BASES DE LA GEOTECNIA APLICADA

1. Ing. Linton Elmer Mato Vicente
EXPLORACION GEOTECNICA Y
ENSAYOS DE LABORATORIO
UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA

2. CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
METODOLOGÍA DE UN ESTUDIO GEOTÉCNICO
EXPLORACIÓN DIRECTA DE CAMPO
EXPLORACIÓN INDIRECTA A TRAVÉS DE
PROSPECCIÓN SÍSMICA
ENSAYOS DE LABORATORIO
CONCLUSIONES

3. METODOLOGÍA DE UN ESTUDIO GEOTÉCNICO
- Reconocimiento geológico y de sitio: interpretación del
origen y formación de suelos, evaluación geológica,
interpretación de posibles condiciones del subsuelo.
- Planificación de la exploración y muestreo: permite ubicar y
cuantificar el número de sondajes y optimizar el muestreo.
- Recopilación de información: hidrología, geología,
sismicidad, topografía, etc.

4. - Ejecución de ensayos de laboratorio: para la
determinación de los parámetros de los materiales.
- Ejecución de la exploración y muestreo: ejecución de
sondajes y obtención de muestras disturbadas e
inalteradas.
- Interpretación de la investigación geotécnica: evaluación
de los datos de campo y laboratorio.
- Análisis y diseño geotécnico
METODOLOGÍA DE UN ESTUDIO GEOTÉCNICO

5. EXPLORACIÓN DIRECTA DE CAMPO
 Exploración a través de pozos abiertos y
posteadora
 Exploración con ensayos de penetración
estándar (SPT)
 Exploración con ensayos de penetración tipo
cono holandés (CPT)

6. EXPLORACIÓN DE CAMPO CON
CALICATAS Y POSTEADORA

7. - Excavación manual con pico y lampa
- Excavación con equipo mecánico
EXPLORACIÓN DIRECTA CON CALICATAS
Desventaja:
- Profundidad limitada
- Paredes inestables ante la presencia de agua
Ventaja:
- Extracción de muestras disturbadas e inalteradas
- Visualización directa de la estratigrafia

10. - Posteadora manual
- Posteadora mecánica
EXPLORACIÓN DIRECTA CON POSTEADORA
Equipo:
Tubería, una T y en su parte inferior una mecha
Ventaja:
- Auscultación rápida del terreno
Desventaja:
- No se extraen muestras inalteradas
- Imposible de realizar en arenas limpias secas o
saturadas

11. 10 cm
Extensión
POSTEADOR
O 3" - 8"
Post hole Digger
O 2" - 3 1/2"
O 2" - 3 1/2" O 2" - 5 1/2"

14. EXPLORACIÓN DE CAMPO CON
ENSAYOS DE PENETRACIÓN
ESTÁNDAR - (SPT)

15. A) GENERALIDADES
Procedimiento ampliamente utilizado para determinar
características de resistencia y compresibilidad de suelos.
B) PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL ENSAYO
Ejecución de la perforación
- con barrenos (posteadora)
- a rotación
- por lavado “wash boring”
Ejecución del muestreo
Se realiza con un muestreador de caña partida

16. C) REGISTRO DE PENETRACIÓN
Resistencia a la penetración: golpes necesarios para hincar
los últimos 30 cm de un total de 45 cm.
D) INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
La resistencia a la penetración es un indicador de la
compacidad de suelos arenosos y un indicador de la
consistencia y resistencia de suelos cohesivos.

17. Trípode de tubos
f 2 1/2”
Manguera
Mango para rotación
parcial de la barra
Terreno
Natural
Soga f 1 ”
Depósito de
agua de lavado
Barra de
perforación
Cincel
Motor con caja
reductora
Forro
Bomba
Polea para la soga
Elevador
CINCEL
RECTO
BARRA CON
UNION
CINCEL DE
CRUZ
SOSTENEDOR DE
BARRAS
ELEVADOR
PERFORACIÓN POR LAVADO “WASH BORING”

18. Martillo
Guía de
hinca
Cabezal de
hinca
Trípode de Tubo de
diámetro f 2 1/2”
F 1 1/2”
Cuchara
Cadena de
fierro
Guía
CUCHARA
F 2” - 4 1/2”
MARTILLO
ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR - SPT

30. Norma : ASTM D1556
Funciones : Determinación de la consistencia y resistencia
cortante de los suelos en profundidad.
Procedimiento :
- Ejecución de la Perforación
- Ejecución del Muestreo
Suelos Adecuados para la Ejecución del Ensayo
- Arenosos
- Limo Arenosos
- Areno Limosos
- Arcillas
Suelos Inadecuados para el Ensayo
- Aluvionales
- Aluviales
- Suelos Gravosos y Heterogéneos con Gravas
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)

31. EVALUACION DE LA COMPACIDAD RELATIVA Y RESISTENCIA
DE LOS SUELOS COHESIVOS
COMPACIDAD RELATIVA DE LA ARENA
RESISTENCIA DE LOS SUELOS COHESIVOS
Número de Golpes del SPT Compacidad Relativa
0 – 4 Muy Suelta
5 – 10 Suelta
11 – 20 Firme
21 – 30 Muy Firme
31 – 50 Densa
Más de 50 Muy Densa
N° de Golpes
del SPT
Consistencia Resistencia a la Compresión
Simple en (Kg/cm2)
< 2 Muy Blanda < 0.25
2 – 4 Blanda 0.25 – 0.50
4 – 8 Media 0.50 –1.00
8 – 15 Firme 1.00 – 2.00
15 – 30 Muy Firme 2.00 – 4.00
> 30 Dura < 4.00

32. DIVERSOS FACTORES DE CORRECCION
SEGÚN DIVERSOS AUTORES
Referencia Factor de Corrección CN Unidad desv
Teng (1962)
Bazaraa (1967)
Peck Hansen, y
Thourburn (1974)
Seed (1976)
Seed (1979)
Tokimatsu y
Yoshimi (1983)
V
N
10
50
C
s
+
=
V
10
N
20
log
77
.
0
C
s
=
V
10
N log
25
.
1
1
C s
-
=
Ver Fig. 1(b)
V
N
7
.
0
7
.
1
C
s
+
=
psi
ksf
tsf
tsf
Kg/cm2
5
.
1
5
.
0
25
.
3
4
5
.
1
2
1
4
C
V
V
V
V
N
>
s
s
+

s
s
+
=
Sin embargo, se propone un
factor de corrección simple el
cual es comparable con
cualquiera de las indicadas en
la tabla anterior.
El factor propuesto para la
corrección del valor del SPT
es:
0
.
2
1

=
v
N
C
s
(Liao y Whitman, 1991)
en Kg/cm2

33. Arcilla )
cm
/
kg
(
8
N
q 2
u
= Terzaghi
Arcilla limosa )
cm
/
kg
(
5
N
q 2
u
= Terzaghi y Peck
Arcilla areno limosa )
cm
/
kg
(
8
N
q 2
u
= Terzaghi y Peck
Para todas las arcillas )
/
(
33
.
1 2
cm
kg
N
qu
= Graux
RELACIONES ENTRE EL NUMERO DE GOLPES “N”
Y LA CONSISTENCIA DE LAS ARCILLAS

34. Correlación N - qu y consistencia para arcillas
Terzaghi y Peck
30
25
20
15
10
5
0 1 2 3 4
A: Muy Blanda
B: Blanda
C: Medianamente Compacta
D: Compacta
E: Muy Compacta
F: Dura
A B C D E F
qu (Kg/cm2)
N
q =
u 8
N

35. 0.6
0.5
0.7
0.8
0.9
1.0
0.2
0 0.4 0.6 0.8 1.0
da / D
w
1.0
R
w
0.7
0.5
0
0.6
0.2
0.8
0.9
db / B
0.8
0.6
0.4 1.0
B
h
D
B
da
db
NF
F
N
Factores de Corrección por Posición
de la Napa Freática
La capacidad de carga última (qu) de un suelo
(Terzaghi y Peck) puede establecerse a
partir de las siguientes relaciones:
qult = 2NB Rw + 6 (100 + N2) DRw (Zapatas cuadradas)
qult = 3NB Rw + 6 (100 + N2) DRw (Zapatas continuas)
en la que:
(qult) : capacidad de carga última
B : ancho de la fundación en pies
D : profundidad de la fundación (pies)
Rw y Rw: factores de corrección por la posición
de la napa freática propuesto por TENG
APLICACIONES DEL ENSAYO DE
PENETRACION ESTANDAR
A) Determinación de la Capacidad Portante
(Suelos Granulares)

36. Consistencia del (N)
Suelo SPT zap.cuadrada zap. continua
Muy blando 0-2 0.00 – 0.30 0.00 – 0.22
Blando 2-4 0.30 – 0.60 0.22 – 0.45
Mediano 4-8 0.60 – 1.20 0.45 – 0.90
Compacto 8-15 1.20 – 2.40 0.90 – 1.80
Muy compacto 15-30 2.40 – 4.80 1.80 – 3.60
Duro >30 Mayor que 4.80 Mayor que 3.60
Capacidad de Carga Admisible
(T/pie2)
B) Determinación de la Capacidad Portante (Suelos Finos)
Relaciones entre qadm, N y la Consistencia para Suelos
Finos (Terzaghi y Peck)

37. Su (tsf)
25
20
15
10
5
1.0
27
0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0
0.5 3.5
TERZAGHI
y PECK
Arcilla de
plasticidad media
Arcilla de
alta plasticidad
SOWERS
arcilla de
baja plasticidad
NSPT
Correlación de N (SPT) con la resistencia cortante no drenada
(Su) de suelos cohesivos de diferentes plasticidades
(ref. NAVFAC, 1971)
Rígida
30
16
2
32
8
4
Dura
Muy Blanda
Firme
Blanda
Muy
Dura

38. EXPLORACIÓN DE CAMPO CON
ENSAYOS DE PENETRACIÓN CONO
HOLANDÉS - (CPT)

39. EXPLORACION QUASI ESTATICA CON EL CONO HOLANDES
OBJETIVO: OBTENER RESISTENCIA POR PUNTA Y/O FRICCION
LATERAL TIPOS DE PUNTA: DELF Y BEGEMANN
DETERMINACION DE RESISTENCIA:
Resistencia por punta: qc=Qc/Ac
Qc=Fuerza necesaria para hincar el cono en kg
Ac=Area transversal del cono (10 cm²)
qc=Resistencia de punta (kg/cm²)
Resistencia por fricción: fs=Fs/As
Fs=Fuerza necesaria para hincar el cono y la funda (kg, en
zonas que lo miden directamente (Fs=Rt-Qc)
As=Area lateral del manguito, 150 cm²
fs=(Rt-Qc)/Af
Rt=Resistencia necesaria para hincar el cono y el manguito en kg, en
conos que miden ambas variables

40. A) GENERALIDADES
- Usado en Europa desde 1920
- En Estados Unidos desde 1960
- En el Perú desde 1984
B) DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO
- Equipo de penetración estática
- Tubería de acero de 1 m y barras sólidas interiores
concéntricas (fext=3.6 cm y f int= 1.6 cm)
- Punta Cónica
Se transmite la fuerza a través de las barras interiores y
esta al cono, midiendo cada 20 cm la resistencia por punta
y/o fricción.

41. C) PUNTA DE PENETRACIÓN
Punta DELFT
- Punta cónica de 3.6 cm de diámetro y 10 cm2 de área
- Se encuentra montada en el extremo inferior de una
funda deslizante de 9.9 cm de longitud
- El cono penetra debido a la fuerza axial de un vástago
- Se mide la presión que transmite en la punta
Punta BEGEMANN
- Punta cónica de 3.57 cm. de diámetro y 10 cm2 de área
- Se encuentra montado en un pieza cilíndrica deslizante
de 11.1 cm
- Posee una funda de 13.3 de longitud y 3.6 cm de diámetro
- Se mide la presión por punta y fricción

42. 3
Punta Cónica Copla
Funda cilíndrica Barra sólida
Funda de fricción
2
3
4 5
B
1
F 35.7 m m
60°
F 23 m m
F 20 m m
F15
133 m m 47 m m
F12.5 m m
F 30 m m
A
F 32.5 m m
B
1
5
4
POSICION CERRADA
POSICION EXTENDIDA
A
F 36
265 m m
69 m m
2
ENSAYO DE PENETRACIÓN CONO HOLANDÉS
Esquema de Punta Cónica

46. D) DETERMINACIÓN LA RESISTENCIA
qc =
donde :
Qc = fuerza para hincar el cono en kg
Ac = área transversal del cono
qc = resistencia de la punta
QC
Ac
FC
Ac
fs =
donde :
FS = fuerza para hincar el cono y la funda en kg
AS = área lateral de la funda
fS = resistencia por fricción

47. qs
fs
20
2
30 50
10 60
40
0
3
5
1
6
7
0.6
4
1.2
0.2 0.4 0.8
0
Profundidad,
m
GRÁFICA DE PENETRACIÓN ESTÁTICA
Resistencia de punta qc, kg/cm2
Resistencia de fricción fs, kg/cm2
1.0

48. 80
0.2
160
40 200 240 280 320 360 400 440
2
120
0 0
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.1
0.9
1.0
0.8
480
3
4
5
6
1
Presión
de
sobrecarga
efectiva
kg/cm
2
Resistencia por punta del cono (tn/pie2)
CORRELACION DE PRESION DE SOBRECARGA
EFECTIVA Y RESISTENCIA POR PUNTA DE CONO

49. E) CORRELACION CON EL ENSAYOS DE PENETRACION
ESTANDAR
Tipos de Suelos qc/N
Limos, limos arenosos, mezclas de limo
arena-arena ligeramente cohesiva
2.0
Arenas limpias a medias y arenas
ligeramente limosa
3.5
Arenas gruesas y arenas con algo de
grava
5
Gravas arenosas y gruesas 6

50. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
CISMID - LABORATORIO GEOTECNICO
REGISTRO DE SONDAJES
Solicitado
Proyecto
Ubicación Cota Superficial
Operador
Revisado
Fecha Profundidad N.F.(m)
Profundidad Total (m)
Ensayo de Penetración
Gráfica de N
Estándar
N° golpes/30 cm.
:
:
:
:
:
:
:
:
:

51. ARENA
LIMO, ARCILLA
TURBA
ARENA GRUESA
Y GRAVA
RESISTENCIA
DE
PUNTA,
Kg/cm
2
FRICCION LATERAL, kg/cm2
0
2
100
200
ARCILLA
300
3 4 5 6
1
CLASIFICACION DE SUELOS CON PENETROMETRO ESTATICO
ELECTRONICO (Sanglerat, G., 1972)

52. Arena
(Suelta)
Mezclas limo-arena,
arenas arcillosas
y limos
Arenas
con
conchas
Arcillas inorgánicas y
mezclas de suelos
Duras
(Compacta o
cementada
Medias
Blandas
Muy blandas
Muy duras
Arcillas inorgánica
no sensitivas
100
10
2
3
200
1 4 5 6 7
2 8
RESISTENCIA
DE
PUNTA
q
c
,
Kg/cm
2
RELACION DE FRICCION fs/qc, %
CLASIFICACION DE SUELOS CON PENETROMETRO
ESTATICO (Sanglerat, J.H., 1977)

53. Arena
Arcilla
Arena gruesa y grava
30
Limo, Arcilla
Resistencia
de
punta,
Kg/cm
2
Fricción lateral, Kg/cm2
Turba
50
0
40
20
1.5
10
0.5 2.0
1.0
CLASIFICACION DE SUELOS BLANDOS
O SUELTOS

54. AUSCULTACION DINAMICA DPL-5

55. REGISTRO DPL-5
NDPL-5  NSPT

56. EXPLORACIÓN INDIRECTA MEDIANTE
REFRACCIÓN SÍSMICA

57. A) USO
- Exploración rápida y económica de grandes áreas.
- Permite obtener espesores de estratos y las
velocidades de ondas P y de ondas S.
B) DEFINICIÓN
- Medición de los tiempos de viaje de las ondas
compresionales (P) y de las ondas de corte (S).
C) FUENTE DE ENERGÍA
- Golpe de martillo o carga explosiva.
F) APLICACIONES
- Determinación de la estratigrafia del subsuelo
- Determinación de la profundidad del basamento rocoso
- Determinación de parámetros dinámicos

58. Perfil Estratigráfico
Presa de Relaves Casapalca
shot
0210 0209
shot shot
0208 0207
shot
0206
shot
0204
shot
shot
0203
0202
shot
0201
shot
Intersección
con la línea
01
Material de Relave
Suelo Firme
Línea 02 - 01
Línea 02 - 02
Vp = 900 - 1000 m/s
Vp = 2300 - 2500 m/s
4205
4185
4165
4145
4125
0 20 40 60 80 100 120 140
Cota
del
Terreno
(m.s.n.m.)
Distancia (m)
LEYENDA
TERRENO
ESTRATO 1
ESTRATO 2
ESTRATO 3
SHOT

59. Cilindro
de gas
Regulador
Amplificador
Monitor
Registrador
de datos
Carga
Martillo de
madera
Estaca
Ondas P
Ondas S
Tubo de PVC
Transductor de 3
componentes
ESQUEMA DEL ENSAYO DE MEDICION EN POZOS DE ONDAS P Y S

60. 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
0.00
1.0
2.0
4.0
0.0
7.0
3.0
5.0
9.0
12.0
6.0
10.0
8.0
13.0
14.0
15.0
16.0
17.0
18.0
19.0
20.0
20.3
20.8
11.0
Tiempo (segundos)
Profundidad
(m)
(Ondas P)

61. 0.08
3.0
0.12 0.18 0.20 0.24
0.04
0.00
0.0
1.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
11.0
13.0
2.0
14.0
15.0
16.0
17.0
18.0
19.0
20.0
20.3
20.8
12.0
Tiempo (segundos)
Profundidad
(m)
(Ondas S)

62. 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100
0.0
Valor Corregido
Valor Observado
0.000
15.0
5.0
20.0
10.0
1800 m/s
Profundidad
(m)
(Ondas P)
Curvas Distancia - Tiempo
Tiempo (segundos)

63. 0.040 0.080 0.120 0.160 0.200
0.000
Valor Corregido
Valor Observado
400 m/s
5.0
15.0
0.0
20.0
10.0
(Ondas S)
Curvas Distancia - Tiempo
Profundidad
(m)
Tiempo (segundos)

64. VALORES PROMEDIO DE Vp SEGÚN LA NORMA
ASTM-D5777
Descripción
pie/s m/s
Velocidad Vp
Suelo intemperizado
Grava o arena seca
Arena saturada
Arcilla saturada
Agua
Agua de mar
Arenisca
Esquisto, arcilla esquistosa
Tiza
Caliza
Granito
Roca metamórfica
800 a 2000
1500 a 3000
4000 a 6000
3000 a 9000
4700 a 5500
4800 a 5000
6000 a 13000
9000 a 14000
6000 a 13000
7000 a 20000
15000 a 19000
10000 a 23000
240 a 610
460 a 915
1220 a 1830
910 a 2750
1430 a 1665
1460 a 1525
1830 a 3960
2750 a 4270
1830 a 3960
2134 a 6100
4575 a 5800
3050 a 7000

65. Estación Portátil de Prospección Sísmica Smart-Seis S24 de 24
Canales (GEOMETRICS)

66. Martillo de 25 lbs. Utilizado Generalmente en Líneas Pequeñas

67. Martillo de 75 kg, Utilizado en Líneas de
Longitudes Mayores a 100 m.

68. Preparación de Explosivo para Generar una Onda Sísmica

69. Colocación de Explosivo para la Generación de la Onda Sísmica

70. Disparo Producido por Explosivo

71. Uso de Calicatas para Determinar Módulos de Corte

72. Colocación de Geófonos en la Pared de la Calicata

73. ENSAYOS DE LABORATORIO

74. A) Ensayos Estándar
Permiten determinar las propiedades físicas de los
suelos
- Análisis granulométrico por tamizado y sedimentación
- Límites de consistencia
- Contenido de humedad
B) Ensayos Especiales
Permiten obtener las propiedades de resistencia,
compresibilidad y de flujo de los suelos.
- Ensayo de Corte Directo
- Ensayo de Compresión Triaxial
- Ensayo de Consolidación
- Ensayo de Permeabilidad

75. ENSAYOS ESTÁNDAR

81. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
Objetivo:
Medir la resistencia cortante de suelos granulares.
Equipo:
Se utiliza el aparato para Corte Directo (caja partida
un fija y la otra se puede mover horizontalmente con
una fuerza horizontal aplicada).
Procedimiento del Ensayo:
- Colocar el especimen al interior de la caja
- Aplicar esfuerzo vertical
- Aplicar esfuerzo horizontal hasta la falla

82. A
N
=
s
A
F
=
t
Esquema del Aparato de Corte Directo

83. Envolvente de falla para una arena
seca ensayada en corte directo
t
f
s
f
s
t
C
Envolvente de falla para una arcilla
dura ensayada en corte directo

87. =
+
2° ETAPA
1° ETAPA
s3
s3
s3
s3 sd s1
s1 = s3 + sd
sd = s1 - s3
ENSAYO TRIAXIAL
Objetivo:
Medir la resistencia cortante de diferentes tipos de suelos en
diferentes condiciones de carga y drenaje.
u
s1 = s1 - u
s3 = s3 - u

88. - Ensayo No Consolidado - No drenado (UU)
Construcción rápida en arcillas blandas
Análisis al final de la construcción de presas de tierra
Tipos de Ensayos Triaxiales
- Ensayo Consolidado - Drenado (CD)
Construcción en arenas.
Construcción lenta en arcillas.
Análisis en el estado de infiltración constante de presas de tierra.
- Ensayo Consolidado - No Drenado (CU)
Construcción rápida sobre arcillas sobreconsolidadas.
Análisis de desembalse rápido de presas de tierra.

101. OTROS ENSAYOS

110. CONCLUSIONES
- Es importante realizar el reconocimiento del sitio antes de
realizar una propuesta de investigación del terreno.
- De preferencia y siempre que sea posible se deben realizar
excavaciones a cielo abierto o calicatas, para visualizar en
forma directa la estratigrafía del terreno y extraer muestras
disturbadas e inalteradas para ensayos de laboratorio.
- El ensayo de penetración estandar SPT debe ejecutarse en
todos los terrenos donde pueda ser factible de realizar. La
gran ventaja de este ensayo es que permite recuperar
muestras disturbadas, existiendo además diversas
correlaciones entre el número de golpes “N” y parámetros
del suelo.

111. CONCLUSIONES
- El ensayo Cono Holandés, debe utilizarse como
complemento del ensayo SPT. La desventaja de este ensayo
es la no extracción de muestras del terreno.
- Los ensayos de refracción sísmica superficial son útiles para
el estudio de grandes áreas, para determinar espesores de
estratos, profundidad del basamento y planificar la
profundidad de los sondajes.
- Resulta necesario complementar la información obtenida con
la refracción sísmica con la exploración directa de campo
mediante sondajes.