Determination of tensile strength in soils as a geotechnical design parameter through correlations using numerical models

Johannes Enrique  Briceño Balza; Norly Thairis  Belandria Rodriguez; Francisco León Oviedo

doi:10.15649/2346075X.5919

Autores/as

Johannes Enrique Briceño Balza Department of Roads, School of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Los Andes. Mérida, Venezuela, https://orcid.org/0000-0002-1265-8788
Norly Thairis Belandria Rodriguez Applied Geology Research Group (AGRG), School of Geological Engineering, Faculty of Engineering, Universidad de Los Andes, Venezuela. https://orcid.org/0000-0002-9485-0860
Francisco León Oviedo Mechanical Vibrations Laboratory, School of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Universidad de Los Andes. Mérida, Venezuela. https://orcid.org/0000-0001-7706-5740

DOI:

https://doi.org/10.15649/2346075X.5919

Palabras clave:

Resistencia a tracción en suelos, resistencia a compresión, ensayo de tracción indirecta, correlación compresión–tracción, modelación numérica

Resumen

Introducción. La formación de grietas por tracción puede afectar la estabilidad y el desempeño de estructuras geotécnicas, particularmente cuando se desarrollan mecanismos de falla por tracción en masas de suelo. Objetivo. Establecer una correlación entre la resistencia a compresión (σc) y la resistencia a tracción (σt) en suelos, basada en ensayos de laboratorio y modelación numérica. Materiales y métodos. Se realizaron ensayos de compresión simple y tracción indirecta en tres suelos predominantemente arenosos con diferentes contenidos de finos. Adicionalmente, se llevaron a cabo simulaciones numéricas para reproducir las condiciones de esfuerzo de ambos ensayos, y se aplicaron análisis estadísticos para evaluar la relación entre σc y σt. Resultados. La resistencia a tracción (σt) fue significativamente menor que la resistencia a compresión (σc), con valores entre el 17% y el 19% de σc. Se identificó una relación lineal positiva entre ambos parámetros, con altos coeficientes de correlación y determinación. Las simulaciones numéricas mostraron buena concordancia con los datos experimentales. Conclusiones. Se propone una ecuación de correlación entre σc y σt para los suelos analizados, que permite estimar indirectamente la resistencia a tracción a partir de valores de resistencia a compresión. Su aplicabilidad se limita a suelos con características similares a los estudiados.

Referencias

1. Briceño Balza JE, Barreto Aldana RC, Guerrero Dávila YL. Estimation of tensile strength in soils reinforced with synthetic fibers. Ingenio. 2025;8(1):43–51. http://doi.org/10.29166/ingenio.v8i1.7141

2. Briceño Balza JE, Castillo Pernía LJ, Mercado Marquez M. Evaluation of indirect tensile strength and stability of fiber-reinforced cold asphalt mixes. Ciencia e Ingeniería. 2025;46(1). http://erevistas.saber.ula.ve/index.php/cienciaeingenieria/article/view/20611

3. Charaja ALA, Mann LAJB. Improving the mechanical properties of adobe using chilihua fiber and olluco mucilage. Braz J Dev. 2025;11(5):e79896. http://doi.org/10.34117/bjdv11n5-063

4. Villalobos Lopez DV. Effects of the incorporation of coconut fibers on the mechanical properties of adobe [Bachelor’s thesis]. Lord of Sipán University; 2025. http://hdl.handle.net/20.500.12802/15113

5. Flores Becerra R. Study of the mechanical properties of PET fiber-enhanced adobe in the Lambayeque region [Bachelor’s thesis]. Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo; 2025. http://hdl.handle.net/20.500.12893/14614

6. Ávila A G. Tensile strength: study of shrinkage and cracking in clays [Doctoral thesis]. Polytechnic University of Catalunya; 2024. http://hdl.handle.net/10803/6233

7. Zhang L, Wang X, Xia T, Yang B, Yu B. Deformation characteristics of Tianjiaba landslide induced by surcharge. ISPRS Int J Geo-Inf. 2021;10(4):221. http://doi.org/10.3390/ijgi10040221

8. Chen G, Tang P, Huang R. Critical tension crack depth in rockslides that conform to the three-section mechanism. Landslides. 2021;18:79–88. http://doi.org/10.1007/s10346-020-01471-x

9. Tang L, Zhao Z, Luo Z, Sun Y. What is the role of tensile cracks in cohesive slopes? J Rock Mech Geotech Eng. 2019;11:314–324. http://doi.org/10.1016/j.jrmge.2018.09.007

10.Ramírez P, Alejano L. Mecánica de rocas: fundamentos e ingeniería de taludes. Madrid: Red DESIR;2014.

11.Abdollahi M, Vahedifard F, Abed M. Effect of tension crack formation on active earth pressure in unsaturated retaining wall backfills. J Geotech Geoenviron Eng. 2021;147(2). http://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0002434

12.Lambe TW, Whitman RV. Soil mechanics. New York: John Wiley & Sons;1979.

13.Abu-Hejleh AN, Znidarcic D. Desiccation theory for soft cohesive soils. J Geotech Eng. 1995;121(6):493–502. http://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9410(1995)121:6(493).

14.Farrell DA, Greacen EL, Larson WE. The effect of water content on axial strain in a loam soil under tension and compression. Soil Sci Soc Am J. 1967;31(4):445–450. http://doi.org/10.2136/sssaj1967.03615995003100040011x.

15.Torres J, Torres R. Numerical analysis of the direct shear test on silty sands planted with vetiver. In: Proc17th PCSMGE; 2024. http://www.issmge.org/uploads/publications/84/130/FV_404_-_MT_4_-_FV.pdf

16.Ortiz Morocho KR, Viracucha Llano JX. Analysis of the ultimate bearing capacity of soil using analytical methods and finite elements. 2025. http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/29675.

17.Achá M, Moscoso Á, Gonzales G. Parametric analysis of soil-structure interaction in an isolated foundation by FEM. Investig Desarro. 2024;24(1):5–20. http://doi.org/10.23881/idupbo.024.1-1i

18.Segundo J, Quispe S. Análisis correlacional de presiones admisibles en suelos finos. CONCYTEC; 2024. http://alicia.concytec.gob.pe/vufind/Record/UACI_db3075e894276afbe6290ff1980be2d7.

19.Moreno J. Ajuste a los parámetros de resistencia de depósitos de coluviones. 2012. http://repositorio.escuelaing.edu.co/entities/publication/0022beda-79da-439c-a247-dbf09ddad0b0.

20.Caro C, Catellet I, Ernest B. Correlación de parámetros geotécnicos con modelo hidrológico superficial. Ingenio Magno. 2013;4:76–86. http://revistas.santototunja.edu.co/index.php/ingeniomagno/article/view/755/672

21.Radelet-de Grave P. A study of Coulomb’s application of the rules of maxima and minima to problems of statics. In: Radelet-de Grave P. Between mechanics and architecture: the mathematical search for stability in architecture. Cham: Birkhäuser; 2025. p. 265-298. Mathematics and the Built Environment; vol. 8. http://doi.org/10.1007/978-3-031-73530-1_10.

22.Labuz JF, Zang A. Mohr–Coulomb failure criterion. Rock Mech Rock Eng. 2012;45:975–979. http://doi.org/10.1007/s00603-012-0281-7.

23.Zhang L, Zheng H. The Cosserat continuum with hyperbolic Mohr-Coulomb surface. Int J Rock Mech Min Sci. 2026;199:106425. http://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2026.106425.

24.Catari P, Barriga C, Villanueva C, Gómez J, Alvarado H, Melgar D, et al. Optimización del diseño de talud mediante FEM. Novasinergia. 2025;8(1):33–51. http://doi.org/10.37135/ns.01.15.09.

25.Vera N, Moreano R, Loayza R. Aplicación del método de elementos finitos en estabilidad de taludes. Micaela. 2025;6(2):86–94. http://doi.org/10.57166/micaela.v6.n2.2025.191.

26.Li HD, Tang CS, Cheng Q, Li SJ, Gong XP, Shi B. Tensile strength of clayey soil. Eng Geol. 2019;253:137–148. http://doi.org/10.1016/j.enggeo.2019.03.017 .

27.Wang R, Li Y, Lv D, Zhao W, Zhang C, Zachert H, et al. Comparison of test methods for tensile strength of soil. Front Earth Sci. 2022;10:835851. http://doi.org/10.3389/feart.2022.835851.

28.Guan FF, Li YR, Gao GH, Beroya-Eitner MA, Zachert H. Horizontal compression test for tensile strength. Front Earth Sci. 2022;10:839073. http://doi.org/10.3389/feart.2022.839073