Ensayo de corte directo: norma ASTM D3080, paso a paso y cómo calcular c' y φ'

El ensayo de corte directo es un ensayo de laboratorio de la mecánica de suelos que mide la resistencia al corte de un suelo: la probeta, colocada en una caja bipartida, se consolida bajo un esfuerzo normal constante y se corta lentamente, en condición drenada, para obtener la cohesión c' y el ángulo de fricción φ'.

La tabla resume la respuesta rápida:

Concepto	Respuesta
Qué mide	la resistencia al corte drenada del suelo
Norma	ASTM D3080/D3080M-23e1, vigente al 05/10/2026; no hay norma ABNT NBR (brasileña)
Probetas	3 o más, cada una bajo un esfuerzo normal
Esfuerzos usuales	los de campo; en clase, 50, 100 y 200 kPa
Velocidad de falla	se calcula a partir del t50 o t90 de la consolidación; sin una curva confiable, tiempos mínimos de 10 min a 24 h hasta la falla (edición de 2011)
Resultado	c' y φ' de pico; residual con inversiones

El equipo para el ensayo está en la página de la prensa de corte directo Biopdi. En detalle: el ensayo de corte directo es el ensayo de laboratorio que mide la resistencia al corte (resistencia al cizallamiento) de un suelo. La probeta consolidada se corta en una caja bipartida, bajo un esfuerzo normal constante y a una velocidad lo bastante lenta para drenar, y tres o más probetas dan la cohesión c' y el ángulo de fricción φ'. La norma de referencia es la ASTM D3080/D3080M-23. Cada probeta da un par de esfuerzo normal efectivo σ' y resistencia máxima al corte τ; con tres o más esfuerzos normales distintos, la recta que pasa por los puntos es la envolvente de Mohr-Coulomb, τ = c' + σ'·tan φ': c' es la ordenada al origen y φ' la inclinación.

Estos dos parámetros son los datos de entrada para el cálculo de la estabilidad de taludes y terraplenes, del empuje sobre muros de contención y de la capacidad de carga de cimentaciones. Esta guía muestra el principio del ensayo, la norma vigente (y por qué no existe una norma NBR brasileña específica), el equipo, el procedimiento paso a paso, la regla de velocidad a partir de la consolidación, las modalidades rápida, consolidada rápida y lenta, los cálculos con ejemplos resueltos a mano, cómo interpretar las curvas, la resistencia de pico y la residual, la comparación con el triaxial y los errores más comunes.

En la figura, la prensa de corte directo de palanca de Biopdi: la caja de corte, con el suelo, está sobre el banco, la fuerza normal proviene de las pesas colgadas de la palanca, abajo, y la fuerza cortante se mide con la celda de carga, a la derecha de la caja (en la versión manual, esta lectura se hace en un anillo dinamométrico). El indicador de carátula en la parte superior mide la variación de altura de la probeta durante el corte.

Qué es el ensayo de corte directo y para qué sirve

El ensayo de corte directo (en inglés, direct shear test; también llamado ensayo de cizallamiento directo) mide cuánto esfuerzo cortante soporta un suelo antes de fallar en un plano. El suelo casi nunca falla por tracción ni por aplastamiento de los granos. Falla por corte: una masa de suelo se desliza sobre otra a lo largo de una superficie, como sucede en un talud que se desliza, en el suelo detrás de un muro de contención o bajo una zapata que se hunde. La resistencia que el suelo opone a ese deslizamiento es la resistencia al corte, y el ensayo de corte directo es la forma más directa de medirla en laboratorio.

El método es antiguo. Los primeros ensayos en caja de corte registrados en la literatura de geotecnia son de Frontard, en 1914, después de la falla de la presa de Charmes, en Francia, y de Bell, en 1915 (Das y Sobhan, Principles of Geotechnical Engineering). La idea sigue siendo la misma: obligar al suelo a fallar en un plano conocido y medir cuánto esfuerzo se requiere para cada nivel de compresión.

En la práctica, el ensayo sirve para:

• obtener c' y φ' para análisis de estabilidad de taludes, terraplenes y presas;
• calcular el empuje sobre estructuras de contención;
• estimar la capacidad de carga de cimentaciones superficiales;
• medir la resistencia de interfaces, como suelo y concreto o suelo y geosintético, porque el plano de falla fijo es una ventaja cuando se quiere ensayar justamente esa superficie;
• medir la resistencia residual de arcillas en deslizamientos reactivados, con inversiones del corte.

El mismo nombre, "ensayo de corte", también designa ensayos en metales, tornillos, remaches y adhesivos, realizados en la máquina universal con dispositivos de corte simple o doble. Esos ensayos miden otra cosa, el esfuerzo de ruptura de un material sólido, y se tratan en el artículo sobre el ensayo de corte de materiales. Aquí el tema es solo el suelo.

Principio del ensayo: la caja bipartida y el criterio de Mohr-Coulomb

El principio del ensayo de corte directo es obligar al suelo a fallar en un plano conocido, bajo un esfuerzo normal conocido, y aplicar el criterio de Mohr-Coulomb a los pares de esfuerzos medidos. La probeta se coloca en una caja metálica, cuadrada o circular, dividida horizontalmente en dos mitades. Una placa en la parte superior transmite la fuerza normal N, que comprime el suelo. Una vez que el suelo se consolida bajo esa fuerza, una mitad de la caja se desplaza respecto de la otra, a velocidad constante, y el suelo se ve obligado a fallar en el plano horizontal que separa las dos mitades. Durante el corte, el ensayo registra tres magnitudes: la fuerza cortante T, el desplazamiento horizontal entre las mitades y la variación de altura de la probeta.

El esquema siguiente muestra la caja en corte, ya con la mitad superior desplazada. Las piedras porosas, arriba y abajo del suelo, permiten que el agua entre y salga durante la consolidación y el corte; la pequeña abertura entre las mitades evita que el metal roce contra el metal y sume fricción a la fuerza medida:

Al dividir las fuerzas entre el área A de la probeta, se obtienen el esfuerzo normal σ = N/A y el esfuerzo cortante τ = T/A. La resistencia del suelo tiene dos componentes, descritas por el criterio de Mohr-Coulomb:

• fricción entre los granos, que crece con el esfuerzo normal: cuanto más se comprime el suelo, más difícil es que un grano se deslice sobre otro. El ángulo de fricción φ', también llamado ángulo de fricción interna, mide esa tasa de crecimiento y predomina en las arenas y gravas;
• cohesión, la componente que existe aun sin esfuerzo normal, por cementación o trabazón entre partículas. Es la ordenada al origen c', más relevante en las arcillas y en los suelos cementados.

El apóstrofo indica esfuerzo efectivo. En un suelo saturado, el agua de los poros también soporta parte de la carga, y solo la parte que pasa de grano a grano genera fricción: σ' = σ − u, donde u es la presión del agua en los poros (presión de poro). Como el ensayo es drenado, u es prácticamente nula durante el corte, y el esfuerzo normal aplicado es el propio esfuerzo efectivo. Por eso los parámetros que resultan del ensayo son efectivos: c' y φ'.

Cuál es la norma del ensayo de corte directo

La norma usada en Brasil es la ASTM D3080/D3080M-23, Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions, vigente en la versión D3080/D3080M-23e1. Sustituyó a la edición de 2011 y trata de una sola probeta por ensayo, recomendando tres o más, bajo esfuerzos normales distintos, para trazar la envolvente. El título ya dice lo esencial: el ensayo es consolidado y drenado.

ASTM lista seis ediciones de la D3080: -98, -03, -04, -11, -23 y la actual -23e1 (verificado en la página de la norma el 05/10/2026). Quien todavía cita la D3080-04 está dos ediciones atrás. Hay también una revisión abierta, el work item WK91354, que cambia "engineer" por "qualified professional" en los apartados 1.4 y 1.5; al 05/10/2026 no se ha publicado, y la edición válida sigue siendo la -23e1.

En Europa, la referencia es la ISO 17892-10:2018, que describe dos métodos drenados: la caja de corte, para la resistencia de pico, y el corte anular (ring shear), para la resistencia residual de suelos finos. La antigua BS 1377-7:1990, británica, fue retirada por la BSI en 2022, pero sigue citándose en apuntes e informes antiguos.

No existe una norma ABNT NBR (norma brasileña) específica para el corte directo de suelos. Laboratorios universitarios brasileños, como el de Mecánica de Suelos de la UFOP, señalan que siguen la ASTM D3080 precisamente porque no hay un procedimiento normativo en Brasil. La norma brasileña que a veces aparece asociada al ensayo, la ABNT NBR ISO 12957-1, es de geosintéticos: usa el mismo tipo de aparato para medir la fricción entre un geotextil o una geomalla y una arena estándar o un suelo, y no sirve para determinar c' y φ' de un suelo.

La roca también tiene un procedimiento propio, que no es la D3080. La norma ASTM para corte directo de probetas de roca bajo fuerza normal constante era la D5607, cuya última edición, D5607-16, fue retirada por ASTM en 2025 sin sustituta (situación verificada el 01/10/2026). Para juntas y discontinuidades de roca, la referencia que sigue en uso es el método sugerido de la ISRM, revisado por Muralha et al. (2014, Rock Mechanics and Rock Engineering). La tabla resume las normas de corte directo y la situación de cada una:

Norma	Qué trata	Situación (ASTM e ISO verificadas el 01/10/2026)
ASTM D3080/D3080M-23e1	corte directo de suelos, consolidado y drenado	vigente (verificada de nuevo el 05/10/2026)
ISO 17892-10:2018	corte directo y anular de suelos, drenado	vigente, confirmada en 2024
ISO 12957-1:2018	fricción de geosintéticos en corte directo	vigente, confirmada en 2024; no es norma de suelos
ABNT NBR ISO 12957-1	versión brasileña (2013) de la ISO 12957-1:2005, de geosintéticos	cancelada sin sustitución en 01/2026 (catálogo Target, 30/09/2026)
BS 1377-7:1990	ensayos de resistencia al corte de suelos	retirada en 2022
ASTM D5607-16	corte directo de roca, fuerza normal constante	retirada en 2025, sin sustituta

Equipo y probeta

La prensa de corte directo reúne cuatro funciones: aplicar la fuerza normal, desplazar una mitad de la caja a velocidad constante, medir la fuerza cortante y medir los desplazamientos. La fuerza normal puede provenir de pesas en una palanca o de un motor con celda de carga; el desplazamiento horizontal, de un motor de velocidad controlada; la fuerza cortante se mide con un anillo dinamométrico, en las prensas manuales, o con una celda de carga; y los desplazamientos, con indicadores de carátula o con LVDT, transductores eléctricos de desplazamiento lineal.

La caja debe ser de un material resistente a la corrosión, como acero inoxidable, bronce o aluminio, sin metales distintos en contacto que provoquen corrosión galvánica. La ASTM D3080 fija las dimensiones mínimas de la probeta de ensayo en función del grano más grande del suelo (d_máx). Los valores de la tabla se verificaron en el texto completo de la edición de 2011; como las dimensiones pueden cambiar entre ediciones, verifíquelos en la edición vigente, la D3080/D3080M-23e1:

Requisito (ASTM D3080, edición de 2011)	Valor
diámetro o ancho	≥ 50 mm y ≥ 10·dmáx
altura inicial	≥ 13 mm y ≥ 6·dmáx en la edición de 2011; verifique el valor en la vigente
relación ancho/altura	≥ 2.0
placa superior	0.25 a 0.5 mm menor que la caja
abertura entre las mitades antes del corte	aproximadamente el tamaño del grano más grande; 0.64 mm como estándar para suelos finos. La edición vigente indica que la abertura es especificada y que el solicitante puede exigir otra

En la práctica, las cajas de laboratorio más comunes tienen 60 o 100 mm de lado (también existen las de 2 y 4 pulgadas, 50.8 y 101.6 mm), con 20 a 25 mm de altura. Los suelos con grava requieren cajas grandes: la UFOP, por ejemplo, reporta cajas de 20 × 20 cm y 20 × 40 cm en un equipo de 150 kN. La regla de los 10 y 6 granos existe porque un grano demasiado grande apoyado en las paredes o atravesado en el plano de corte mide la resistencia de ese grano, no la del suelo.

En la versión automática de la prensa de Biopdi, que se muestra abajo, la fuerza normal y la fuerza cortante se aplican con motores y se miden con dos celdas de carga, el LVDT sobre la placa superior registra la variación de altura, y el ensayo se configura en la pantalla táctil del panel:

Cómo realizar el ensayo de corte directo: paso a paso

El ensayo tiene tres fases para cada probeta: montaje, consolidación bajo el esfuerzo normal y corte. La secuencia siguiente sigue la ASTM D3080, verificada en el texto completo de la edición de 2011:

1. Moldear la probeta (inalterada, labrada de un bloque, o compactada a la humedad y densidad de proyecto) y registrar masa, dimensiones y humedad inicial. En una probeta moldeada, la edición de 2011 pide que el suelo humedecido repose antes del moldeo: 3 h para arenas limosas (SM), 18 h para SC, ML y CL y 36 h para MH y CH; las arenas limpias no requieren reposo. La deformación del propio aparato bajo la fuerza normal se calibra y se descuenta.
2. Montar en la caja entre las dos piedras porosas, con las mitades trabadas por los tornillos de alineación, y colocar la placa superior.
3. Aplicar el esfuerzo normal elegido para esa probeta. Si el ensayo es inundado, llenar la cuba de agua en este momento.
4. Consolidar bajo ese esfuerzo, registrando la altura a lo largo del tiempo hasta el fin de la consolidación primaria. La curva altura × tiempo se interpreta como en el ensayo de consolidación (edométrico), según la ASTM D2435/D2435M, y da el t₅₀ o el t₉₀ usado en el cálculo de la velocidad. Vale el tiempo del mayor incremento de esfuerzo normal aplicado a la probeta.
5. Destrabar y abrir la caja: retirar los tornillos de alineación y separar las mitades hasta la abertura especificada, con los tornillos de separación. No levantar la mitad superior tirando del suelo.
6. Calcular la velocidad de corte a partir de la consolidación (sección siguiente) e iniciar el desplazamiento horizontal con una velocidad igual o menor que la calculada.
7. Registrar las lecturas de fuerza, desplazamiento horizontal y desplazamiento vertical. Durante el corte, se verifica que la abertura entre las mitades siga existiendo; si se cierra, se detiene el ensayo y se vuelve a abrir la caja. La norma pide como mínimo lecturas a 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5 y 3 mm de desplazamiento y, a partir de ahí, cada 2% del lado o diámetro.
8. Continuar el corte más allá del pico, hasta grandes desplazamientos. La edición de 2011 de la ASTM D3080 pedía al menos 10% del lado o diámetro; para una caja de 60 mm, 6 mm de desplazamiento.
9. Desmontar separando las mitades por deslizamiento a lo largo del plano de corte, fotografiar la superficie de falla y medir la humedad final.
10. Repetir con al menos otras dos probetas del mismo suelo, bajo esfuerzos normales diferentes.

Los esfuerzos normales deben representar los esfuerzos de campo de la obra en estudio, y esa elección corresponde al ingeniero. En guías de prácticas de laboratorio es común usar 100, 200 y 300 kPa, o 50, 100 y 200 kPa, como en el ejemplo resuelto más adelante.

¿La probeta se ensaya inundada o con su humedad natural?

Depende de la condición de proyecto, y la elección cambia el resultado. La probeta puede ser inalterada, labrada de un bloque, o compactada a la humedad y la densidad definidas por el proyectista; en ambos casos, puede ensayarse inundada, con la cuba llena desde la aplicación del esfuerzo normal, o con su humedad natural. En un suelo no saturado, la succión del agua en los poros suma una parte de resistencia aparente que desaparece cuando el suelo se satura. Un talud que falla después de una lluvia prolongada perdió justamente esa parte, por eso los análisis de estabilidad suelen usar el ensayo inundado, del lado de la seguridad. El ensayo con humedad natural sirve para suelos que comprobadamente no se saturan en la obra, y el informe debe indicar en qué condición se cortó la probeta.

En la caja, la saturación proviene solo de la inundación: no hay membrana ni cámara para aplicar contrapresión, recurso propio del triaxial. La inundación no garantiza la saturación completa de un suelo compactado; cuando el proyecto exige saturación comprobada, el ensayo indicado es el triaxial saturado por contrapresión.

Qué registrar en el informe

El informe debe permitir que otro ingeniero vuelva a interpretar el ensayo. La ficha siguiente reúne los campos, a partir de los puntos de informe de la ASTM D3080 (sección 11 de la edición de 2011) y de las elecciones que esta guía pide justificar:

Grupo	Qué registrar
suelo	identificación, clase USCS, dmáx, si la probeta es inalterada, compactada o reconstituida
probeta	dimensiones de la caja, altura inicial, masa seca, humedad inicial y final, densidad y relación de vacíos iniciales
condición	inundada o con humedad natural
consolidación	fuerza normal N y esfuerzo σ, asentamiento final y duración de cada incremento, t50 o t90 con la curva usada
corte	velocidad adoptada y justificación; lecturas de T, dh y dv
resultados	curvas τ × dh y dv × dh, pico y meseta, criterio de τmáx sin pico, factor de área usado o no
envolvente	c', φ', intervalo de esfuerzos ensayado y R²; desviaciones del procedimiento

Velocidad de falla en el ensayo de corte directo: t50, t90 y tiempos mínimos

La velocidad de corte es la tasa de desplazamiento horizontal entre las mitades de la caja, en mm/min, y es el parámetro que decide si el ensayo es realmente drenado. Debe ser lo bastante lenta para que el agua salga de los poros mientras el suelo se corta, sin generar presión de poro. Cuanto menos permeable es el suelo, más tiempo tarda el agua en salir, y la propia consolidación muestra ese tiempo. La ASTM D3080 calcula primero el tiempo mínimo hasta la falla, t_f (fórmulas y tiempos de esta sección verificados en la edición de 2011):

• si la curva altura × log(tiempo) de la consolidación está bien definida: t_f = 50·t₅₀, donde t₅₀ es el tiempo para el 50% de la consolidación primaria;
• si solo la curva altura × √tiempo está bien definida: t_f = 11.6·t₉₀, con t₉₀ el tiempo para el 90% de la consolidación.

El factor 50·t₅₀ proviene del trabajo de Gibson y Henkel (1954, Géotechnique), que midieron la influencia de la duración del ensayo en la resistencia drenada. Con t_f, la velocidad máxima de corte es R_d = d_f / t_f, donde d_f es el desplazamiento horizontal estimado en la falla. La edición de 2011 indicaba d_f = 10 mm para suelos finos normalmente consolidados o ligeramente preconsolidados y 5 mm para los demás; verifique ese valor en la edición vigente antes de usarlo.

Cuando las curvas de consolidación están mal definidas, o el suelo está muy preconsolidado, la norma da tiempos mínimos hasta la falla por tipo de suelo, según la clasificación SUCS (USCS). La tabla resume esos tiempos:

Suelo (USCS)	Tiempo mínimo hasta la falla
SW, SP (arenas con menos de 5% de finos)	10 min
SW-SM, SP-SM, SM (más de 5% de finos)	60 min
SC, ML, CL, SP-SC	200 min
MH, CH (limos y arcillas de alta plasticidad)	24 h

Ejemplo 1: velocidad de corte de una arcilla CL

Datos: en la consolidación bajo 200 kPa, la curva altura × log(tiempo) de una arcilla de baja plasticidad (CL), normalmente consolidada, dio t₅₀ = 4.0 min. Se adopta d_f = 10 mm.

1. Tiempo hasta la falla: t_f = 50 × 4.0 = 200 min. Coincide con el mínimo de la tabla para CL, también 200 min.
2. Velocidad máxima: R_d = 10 mm / 200 min = 0.05 mm/min. Cualquier velocidad igual o menor cumple.
3. Variante: si solo la curva √tiempo fuera clara, con t₉₀ = 9 min, resultaría t_f = 11.6 × 9 = 104.4 min. Ese valor queda muy por debajo de los 200 min de la tabla para CL. La norma pide cautela en este caso, y adoptar 200 min es la elección conservadora del laboratorio. La propia norma advierte que la interpretación por √tiempo puede dar velocidades demasiado rápidas, sobre todo en suelos no saturados o muy rígidos.

El esquema siguiente muestra las dos lecturas del Ejemplo 1 en la curva de consolidación. A la izquierda, el t₅₀ de 4.0 min por la construcción de Casagrande, con la altura de la probeta contra el logaritmo del tiempo. A la derecha, la variante con t₉₀ de 9 min por la construcción de Taylor, con la altura contra la raíz del tiempo. Observe que la lectura por la raíz del tiempo lleva a un tiempo hasta la falla menor que el mínimo tabulado para CL.

Para comparar: una arcilla CH, sin curva confiable, requiere al menos 24 h (1,440 min) hasta la falla; con d_f = 10 mm, la velocidad baja a 10/1,440 ≈ 0.007 mm/min. Por eso, rangos fijos como "0.01 a 1 mm/min para arcillas" pueden ser demasiado rápidos.

¿El ensayo es drenado o no drenado?

El ensayo normalizado es consolidado y drenado (CD). La ASTM D3080 afirma en una nota que el aparato no es apropiado para ensayos no drenados: la caja no sella la probeta ni mide la presión de poro, y una velocidad rápida sin control de volumen produce un drenaje parcial, de grado desconocido. La antigua BS 1377-7 decía lo mismo: la caja solo sirve para ensayos drenados.

El efecto de una velocidad incorrecta es grande. Bro, Stewart y Pradel (2013, Geo-Congress, ASCE) ensayaron caolinita normalmente consolidada en la caja de corte a varias velocidades. La relación entre la resistencia y el esfuerzo normal de consolidación bajó de 0.53, en el ensayo drenado a 50·t₅₀, a 0.26 en los ensayos más rápidos; en una mezcla de caolinita con 20% de bentonita, de 0.40 a 0.16. Es decir, cortar deprisa puede reducir el resultado a la mitad, sin que el ensayo "parezca" erróneo.

Ensayo rápido, consolidado rápido y lento: ¿qué significan?

Son las tres modalidades tradicionales del corte directo, todavía descritas en guías de prácticas y en propuestas de laboratorio en Brasil, y corresponden, en su intención, a las tres modalidades del triaxial. La diferencia entre ellas es cuánto tiempo se da para que el agua salga, antes y durante el corte. La tabla compara las tres con lo que realmente ocurre en la caja:

Modalidad	Cómo se realiza	Equivalente pretendido en el triaxial	Qué ocurre en la caja
rápido	corte justo después de aplicar el esfuerzo normal, sin esperar la consolidación	UU (no consolidado, no drenado)	drenaje parcial y desconocido; no normalizado
consolidado rápido	consolida bajo el esfuerzo normal y corta deprisa	CU (consolidado, no drenado)	drenaje parcial y desconocido; no normalizado
lento	consolida y corta a la velocidad calculada por el t50	CD (consolidado, drenado)	drenado; es el ensayo de la ASTM D3080

En arenas limpias, que drenan en segundos, las tres modalidades dan prácticamente el mismo resultado, porque el agua sale incluso en el corte rápido. En arcillas, las dos primeras dan una resistencia en esfuerzos totales con drenaje incierto, como muestran los ensayos de Bro, Stewart y Pradel. El ensayo lento no tiene por qué durar semanas: con t_f = 50·t₅₀, el corte de una arcilla CL dura algunas horas y el de una CH, como mínimo 24 h, más el tiempo de consolidación de cada probeta.

Cuando el proyecto necesita la resistencia no drenada, los ensayos indicados son el ensayo triaxial no drenado, que controla el drenaje y mide la presión de poro, o el corte simple directo (DSS) según la ASTM D6528-24, que mantiene el volumen constante.

Cálculos del ensayo de corte directo

Calcular el ensayo de corte directo consiste en convertir las fuerzas medidas en esfuerzos, dividiéndolas entre el área de la probeta, y ajustar una recta a los pares (σ', τ_máx) de las probetas. En cada lectura, los esfuerzos nominales son las fuerzas divididas entre el área inicial:

• esfuerzo normal: σ = N / A;
• esfuerzo cortante: τ = T / A;
• desplazamiento horizontal relativo: P_d = 100·d_h / D (%), donde d_h es el desplazamiento y D el lado o el diámetro;
• velocidad media: R_d = d_h / t.

De cada probeta se obtiene un punto (σ', τ_máx). Con los n puntos, la envolvente es la recta de mínimos cuadrados:

• tan φ' = Σ(σ_i − σ̄)(τ_i − τ̄) / Σ(σ_i − σ̄)²;
• c' = τ̄ − σ̄·tan φ', donde σ̄ y τ̄ son las medias.

Ejemplo 0: τ y σ leídos en la prensa manual

En la prensa manual, la fuerza cortante no se obtiene directamente: se lee el micrómetro de carátula del anillo dinamométrico en divisiones y se multiplica por la constante K del anillo, T = K·L. Datos (ejemplo didáctico): caja de 50 × 50 mm, A = 0.0025 m²; fuerza normal N = 250 N; constante del anillo K = 2.0 N/división (valor hipotético); lectura pico L = 95 divisiones.

1. Esfuerzo normal: σ = 250 N / 0.0025 m² = 100,000 Pa = 100 kPa.
2. Fuerza cortante pico: T = 2.0 × 95 = 190 N.
3. Esfuerzo cortante pico: τ = 190 N / 0.0025 m² = 76,000 Pa = 76 kPa.

Este es un punto (σ', τ_máx) de la envolvente. La constante K proviene del certificado de calibración del anillo, no de un catálogo.

Ejemplo 2: envolvente con tres probetas

Datos (ejemplo didáctico, no es un resultado de laboratorio): caja cuadrada de 60 × 60 mm, A = 0.0036 m², arcilla arenosa compactada y saturada, ensayo CD. Fuerzas normales de 180, 360 y 720 N; fuerzas cortantes máximas de 140.4, 208.8 y 378.0 N.

1. Esfuerzos normales: σ₁ = 180 N / 0.0036 m² = 50,000 Pa = 50 kPa; σ₂ = 100 kPa; σ₃ = 200 kPa.
2. Esfuerzos cortantes máximos: τ₁ = 140.4 / 0.0036 = 39 kPa; τ₂ = 208.8 / 0.0036 = 58 kPa; τ₃ = 378.0 / 0.0036 = 105 kPa.
3. Medias: σ̄ = (50 + 100 + 200) / 3 = 116.67 kPa; τ̄ = (39 + 58 + 105) / 3 = 67.33 kPa.
4. Desviaciones de σ: −66.67, −16.67 y +83.33. Cuadrados: 4,444.4 + 277.8 + 6,944.4 = 11,666.7.
5. Desviaciones de τ: −28.33, −9.33 y +37.67. Productos cruzados: 1,888.9 + 155.6 + 3,138.9 = 5,183.3.
6. Pendiente: tan φ' = 5,183.3 / 11,666.7 = 0.4443, por lo tanto φ' = arctan 0.4443 = 24.0°.
7. Intercepto: c' = 67.33 − 0.4443 × 116.67 = 67.33 − 51.83 = 15.5 kPa.
8. Verificación: la recta predice 37.7, 59.9 y 104.4 kPa en los tres esfuerzos; los residuos son 1.3, −1.9 y 0.6 kPa, y el coeficiente de determinación es R² = 0.997.

Respuesta: τ = 15.5 + σ'·tan 24.0°, en kPa. La gráfica siguiente muestra los tres puntos y la recta ajustada, con el intercepto c' en el eje vertical y la pendiente φ':

Ejemplo 3: corrección de área en el pico

A medida que avanza la mitad de la caja, el área de contacto entre las dos partes de la probeta disminuye. En una caja cuadrada de lado L, el área corregida es A_c = L·(L − d_h). En la probeta de 200 kPa del Ejemplo 2, suponga que el pico ocurrió en d_h = 6 mm:

1. A_c = 60 × (60 − 6) = 3,240 mm² = 0.00324 m².
2. τ_c = 378.0 N / 0.00324 m² = 116.7 kPa (nominal: 105 kPa).
3. σ_c = 720 N / 0.00324 m² = 222.2 kPa (nominal: 200 kPa).
4. Relación: 116.7 / 222.2 = 0.525, igual a 105 / 200 = 0.525.

La corrección modifica los dos esfuerzos en la misma proporción y no cambia la relación τ/σ. La propia ASTM D3080-23e1 (inciso 5.5) señala que la reducción de área genera incertidumbre sobre los esfuerzos, pero no debería afectar la relación entre ellos. La norma admite la corrección, siempre que el informe indique qué factor se utilizó y por qué.

Ejemplo 4: ¿la prensa tiene capacidad para el ensayo?

La capacidad de la prensa limita el esfuerzo máximo que se puede aplicar, y el cálculo depende del área de la caja. La prensa eléctrica automática de Biopdi tiene una capacidad de 1,000 kgf en la fuerza normal y de 500 kgf en la fuerza cortante. Para un ensayo en caja de 100 × 100 mm (A = 0.01 m², o 100 cm², el valor que se captura en la pantalla de configuración), con un esfuerzo normal máximo de 400 kPa y el suelo del Ejemplo 2:

1. Fuerza normal: N = 400 kPa × 0.01 m² = 4.0 kN = 4,000 / 9.807 = 408 kgf, por debajo de 1,000 kgf.
2. Resistencia esperada: τ = 15.5 + 400 × 0.4443 = 15.5 + 177.7 = 193.2 kPa.
3. Fuerza cortante: T = 193.2 × 0.01 = 1.93 kN = 197 kgf, por debajo de 500 kgf.
4. Velocidad: los 0.05 mm/min del Ejemplo 1 y los cerca de 0.007 mm/min de una arcilla CH están dentro del rango de la prensa, de 0.0001 a 20 mm/min.

Con holgura en ambas fuerzas, la celda de carga puede incluso ser de menor capacidad, lo que mejora la resolución para suelos blandos.

Cómo interpretar los resultados del ensayo de corte directo

La interpretación comienza con las curvas de cada probeta y solo después llega a la envolvente. Cada pregunta siguiente corresponde a una lectura que el ingeniero hace en el informe.

¿La probeta tuvo pico?

La curva τ × desplazamiento horizontal tiene dos formas típicas, mostradas en el esquema siguiente. Los suelos densos o preconsolidados suben hasta un pico y después caen hasta una meseta; los suelos sueltos o normalmente consolidados suben de forma continua hasta la meseta, sin un pico definido. La ASTM D3080 reconoce ambas formas y recomienda llevar el corte hasta grandes desplazamientos, en lugar de detenerlo cuando la fuerza empieza a caer, para registrar también la meseta:

Sin pico, τ_máx se toma en la meseta o con un criterio de desplazamiento definido en el informe. Ese criterio debe ser el mismo para las tres probetas.

¿La altura aumentó o disminuyó durante el corte?

La gráfica inferior del esquema explica el pico. En un suelo denso, los granos están trabados y, para deslizarse, tienen que montarse unos sobre otros: la probeta aumenta de altura, fenómeno llamado dilatancia. Ese trabajo adicional contra el esfuerzo normal es lo que eleva el pico. En un suelo suelto, los granos se acomodan en los vacíos y la altura disminuye: es la contracción. La pendiente de la curva de altura da una medida aproximada de la dilatancia: tan ψ ≈ Δd_v / Δd_h. Si, en una arena densa, la altura aumenta 0.30 mm mientras el desplazamiento horizontal avanza de 2.0 a 3.0 mm, tan ψ ≈ 0.30 / 1.0 = 0.30 y ψ ≈ 16.7°.

¿Qué significan c' y φ' de la envolvente?

φ' es la tasa con la que la resistencia crece con el esfuerzo efectivo, y c' es la resistencia que quedaría con esfuerzo efectivo nulo. En el Ejemplo 2, cada 100 kPa adicionales de esfuerzo normal agregan 44.4 kPa de resistencia, y el intercepto es 15.5 kPa. Ambos valen solo dentro del rango de esfuerzos ensayado: extrapolar la recta muy por debajo del menor esfuerzo o muy por encima del mayor puede sobrestimar la resistencia, porque la envolvente real suele ser curva.

¿Un c' positivo en arena es cohesión?

En general, no. Las arenas limpias tienen un c' prácticamente nulo. Un intercepto pequeño en una arena densa suele provenir del ajuste de una recta a una envolvente ligeramente curva, o del efecto de la dilatancia a esfuerzos bajos, y no de cementación entre granos. Usar ese c' en el diseño, sobre todo en taludes someros, donde el esfuerzo normal es bajo, va en contra de la seguridad.

¿Los valores están en el orden de magnitud esperado?

Antes de liberar el informe, conviene comparar el φ' obtenido con rangos de la literatura. No sustituyen al ensayo, pero muestran cuándo algo salió de lo común, como una velocidad demasiado rápida o una probeta alterada. La compilación de geotechdata.info, que reúne libros de texto y normas, da estos rangos (los valores varían entre autores):

Suelo (SUCS)	φ' típico
arena suelta (SW, SP)	29° a 30°
arena medianamente densa (SW, SP)	30° a 36°
arena densa (SW, SP)	36° a 41°
arena limosa (SM)	32° a 35°
arena arcillosa (SC)	30° a 40°
limo de baja plasticidad (ML)	27° a 41°
arcilla de baja plasticidad (CL)	27° a 35°
arcilla de alta plasticidad (CH)	17° a 31°

El φ' = 24.0° del Ejemplo 2 es bajo para una arcilla arenosa y estaría en el límite inferior del rango CL: en un caso real, esto obligaría a revisar la velocidad y la saturación antes de aceptar el resultado.

¿Cómo entran los parámetros en el diseño?

En un punto de la superficie de falla de un talud, con esfuerzo normal total σ = 150 kPa y presión de poro u = 30 kPa, el esfuerzo efectivo es σ' = 150 − 30 = 120 kPa. Con los parámetros del Ejemplo 2, la resistencia disponible es τ = 15.5 + 120 × 0.4443 = 68.8 kPa. Sin presión de poro, sería 15.5 + 150 × 0.4443 = 82.1 kPa. La diferencia, de 13.3 kPa, muestra por qué los parámetros deben ser efectivos: el nivel freático cambia la resistencia del mismo suelo.

Resistencia pico y resistencia residual

La resistencia pico es el esfuerzo cortante máximo que alcanza la probeta durante el corte; la residual es la resistencia estable que queda después de grandes desplazamientos en el mismo plano. La pico, τ_p y φ'_p, es la que se usa para suelos intactos, sin una superficie de falla previa. En arcillas, sin embargo, la resistencia sigue cayendo con desplazamientos muy grandes, porque las partículas laminares se alinean en el plano de corte. El valor final, estable, es la resistencia residual, φ'_r, y es la que gobierna los deslizamientos reactivados y los taludes excavados en terrenos con superficies de falla antiguas.

Skempton (1985, Géotechnique) demostró que las arcillas preconsolidadas pierden resistencia en dos etapas: primero hasta la condición completamente ablandada, cuando se agota la dilatancia, y después hasta la residual, cuando las partículas se orientan. La residual depende de la fracción arcilla y del mineral:

Situación (Skempton, 1985)	φ'r aproximado
fracción arcilla por debajo de cerca de 25%	en general, más de 20°
caolinita (fracción arcilla de 50% o más)	cerca de 15°
illita	cerca de 10°
montmorillonita	cerca de 5°

La caja de corte directo llega a la residual mediante inversiones: al final de la carrera, la mitad regresa a la posición inicial y el corte se repite varias veces en el mismo plano, muchas veces en una probeta ya precortada. La alternativa es el corte anular (ring shear), que gira la probeta sin límite de desplazamiento, conforme a la ASTM D6467-21e1 o a la ISO 17892-10.

¿Corte directo o triaxial?

El corte directo y el triaxial miden los mismos parámetros, c' y φ', pero el directo impone el plano de falla y solo es drenado, mientras que el triaxial deja la falla libre y controla el drenaje. En el ensayo triaxial, la probeta cilíndrica se coloca en una cámara presurizada, envuelta en una membrana, y falla en el plano más débil; el drenaje se controla con válvulas y se mide la presión de poro. De ahí las tres modalidades: UU (no consolidado y no drenado), CU (consolidado y no drenado) y CD (consolidado y drenado). En la caja, el drenaje es libre. La tabla compara ambos ensayos:

Aspecto	Corte directo	Triaxial
plano de falla	impuesto por la caja	libre, el más débil
drenaje	solo drenado	UU, CU o CD, con control
presión de poro	no la mide	la mide (CU)
esfuerzos en el plano	no uniformes; el área disminuye	estado de esfuerzos conocido
deformación y módulo	no los determina	los determina
duración del ensayo drenado	corta: trayectoria de drenaje pequeña	larga en el CD
uso principal	interfaces, planos débiles conocidos, residual	trayectoria de esfuerzos, condición no drenada

El corte directo es más sencillo, más económico y, para suelos finos, más rápido en el ensayo drenado, porque el agua recorre solo la mitad de la altura de 20 a 25 mm. Es la elección natural cuando el problema es drenado y el plano de falla es conocido. Cuando el diseño depende de la resistencia no drenada, de la presión de poro o del módulo, el ensayo indicado es el triaxial, en las modalidades UU (ASTM D2850), CU (ASTM D4767) o CD (ASTM D7181). El DSS, ya mencionado, ocupa un punto intermedio: corta toda la probeta en corte simple, a volumen constante, sin plano impuesto.

Errores comunes y limitaciones

Los errores más comunes en el ensayo de corte directo están en la velocidad, en el tamaño de la probeta y en la lectura de los resultados. La mayoría de los malos resultados proviene de esta lista, y algunos de estos errores se repiten en textos sobre el tema:

• Citar la ABNT NBR ISO 12957-1 (adopción brasileña de la ISO 12957-1) como norma de suelos. Trata de geosintéticos y, además, fue cancelada en 01/2026. Para suelos, la referencia es la ASTM D3080.
• Llamar no drenado al ensayo. La caja no controla el drenaje; un ensayo rápido da parámetros de drenaje desconocido.
• Usar una velocidad de tabla sin revisar la consolidación. Una arcilla CH requiere al menos 24 h hasta la falla, y 0.05 mm/min puede ser demasiado rápido para ella.
• Grano demasiado grande para la caja. Respetar 10·d_máx en el ancho y 6·d_máx en la altura; la grava requiere una caja grande. Una probeta de "5 × 5 mm", como aparece en algunos textos, es un error de unidades: el mínimo es 50 mm.
• Hablar de saturación por contrapresión en la caja. La caja de corte directo no puede aplicar contrapresión; la probeta se inunda, y una saturación comprobada exige el triaxial.
• Cortar arena a 1 a 5 mm/min. Incluso la arena limpia (SW, SP) requiere al menos 10 min hasta la falla; con el d_f de 5 a 10 mm de la edición de 2011, la velocidad máxima queda entre 0.5 y 1 mm/min. Una arena con más de 5% de finos (60 min) baja a 0.08 a 0.17 mm/min.
• Separación incorrecta entre las mitades. Sin separación, hay fricción metal con metal que se suma a la fuerza; si se abre elevando la mitad superior, el suelo queda sometido a tracción en el plano de corte.
• Detener el ensayo en el pico. Sin la meseta no se distingue el pico de la residual ni se verifica el comportamiento.
• Interpretar el intercepto de una arena como cohesión real. Véase la sección de interpretación.
• Calcular módulo o deformación cortante. La ASTM D3080-23 es clara: los esfuerzos y los desplazamientos no son uniformes y el espesor de la zona de falla no está definido, por lo que el ensayo no da deformación ni módulo de corte.
• Suponer que el plano impuesto es el más débil. En suelos estratificados o anisótropos, la probeta debe orientarse según el plano de interés de la obra.
• Ensayar arcilla rígida fisurada sin precauciones. La ASTM D3080-23e1 (inciso 5.4) advierte que, en arcillas rígidas muy preconsolidadas, las fisuras y discontinuidades pueden provocar una inclinación excesiva y un movimiento vertical que invalidan el ensayo.
• Definir la fricción como una fuerza de choque entre cuerpos. En el suelo, la fricción es la resistencia al deslizamiento entre granos, proporcional al esfuerzo efectivo normal al plano.

La prensa de corte directo de Biopdi

En São Carlos (SP, Brasil), Biopdi fabrica la prensa de corte directo en tres versiones. La manual tiene anillo dinamométrico y palanca para pesas de hasta 1,000 kgf. La semiautomática tiene celda de carga, LVDT, motor y pantalla táctil (touchscreen). La eléctrica automática es electromecánica, de 1,000 kgf (10 kN), con dos celdas de carga, dos LVDT y dos ejes motorizados: uno para la fuerza normal y otro para la fuerza cortante. Las cajas de corte miden 60 × 60 mm y 100 × 100 mm, en latón y acero inoxidable. El panel de abajo muestra la versión automática, la función de cada parte en el ensayo y los accesorios:

En la pantalla, el operador captura la velocidad del eje horizontal en mm/min, el nombre del ensayo, el área de la probeta en mm² (de 3,600 a 10,000 mm², que corresponden a las cajas de 60 y de 100 mm) y el criterio de paro automático, ya sea por fuerza cortante máxima o por desplazamiento horizontal máximo. En la fase de consolidación, el operador define el esfuerzo objetivo en kPa, que la prensa mantiene constante, y el tiempo. En la fase de corte, la adquisición se hace por intervalo de tiempo o por intervalo de desplazamiento. Durante el corte, la pantalla muestra en tiempo real el esfuerzo cortante y el esfuerzo normal en kPa, las posiciones horizontal y vertical y el área corregida. Las celdas de carga son intercambiables, de 5 a 1,000 kgf, así que la resolución se puede ajustar a suelos blandos o firmes. El t₅₀ que define la velocidad se obtiene de la consolidación. Esta se hace en la misma caja o, si se necesita la curva completa de compresibilidad, en la prensa de consolidación. La línea de equipos para mecánica de suelos también incluye la prensa triaxial, en versión estática y dinámica (la dinámica se usa para el módulo de resiliencia), y la prensa CBR/Marshall, para los ensayos CBR y Marshall.

Video de la prensa de corte directo

En el siguiente video se ven las características principales de la prensa de corte directo de Biopdi:

Normas citadas

La siguiente tabla reúne las normas citadas en el artículo. Verificamos la edición vigente de las normas ASTM e ISO el 01/10/2026 en los sitios de ASTM y de ISO (la D3080 se volvió a revisar el 05/10/2026). La situación de las normas ABNT (brasileñas) se revisó el 30/09/2026 en el catálogo Target:

Norma	Qué trata	Edición
ASTM D3080/D3080M	corte directo de suelos, consolidado y drenado	D3080/D3080M-23e1
ISO 17892-10	corte directo y corte anular de suelos	2018, confirmada en 2024
ASTM D2435/D2435M	consolidación unidimensional (t50 y t90)	D2435/D2435M-25
ASTM D6467	resistencia residual drenada en corte anular	D6467-21e1
ASTM D6528	corte simple directo (DSS), no drenado	D6528-24
ISO 12957-1	fricción de geosintéticos en corte directo	2018, confirmada en 2024
ABNT NBR ISO 12957-1	versión brasileña (2013) de la ISO 12957-1:2005	cancelada sin sustitución (01/2026)
BS 1377-7	resistencia al corte de suelos (británica)	1990, retirada en 2022
ASTM D5607	corte directo de roca	D5607-16, retirada en 2025 sin sustituta

Conclusión

El ensayo de corte directo sigue siendo la forma más directa de obtener c' y φ' de un suelo en condición drenada. También es el primer ensayo que se pide en proyectos de muros de contención, cimentaciones y taludes. El resultado solo es confiable si se cumplen tres condiciones: la velocidad se calcula a partir de la consolidación, la probeta es compatible con el grano más grande y se usan al menos tres esfuerzos normales representativos de la obra. El método tiene dos limitaciones: el plano de falla es impuesto y no hay control de la presión de poro. Estas limitaciones no lo invalidan. Indican cuándo el método es suficiente y cuándo el problema requiere un ensayo triaxial.

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