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EADIC – Escuela Técnica Especializada
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Tema 1. Caracterización del terreno
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ÍNDICE
CARACTERIZACIÓN DEL TERRENO .......................................................................................................................... 4
1 PLANIFICACIÓN DE LA CAMPAÑA GEOTÉCNICA. ENSAYOS. .......................................... 4
1.1 Necesidad de la investigación geotécnica .......................................................................................... 4
1.2 Planificación de la campaña geotécnica......................................................................................... 6
1.3 Ensayos in situ ................................................................................................................................................20
1.4 Ensayos de laboratorio ............................................................................................................................. 32
2 EJERCICIOS RESUELTOS ................................................................................................................................. 52
2.1 Planificación de la campaña ................................................................................................................. 52
2.2 Planificación de campaña para un edificio ................................................................................ 54
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CARACTERIZACIÓN DEL TERRENO
1 PLANIFICACIÓN DE LA CAMPAÑA GEOTÉCNICA. EN-
SAYOS.
1.1 Necesidad de la investigación geotécnica
La realización de cualquier estudio o proyecto de geotecnia y cimentación, deberá ir
precedida de una Investigación geotécnica específica.
Todos los estudios, reconocimientos de campo, ensayos de laboratorio, análisis de
la información, etc., deberán quedar recogidos en un único documento, que constituirá
el informe geotécnico que ha de servir de base a los trabajos posteriores.
El alcance del Informe Geotécnico vendrá condicionado por la finalidad del trabajo
en el que va a ser utilizado y el objeto de su trabajo puede ser muy diferente; así se
puede requerir un informe geotécnico para la elección del emplazamiento adecuado
dentro de una misma zona, para garantizar la viabilidad de una determinada actuación,
para el establecimiento de las condiciones del terreno que permitan una definición pre-
cisa de las obras, incluyendo aquellas que tengan un carácter temporal, para determinar
un estudio complementario de aspectos específicos que permitan adoptar los procedi-
mientos constructivos más adecuados,…
La finalidad del Informe Geotécnico debe figurar de modo explícito en su texto ha-
ciendo mención al tipo de obras o estructuras para las que se ha previsto que sea utili-
zada la información. Su utilización posterior para una finalidad distinta deberá ser justi-
ficada de modo expreso.
La extensión y la profundidad de una investigación geotécnica para una obra ven-
drán condicionadas por la importancia de los trabajos y obras a desarrollar en el empla-
zamiento y por las características geotécnicas del terreno.
La investigación se desarrollará en sucesivas etapas que deben de cumplirse debi-
damente secuenciadas en el tiempo, ya que como se ha indicado la extensión y profun-
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didad de la propia investigación geotécnica depende del terreno. Así, se deben prever
las siguientes fases:
- Estudio preliminar
Comprende los trabajos previos de recopilación y análisis de la información pre-
existente. Debe incluir visitas de inspección al emplazamiento con toma de da-
tos, y realización de trabajos sencillos de reconocimiento, así como los sondeos
previos necesarios para conocer la estructura básica del terreno si ésta no fuera
conocida. Esta etapa concluye con la redacción del informe geotécnico prelimi-
nar.
- Reconocimiento
Incluye esta etapa todos los trabajos de reconocimiento de campo y laboratorio
posteriores al estudio preliminar.
- Informe geotécnico
El informe debe incluir un resumen de la información previa, la descripción y aná-
lisis de los reconocimientos realizados, la identificación de los materiales que
existen en el subsuelo y la determinación de los parámetros geotécnicos nece-
sarios para los trabajos que hayan sido objeto del estudio.
Hay fuentes de información preexistente que deben ser consultadas o averigua-
das: información publicada (normas y documentación del Instituto Tecnológico y
Geominero de España, I.T:G:E:, artículos publicados relativos a proyectos y obras
en la zona próxima a la que es objeto de la Investigación Geotécnica), informa-
ción no publicada (la experiencia local en relación con aspectos geotécnicos, re-
conocimientos y estudios geotécnicos correspondientes a proyectos y obras
próximas) e inspección del emplazamiento y reconocimiento previo (confirma-
ción de la cartografía geológico-geotécnica y realización de algunos reconoci-
mientos sencillos como (calicatas, penetrómetros, geofísica, ensayos de identifi-
cación, etc) y de los sondeos necesarios para conocer la estructura básica del
subsuelo, si ésta no fuese conocida.
A partir de esta información se redactará el informe geotécnico preliminar donde se
describirán las condiciones geológicas y geotécnicas del área estudiada, con la preci-
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sión suficiente para permitir el desarrollo de los trabajos y cálculos previos, en tanto se
dispone de la información completa. Esta definición debería incluir, siempre que sea po-
sible, los siguientes puntos:
- Posición del nivel piezométrico.
- Marco geológico y evolución de la geomorfología del emplazamiento.
- Perfiles geotécnicos y/o columnas-tipo del terreno.
- Identificación de los materiales.
- Asignación de las características básicas.
El informe geotécnico preliminar, basado en la información previa, debe concluir con
la identificación de los aspectos importantes que son desconocidos y que han de ser
objeto de nuevos reconocimientos. A tal fin se debe disponer de una descripción lo más
exacta posible de las obras a realizar.
Vistos los aspectos geotécnicos que requieren investigación, confirmación o mayor
detalle, se procederá a programar los trabajos del reconocimiento geotécnico.
Es posible que no sea necesario realizar más reconocimientos geotécnicos, aparte
de los realizados en el contexto del estudio preliminar. Así ocurre en obras de menor
importancia a realizar en emplazamientos con buen terreno y donde la información geo-
técnica previa es abundante y haya sido contrastada. Con mucha frecuencia, un informe
geotécnico preliminar debe incluir algún cálculo previo preciso para toma de decisiones
o análisis de viabilidad aun sin haber tomado muestras ni tener apenas ensayos de
campo ni laboratorio que nos den una base para estimar parámetros; en estos casos es
muy frecuente partir de unos datos previos preestablecidos según el reconocimiento de
los diferentes estratos del terreno. Debe quedar bien entendida la limitación de este
procedimiento que nunca supondrá la base de un informe geotécnico definitivo.
1.2 Planificación de la campaña geotécnica
Partiendo de la identificación de necesidades que ha de figurar expresamente en el
Informe Geotécnico Preliminar, se debe estudiar la forma de satisfacerlas de la forma
más adecuada teniendo presente las distintas técnicas de reconocimiento disponibles.
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Independientemente de la colaboración que puedan prestar los técnicos especialis-
tas, la elección del método de reconocimiento más adecuado en cada caso, la posición
de los puntos en los que efectuar los trabajos de campo, profundidad a alcanzar con los
reconocimientos, ensayos de muestras, ensayos especiales, etc., será competencia de
los técnicos responsables del trabajo al que está destinado el reconocimiento.
Se recomienda que la programación de los reconocimientos quede recogida en un
documento en el cual, además de la definición de los mismos, se describan los objeti-
vos concretos perseguidos con cada uno de los trabajos a realizar, la previsión de posi-
bles modificaciones en la campaña (variaciones en la profundidad, reconocimientos
complementarios, etc.) en función de los resultados que se obtengan y cualquier otra in-
formación o criterio para permitir realizar, durante la fase de reconocimientos, las adap-
taciones necesarias para asegurar que se obtienen los datos requeridos.
Una vez decididos los trabajos de reconocimiento geotécnico necesarios se proce-
derá a editar el documento correspondiente que servirá de base para su realización.
1.2.1 Reconocimientos geofísicos
Los métodos geofísicos tienen su campo de aplicación más idóneo cuando es ne-
cesario investigar, de un modo rápido y económico, áreas extensas o alineaciones de
gran longitud.
En todo caso, los reconocimientos geofísicos deberán ser complementados con la
realización de sondeos mecánicos que permitan confirmar, en puntos estratégicamente
dispuestos, la estratigrafía y características del terreno deducidas de la interpretación
de la geofísica.
En la figura se enumeran los métodos de investigación geofísica más habituales,
junto con una sucinta descripción de los mismos y algunas observaciones relativas a su
aplicación.
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Resumen de métodos geofísicos
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1.2.2 Sondeos mecánicos
El reconocimiento geotécnico mediante sondeos es, en términos generales, el mé-
todo más directo para conocer el terreno en profundidad ya que permite la recuperación
de testigos, la toma de muestras, para ensayos de laboratorio, la realización de ensayos
«in situ» y la instalación de equipos de observación tales como piezómetros, inclinóme-
tros, tubos de asiento, etc.
Los sondeos deben realizarse en puntos seleccionados donde mayor interés tenga
la información que se puede obtener y, además, aprovechar su ejecución para obtener
de ellos la máxima información:
- Fechas de realización y datos de identificación del sondeo y del sondista que lo
realizó.
- Coordenadas y cota de boca, parte del sondeo donde figuren el equipo emplea-
do, el procedimiento y los ritmos de avance, las profundidades donde se han toma-
do muestras o realizado ensayos.
- Los tramos entubados y tipo y tamaño de la entubación (así como cualquier in-
cidencia de interés, tales como la pérdida del caudal de agua de perforación, niveles
de agua, caídas o desprendimientos de la pared del sondeo, etc.)
- Caja portatestigos marcando con números claramente visibles, las profundida-
des inicial y final del testigo de cada maniobra, fotografías a color de las cajas de
testigos.
- Columna litológica donde se recoja la descripción del terreno en cada nivel, los
parámetros de avance del sondeo, la ubicación de muestras y ensayos, la situación
del nivel freático en el sondeo y el porcentaje de testigo recuperado.
En la figura siguiente se resumen el tipo de sondeos a realizar en función de los
condicionantes del terreno así como su modo de ejecución.
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Tipo de sondeos mecánicos
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1.2.3 Calicatas y zanjas
La forma más rápida, directa y económica de reconocer la zona más superficial del
terreno es la excavación a cielo abierto de zanjas o calicatas.
Estas excavaciones están especialmente indicadas en la prospección de préstamos
de materiales en los que hayan de hacerse ensayos de compactación, ya que tales en-
sayos requieren muestras voluminosas difíciles de obtener por otros procedimientos.
Es posible tomar muestras inalteradas en el fondo y paredes de estas excavaciones,
aunque se recomienda que, en el documento que se redacte para planificar el recono-
cimiento geotécnico y que ha de servir de guía a estos trabajos, se prohíba expresamen-
te la toma de muestras manual, con personal trabajando a más de un metro de profun-
didad, salvo que la excavación esté debidamente entibada; los accidentes en este tipo
de prospecciones son frecuentes y peligrosos.
1.2.4 Distribución y profundidad de los reconocimientos
En obras de importancia puede ser recomendable llegar hasta espaciamientos de
sondeos inferiores a 5 m si las condiciones son, además de no homogéneas, desfavo-
rables.
Cuando el grado de conocimiento necesario del terreno llegue a ser tal que requiera
espaciamientos tan pequeños, se debe reconsiderar la tipología de la solución proyec-
tada de manera que sea menos sensible a las variaciones locales de la naturaleza del
terreno.
Con carácter orientativo y como criterio general pueden aconsejarse como adecua-
do el siguiente criterio:
- El número de sondeos que se define inicialmente en una campaña de reconoci-
miento debe ser confirmado, ampliado o reducido si, a medida que se conoce el te-
rreno éste resulta más o menos homogéneo o favorable respecto a la estimación
previa.
- El número de sondeos puede reducirse si, a cambio, existe una campaña amplia
de ensayos de penetración estática.
- En el caso de que los sondeos alcancen el sustrato rocoso, deberán penetrar en
el mismo un mínimo de 2 m en roca sana en aquellos casos en los que, a través de
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información previa, es conocida la naturaleza de la roca y ésta se encuentra poco al-
terada.
- Si la roca presenta un grado de alteración importante o no existe información
previa precisa sobre su naturaleza o aparecen niveles cementados (areniscosos,
conglomeráticos, etc) intercalados con otros con un bajo grado de cementación, los
sondeos deberán penetrar en el sustrato al menos 6 m en roca.
Cuando el propósito del reconocimiento sea precisamente investigar la calidad de la
roca, bastará con penetrar en ella lo suficiente para confirmar su continuidad en los me-
tros superiores.
1.2.4.1 Distribución de los reconocimientos
En obras de gran extensión. En general los sondeos se dispondrán a lo largo de ali-
neaciones de manera que después sea más sencillo realizar perfiles geotécnicos según
las direcciones de más interés. Como planificación general se recomienda establecer
sondeos en una malla aproximadamente cuadrada en planta y con espaciamiento má-
ximo de unos 50 m. Si la información preliminar indica que la variación de característi-
cas del terreno es más pronunciada en una determinada dirección (perpendicular a la
costa, por ejemplo) y más suave en otra sensiblemente ortogonal, la malla de sondeos
más adecuada sería rectangular haciendo los sondeos más próximos entre sí en el sen-
tido de la máxima variación y más separados en la dirección ortogonal. Si las condicio-
nes del terreno son desfavorables puede que sea necesario reducir el espaciamiento
hasta unos 20 m.
En cualquier caso se realizarán al menos tres sondeos no alineados en planta.
Además de estos sondeos destinados al conocimiento geotécnico general de áreas de
gran extensión, serán necesarios otros sondeos específicos para obtener información
concreta de las condiciones del subsuelo en cada parte de la obra.
Para edificios e instalaciones ligeras. Se entiende por tales aquellos que ocupan ex-
tensiones superiores a 200 m2 y no requieren la aplicación de grandes cargas concen-
tradas.
Se recomienda realizar al menos un sondeo por cada 1.000 o 5.000 m2 de área
ocupada según las condiciones de cimentación sean más o menos desfavorables.
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El mínimo número de sondeos será cuatro, salvo que el área a ocupar sea menor de
1.000 m2 en condiciones de terreno favorables ó 500 m2 en condiciones desfavora-
bles, en esos casos el número de sondeos podría ser tres.
El caso de taludes de excavación o relleno. Antes de realizar los sondeos se debe
decidir la situación de los perfiles de análisis en la dirección de los posibles desliza-
mientos. Estos perfiles estarán separados entre 30 y 100 m según sean las condiciones
más o menos desfavorables y que la obra de mayor o menor responsabilidad.
En cada perfil se realizará un mínimo de dos sondeos en obras pequeñas en condi-
ciones favorables o de hasta cinco.
1.2.4.2 Profundidad de los reconocimientos
Cimentaciones superficiales
La profundidad de reconocimiento necesaria para estudiar una cimentación superfi-
cial debe determinarse por vía doble según se indica a continuación.
Por un lado los sondeos deben profundizar por debajo de la zona del terreno que
puede estar involucrado en el hundimiento potencial de la cimentación. Para cubrir este
aspecto se recomienda que la profundidad de prospección “z” bajo el nivel de cimenta-
ción sea como mínimo vez y media la dimensión transversal de la cimentación a utilizar
en el estudio de la carga de hundimiento.
Para cimentaciones superficiales por losa de gran anchura donde la carga de hun-
dimiento no sea crítica, la profundidad de reconocimiento se fijará por razones de asien-
to.
Por otro lado los sondeos deben profundizar lo suficiente como para reconocer el te-
rreno que puede inducir asientos en la cimentación. En este sentido se considera que la
profundidad necesaria en las situaciones normales en las que la deformabilidad del te-
rreno disminuye con la profundidad, es tal que al nivel más profundo reconocido la car-
ga vertical inducida por la cimentación suponga una pequeña fracción, del orden del
10%, de la presión vertical existente antes de hacer la obra.
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Cimentaciones profundas
La profundidad de reconocimiento necesaria para estudiar una cimentación profun-
da ha de estimarse tras considerar tres problemas típicos, el hundimiento individual del
pilote, el hundimiento en grupo de varios pilotes y el asiento de la cimentación.
Para cubrir el primer aspecto se recomienda profundizar el reconocimiento hasta 10
veces el diámetro del pilote bajo el nivel previsto de su punta si el pilote está pensado
para que trabaje fundamentalmente por punta, y 5 veces el diámetro si el trabajo es
fundamentalmente por fuste.
Para cubrir el aspecto del hundimiento de algún grupo de pilotes se recomiendan las
siguientes profundidades mínimas de sondeo bajo el nivel de su encepado: vez y media
el ancho del encepado mas la longitud del pilote en el caso de pilotes trabajando por
punta y vez y media el ancho del encepado más cinco tercios de la longitud del pilote en
el caso de pilotes trabajando por fuste (con una profundidad mínima en todo caso de 5
metros).
Para cubrir el aspecto del posible problema de asientos se utilizarán los criterios
mencionados para las cimentaciones superficiales suponiendo que el plano de cimen-
tación equivalente está al nivel de las puntas si los pilotes trabajan fundamentalmente
por punta y a un tercio de la longitud del pilote sobre el plano de las puntas si trabajan
fundamentalmente por fuste.
Estabilidad de taludes de excavación o relleno
Para definir la profundidad de los sondeos encaminados a estudiar problemas de
estabilidad de taludes de excavación o relleno será preciso estimar antes la máxima
profundidad de los deslizamientos potenciales.
La profundidad de los reconocimientos debe ser tal que se alcance el nivel estimado
del deslizamiento más profundo.
Si a la profundidad indicada del reconocimiento existen zonas blandas de arcillas o
limos normalmente consolidados o suelos orgánicos, se profundizará el reconocimiento
hasta atravesarlas completamente.
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1.2.4.3 Prescripciones según el CTE (Código Técnico de la Edificación).
Establece criterios de intensidad y alcance para adaptarse a las circunstancias de
cada caso. Dependerá de la información previa del plan de actuación urbanística, de la
extensión del área a reconocer, de la complejidad del terreno y de la importancia de la
edificación prevista.
A efectos del reconocimiento del terreno el CTE establece que la unidad a conside-
rar es el edificio o el conjunto de edificios de una misma promoción, clasificando la
construcción según los siguientes tipos:
Tipo de construcción
Respecto a la variabilidad del terreno, las distancias entre puntos de reconocimiento
deben permitir una cobertura correcta de la zona a edificar, evitando que queden sin de-
tectar áreas problemáticas o existan errores importantes en la supuesta estratigrafía del
terreno. Este código establece las distancias entre puntos de reconocimiento en función
del tipo de edificio y de la naturaleza del terreno.
Con carácter general y sin reserva alguna, un reconocimiento del terreno compren-
derá como mínimo tres puntos de investigación.
En la programación de reconocimiento a nivel normal, se establece la intensidad del
reconocimiento teniendo en cuenta el tipo de edificio y la variabilidad y naturaleza del
terreno. Las distancias máximas entre puntos de reconocimiento y las profundidades
orientativas en función del grupo de terreno, se recogen en las tablas adjuntas:
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Profundidades y distancias entre reconocimientos
Los valores de distancias máximas que se indican en la tabla representan las dis-
tancias en que se pueden esperar variaciones significativas en la naturaleza o propie-
dades del terreno.
Grupos de terrenos según CTE
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Se establecen, igualmente, los criterios para el número mínimo de sondeos mecáni-
cos por reconocimiento y el porcentaje del total de puntos de reconocimiento que pue-
den ser sustituidos por pruebas continuas de penetración, cuando debido a superficies
mayores el número de sondeos mecánicos exceda el mínimo especificado en la si-
guiente tabla:
Número mínimo de reconocimientos según CTE
El CTE marca sin excepción un mínimo de tres puntos de investigación. Los puntos
de reconocimiento deben situarse según esquemas regulares, cubriendo bien el perí-
metro del solar. Todos y cada uno de los puntos de reconocimiento deben quedar per-
fectamente identificados mediante coordenadas x,y,z referidas a una base.
En la programación de reconocimiento a nivel intenso, cuando este derive de otro de
carácter normal que haya resultado insuficiente, los nuevos puntos se intercalarán en
las zonas problemáticas hasta definirlas adecuadamente. En estos casos el número de
puntos puede llegar igualar o superar el de pilares del edificio.
Cuando se realice directamente este reconocimiento, por existir antecedentes de
problemas o tratarse de edificios de gran importancia, se seguirá lo indicado para los
edificios C-4 en los reconocimientos de nivel normal, aumentando la densidad de pun-
tos según la complejidad del caso.
La profundidad del reconocimiento debe permitir estudiar todos niveles de terreno
que puedan verse afectados por las cargas que transmite la cimentación de las distintas
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estructuras, detectando las capas de deficiente calidad que puedan afectar a las mis-
mas.
Según el CTE los espesores habituales de suelos y formaciones superficiales blan-
das permiten planificar la campaña de sondeos con las profundidades que se recogen
en la siguiente tabla:
Profundidad de los sondeos según CTE
Cuando por la información geológica o la experiencia sobre una determinada forma-
ción se conozca la existencia de un substrato firme, la profundidad de los reconocimien-
tos puede limitarse a la localización del mismo. Se entiende como tal una formación de
suficiente espesor o resistencia como para soportar las cargas o presiones aplicadas
sin deformaciones apreciables. Puede tratarse de un estrato homogéneo de gran espe-
sor, superior a 5 metros, o de una secuencia de estratos de resistencia creciente.
La penetración de los reconocimientos en el substrato firme debe ser de al menos
2+0,3 p (en metros) siendo p, el número de plantas del edificio, incluidos los sótanos.
En el caso de la existencia de un substrato rocoso bastará con penetrar esta distan-
cia en el 30% de los sondeos y un mínimo de 2 m en el resto.
Cuando los dos primeros sondeos realizados en una determinada zona o solar indi-
quen que se trata de depósitos blandos muy potentes, en los que no se alcanza el subs-
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trato firme de reconocida capacidad portante dentro de una profundidad razonable,
unos 35 m, los sondeos restantes podrán llevarse a la mayor de las profundidades indi-
cadas en la tabla siguiente:
Profundidad de los reconocimientos con substrato muy profundo según CTE
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1.3 Ensayos in situ
La determinación de las características del terreno mediante ensayos «in situ» ofre-
ce una ventaja clara sobre la determinación de características en laboratorio. El terreno
es ensayado, en el primer caso, en condiciones parecidas a las que interesan para los
estudios posteriores.
En términos generales se recomienda determinar el mayor número de parámetros
geotécnicos mediante ensayos «in situ» especialmente los relativos a la resistencia al
corte, la compresibidad y la permeabilidad. Los ensayos de laboratorio permitirán des-
pués ampliar esas características a rangos de presiones y ambientes diferentes a los de
los ensayos «in situ».
1.3.1 Ensayo de penetración estándar (SPT)
El ensayo de penetración estándar, SPT (Standard Penetration Test) es el más co-
mún dentro de los ensayos «in situ y además, en la geotecnia actual, es el mejor ensayo
para investigar la compacidad de depósitos de arena en profundidad.
El ensayo se realiza dentro de un sondeo cuyas paredes o son estables o están so-
portadas por un revestimiento adecuado. Una vez alcanzada la profundidad donde ha
de realizarse el ensayo y estando el fondo limpio de los detritus del sondeo, se procede
a hincar, en el fondo, una tubería hueca con la punta biselada (cuchara SPT) de diámetro
exterior igual a 51 mm (2") y de diámetro interior igual a 35 mm (11/8"). La hinca se realiza
mediante golpes de maza en la cabeza del varillaje. La maza es de 63,5 kg y se deja
caer libremente desde 76 cm de altura sobre la cabeza del varillaje.
Para depósitos de gravas, y para evitar la rotura de la cuchara, se utilizan puntazas
ciegas de igual diámetro exterior.
Durante la hinca se cuentan los números de golpes necesarios para avanzar tramos
de 15 cm. La hinca se detiene cuando el avance total es de 60 cm.
El número de golpes necesario para avanzar la hinca los 30 cm centrales es el índice
N del SPT.
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Al extraer la cuchara, una vez realizado el ensayo, se puede obtener una muestra, al-
terada por la hinca, del terreno atravesado.
En particular se advierte que pueden ser motivo de error importante el posible sifo-
namiento del fondo del sondeo por desequilibrio entre el nivel piezométrico externo y el
nivel de agua en el sondeo.
Los ensayos SPT permiten determinar parámetros del terreno especialmente indi-
cados para estimar la facilidad de hinca de pilotes y tablestacas.
El índice SPT está relacionado con la compacidad de las arenas y con la consisten-
cia de los suelos cohesivos, aunque esta última relación solo puede ser estimativa a
modo de aproximación previa:
Correlaciones orientativas según el golpeo del SPT
La relación que existe entre la densidad relativa, Dr, y el índice, N, del SPT es diferen-
te según sea la presión efectiva vertical al nivel del ensayo. De entre las correlaciones
existentes y a falta de mejor información se considera admisible la de Gibbs & Holtz (2)
(1957), indicada en la figura de abajo.
La deformabilidad de las arenas, a efectos de cálculo de asientos de cimentaciones
superficiales, también a falta de una información más específica, puede estimarse se-
gún la correlación de D'Appolonia (1970) que se indica en esa misma figura.
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Correlaciones con la deformabilidad según el golpeo del SPT
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Igualmente se puede correlacionar el ángulo de rozamiento de los medios granula-
res con el número de golpes del ensayo.
Correlaciones con el ángulo de rozamiento según el golpeo del SPT
Es posible establecer criterios de carga de hundimiento de cimentaciones superfi-
ciales o profundas, así como estimaciones de los asientos, en base a resultados de en-
sayos SPT cuando las formaciones son arenosas normales y sobre las que existe expe-
riencia local contrastada. Sólo se pueden obtener valores orientativos respecto a estos
criterios cuando los ensayos SPT se realizan en suelos cohesivos o rocas blandas.
La mayoría de las correlaciones existentes están pensadas para los equipos con-
vencionales. Por tanto, si se utiliza un equipo automático, se puede corregir el valor de N
para obtener el valor de N60 mediante la expresión: Siendo η el porcentaje de la ener-
gía total del golpeo que se transmite al tomamuestras (rendimiento) con el equipo utili-
zado. Para aplicar esta corrección es necesario que exista un conocimiento fehaciente
del rendimiento η, en caso contrario debe suponerse η=60% (es decir, no hacer ninguna
corrección por energía).
Un terreno arenoso a una determinada profundidad dará lugar a un golpeo menor
que el necesario para penetrar en otro estrato arenoso cuyas características de compa-
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cidad y ángulo de rozamiento sean idénticas pero esté situado a una profundidad ma-
yor. Por ello, para la obtención de parámetros como el índice de densidad de una arena,
es necesario corregir los valores de
NSPT, transformando su valor para referirlo a un nivel de tensiones normalizado. Pa-
ra ello existen métodos muy diversos, siendo uno de los más ampliamente empleados
el de Liao y Withman (1986), que se ajusta adecuadamente a bastantes otros, y tiene la
expresión:
( ) (
)
En donde N y σ’ son el valor del golpeo y la presión vertical efectiva correspondien-
tes al ensayo, y es la presión de referencia, que suele tomarse como 1 kp/cm2.
Cuando se realiza un ensayo de penetración en un terreno saturado, el golpeo es
tan rápido que, salvo en terrenos extremadamente permeables como gravas o arenas
limpias, se generan unas ciertas presiones intersticiales cuya disipación no es inmedia-
ta, y que influyen en el resultado del golpeo. Por ello, tradicionalmente se ha propuesto
realizar una corrección del valor del golpeo cuando se están ensayando suelos relati-
vamente poco permeables como las arenas limosas, aunque en las referencias actuales
no se suele recomendar su utilización.
Si la arena limosa es floja, el impacto de la maza tiende a disminuir el volumen y por
lo tanto a generar presiones intersticiales positivas por lo que la resistencia es menor
que la que se produciría en condiciones ideales de drenaje total, quedando por tanto del
lado de la seguridad, y no se plantea ninguna corrección. Si el suelo es denso ocurre lo
contrario, y se pueden generar sobrepresiones intersticiales negativas, obteniéndose
una resistencia mayor que en situación drenada, por lo que le valor del golpeo debe re-
ducirse. La frontera entre terreno flojo y denso suele considerarse para el golpeo NSPT
de 15, por lo que se plantea una corrección para valores superiores, en caso de arenas
limosas, reduciendo a la
( ) ( ( ) )
De tener varios valores a emplear en un único cálculo (por ejemplo en una profundi-
dad de dos anchos de zapata bajo el nivel previsto de ésta), deberá tomarse una esti-
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mación razonable basada en ellos, que en ausencia de otros criterios será la media
ponderada de los valores corregidos. En caso de cálculos en los que el terreno se puede
tramificar o zonificar (cálculos para dimensionamiento de pilotes trabajando por fuste, o
de asientos en arenas), es mejor no realizar promedios sino emplear los valores aisla-
dos para caracterizar niveles o subestratos.
1.3.2 Ensayo de penetración dinámica
Este ensayo consiste en la hinca en el terreno de una puntaza metálica, unida a un
varillaje, mediante golpeo, por medio de una maza que cae desde una altura determina-
da. En función del tipo de puntaza, de la maza utiliza para el golpeo y la altura de caída,
se diferencian los siguientes ensayos:
1.3.2.1 Ensayo tipo Borros.
En este ensayo, el útil de penetración “puntaza” es de acero, de sección cuadrada de
4x4 cm, de 20 cm de longitud y termina en una pirámide de 90º en la punta. Esta punta-
za se acopla a una varilla de 32 mm de diámetro, en la cual va sujeta mediante rosca o
simplemente colocada a presión.
El equipo para realizar este ensayo consta de un dispositivo automático que permite
golpear la varilla con una maza de 65,0 kg, dejándola caer desde una altura de 50 cm,
con un ritmo de 15 a 30. El número de golpes necesario para hacer que penetre la pun-
taza 20 cm en el terreno, se llama NB, y esta serie de hincas permite registrar, en un grá-
fico, la resistencia del terreno a lo largo de profundidad del ensayo. El ensayo se da por
finalizado cuando son necesario más de 100 golpes para el avance de 20 cm (rechazo).
1.3.2.2 Ensayo DPSH (Dynamic Probing Super Heavy)
En este ensayo, el útil de penetración “puntaza” es de acero, de 20 cm2 de área.
El equipo (súper pesado) para realizar este ensayo consta de un dispositivo automá-
tico que permite golpear la varilla con una maza de 63,5 kg, dejándola caer desde una
altura de 75 cm.
El número de golpes necesario para hacer que penetre la puntaza 20 cm en el te-
rreno, se llama N20, y esta serie de hincas permite registrar, en un gráfico, la resistencia
del terreno a lo largo de profundidad del ensayo. Gráficamente se dan estos valores de
26
número de golpes, obteniéndose de esta manera la curva de hinca de cada ensayo de
penetración.
Igualmente existen:
- Ensayo DPL (Dynamic Probing Light),
- Ensayo DPM (Dynamic Probing Medium),
- Ensayo DPH (Dynamic Probing Heavy).
La hinca se continúa hasta la profundidad de interés previamente fijada o hasta al-
canzar una resistencia elevada. La punta metálica queda perdida en el terreno al recu-
perar el varillaje.
El ensayo de penetración es muy útil para detectar cambios de compacidad en el te-
rreno (zonas más blandas de los rellenos, oquedades, defectos de compactación en te-
rraplenes, etc.). Este ensayo es también útil en la estimación de la facilidad de hinca de
pilotes.
Es recomendable realizar ensayos de penetración dinámica en las mismas alinea-
ciones que los sondeos de reconocimiento y/o en los mismos perfiles en que se reali-
cen prospecciones geofísicas; sus resultados permiten confirmar la homogeneidad del
terreno entre los puntos reconocidos mediante sondeos o detectar posibles heteroge-
neidades locales que adviertan sobre la necesidad de densificar la malla de sondeos
mecánicos.
Se recomienda no utilizar los datos de los penetrómetros dinámicos continuos con
el fin de cuantificar cargas de hundimiento o asientos de cualquier tipo de cimentación
si no es a través de una experiencia local claramente contrastada por otros métodos.
Se han establecido, por diferentes autores, correlaciones, siempre aproximadas, en-
tre los resultados obtenidos en las pruebas de resistencia NSPT, NBorros, NDPSH, aplicables
a suelos arenosos:
- NSPT = 25 log NB - 15,6 ± 1,116
- NDPSH = 0,70 NB
- NSPT = NDPSH + 2
27
- NSPT = 13 log NDPSH – 2
1.3.3 Penetrómetros estáticos
El ensayo de penetración estático consiste en una hinca mediante empuje, a veloci-
dad lenta (1 a 3 cm/s) de una varilla con una punta adecuada, dentro del terreno. El
equipo más común en España es el cono holandés cuya punta se esquematiza en la fi-
gura.
.
Esquema de un penetrómetro estático
El avance del penetrómetro se realiza en intervalos discontinuos de modo que se
pueda medir la resistencia a la penetración de la punta sola o del conjunto completo.
Existen equipos automáticos que miden, en una hinca continua, la resistencia al avance
en la punta y la resistencia a la penetración por fuste en el manguito lateral.
Existen distintos equipos según su capacidad de empuje y distintas formas de las
puntas. Existen normativas en otros países sobre la ejecución del ensayo (DIN 4094,
ASTM D-3441) cuya aplicación puede ser de interés.
La interpretación de estos ensayos permite determinar la resistencia al corte del te-
rreno y obtener una descripción indirecta del tipo de suelo atravesado y de su compre-
sibilidad. En ese sentido, se necesitarían reconocimientos complementarios por otros
métodos para obtener una descripción cierta de la naturaleza del terreno e, incluso, una
determinación más exacta de su deformabilidad.
La resistencia al corte del terreno obtenida mediante estos ensayos, es especial-
mente adecuada para el cálculo de la carga de hundimiento de cimentaciones profun-
das.
28
Existe una relación entre la resistencia por la punta en el ensayo de penetración es-
tática, qc, y la densidad relativa de las arenas. También existe una relación entre esa re-
sistencia de las arenas y el módulo de deformación que se debe utilizar en los cálculos
de asientos de cimentaciones superficiales. A falta de mejor información se consideran
aceptables las correlaciones de Schmertmann (1978) que se indican a continuación:
29
Correlación de Schmertmann
1.3.4 El piezocono
El piezocono consiste en un penetrómetro estático continuo en cuya punta se aña-
de un piezómetro. El equipo permite el control continuo de resistencia por punta y por
fuste y además el control de las presiones intersticiales generadas durante la hinca así
como la evolución de su disipación cuando la hinca se detiene.
Este tipo de penetrómetros es muy adecuado para el reconocimiento de suelos
blandos, fundamentalmente para determinar parámetros destinados al estudio de pro-
blemas de consolidación y problemas de estabilidad que impliquen roturas profundas a
través de suelos blandos.
1.3.5 Presiómetros y dilatómetros
Los presiómetros (suelos) o dilatómetros (roca) miden la presión horizontal necesa-
ria en la pared de un sondeo para plastificar el terreno. Esa presión límite PL se ha rela-
cionado, en cualquier tipo de terreno, con la carga unitaria de hundimiento por punta de
un pilote qp. De manera aproximada se debe suponer:
( )
Siendo; p0 presión efectiva vertical al nivel de cimentación en el entorno de apoyo
antes de cargar, PL presión límite y K el coeficiente de proporcionalidad que depende de
la geometría del cimiento y del tipo de terreno. El valor de K puede tomarse igual a 3,2
en suelos granulares e igual a 1,5 en suelos cohesivos. Por su parte, es el coeficiente
de empuje en reposo.
Como resistencia unitaria por fuste se tomará el siguiente valor:
( )
El valor de deberá limitarse, en función del tipo de terreno, a los siguientes valo-
res:
- Terrenos granulares (máximo) = 120 kPa
30
- Terrenos cohesivos (máximo) = 100 kPa
Los parámetros que se deducen de su interpretación están especialmente indicados
para el estudio del comportamiento de pilotes sometidos a cargas horizontales o el de
pantallas de anclaje o el de estructuras de contención formadas por pantallas hormigo-
nadas in situ o tablestacas hincadas y posteriormente excavadas en su lado de intra-
dós.
Los resultados de los ensayos presiométricos y dilatométricos pueden utilizarse
también en la estimación de cargas de hundimiento y asientos de cimentaciones super-
ficiales y profundas.
1.3.6 Ensayo de molinete (Vane test)
Esta prueba permite determinar directamente la resistencia al corte de los terrenos
cohesivos en términos de cohesión no drenada. Se realiza en el interior de los sondeos,
alternando con la extracción de muestras inalteradas y realización de ensayos de pene-
tración estándar (SPT).
El principio del ensayo consiste en la medida del momento torsor necesario para
producir la ruptura del terreno sobre una superficie cilíndrica de deslizamiento, creada
por la rotación de un útil formado por cuatro aspas verticales de dimensiones iguales,
situadas en cruz.
Los parámetros de resistencia que se obtienen están igualmente indicados para la
determinación de cargas de hundimiento de cimentaciones superficiales o profundas a
corto plazo así como para el estudio de estabilidad de taludes de dragado o relleno,
también a corto plazo.
1.3.7 Ensayo de placa de carga
Los ensayos de placa de carga están especialmente indicados en el estudio de la
capacidad portante de rellenos compactados.
La interpretación de sus resultados permite obtener valores de los módulos de de-
formación aplicables a la predicción de asientos así como una estimación aproximada
de las cargas de hundimiento de las cimentaciones superficiales.
31
Dado que el ensayo afecta a una zona pequeña del terreno para los tamaños usua-
les de las placas (30, 45 ó 60 cm), estos ensayos no permiten conocer la deformabilidad
del terreno más que en la zona próxima a la superficie del ensayo.
1.3.8 Ensayo de permeabilidad en sondeos y calicatas
El control de las pérdidas de agua en calicatas cuyo entorno se haya saturado pre-
viamente o en sondeos llenos de agua hasta niveles superiores al nivel freático del en-
torno (ensayo Lefranc) o en sondeos obturados con presión forzada (ensayo Lugeon),
permiten una estimación aproximada de la permeabilidad del terreno.
La permeabilidad obtenida de estos ensayos puede utilizarse en el análisis cualitati-
vo de las condiciones de drenaje de un determinado problema. Si la permeabilidad de
un determinado nivel de terreno resultase ser un parámetro crítico de proyecto, enton-
ces tal parámetro debiera determinarse mediante ensayos de bombeo específicamente
pensados para el análisis del problema concreto.
32
1.4 Ensayos de laboratorio
Existen ensayos de laboratorio destinados a definir la naturaleza del suelo, esto es,
su composición granulométrica y mineralógica, sus propiedades índice, etc. Existen en-
sayos de laboratorio especialmente destinados al estudio de la resistencia, de la defor-
mabilidad y de la permeabilidad.
1.4.1 Toma de muestras en sondeos
El objetivo de la toma de muestras, según el CTE, es la realización, con la fiabilidad
suficiente, de los ensayos de laboratorio pertinentes según las determinaciones que se
pretendan obtener. Por tanto en la toma de muestras se deben cumplir unos requisitos
diferentes según el tipo de ensayo que se vaya a ejecutar sobre la muestra obtenida.
Las muestras extraídas de los sondeos se pueden clasificar en las categorías siguien-
tes:
- Muestra de Categoría A: Mantiene inalteradas las siguientes propiedades del
suelo: estructura, densidad, humedad, granulometría, plasticidad y componentes
químicos estables.
- Muestra de Categoría B: Mantiene inalteradas las siguientes propiedades del
suelo: humedad, granulometría, plasticidad y componentes químicos estables.
- Muestra de Categoría C: Todas aquellas que no cumplen las especificaciones de
la categoría B.
Habitualmente se hace la distinción entre muestras “alteradas” e “inalteradas”, te-
niendo en cuenta el método de extracción más que la calidad de la muestra. La catego-
ría mínima de la muestra requerida según los tipos de ensayos de laboratorio que se
van a realizar son:
33
Ensayos de laboratorio según categoría de las muestras
Los tomamuestras que se utilizan en los sondeos para la obtención de muestras
inalteradas (Categoría A), son tomamuestras hincados a presión o a percusión, despla-
zando un cierto volumen de terreno correspondiente al espesor de la pared, y pueden
ser abiertos (de pared gruesa y de pared delgada) o cerrados: (de pistón libre y de pistón
fijo). Los tomamuestras abiertos de pared gruesa son tubos robustos que se hincan
mediante golpeo y por lo tanto, se emplean en terrenos compactos. Su relación de áreas
es siempre superior al 25%. Existe una amplia gama de tipos, dotados de zapatas inter-
cambiables, e incorporan un estuche de poco espesor de PVC o de zinc. Suelen estar
cortados (tomamuestras de tubo partido) a lo largo de su generatriz para facilitar la ex-
tracción de la muestra.
34
Sección tomamuestras
Los tomamuestras abiertos de pared delgada son conceptualmente similares a los
de pared gruesa, con la variante de tener las paredes del tubo más delgadas. La hinca
se realiza a presión. La particularidad más importante es la posibilidad de cambiar los
tipos de zapata y así introducir un sistema de clapetas, adecuado para retener las mues-
tras en el interior durante la fase de extracción. El tomamuestras más utilizado es un tu-
bo de acero estirado en frío de pared fina, que sirve de tomamuestras y de contenedor
de la misma, tipo “Shelby”.
El uso de tomamuestras abiertos, de pared gruesa y delgada, presentan serios in-
convenientes debido, en parte; a la entrada de material alterado del fondo del taladro y
también del terreno de las paredes del sondeo, si este no está revestido hasta el fondo,
a la penetración inicial al aparato por el peso propio, y a la insuficiencia en el cierre de la
válvula de cabeza debido al sedimento que puede provocar la pérdida parcial o total de
la muestra cuando existe agua en el sondeo.
35
Estos inconvenientes pueden ser reducidos o eliminados con el uso del tomamues-
tras de pistón que cierra el tomamuestras en su parte inferior y se desbloquea cuando
se requiere efectuar la toma de la muestra.
Por su parte, las muestras de roca se obtienen directamente del testigo extraído por
la batería de perforación. Para realizar ensayos sobre estas muestras de roca y tener la
garantía de que se conservan las propiedades del terreno “in situ”, aquellos testigos que
vayan a ensayarse deberán protegerse de la intemperie para evitar su pérdida de hume-
dad, envolviéndolos en un mallazo que será parafinado posteriormente.
1.4.2 Ensayos de identificación de suelos
Dentro de este grupo de ensayos de laboratorio se consideran incluidos los siguien-
tes:
- Ensayos granulométricos por tamizado y por sedimentación.
- Ensayo de límites de Atterberg.
- Densidades máxima y mínima de arenas.
- Determinaciones del peso específico de las partículas.
- Análisis químicos del suelo. Contenido en sulfatos, carbonates y materia orgáni-
ca como más interesantes.
- Análisis químicos del agua intersticial.
Estos ensayos se pueden realizar con muestras alteradas o inalteradas. En cualquier
caso exigen desmenuzar previamente la muestra.
Con los dos primeros ensayos (granulometría y límites de Atterberg) es posible cla-
sificar los suelos dentro de clases cuyas características geotécnicas son similares. A es-
tos efectos se recomienda utilizar el sistema unificado de clasificación de suelos, que
está ampliamente difundido. También se consideran de este grupo los ensayos de den-
sidad seca y humedad natural que permiten conocer las dos variables más importantes
del estado del suelo. Su determinación debe hacerse, sin embargo, en muestras inalte-
radas o poco alteradas.
La descripción de estos ensayos se ha comentado en el tema anterior.
36
1.4.3 Ensayos de compresión simple de suelos
En este ensayo la probeta se rompe a compresión sin drenaje, sin aplicar ninguna
presión lateral. Ello es posible porque la probeta está inicialmente sometida a una pre-
sión efectiva positiva por efecto de la succión capilar del agua intersticial.
Están indicados para ensayar muestras de suelos cohesivos de consistencia media,
firme o muy firme, inalteradas o poco alteradas, así como suelos cohesivos recompac-
tados.
De su resultado se obtiene una idea precisa de la resistencia al corte del suelo en
condiciones de saturación similares a las del ensayo. El resultado puede ser poco preci-
so en arcillas que muestren síntomas de fisuración.
Siempre que se haga este ensayo se recomienda que se determine específicamente,
en cada probeta, la humedad y la densidad seca antes del ensayo.
Máquina de ensayo de compresión simple
37
Se muestra un ejemplo de registro de datos del ensayo de compresión simple:
1.4.4 Ensayos de corte directo en suelos
En el ensayo de corte directo la muestra de suelo se coloca dentro de un marco rígi-
do, dividido en dos mitades por un plano horizontal. Se aplica una tensión normal y lue-
go una tangencial, hasta rotura. En suelos arcillosos, ambas tensiones deben aplicarse
suficientemente despacio para garantizar el drenaje, ya que no se puede medir la pre-
sión intersticial, por lo que la única posibilidad de conocer la tensión efectiva es que la
presión intersticial sea nula.
Está indicado para cualquier tipo de muestra de suelos cohesivos o granulares, es-
tén o no alterados. Evidentemente la preparación de probetas de ensayo procedentes
38
de muestras arenosas inalteradas es complicada y requiere técnicas especiales que
desaconsejan su utilización.
El ensayo de corte directo puede realizarse con las probetas semisaturadas, tal co-
mo esté la muestra de las que procedan, o con una saturación adicional provocada en el
equipo de ensayo.
Del ensayo se puede obtener una estimación aproximada de la resistencia al corte y
de la deformabilidad del suelo. Las condiciones de deformación son tan poco homogé-
neas en la caja de corte que no se debe esperar precisión en los parámetros resistentes.
Por ese motivo su utilización sólo es aconsejable cuando no existe la posibilidad de ha-
cer ensayos triaxiales o cuando la precisión requerida es mínima. Sin embargo este en-
sayo ha adquirido gran difusión porque el aparato de corte resulta más fácil de emplear
y más económico que el triaxial y también porque necesita de menos volumen de
muestras recuperadas al ser menor el tamaño de la célula de ensayo.
Máquina de ensayo de corte directo
39
Se presenta un ejemplo de registro de datos procedente de dicho ensayo:
40
1.4.5 Ensayo triaxial en suelos
En el ensayo triaxial, la probeta, cilíndrica, está en el interior de una célula llena de
agua a la que se da presión; la probeta está envuelta en una membrana impermeable
que aísla el agua de los poros de la de la célula exterior. Luego, se aplica una compre-
sión vertical hasta rotura. Aquí sí es posible hacer ensayos sin drenaje, pues en este ca-
so se pueden medir las presiones intersticiales, con lo que se pueden conocer las efec-
tivas en todo momento.
El ensayo está especialmente indicado para conocer la resistencia y la deformabili-
dad del suelo ante distintos niveles de confinamiento. Se puede realizar con muestras
de cualquier tipo de suelo ya sean alteradas o inalteradas. Es difícil, sin embargo, prepa-
rar probetas inalteradas de suelos granulares, pero es sin embargo posible mantenien-
do las estabilidad de éstas mediante la aplicación de succión y advirtiendo que es ne-
cesaria una correcta preparación de las muestras para reproducir al menos en laborato-
rio la misma compacidad que la existente en campo, aunque por supuesto, la estructura
se habrá visto afectada al no poder tomarse muestras inalteradas.
El tratamiento de muestras en medios granulares requiere de técnicos especialistas
en su manejo siendo perfectamente posible su preparación y ensayo; resulta por tanto
falsa la idea generalizada de que en este tipo de terrenos no es posible obtener paráme-
tros en laboratorio. Abordar su conocimiento, depende de la importancia de la obra, no
debiendo olvidar que, en todo caso, los parámetros en medios granulares deben ser in-
dagados y contrastados con los resultados de los ensayos in situ.
El ensayo se puede hacer con probetas de distinto tamaño. Usualmente se ensayan
probetas cilíndricas de altura igual al doble del diámetro. Los diámetros usuales míni-
mos son pulgada y media, y es posible ensayar en España probetas de hasta cuatro
pulgadas de diámetro con cierta normalidad cuando el suelo contiene gravas de hasta
una pulgada.
El ensayo suele hacerse con o sin consolidación previa y rompiendo con el drenaje
abierto o cerrado. Son típicos los ensayos:
- Sin consolidación previa y rotura sin drenaje (ensayo UU).
- Con consolidación previa y rotura sin drenaje (ensayo CU).
41
- Con consolidación previa y rotura con drenaje (ensayo CD).
El ensayo tipo C.U., se puede hacer con o sin medida de las presiones intersticiales
de la probeta.
El ensayo se suele realizar con probetas saturadas previamente con una contrapre-
sión de 6 atm (si bien hay suficientes datos como para considerar excesiva estas con-
trapresiones, ya que valores altos de éstas pueden provocar diferencias de comporta-
miento sustanciales en las muestras; debe tenerse cuidado con este aspecto y prescri-
bir valores de contrapresión bajas en suelos blandos o donde se requiera gran preci-
sión). El ensayo UU. puede hacerse con probetas no saturadas.
En cada ensayo triaxial se suelen romper tres probetas, cada una de ellas sometida
a una presión de célula que supera en 0.5, 1 y 3 atm a la contrapresión de saturación. Es
posible y aconsejable indicar otras presiones de ensayo que puedan ser más adecua-
das al problema que se investiga en función de la tensión de servicio a la que se some-
terá en suelo.
Durante la fase de carga vertical del ensayo hasta rotura se controla la deformabili-
dad tomando nota de la carga para cada 0.5 % adicional de reducción de altura de la
probeta. El conocimiento de esos datos de deformación es esencial para deducir la de-
formabilidad del suelo.
42
De la interpretación de ensayos triaxiales se puede obtener los parámetros de resis-
tencia y deformación del suelo en condiciones no drenadas (ensayos UU.) o drenadas
(ensayos CU) con medida de presiones intersticiales (ensayos CD.).
Los resultados de resistencia y deformación de suelos obtenidos de ensayos triaxia-
les son considerados como los más precisos posibles y son aplicables al estudio de to-
dos los problemas geotécnicos.
Máquina de ensayo triaxial
43
Mostramos a continuación un registro de ensayo triaxial:
1.4.6 Ensayos edométricos
Los ensayos edométricos están especialmente indicados para estudiar los asientos
de suelos arcillosos blandos saturados.
44
La deformabilidad de estos suelos se determina en general en laboratorio mediante
ensayos edométricos sobre muestras inalteradas, la muestra, cilíndrica de unos 70 mm
de diámetro y unos 10 mm de altura se comprime verticalmente en condiciones de con-
finamiento lateral.
Los ensayos edométricos pueden realizarse con muestras inalteradas de suelos
cohesivos o muestras recompactadas de cualquier material.
Estos ensayos suelen realizarse incrementando la carga vertical en escalones de
manera que cada nueva carga duplica la compresión vertical existente en el escalón an-
terior. El ensayo suele alcanzar la carga vertical máxima de 10 kg/cm2 aunque es posi-
ble especificar cargas mayores si el problema que se pretende analizar lo requiere. El
ensayo incluye también el control de deformaciones durante la descarga.
Cada escalón de carga del ensayo edométrico se mantiene durante un día. Se reco-
mienda mantener este tiempo mínimo de espera y, por lo tanto, se desaconseja especi-
ficar duraciones menores al solicitar la realización de estos ensayos.
Los ensayos edométricos suelen realizarse con probetas saturadas aunque es posi-
ble, en casos especiales, hacerlos con humedad menor o saturarlos después de haber
colocado cierta sobrecarga. Estas variantes pueden ser de interés en el estudio del co-
lapso o la expansión de suelos metaestables.
45
De la interpretación de los ensayos edométricos se deducen parámetros geotécni-
cos relativos a la deformabilidad y permeabilidad del suelo especialmente indicados pa-
ra el estudio de problemas de consolidación.
Máquina de ensayo edométrico
46
Se presenta a continuación un registro de resultados de un ensayo edométrico:
47
1.4.7 Ensayos de compactación
Los ensayos de compactación están indicados para el estudio del efecto de la hu-
medad en la densidad máxima que puede alcanzarse al compactar un suelo.
Los ensayos de compactación se realizan con muestras de cualquier tipo de suelo
hasta gravas que puedan tener 25 mm de tamaño máximo.
Los ensayos más tradicionales son el Proctor Normal y el Proctor Modificado. El se-
gundo se realiza compactando en moldes más grandes y con energías mayores y por
eso suele alcanzar densidades claramente más altas (5 a 15% mayores que las corres-
pondientes al P.N.).
El resultado de estos ensayos es especialmente aplicable al control de calidad de
compactación de rellenos.
48
Material para ensayo Proctor Modificado
Gráfico de resultados de un ensayo Proctor Modificado
49
1.4.8 Ensayos de permeabilidad
La determinación de la permeabilidad, como ya se comento en un tema anterior, se
puede hacer en laboratorio mediante permeámetros de carga constante o variable.
La permeabilidad de los suelos cohesivos puede deducirse de los ensayos edomé-
tricos.
1.4.9 Ensayos en rocas
Entre los ensayos más comunes específicos de mecánica de rocas se pueden citar:
- Determinación del peso específico y la absorción.
- Compresión simple con bandas extensométricas.
- Ensayos de resistencia al corte de diaclasas.
- Ensayo de resistencia de Franklin. Determinación indirecta de la resistencia a
compresión y tracción.
- Ensayos triaxial en roca.
- Ensayos de permeabilidad en muestras cilíndricas huecas.
- Ensayos petrográficos con lámina delgada.
- Ensayos de durabilidad de las rocas (Slake Durability Test).
- Ensayo de Los Angeles de desgaste de rocas.
- Ensayos de resistencia a los ciclos de humedad-sequedad.
- Ensayos de resistencia a los sulfatos sódico o magnésico.
- Ensayo de desgaste Deval.
50
1.4.10 Número de ensayos de laboratorio
Para definir el número de ensayos de laboratorio es preciso clasificar, antes, los ti-
pos de terreno existentes en el subsuelo. En términos generales, una formación particu-
lar (depósito de arenas, capa de arcilla, fondo rocoso, etc...) queda mínimamente defini-
da en un determinado aspecto cuando, al menos se hacen dos determinaciones en la-
boratorio de la propiedad que controla el aspecto en cuestión.
En términos generales se recomienda tomar al menos dos muestras en cada forma-
ción diferente de las que atraviese un determinado sondeo y no espaciar, dentro de un
sondeo, la toma de muestras más allá de 5 m aunque la formación atravesada sea, apa-
rentemente, muy homogénea.
Todas las muestras tomadas en los reconocimientos deben ser sometidas a los en-
sayos de identificación más sencillos (granulometrías y plasticidad si es el caso), sólo
algunas (una de cada cinco y dos como mínimo de cada formación) deben ser someti-
das a ensayos de identificación más completos (peso específico de partículas, análisis
químicos y densidades extremas de arenas).
Todas las muestras inalteradas deben ser ensayadas para conocer su densidad se-
ca y humedad natural.
Los ensayos de resistencia y deformabilidad (compresión simple, corte directo, tria-
xiales y edómetros) deben realizarse únicamente con muestras poco alteradas o inalte-
radas. Cada formación de suelos o rocas debe ser ensayada, al menos, con tres ensayos
de este tipo.
Dependiendo del tipo de problema a analizar deben predominar los ensayos de re-
sistencia (triaxiales y compresiones simples para problemas de hundimiento o estabili-
dad) o los de deformación (edómetros en suelos cohesivos para estimación de asientos
y tiempos de consolidación) o los de permeabilidad (ensayos de permeabilidad en per-
meámetro o ensayos de bombeo para problemas de achique).
Es recomendable que en uno de los sondeos se realice la toma de muestras con
mayor intensidad y que se ensayen los terrenos con más profusión de manera que, al
menos en una vertical, el terreno quede definido con mayor detalle. En cualquier caso se
recomienda que la definición precisa de los ensayos de laboratorio a realizar se haga
51
después de conocer el resultado de los primeros sondeos y que tal definición se con-
cluya una vez estén disponibles los resultados de todos los trabajos de campo.
52
2 EJERCICIOS RESUELTOS
2.1 Planificación de la campaña
En un solar de gran tamaño, de unas 30 Ha de extensión va a construirse una urba-
nización de viviendas unifamiliares. Se tienen datos de unos sondeos realizados en el
pasado, de los cuales se obtiene la siguiente estratigrafía
- 0,00 - 1,20 m: rellenos antrópicos,
- 1,20 - 4,80 m: arenas limosas,
- 4,80 - 9,30 m: arcillas limosas,
- 9,30 - prof. yesos.
El nivel freático se encuentra a la cota -2.50 m, y se ha comprobado que no tiene
cambios estacionales relevantes.
La cimentación se piensa efectuar en el estrato de arenas.
Se pide:
A. ¿Habría que realizar más sondeos o es suficiente con los datos obtenidos, ya
que éstos son fiables?
B. ¿Habría que solicitar ensayos de laboratorio? En caso afirmativo ¿Cuáles?
53
SOLUCIÓN
A. ¿Habría que realizar más sondeos o es suficiente con los datos obtenidos, ya
que éstos son fiables?
Es necesario realizar algún sondeo más que llegue a los yesos para asegurarse de
que no se trata de un terreno kárstico.
Estos sondeos pueden hacerse sin recuperación de testigo hasta llegar a los yesos
penetrando en ellos al menos 5m, sin embargo parece un ahorro no muy lógico ya que
recuperando testigo podemos comprobar si los resultados del sondeos anteriores son
acertados.
Aprovechando estos taladros se debían hacer ensayos de penetración SPT (UNE
103 800-92). Incluso si se decidiese no hacer los nuevos sondeos de investigación, se-
ría necesario hacer los de penetración pues dan una información vital sobre los terrenos
y, además, el coeficiente de balasto y la compacidad pueden obtenerse a partir de los
resultados de este ensayo.
B. ¿Habría que solicitar ensayos de laboratorio? En caso afirmativo ¿Cuáles?
Habría que solicitar ensayos de laboratorio de cada uno de los terrenos afectados,
es decir, las arenas limosas y arcillas limosas, al menos tres ensayos de cada uno.
- Rozamiento y cohesión. Coef. Poisson Ensayo triaxial UNE 103 402-98.
- Peso específicos Peso específico ASTM D 854-92
- Peso específico Picnómetro D5550-94
- Parámetros edométricos Ensayo edométrico UNE 103 403-94
- Módulo de deformación aparente, carga hundimiento, Presiómetro ASTM D
4719-87
- Coeficiente de balasto, carga de hundimiento Placa de carga UNE 7391-75
- Resistencia compresión simple Ensayo rest. Comp. UNE 103 400-93
- Clasificación de suelos Granulometría UNE 103 101-95
- UNE 103 102-95
- Límite líquido UNE 103 103-94
- Límite plástico UNE 103 104-93
La presencia de yesos en el sustrato y en el entorno hace que quepa sospechar que
los terrenos y el agua contengan yesos por lo cual habrá que hacer ensayos de sulfatos
enagua y terrenos. Las normas UNE 103 202-95 y UNE 103 201-96 son las de las de-
terminaciones cualitativas y cuantitativas respectivamente.
54
Las normas de los ensayos para la determinación de sulfatos en aguas son las UNE
77048-2002 y UNE 77049-2002.
2.2 Planificación de campaña para un edificio
Dado el siguiente edificio y las características del terreno definido, se pide proponer
una campaña de investigación geotécnica para la construcción del mismo. Se seguirán
los criterios marcados en el DB-SE-C.
Resultado del sondeo:
- 0,00 – 2,30 m: Soleras de hormigón y fábricas.
- 2,30 – 4,50 m: Rellenos
- 4,50 – 10,20 m: Arenas medias
- 10,20 – 16,00 m: Arenas densas
- 16,00 – Prof: Arenas limosas
9,00 9,00
18,0
012,0
0
12,00
30,00
Edificio de 4 plantas
y 2 sótanos
30,0
0
30,0
0
9,00 9,00
18,0
012,0
0
12,00
30,00
Edificio de 4 plantas
y 2 sótanos
55
SOLUCIÓN
Se trata de un edificio de viviendas aislado de 4 plantas más 2 sótanos, por lo que
siguiendo el CTE se tiene lo siguiente:
A. Tipo de construcción (Tabla 3.1.).
Según el número de plantas del edificio (incluyendo los sótanos) se tiene un tipo de
construcción C-2, edificio entre 4 y 10 plantas.
Se pretende definir en esta tabla la importancia de la construcción a partir de la cual
marcar el número y la distancia entre los reconocimientos.
B. Tipo de terreno (Tabla 3.2.).
Como puede verse en la estratigrafía dada por los sondeos, aparece una primera ca-
pa de antiguas cimentaciones y rellenos antrópicos sin controlar, con un espesor de 2
m.
Se tiene por tanto un tipo de terreno T-2.
C. Distancia y profundidad entre reconocimientos (Tabla 3.3.).
Entrando en la tabla 3.3. con el tipo de construcción y de terreno obtenemos la dis-
tancia máxima entre reconocimientos y la profundidad orientativa de los mismos.
Se tiene para este caso lo siguiente:
- Distancia máxima: dmáx = 25 m
- Profundidad orientativa: P = 25 m
La profundidad de 25 m puede parecer excesiva, por cuanto a los 10,20 m ya se al-
canza un estrato resistentey más o menos homogéneo. Podría reducirse a los 18 m, para
cumplir la condición de penetrar enel estrato resistente, como mínimo, una longitud de
2 m + 0,3 x nº plantas.
Profundidad a penetrar en el estrato: 2 + (0.30 x 6) = 3.80 m
Se proponen por tanto, 4 sondeos de 18 m.
56
La distribución en planta podría adaptarse a algo parecido a la figura siguiente, que
cumple con las distancias mínimas entre los reconocimientos.
D. Toma de muestras y ensayos.
En principio los sondeos se realizan a percusión en los rellenos, por ser material
granular, y en las arenas; siempre esconveniente establecer un tipo de ejecución de
sondeo única de rotación con extracción de testigo.
- Ensayos SPT a 3 m, a 6 m, a 12 m y a 15 m. Es habitual realizar en cada sondeo el
ensayo SPT cada 2,5 ó 3 metros, de manera que se obtiene un registro discontinuo
pero lo suficientemente denso como para representar una curva de resistencia a la
penetración en toda la profundidad sondeada lo suficientemente precisa para captar
la variabilidad de los estratos.
- Muestras de agua tipo A a9 m y a 15 m. También es necesario introducir toma de
muestra de agua freática para conocer exactamente su nivel. Estas medidas deben
hacerse en al menos dos sondeos ya que la realización de cada sondeo requiere de
agua y si el “hueco” abierto por el sondeo es lo suficientemente impermeable, se
pueden obtener niveles de agua falseados con el aporte de agua realizado.Deben
analizarse las muestras de agua para conocer su agresividad al hormigón.
Como en toda decisión de campaña de campo y laboratorio no hay soluciones úni-
cas. Por ello, se buscan los parámetros geotécnicos en cada unidad geotécnica:
9,00 9,00
18,0
01
2,0
0
12,00
30,00
Edificio de 4 plantas
y 2 sótanos
30,0
0
30,0
0
9,00 9,00
18,0
01
2,0
0
12,00
30,00
Edificio de 4 plantas
y 2 sótanos
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- Densidad,
- Ángulo de rozamiento,
- Cohesión,
- Deformabilidad,
- Agresividad de agua y terreno.
Para ello se realizan además de ensayos in situ, los de laboratorio. Según la tabla 3.7
(número orientativo de determinaciones in situ o ensayos de laboratorio para superfi-
cies de hasta 2000 m2 por unidad geotécnica).
