Este documento presenta una introducción a la selección de parámetros geotécnicos para el diseño de cimentaciones. Resume los principales métodos de exploración de suelos como ensayos SPT, CPT y DMT. Explica conceptos clave como la resistencia al corte en suelos, el estado crítico, y cómo los parámetros geotécnicos como el ángulo de fricción varían según la densidad y tipo de suelo. Finalmente, introduce relaciones empíricas para estimar la resistencia al corte a partir de datos de campo.

1. Curso Online:
Selección de parámetros
geotécnicos para el diseño de
cimentaciones
Dictado por:
Xavier Vera Grunauer, PhD, D.GE, A.M. ASCE Diciembre, 2019
xvg
®

2. Importancia de la
caracterización Geotécnica, caso
historia
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®

3. Esquema de los componentes de
un diseño de cimentación
(modificado de Ovesen,
1981,1993 y Becker, 1996)Código
de
Diseño
xvg
®

4. Geostrata, April, 2020 (DeJong, et al, 2016)
xvg
®

5. Desarrollo con el tiempo
de los ensayos y
métodos para la
caracterización
geotécnica (modificado
de Mayne 2015)
(Confianzarelativa)%
xvg
®

6. Estudiar la geología y geomorfología en la zona de influencia del sitio
de estudio
deposita
sedimentos en los
bancos que se
encuentran en el
interior de las
curvas (depósitos
de barra de puntos)
erosiona los bancos
en el exterior de las
curvas
http://www.seddepseq.co.uk
A
B
xvg
®

7. deposita
sedimentos en los
bancos que se
encuentran en el
interior de las
curvas (depósitos
de barra de puntos)
A
erosiona los bancos
en el exterior de las
curvas
B
Suelo
Licuado
xvg

8. 1.Métodos de exploración, ensayos de campo
y laboratorio
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®

9. Ensayos in-situ
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®

10. Ensayo de Penetración Estandar SPT
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11.  Medir Energía : Requerido por ASTM D 6066 para
evaluar el potencial de licuación en arenas
 ASTM 1586-08
ASTM D4633 ahora sólo reconoce este
método EFV
Acelerometros
Strain Gages
Acelerometros
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®

12. xvg
®

13. CE = factor de corrección de energía
CR = factor de corrección de longitud de varilla
CB = factor de corrección del diámetro del pozo
CS = factor de corrección del revestimiento
Tolga(2014):
Recomendado por Seed et al. (2003):
Recomendado por Seed, et al., 1984:
Recomendado por Youd e Idriss, 1997:
xvg
®

14. Liao and Whitman (1986) y Boulanger (2003):
Tolga(2014):
Tolga(2014):
(𝑁1)60 = 𝑁60 𝐶 𝑁 ≈ Dr (%)
xvg
®

15. xvg
®

16. Ensayo de Cono Estático , CPTu
xvg
®

17. Fuente: NCHRP Synthesis368 on Cone Penetration Testing(2007)
xvg
®

18. xvg
®

19. (Robertson 1990,
Robertson 2009)
Normalized CPT
Soil Behavior Type
xvg
®

20. xvg
®

21. Normalized CPT
Soil Behavior Type
(Schneider et al. 2008, 2012)
xvg
®

22. Percepción de aplicación del CPTu en la obtención de
los parámetros de suelo (Robertson y Cabal, 2012)
xvg
®

23. (Robertson, 2016)
xvg
®

24. P1H (m)
1.50
20.00
29.50
34.50
38.00
38.10
Log de Campo
Relleno
Arcilla arenosa marron
Arcilla arenosa verdosa
Gravas con arenas verdosa
Arcilla rigida verdosa
28.00
Arcilla firme marron, intercalada
con verdosa
Arcilla arenosa verdosa
32.00
Arcilla firme marron
24.00
Arcilla con intercalacioes de turba
Descripcion
18.00
Arcilla firme marron
16.00
Arcilla muy blanda verdosa
Logeo de las muestras obtenidas en tubo Shelby o cuchara partida SPT
xvg
®

25. Ensayo de Dilatómetro Marchetti DMT
xvg
®

26. Componentes del sistema del DMT
xvg
®

27. TODAS LAS ARENAS, LECHOS, ARCILLAS
 Suelos muy blandos (Su = 2-4 kPa, M = 0.5 MPa)
Suelos duros / roca blanda (Su = 1 MPa, M = 400 MPa)
Hoja robusta (25 ton de fuerza)
xvg
®

28. Mediciones Corregidas del DMT (usando ΔA y ΔB)
Mediciones en campo DMT
A
C
P1: Corrected B reading
P2: Corrected C reading
P0: Corrected A reading
B
Mediciones corregidas
xvg
®

29. Definición de los parámetros intermedios del DMT
Parametros intermediosMediciones en campo DMT
P0
P1
KD: Horizontal Stress Index
ED: Dilatometer Modulus
ID: Material Index
P2 UD: Pore Pressure Index
xvg
®

30. SDMT Resultados
DMT Seismic DMT
GO= ρ Vs2
High repeatability
xvg
®

31. Comparación de un sitio con CPTu, SDMT, MASW, SPT
xvg
®

32. Métodos Geofísicos en Geotecnia
xvg
®

33. Manabi
 SCPTu, SUBTERRA
( Ing. Fernando Illingworth)
 SPT-energy meas, GEOESTUDIOS
 Direct Push Cross Hole, CPT,
Dr. B Cox (Univ. Of Texas at Austin)
 MASW+ MAM, GEOESTUDIOS
(Ing. Nestor Lopez)
 SDMT, Dr. Amoroso (Italy)
4 metodos para
medir Vs
“Blind test”
(2016)
GEOPIER
Misma curva de
Dispersion
Evaluar la
Incertidumbre
en modelacion inversa
Sitio Briceño:
Existió licuación
Durante
Sismo 16 Abril 2016
xvg
®

34. Vs (m/s) = 96 (N60)0.28 , Arenas aluviales de GYE (SM, SP, SC), Vera Grunauer, X (2014)

35. Peso volumétrico
Mayne (2014) Mayne et al. (2009)
Gmax =  (Vs)2 ,  = γt /g
xvg
®

36. Peso volumétrico Gmax =  (Vs)2 ,  = γt /g
xvg
®
Mayne et al. (2009)

37. 2. Resistencia al esfuerzo
cortante en suelos
xvg
®

38. Ensayos de resistencia en Laboratorio
• Compresión Simple
• Corte directo simple
• Corte directo
• Triaxial:
- UU, no consolidada-no drenada
- CIU, consolidada (isotrópico), no drenada
- CID, consolidada, drenada
xvg
®

39. Drenado
• Cambio en el volumen
• No
• Carga se aplica
lentamente
• La conductividad
hidráulica es mayor
• Condición de largo plazo
Sin drenar
• NO hay cambios en el
volumen
• Cambio en
• La carga se aplica
rápidamente
• La conductividad
hidráulica es baja
• Condiciones de corto
plazo
xvg
®

40. Fuentes físicas para la resistencia al corte en Arenas
Fricción en el contacto entre partículas
Dilatancia
- Entrelazado de granos (Interlocking), por lo tanto, Densidad
- Esfuerzo confinante (facilidad para dilatarse o facilidad para
aplastamiento?)
xvg
®

41. CSL
CSL
Comportamiento Drenado
Lado Contractil
Lado
Dilatante
Contractil
Dilatante
Contractil
Dilatante
Lado Contractil
Lado
Dilatante
Comportamiento No-Drenado
Las muestras tienen mismo
esfuerzo de confinamiento inicial
[Arcillas NC / Arenas sueltas]
[Arcillas OC /
Arenas Densas]
[Arcillas NC / Arenas sueltas]
[Arcillas OC /
Arenas Densas]
Estado crítico (CSL), la densidad del suelo y el esf.
corte están en equilibrio, es decir, el suelo no tiene
necesidad de contraerse o dilatarse.
xvg
®

42. Robertson, 2016
xvg
®

43. Estado Crítico de un suelo
Estado del suelo en el que se produce el corte a un
volumen constante y a un esfuerzo cortante constante
En estado crítico, la densidad del suelo y el esfuerzo están
en equilibrio, es decir, el suelo no tiene necesidad de
contraerse o dilatarse
El ángulo de fricción en estado crítico, También llamado ángulo de fricción a
volumen constante:
Para las arenas:
f cv = 28 a 36 Arenas Silicias
f cv = 37 a 44 Arenas Carbonatadas
El valor de f cv depende de: uniformidad de los
tamaños de partículas, forma de partículas,
mineralogía, y su desarrollo, en deformaciones
grandes, es independiente de las
condiciones iniciales
xvg
®

44. Estado Crítico de un suelo
El valor de f cv depende de: uniformidad de los
tamaños de partículas, forma de partículas,
mineralogía, y su desarrollo, en deformaciones
grandes, es independiente de las
condiciones iniciales
xvg
®
Valores de esfericidad S-QP y convexidad Cx considerados para las partículas
de referencia del modelo de Krumbein and Sloss (1963)

45. 45

46. 46

48. Existen dos formas de corte en suelos dilantes
1. Las partículas se trepan unas sobre otras, Dilantancia
2. Las partículas se cortan entre sí (trituración de partículas),
cortante a través de las partículas
Fricción - Se incrementa con el incremento de fc y el incremento del esfuerzo confinante
Dilantancia - Se incrementa con el aumento de Dr y decrece con el esfuerzo confinante
xvg
®

49. Estado Crítico de un suelo
xvg
®

50. Estado Crítico de un suelo
xvg
®
(Bolton 1986)

51. Effect of Particle Shape on Stress-Dilatancy Responses
of Medium-Dense Sands (Xiao et al. 2019)

52. Ángulos de fricción de
estado crítico y pico de
pruebas triaxiales drenadas
en arenas de cuarzo a
diferentes densidades
relativas (Koerner 1970).
Shear
band
Bulging
xvg
®

53. A: 'p = 33° + 3 lR for p' = 150 kPa ( '-90 kPa)
Relative density, Dr(%)
0 20 40 60 80 100 120
Drainedpeakfrictionangle,'p(degrees)
25
30
35
40
45
50
55
B: 'p = 33° + 3 lR for p' = 600 kPa ( '-360 kPa) ' < 15 kPa
20-49
50-99
100-199
200-499
500-5000
A B
C: Uniform medium sand
D: Uniform fine sand
Quartz sand, Q=10, R=1 (Bolton, 1986)
(Schmertmann, 1978)
C
D
E: Dr= 55 Schnaid (2009)
F: Dr= 60 Schnaid (2009)
G: Dr= 55 Sabatini (2002)
H: Dr= 60 Sabatini (2002)EF
GH
' = 18 N160
0.234
(Schnaid, 2009)
R Dr (10 - lnp')
Modificado de
Andersen y Schjetne
(2012):
Basado en N1,60
En arenas
A: 'p = 33° + 3 lR for p' = 150 kPa ( '-90 kPa)
Relative density, Dr(%)
0 20 40 60 80 100 120
Drainedpeakfrictionangle,'p(degrees)
25
30
35
40
45
50
B: 'p = 33° + 3 lR for p' = 600 kPa ( '-360 kPa) ' < 15 kPa
20-49
50-99
100-199
200-499
500-5000
A B
C: Uniform medium sand
D: Uniform fine sand
Quartz sand, Q=10, R=1 (Bolton, 1986)
(Schmertmann, 1978)
C
D
E: Dr= 55 Schnaid (2009)
F: Dr= 60 Schnaid (2009)
G: Dr= 55 Sabatini (2002)
H: Dr= 60 Sabatini (2002)EF
GH
Sabatini, 2002)
' = 18 N160
0.234
(Schnaid, 2009)
Dr = (N160 / 55)0.5
for Fine Sands Skempton (1988)
Dr = (N160 / 60)0.5
for Medium Sands Skempton (1988)
R Dr (10 - lnp')
xvg
®

54. Mayne (2007b) Basado en CPT
En arenas
Basado en DMT
En arenas
ID > 1
xvg
®

55. Mayne (2019)
Angulodefricciónefectivo,
Muestras de arenas no alteradas
Resistencia SPT, xvg
®

56. Senneset et al. 1989
En arcillas
Mayne (2019)
xvg
®

57. Resistencia al corte no drenado en arcillas
En la evaluación de la
resistencia al corte no
drenado en suelos
saturados, se debe de
considerar los efectos
de anisotropía y falla
progresiva
Jamiolkowski et al., 1985
Arcillas NC
xvg
®

58. Historia de esfuerzos y normalización de las
propiedades ingenieriles del suelo,
Stress History And Normalized Soil Engineering
Properties (SHANSEP)
m
vo
u
SOCR
S
=
'
Ladd and Foott 1974, Ladd 1991)
[Mesri]
≈ 0.22 OCR 0.80
xvg
®

59. Mayne (2019)
Relación de sobreconsolidación,
ResistenciaalcortenodrenadoDSS,
Arcillas intactas
NC y OC
xvg
®
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
sinf'
su/vo'NC(DSS)
AGS Plastic
Amherst
Ariake
Bootlegger
Bothkennar
Boston Blue
Cowden
Hackensack
James Bay
Mexico City
Onsoy
Porto Tolle
Portsmouth
Rissa
San Francisco
Silty Holocene
Wroth (1984)
su/vo'NC (DSS) =½sinf'
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0

60. Mayne (2019)
Relación de sobreconsolidación,
ResistenciaalcortenodrenadoDSS,
Arcillas intactas
NC y OC
xvg
®
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
1 10 100
Overconsolidation Ratio, OCR
NormalizedPorewater,Du/vo'
Amherst CVVC
Atchafalaya
Bangkok
Bootlegger Cove
Boston Blue
Cowden
Drammen
Hackensack
Haga
Lower Chek Lok
Maine
McManus
Paria
Portland
Portsmouth
Silty Holocene
Upper Chek Lok
20
30
40
L = 0.9 0.8 0.7
Intact
Clays
f' = 20o
30o
40o
Dus/vo' = 1 - ½cosf'OCRL

61. Mayne (2019)
Relación de sobreconsolidación,
ResistenciaalcortenodrenadoDSS,
Arcillas intactas
NC y OC
xvg
®

62. Limitaciones del SHANSEP
• No es aceptable para arcillas sensibles o estructuradas (con
cementación, etc).
• SHANSEP emplea un enfoque de historia de esfuerzo mecánico.
Limitaciones del Ensayo UU o UC
Sin embargo, aunque no exista cambio de volumen
Podemos tener una deformación por corte (desviadora)
Debido a la relajación en el suelo generando un cortante
el cual generará una presión de poro inducida
Dud ≈ 1/3 ’m ;
tffu ,insitu ≈ 1.05 tffu, uu-tx
xvg
®

63. Resistencia al corte de arcillas
Para arcillas altamente sobre consolidadas se debe de considerar en los análisis la resistencia
drenada ya que la resistencia al corte no drenada es mayor que la drenada, debido a que la
presión de poro decrece y el esfuerzo efectivo se incrementa durante la aplicación de la carga no
drenada. xvg
®

64. Mayne and Peuchen (2018)
En función del CPTu
Ensayos DSS (Robertson 2015)
xvg
®

65. En función del DMT
Obtenido el OCR Se considera el criterio de
SHANSEP, para ensayos DSS:
0.8
Ladd
0.22
Mesri
Marchetti et al. 2006
xvg
®

66. En función del SPT
Mayne (2019)
xvg
®

67. 3. Compresibilidad en Suelos
xvg
®

68. EOP( t = tp)
xvg
®

69. Mayne et al. (2009)
Robertson. (2015)
OCR = 0.5 KD
1.56
Marchetti 1980 (experimental):
xvg
®

70. Mayne (2007a)
xvg
®

71. a) b)
c) d)
Geozona D5
Geozona D4
Geozona D2
Geozona D3
Geozona D1
Geozona D5
Geozona D4
Geozona D1
Geozona D2
Geozona D3
Contenido natural de agua, wn porcentaje
αD[mayor estimado]=0.045(1.5M)
αD[mediana estimada]=0.03(M)
αD[menor estimado]=0.015(0.5M)
2.35≤Gs≤2.85
Contenido natural de agua, wn porcentaje
αD[mayor estimado]=0.045(1.5M)
αD[mediana estimada]=0.03(M)
αD[menor estimado]=0.015(0.5M)
2.35≤Gs≤2.85
Contenido natural de agua, wn porcentaje
αD[mayor estimado]=0.045(1.5M)
αD[mediana estimada]=0.03(M)
αD[menor estimado]=0.015(0.5M)
2.35≤Gs≤2.85
Contenido natural de agua, wn porcentaje
αD[mayor estimado]=0.045(1.5M)
αD[mediana estimada]=0.03(M)
αD[menor estimado]=0.015(0.5M)
2.35≤Gs≤2.85
xvg
®

72. 0 20 40 60 80 100
Wn (%)
0 20 40 60 80 100
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
SPT 2013
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
CR
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
Mediana estimado de Wn (%), D = 0.030
Enasyos de consolidacion 2013
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
RR
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
Mediana estimado de Wn (%), D = 0.0030
Enasyos de consolidacion 2013
Estadio Ramón Unamuno
CR = Cc/ (1+eo) RR = Cr / (1+eo)
xvg
®

73. Módulo oedométrico
Modulo tangente del esfuerzo vertical
drenado (at 'vo)
M = Eoed = 1/mv = D'v / Dv (at ’vo)
CR = 2.3 ’v/M
xvg
®

74. M = aM (qt - vo)
Si Ic > 2.2 use:
aM = Qtn , Qtn < 14
aM = 14 , Qtn > 14
Si Ic < 2.2 use:
aM = 0.02 [10 (0.55Ic + 1.68)]
Nota cuando Ic > 2.2 (arcillas)
Cc = 2.3(1+eo)/Km
Mayne (2007)
xvg
®

75. Mayne (2001)
SPT & CPT
xvg
®

76. Marchetti, 2015
xvg
®

77. • Caracterización dinámica y estática de los suelos a través del
módulo de corte
G50 o E50
Vera et al. (2014)
Mayne (2006)
𝐸 = 2𝐺(1 + 𝜐)
𝐸50 𝜏/𝜏 𝑚𝑎𝑥 =0.5
Gmax =  (Vs)2 ,  = γt /g
xvg
®

78. Coeficiente de presión de tierra Ko
Marchetti (1980)
Mayne (2019)
xvg
®

79. 4. Ejemplo real sobre la influencia en
caracterización geotécnica (caso
método de precarga en Arcillas
Blandas)
xvg
®

80. DISEÑO ORIGINAL
Áreas Evaluadas
xvg
®

81. DISEÑO ORIGINAL Parámetros Adoptados
xvg
®

82. DISEÑO ORIGINAL
Asentamientos Obtenidos – Bodega de Soya
xvg
®

83. E.B. PRADERA
RE-EVALUACIÓN ASENTAMIENTOS
Resultados de Ensayos CPTu – Antes y Después
• Estudio Original:
CPTu-02, CPTu-
07
• Reevaluación:
CPTu-08
(considerando
relleno
proyectado)
• σ’p del ensayo
CPTu
Mesri (1975):
Su = 0.22 x σ’p
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0 0.5 1 1.5 2
Profundidad(m)
Su (CPTu-8)/Su (CPTu)
Su (CPTu-8)/Su (CPTu-2)
Su (CPTu-8)/Su (CPTu-7)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0 20 40 60 80 100
Profundidad(m)
Su (kPa)
CPTu-2
CPTu-7
CPTu-8
CPTu-2 (Mesri, 1975)
CPTu-7 (Mesri, 1975)
CPTu-8 (Mesri, 1975 x 0.8)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5
Profundidad(m)
Relación de esfuerzos
(σ'v0+Δσ'v)/σ'p
CPTu-02
CPTu-07
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Profundidad(m)
OCR
CPTu-2
CPTu-7
CPTu-8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0 0.5 1 1.5 2
Profundidad(m)
0.8x σ',p (CPTu-8)/σ',p(CPTu)
0.8x σ',p(CPTu-
8)/σ',p(CPTu-2)
0.8x σ',p(CPTu-
8)/σ',p(CPTu-7)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0 50 100 150
Profundidad(m)
Δ σ',p (kPa)
σ',p(CPTu-8) -
σ',p(CPTu-7)
0.8x σ',p(CPTu-8) -
σ',p(CPTu-7)
xvg
®

84. E.B. PRADERA
RE-EVALUACIÓN ASENTAMIENTOS
Método de la Hipérbola (Chung et al., 2009)
PL-2 (Bodega de Soya)
PL-3 (Bodega de Soya)
xvg
®

85. E.B. PRADERA
RE-EVALUACIÓN ASENTAMIENTOS
Parámetros Modificados (Bodega de Soya)
ESTUDIO ORIGINAL
MODIFICADO
xvg
®

86. E.B. PRADERA
RE-EVALUACIÓN ASENTAMIENTOS
Resultados de Asentamientos (Bodega de Soya)
xvg
®