la rama de compresión noval del terreno para suelos NC 
Una vez determinada la presión de consolidación se realiza la corrección de Schertmann, de 
acuerdo con la siguiente construcción. Figura 5.18 
 Desde el punto A se traza una paralela a la rama de descarga-recarga. 
 Se supone un valor de la presión de preconsolidación σ𝑝, por ejemplo obtenido con 
la construcción de Casagrande y, a partir de ahí, se obtiene el punto B. 
 Se une el punto B con el punto C de la curva de laboratorio en el que se alcanza el 
valor 0,42 𝑒0, obteniendo así la rama de compresión noval. Figura 5.18 
 
40 
 
Figura 5.18. Corrección de la curva edométrica en suelos sobreconsolidados (SC) 
Para comprobar esta corrección, se representan las diferencias de índice de poros e entre la 
curva de laboratorio y la de campo obtenida. si la presión de pre-consolidación es correcta, 
la representación de las diferencias e resultará simétrica con respecto a σ𝑝 
En caso contrario se vuelve a estimar otra presión de pre-consolidación y se repite el proceso. 
Norma de realización del ensayo: UNE 103 403-94 y UNE 103 405-94 
5.4.4. Ensayo Triaxial 
La prueba de corte directo no representa el comportamiento real del suelo, siendo más 
adecuados los ensayos de compresión triaxial. 
Su objetivo es determinar el ángulo de rozamiento interno y la cohesión del suelo, que 
permite establecer la resistencia al corte aplicando a las probetas esfuerzos verticales y 
laterales que tratan de reproducir las condiciones naturales. 
a) Descripción del ensayo 
Este ensayo es muy utilizado para determinar las características de esfuerzo-
deformación y resistencia al esfuerzo cortante de los suelos. consiste en aplicar 
esfuerzos laterales y verticales diferentes a probetas cilíndricas de suelo y estudiar 
su comportamiento. 
 
El ensayo se realiza en una cámara de pared transparente (cámara triaxial) llena de 
líquido, en el que se coloca la probeta cilíndrica de suelo que normalmente tiene 
una altura igual a dos veces su diámetro, forrada con una membrana de caucho. esta 
 
41 
membrana va sujeta a un pedestal y a un cabezal sobre los que se apoyan los 
extremos de la probeta. 
 
 
El ensayo se divide en dos etapas: 
 Primera Etapa 
En esta etapa, la probeta de suelo es sometida a una presión hidrostática 
de fluido, con esfuerzos verticales iguales a los horizontales. Durante esta 
etapa se dice que la probeta es consolidada si se permite el drenaje del 
fluido de los poros. Alternativamente, si el drenaje no puede ocurrir se 
dice que la probeta no es consolidada. 
 Segunda Etapa 
En esta etapa, llamada de aplicación del esfuerzo desviador, se 
incrementan los esfuerzos verticales (desviadores) con un pistón vertical 
de carga, hasta la rotura. 
En esta etapa el operador tiene también la opción de permitir el drenaje, 
eliminando la presión neutral, o bien manteniendo la válvula cerrada sin 
drenaje. Si la presión neutra es disipada se dice que el ensayo es drenado, 
en caso contrario se dice que el ensayo es no drenado. 
 
Los ensayos triaxiales se pueden clasificar en 3 tipos: 
1. Ensayo UU (no consolidado y no drenado) o rápido (Q), En este ensayo se impide el 
drenaje durante las dos etapas del ensayo. 
2. Ensayo CU (consolidado y no drenado) o consolidado-rápido (RC). Se permite el 
drenaje durante la primera etapa, solamente. 
3. Ensayo CD (consolidado y drenado) o lento (S). Se permite el drenaje, durante todo 
el ensayo y no se dejan generar presiones neutras, aplicando los incrementos de carga en 
forma pausada durante la segunda etapa y esperando que el suelo se consolide con cada 
incremento. 
La resistencia al esfuerzo cortante de un suelo (Tf), en función de los esfuerzos totales, se 
determinausando la ya mencionada Ley de Coulomb: 
Tf=c+σ.tagφ 
 
 
42 
Cada prueba se realiza con 3 o 5 probetas de la misma muestra de suelo, bajo esfuerzos 
confinantes distintos. 
Las fases en las que se realiza este ensayo son: 
Fase I. Consolidación isótropa 
• Aplicación de presión en cámara. 
— No se permite el drenaje del agua. 
— Toda la presión de la cámara se transmite al agua. 
• Se permite el drenaje del agua. 
— Hasta que la presión intersticial es nula. 
—Toda la presión es soportada por las partículas sólida, es decir, es una tensión efectiva. 
• La tensión es la misma en todas las direcciones (isótropa). 
Fase II. Desviador 
• Adicionalmente, se aplica una fuerza vertical con el pistón. 
• El estado de tensiones deja de ser isótropo. 
 
 opción 1: Se permite el drenaje del agua. 
 Hasta que la presión intersticial sea nula. 
 Toda la presión es soportada por las partículas sólidas, es decir, es una tensión 
efectiva. 
En este caso el ensayo se denomina CD (consolidado y drenado), o lento. 
 Opción 2: No se permite el drenaje del agua. 
• La presión intersticial no es nula. 
• La presión intersticial se puede medir. 
 Se sigue aumentando la fuerza hasta que se produce la rotura. 
 
43 
 Se dispone de las tensiones principales en la rotura. 
En estas condiciones, el ensayo se denomina CU (consolidado y no drenado). 
El ensayo CD (consolidado y drenado) se realiza con tres muestras del mismo suelo para 
presiones, en cámara, distintas. 
Para cada muestra se representa el círculo de Mohr en la situación de rotura y se dibuja la 
recta tangente (envolvente), obteniéndose los parámetros resistentes del suelo siguientes, en 
situación de drenaje, es decir, a largo plazo: 
c', cohesión efectiva. 
φ', ángulo de rozamiento interno efectivo. 
En el Ensayo CU (consolidado y no drenado) se obtiene el círculo de Molar en la situación 
de rotura en tensiones totales. 
Para obtener el círculo en tensiones efectivas, hay que restar la presión intersticial, que se 
mide en esta Fase II. El resultado final es equivalente al obtenido en el ensayo CD, pero 
considerablemente más rápido. 
En definitiva, en el ensayo CU también se obtienen los parámetros resistentes del suelo en 
situación de drenaje, es decir, a largo plazo (c' y φ'). 
El Ensayo UU (No consolidado y no drenado), o ensayo rápido, esdescrito en los ensayo CD 
y CU, pero en este caso no se permite el drena: al del agua en ninguna fase, por lo que se 
produce una rotura rápida del suelo. 
La representación de los resultados en el diagrama de Mohr está constituida por una serie de 
círculos cuya envolvente permite obtener los parámetros del suelo estudiado en el intervalo 
de esfuerzos considerado. 
b) Equipo 
La célula triaxial consta de los siguientes elementos, Figuras 5.19 y 5.20: 
 
 
 
44 
 
 
 
 
 
 
 
 
45 
Figura 5.20. Célula Triaxial (cortesía de eutoconsult) 
 
C) Procedimiento de ensayo 
 Normalmente el suelo debe estar inalterado, en cuyo caso se deben tallar 
por los menos tres especímenes cilíndricos, teniendo muy en cuenta su 
estratificación y evitando destruir la estructura original del suelo. 
 Si la muestra esta alterada se procede a preparar los especímenes 
compactándose la muestra con una determinada energía, de acuerdo con 
las condiciones técnicas previstas. 
 
46 
 Las dimensiones de los especímenes dependen del tamaño de la 
maquinaria triaxial a emplear, debiendo tener en cuenta que la altura de 
la muestra de be ser el doble del diámetro. 
 En el momento de preparar los especímenes se debe tomar una muestra 
para determinar el contenido de humedad de la misma. 
 Se pesa el primer espécimen y se coloca en la base de la cámara triaxial 
utilizado una piedra porosa entre la muestra y dicha base y se coloca la 
membrana de caucho en el espécimen. 
 Se sitúa la cabeza de plástico usando una piedra porosa entre la cabeza y 
el espécimen y se asegura la membrana tanto en la parte superior como en 
la inferior. En el caso de realizar el ensayo triaxial en un triaxial soiltest, 
se conecta la cabeza de plástico al tubo espiral que sale de la base, que 
se utiliza para el drenaje de la muestra. 
 Colocamos la cámara con su tapa y apretamos los tornillos que sujetan la 
cámara uniformemente. Se introduce el pistón en el hueco de la cabeza de 
plástico, se centra el varazo de carga con el pistón y se pone en dial de las 
deformaciones en cero. 
 Si la muestra no se encuentra saturada será necesario saturarla, salvo 
instrucciones contrarias al respecto, abriendo las válvulas de saturación y 
permitiendo que el agua fluya desde la base a través de la muestra. 
 Aplicaremos presión al tanque de almacenamiento de la glicerina o agua 
y luego abrimos las válvulas que permiten el paso de la glicerina o agua a 
la cámara la presión lateral introducida será la que se estipule. 
 En estas condiciones aplicamos el tipo de triaxial solicitado, llegando, en 
cualquier caso, aplicar la carga hasta romper la muestra anotándose las 
lecturas de las deformaciones axiales y de la carga aplicada. 
 Una vez terminando el ensayo se reduce la presión y se devuelve la 
glicerina o agua al tanque de almacenamiento, se seca la cámara y luego 
la muestra, con mucho cuidado con el objeto de dibujar la fractura y 
además determinar la humedad. 
 El proceso lo repetimos con los demás especímenes, utilizando presiones 
laterales diferentes. 
 Se determina el área representativa inicial de la probeta (𝐴𝑜 )mediante la 
siguiente expresión: 𝐴𝑂 = 𝐴𝑠 + 4𝐴𝑚 + 𝐴𝑖6 
Siendo; 
𝐴𝑆, área superior, calculada con el diámetro superior promedio 
 
47 
𝐴𝑚 , área media, calculaba con el diámetro medio promedio. 
𝐴𝑖 , área inferior, calculada con el diámetro inferior promedio. 
El volumen de la probeta (v), se determina según la ecuación: 
𝑉 = 𝐴𝑂 ∗ ℎ 
Los pesos específicos, húmedos y secos, se calculan mediante las expresiones ya conocidas: 
𝛾ℎ = 𝑊𝑉 ; 𝛾𝑆 = 𝛾ℎ1 + %ℎ 
Las deformaciones para cada lectura del dial se cargas, se han ido tomando durante el 
ensayo. La deformación unitaria se calcula mediante la expresión: 
𝜀(%) = ∆ℎ[𝑚𝑚]ℎ[ 𝑚𝑚] ∗ 100 
Las cargas aplicadas se calculan multiplicando cada una de las lecturas del dial de cargas por 
el factor de calibración del anillo. 
Se determina el área corregida de la probeta (𝐴𝐶) para cada lectura de deformación 
mediante la expresión: 
𝐴𝑐 = 𝐴𝑜1 − 𝜀 
El esfuerzo desviador (∆𝜎) para cada lectura de deformación se calcula a partir de la 
expresión: 
 
 
48 
(∆𝜎) = (𝜎1 − 𝜎3) = 𝑃𝐴𝑐 
 
La deformación axial de una probeta cilíndrica será, figura 5.21: 
 𝜀1 = 𝐶𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑂𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙 = 𝐿0−𝐿𝐿0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La deformación radial, similarmente, será: 
 𝜀3 = 𝐶𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑂𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙 = 𝑅0−𝑅𝑅0 
 
 
49 
 
La deformación volumétrica será: 
 𝑣 = 𝐶𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑂𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙 = 𝑉0−𝑉𝑉0 
 
Donde, 𝑣 = 𝜀1 + 2 ∗ 𝜀3 
 
 Igualmente la deformación de corte puede ser definida como: 𝜍 = (𝜀1 − 𝜀3)2 
 
Representación grafica 
Con los resultados obtenidos se construye, para cada esfuerzo confinante (𝜎3), una gráfica a 
escala aritmética; donde se representa, en abscisas las deformaciones unitarias (𝜀), en 
porcentaje, y en ordenadas el esfuerzo desviador (∆𝜎), en Kg/cm2. 
 La grafica permite determinar el esfuerzo desviador de rotura (∆𝜎) para cada esfuerzo 
confinante (𝜎3) aplicado a la probeta. 
 Con los esfuerzos desviadores de rotura, correspondientes a cada esfuerzo confinante 
(𝜎3), se determina (𝜎) y se obtiene el centro y radio de los correspondientes círculos de Mohr, 
mediante las siguientes expresiones: 
 𝜎1 = 𝜎3 + ∆𝜎𝑓 
𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 = (𝜎1 + 𝜎3)2 
𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 = (𝜎1 − 𝜎3)2 
 
 A partir delorigen y sobre el eje de las abscisas, se debe llevar el valor del esfuerzo 
confinante (𝜎3) y desde este punto marcar el valor del esfuerzo desviador de rotura (𝜎1 −𝜎3); este valor es el diámetro del círculo, por lo tanto, con centro en el punto medio del 
segmento así determinado se puede trazar el semicírculo correspondiente, figura 5.22 
 
50 
 
d) Resultados del ensayo 
una vez trazado los semicírculos del estado de los esfuerzos de rotura de todas las probetas 
ensayadas, se dibuja la envolvente que mejor se ajusta a ellos, que recibe el nombre de 
línea de resistencia intrínseca o envolvente de Mohr y representa, aproximadamente, la 
variación de la resistencia al esfuerzo cortante función de los esfuerzos normales 
aplicados. 
Obtención de los parámetros 𝝋 𝒚 𝒄 
el ángulo de rosa miento interno del suelo (𝜑), es el que forma la envolvente con la 
horizontal (abscisas) y se determina en la gráfica por la pendiente de la envolvente. 
 El valor de las cohesión (C), viene dado por la ordenada al origen de dicha 
envolvente medida a la misma escala con que se trazaron lo círculos. Norma de 
realización del ensayo: UNE 103 402-98, ASTM D4767-04 Y ASTM D2850-03 
 
 
51 
 5.4.5. Presión de hinchamiento 
Con el propósito de obtener la presión que origina la expansividad en un suelo, la muestra 
inalterada obtenida en el reconocimiento es sometida a una carga predeterminada (en el 
edómetro), posteriormente se inunda y paulatinamente se va incrementando la carga en la 
medida necesaria como para mantener la muestra a un volumen constante. A la presión 
ejercida para alcanzar el equilibrio se la define como presión de hinchamiento. 
Según Jiménez Salas y Serratosa (1975), es necesario tener en cuenta que los valores de 
expansividad así obtenidos, suelen ser de menor magnitud que los obtenidos en los ensayos 
de hinchamiento libre (Lambe). 
El grado de expansividad en función de la presión de hinchamiento se recoge en el cuadro 
5.2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
52 
Capítulo 6 
 
ENSAYOS DE LABORATORIO 
EN ROCAS 
 
 
 
 
 
Índice del capitulo 
6.1. Ensayo de compresión simple 
6.2. Ensayo de tracción indirecta. Ensayo brasileño 
6.3. Ensayo de compresión triaxial 
6.4. Determinación de las propiedades elásticas 
6.5. Ensayo de velocidad sónica 
 
 
 
 
 
53 
El objetivo de este ensayo es determinar el esfuerzo de compresión sin confinamiento de un 
testigo cilíndrico de roca. 
El esfuerzo máximo de compresión es definido como el esfuerzo necesario para producir la 
fractura del testigo cilíndrico. Se considera que la fractura ocurre cuando se produce una 
caída repentina en la aplicación de la carga, no siendo el testigo capaz de soportar 
incrementos de carga posteriores. 
Para poder relacionar los ensayos es necesario uniformizar los resultados empleando testigos 
con una relación longitud/diámetro (L/D) constante. Saint Vernant estableció que en ensayos 
de testigos cilíndricos se produce una distribución de esfuerzos anómalos en una zona de 
longitud igual al diámetro del testigo medido a partir del área de aplicación o contacto de la 
carga, por lo que recomendó el uso de testigos con relaciones L/D mayores o iguales a 2. El 
paralelismo entre las bases es muy importante ya que pequeñas imperfecciones pueden causar 
considerables errores en los resultados. 
a) Descripción del ensayo 
La resistencia a compresión simple o resistencia uniaxial es el máximo esfuerzo que 
soporta una roca sometida a compresión uniaxial, determinada sobre una probeta 
cilíndrica sin confinar. La resistencia viene dada por: 
 
b) Uso 
El valor de la resistencia a la compresión es utilizado para la clasificación del macizo 
rocoso como dato en fórmulas de diseño y como una propiedad índice para seleccionar 
la técnica de excavación apropiada. 
 
 
54 
c) Equipo 
 Máquina de ensayos. Es una prensa capaz de medir la carga aplicada sobre el 
testigo, con una capacidad de carga de 100 toneladas. Figura 6.2 
 Bloques de asiento. La máquina de ensayos está equipada con dos bloques de 
asiento en forma de disco, de acero con dureza Rockwell HRC 58. Uno de los 
bloques, el inferior, tiene una base esférica y el otro, el superior una base rígida. 
El centro del asiento esférico debe coincidir con el centro del testigo que será 
colocado sobre él. El asiento esférico debe estar siempre lubricado con aceite 
mineral o grasa de manera que gire libremente sobre su base. 
d) Testigos 
Los testigos deben ser cilindros rectos circulares con una relación longitud – diámetro 
(L/D) entre 2 y 2.5 y deberían tener un diámetro mayor de 47 mm. La superficie 
cilíndrica del testigo debe ser lisa y sin irregularidades abruptas, con todos sus 
elementos paralelos entre sí, sin una desviación mayor a 0.5 mm. 
 
 Las bases del testigo deben ser paralelas entre sí, con una desviación no mayor de 
0.025 mm y perpendiculares al eje longitudinal del cilindro. El diámetro deber ser 
medido como una aproximación de 0.1 mm y debe ser el promedio de la medida de 
dos diámetros perpendiculares entre si tomados en la zona media del testigo. La altura 
debe ser tomada con una aproximación de 0.1 mm y debe ser tomada en el centro de 
las bases. 
 
 
 
 
55 
La condición de humedad del testigo puede tener un efecto significativo en la 
resistencia que pueda alcanzar la roca. Los testigos no deben ser almacenados durante 
más de 30 días y se debe tratar de conservar las condiciones de humedad naturales 
del testigo hasta el momento del ensayo. El número de testigos a ensayar depende de 
la disponibilidad de estos. Se recomienda ensayar 3 testigos de cada muestra de roca 
para poder tener un resultado estadísticamente confiable. 
 
e) Procedimiento de ensayo 
 Limpiar las caras de los bloques superior e inferior y del testigo. 
 Colocar el testigo sobre el asiento inferior. La carga y el asiento superior se 
acercan hacia el testigo gradualmente hasta que se obtienen un asentamiento 
uniforme de la carga sobre el testigo. 
 La colocación de la malla protectora alrededor del testigo para prevenir posibles 
daños durante la rotura. 
 La carga se debe aplicar de forma continua con una razón constante de manera 
que la rotura ocurra entre 5 y 10 minutos después de iniciada la carga. Se debe 
registrar la carga máxima aplicada sobre el testigo. 
f) Cálculos 
El esfuerzo de compresión se obtiene dividiendo la carga máxima aplicada sobre el 
testigo durante en ensayo entre el área de la sección circular del testigo, expresado en 
kgf/cm2 o kPa. Si la relación L/D es menor que 2 se hace una corrección al esfuerzo 
 
 
 
 
56 
6.2. Ensayo de tracción indirecta. Ensayo brasileño 
Este ensayo tiene por finalidad determinar el esfuerzo a la tracción de una roca a través 
de la aplicación de una carga lineal de compresión sobre un diámetro del cilindro de roca 
a ensayar. El esfuerzo de tracción debería obtenerse de un ensayo de tracción uniaxial 
directa, pero este ensayo es difícil de realizar y caro, para ser realizado repetidamente. 
En este ensayo, el cilindro de roca es sometido a una carga lineal de compresión actuando 
sobre un diámetro. El resultado de este esfuerzo de compresión es una tensión horizontal 
y un esfuerzo de compresión vertical variable. 
Cerca de los bordes de contacto, los esfuerzos compresivos toman valores máximos, lo 
que pueden causar un fracturamiento local. Esta anomalía se reduce empleando testigos 
con relación espesor/diámetro de 0.5 y colocando un apoyo adicional entre la roca y los 
bloques de la maquina en los puntos de carga. 
La fractura inicial producida sobre el testigo será el resultado del esfuerzo de tracción 
que ocurre en el centro del disco. Esta fractura es inducida, por lo que el resultado del 
esfuerzo a la tracción obtenida a partir de este ensayo será algo mayor del que se obtiene 
de un ensayo de tracción directa en donde el testigo tiene más opción a fallar por lazona 
de menor resistencia. 
a) Descripción del ensayo 
Consiste en medir indirectamente la resistencia a la tracción uniaxial de una probeta de 
roca, asumiendo que la rotura se produce por tracción cuando la roca se somete a un 
estado de esfuerzo biaxial, con un esfuerzo fraccional y otro compresivo de magnitud 
inferior a tres veces el esfuerzo traccional. 
b) Uso 
El valor de esfuerzo a la tracción se utiliza para dibujar el circulo de Mohr en la 
envolvente de esfuerzos. 
 
 
 
 
57 
c) Equipos 
 Máquina de ensayos. Es una prensa en la que se puede aplicar y medir la carga 
diametral sobre el testigo, con una capacidad de carga de 100 toneladas, figura 
6.2. 
Figura 6.2. Ensayo de tracción indirecta o Brasileñi (cortesía de Euroconsult) 
 Apoyos suplementarios entre el testigo y los bloques de apoyo se colocan unos 
apoyos adicionales que permiten reducir la alta concentración d esfuerzos. Estos 
apoyos pueden ser pedazos de cartón grueso (0.01D de espesor). 
d) Testigos 
los testigos deben ser por lo menos 10 veces mayor que el grano más grande del mineral 
que forma la roca. Un diámetro de 4.92cm por lo general satisface este criterio. Se 
determina el diámetro del testigo con una aproximación de 0.1mm 
 
58 
se tomarán 3 medidas y se obtendrá el promedio. una de las medidas debe ser tomada en 
el eje del disco. 
e) Procedimiento de ensayo 
La orientación vertical del testigo este determinado por el diámetro trazado en cada 
testigo de manera que esta línea debe ser usada para centrar el testigo en la máquina de 
ensayos y asegurar una orientación apropiada 
Se debe asegurar que la carga aplicada sobre el diámetro trazado y que los apoyos 
adicionales coincidan también con la superficie de apoyo. 
Es necesario aplicar la carga normal con velocidad constante de manera que la rotura se 
produzca en un tiempo comprendido entre 1 y 10 minutos después de iniciar el ensayo 
dependiendo del tipo de roca. Se debe registrar el valor máximo de la carga aplicada sobre 
el testigo 
f) Cálculos 
El esfuerzo de tracción indirecta del testigo indirecto del testigo se obtiene de acuerdo 
con la siguiente expresión: 𝜌𝑡= 2𝑃𝜋𝐷𝐿 
Siendo, 𝜌𝑡, esfuerzo a tracción indirecta, MPa o kg/cm2. 𝑃, carga que produce la rotura. 
L, longitud del testigo. 
D, diámetro. 
Norma de la realización del ensayo: UNE 22950-2 y NLT 346-90 
6.3 ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL 
Este ensayo determina la resistencia a la compresión de un testigo cilíndrico de roca en estado 
no drenado bajo una presión de confinamiento. 
 
59 
Se obtiene los valores necesarios para dibujar la envolvente de esfuerzos, círculos de Mohr 
y a partir de esta, calcular el valor del ángulo de rozamiento interno y la cohesión aparente 
de la roca. 
 
a) Descripción del ensayo. 
En un ensayo de compresión triaxial la carga axial y sus esfuerzo principal 
correspondiente simulan el esfuerzo principal mayor que actúa en la corteza 𝜌1, mientras 
que la tensión radial producida por la presión hidráulica representa el esfuerzo principal 
menor(𝜌3). 
Cuando se indica un valor de resistencia a la compresión triaxial, hay que mencionar 
necesariamente la presión del confinamiento (p) que se aplicó durante el ensayo. 
Para encontrar una relación entre 𝜌1 = 𝑓(𝜌3) donde 𝜌3 es la presión de confinamiento y 𝜌1 la resistencia a la compresión triaxial, abraque realizar varios ensayos, en cada uno de 
los cuales se aplicara diferentes presiones de confinamiento. 
Cada par de valores o1 y o3 sirven para construir 2 tipos de gráficos. El primero 
representa el lugar geométrico de la relación existente entre o1 y o3. el segundo tipo de 
graficonos permite construir los círculos de Mohr en los ejes o-t, para luego trazar estas 
la envolvente de los círculos de Mohr 
b) Uso 
La roca en profundidad se comporta en función de la presión de confinamiento 
existente en el terreno. El ensayo de compresión triaxial se usa para simular las 
condiciones que existen en el macizo rocoso de una determinada profundidad 
c) Equipo 
El equipo consta de 3 partes 
- Una celda triaxial 
- Un equipo de carga 
- Un equipo para generar presión de confinamiento 
 
60 
 
d) Testigos 
Los testigos deben ser cilíndricos circulares con una relación longitud-diámetro (L/D) 
entre 2 y 2,5. La relación entre el diámetro del testigo y el diámetro del grano más grande 
de la roca debe ser como un mínimo de 10 a 1. 
La superficie del testigo debe ser lisa y estar libre de irregularidades abruptas, con todos 
sus elementos alineados sin desviarse más de 0,5 mm a lo largo del testigo. 
Las bases del testigo deben ser paralelas entre sí, sin desviarse más de 0,025 mm y 
perpendiculares con respecto al eje longitudinal del cilindro sin apartarse as de 0,05 mm 
en 50 mm. 
El diámetro debe ser medido con una aproximación de 0,1 mm y ser el promedio de las 
medidas de dos diámetros perpendiculares entre si y tomadas en tres zonas del testigo: 
superior, medio e inferior. La altura debe ser tomada con aproximación al milímetro. 
La condición de humedad del testigo puede tener un efecto significativo en la resistencia 
que pueda alcanzar la roca. Los testigos no deben ser almacenados por más de 30 días. 
Una buena práctica es tratar de conservar las condiciones de humedad natural del testigo 
hasta el momento del ensayo. 
El número de testigos a ensayar depende del número de las diferentes presiones de 
confinamiento con las que se debe ensayar. 
 
61 
e) Procedimiento del ensayo 
La célula se ensambla con el testigo. La célula triaxial con aceite, permitiendo que el aire 
salga por la conexión de escape. Se asegura que el aceite no penetre en el testigo. La celda 
se instala en el equipo de aplicación de carga normal. 
Se establece la presión de confinamiento en el nivel predeterminado y se mantiene 
constante, entonces se aplica la carga normal. 
El valor máximo de carga axial y su correspondiente presión de confinamiento se 
registran. Se repite el procedimiento para otro valor de presión de confinamiento. 
f) Cálculos 
La resistencia a la compresión se calcula dividiendo el valor máximo de la carga aplicada 
al testigo y el área de la sección transversal del testigo. 
Las presiones de confinación con sus correspondientes valores máximos de resistencia a 
la compresión se representan gráficamente; el valor de la presión de confinamiento, en 
abscisas y el valor de resistencia a la compresión, en ordenadas.se juntas los puntos con 
una línea que, para consideraciones prácticas, será caracterizada ´por su pendiente y su 
ordenada en el origen b. con m y b obtenemos el ángulo de rozamiento interno y el valor 
de cohesión aparente 𝜑 = 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛(𝑚 − 1))𝑚 + 𝑐 = 𝑏(1 − 𝑠𝑒𝑛𝜑)2𝑐𝑜𝑠𝜑 
Una forma más directa de hallar 𝜑 y c es dibujar la envolvente de los círculos de Mohr, 
teniendo en cuenta que es necesario conocer el valor de la tracción indirecta y de la 
compresión simple. 
Norma de realización del ensayo: UNE 22950-4 y UNE 22959-92 
6.4 DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES ELASTICAS 
Este método de ensayo determina las curvas de esfuerzo – deformación, el módulo de 
Young(E) y la relación de Poisson (v) en un ensayo de compresión uniaxial de un testigo 
de roca geométrica regular (asumiendo un comportamiento elástico). 
 
62 
La elasticidad es una propiedad que se asume posee todo material ideal y que algunas 
rocas presentes o en mayor o menor grado para lo cual deben tenerse en cuenta factores 
principales: homogeneidad, isotropía y continuidad. 
- La homogeneidad es una medida e la continuidad física de un cuerpo que depende 
de la escala, pudiendo una roca masiva de grado fino y se considere a como 
homogénea 
- La isotropía es una medida del comportamiento de material en diferentes 
direcciones. El grado de isotropía de una roca definirá las diferentes reacciones 
de esta a la acción de fuerzas externas o internas 
- La continuidad se refiere