Planificación de campaña de investigación en función de la actuación geotécnica a aplicar

MÁSTER EN MECÁNICA DEL SUELO E INGENIERÍA GEOTÉNICA
PLANIFICACIÓN DE UNA CAMPAÑA DE
INVESTIGACIÓN EN FUNCIÓN DE LA ACTUACIÓN
GEOTÉCNICA A APLICAR
Alumno: Guillermo García Herrera
Director: Goran Vukotić
Madrid, octubre de 2014

Máster en Mecánica del Suelo e Ingeniería Geotécnica
Planificación de campaña de investigación en función de la actuación geotécnica a aplicar.
Guillermo García Herrera
II
RESUMEN
El diseño de una campaña geotécnica es un proceso complejo que en ocasiones
genera datos no deseados faltando aquellos de utilidad. Muchas de las normativas
actuales no proporcionan un número de ensayos determinados para la obtención de
parámetros geotécnicos de calidad ni ubican los reconocimientos necesarios según la
actuación a realizar.
Este documento quiere servir de guía para el establecimiento de unos reconocimientos
y ensayos mínimos. Para ello se han establecido unos criterios en función de la obra a
ejecutar así como de las características del terreno.
A su vez se analiza los métodos de mejora del terreno más empleados actualmente
dando una idea sobre los parámetros geotécnicos más relevantes para un buen
diseño.
Palabras clave: planificación, campaña, geotécnica.
ABSTRACT
The design of geotechnical campaign is a complex process which sometimes creates
unwanted data being those useless. Many of the current regulations do not provide a
certain number of tests to obtain geotechnical parameters of quality, neither locate
according to the examinations necessary action to be executed.
This document aims to provide guidance for the establishment of recognition and
minimum testing. For this purpose, they have established criteria depending on the
work to be executed as well as terrain features.
In turn, the methods of ground improvement over currently employed are analyzed,
giving an idea about the most important geotechnical parameters for a good design.
Keywords: planning, geotechnical, campaign.

III
AGRADECIMIENTOS
Mi agradecimiento, en primer lugar, a Goran Vukotić por su inestimable ayuda, consejo
y buen criterio que me han permitido sacar adelante este documento. Gracias por el
tiempo empleado.
A mis padres, ya que sin su apoyo nunca hubiera sido posible realizar este Máster.
A Bárbara, por estar siempre ahí. Gracias por todo.

IV
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................1
1.1. Avance .........................................................................................................1
1.2. Objetivos......................................................................................................1
1.3. Metodología .................................................................................................2
2. RECONOCIMIENTOS Y ENSAYOS.....................................................................4
2.1. Reconocimientos ........................................................................................4
2.1.1. Calicatas................................................................................................4
2.1.2. Sondeos ................................................................................................5
2.2. Ensayos .......................................................................................................8
2.2.1. Ensayos de campo ................................................................................8
2.2.2. Ensayos de laboratorio ........................................................................14
2.3. Criterios para la clasificación de los reconocimientos y ensayos.........33
3. TÉCNICAS ANALIZADAS Y PROBLEMÁTICA GEOTÉCNICA ASOCIADA.....34
3.1. Cimentaciones...........................................................................................34
3.1.1. Cimentaciones superficiales ................................................................34
3.1.2. Cimentaciones profundas ....................................................................43
3.2. Anclajes .....................................................................................................52
3.3. Soil nailing.................................................................................................59
3.4. Técnicas de mejora del terreno................................................................66
3.4.1. Precarga y drenaje vertical ..................................................................67
3.4.2. Compactación dinámica.......................................................................72
3.4.3. Vibrocompactación ..............................................................................80
3.4.4. Vibrosustitución ...................................................................................86
3.4.5. Jet Grouting.........................................................................................92
3.4.6. Inyecciones..........................................................................................99
3.4.7. Deep Soil Mixing (DSM).....................................................................108
3.5. Resumen de las técnicas........................................................................114
4. DISPOSICIÓN DE LOS RECONOCIMIENTOS Y NÚMERO DE ENSAYOS ....117
4.1. Número de puntos de investigación en reconocimientos normales ...118
4.1.1. Áreas de gran extensión....................................................................118

V
4.1.2. Apoyos concentrados ........................................................................119
4.1.3. Obras de tipo lineal............................................................................120
4.1.4. Anclajes y Soil Nailing .......................................................................121
4.2. Número de ensayos de laboratorio........................................................123
5. FUTURAS ACTUACIONES..............................................................................125
6. CONCLUSIONES .............................................................................................126
7. REFERENCIAS ................................................................................................127
ANEJO 1. SITUACIÓN EN PLANTA DE LOS RECONOCIMIENTOS GEOTÉNICOS
EN ÁREAS DE GRAN EXTENSIÓN ........................................................................130
EN ZONAS DE APOYOS CONCENTRADOS..........................................................132
EN OBRAS DE TIPO LINEAL..................................................................................134
EN EXCAVACIONES Y ESTABILIDAD DE TALUDES............................................136

VI
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Ejemplo de calicata. Cortesía de Triax, S.A. ..................................................5
Figura 2. Correlación entre la resistencia por punta (qc) y el ángulo de rozamiento
interno efectivo Φ’ (º), en abscisas. CTE (2007) .........................................................11
Figura 3. Ejemplo de curva granulométrica completa..................................................16
Figura 4. Estados del suelo en función de su contenido en agua. Sagaseta (2007)....17
Figura 5. Carta de plasticidad de Casagrande ............................................................19
Figura 6. Esquema de fases presentes en un suelo....................................................20
Figura 7. Curva de consolidación en edómetro...........................................................24
Figura 8. Ejemplo de curva edométrica.......................................................................24
Figura 9. Círculos de Mohr en un ensayo CD (González de Vallejo, 2002).................28
Figura 10. Ejemplos de círculos de Mohr en un ensayo UU (González de Vallejo,
2002). .........................................................................................................................28
Figura 11. Esquema de la caja de corte directo (UNE 103401, 1998).........................30
Figura 12. Obtención de la envolvente de rotura y los parámetros resistentes en un
ensayo consolidado y drenado, González de Vallejo (2002).......................................30
Figura 13. Ejemplos de pilote, izquierda (tomado de Pilotes y Obras, S.A.) y
micropilote, derecha (Polo, 2009) ...............................................................................43
Figura 14. Correlación entre presión límite, índice NSPT y rozamiento unitario límite por
fuste. GPEMOC (2005)...............................................................................................48
Figura 15. Correlación entre presión límite, resistencia a compresión simple y
rozamiento unitario límite por fuste. GPEMOC (2005) ................................................49
Figura 16. Esquema típico de un anclaje (Guía para el diseño y la ejecución de
anclajes al terreno en obras de carretera (GDEATOC), 2001)....................................52
Figura 17. Adherencia límite en arenas y gravas, Guía para el diseño y la ejecución de
anclajes al terreno en obras de carretera (GDEATOC, 2001) .....................................54
Figura 18. Adherencia límite en arcillas y limos, GDEATOC (2001)............................54
Figura 19. Adherencia límite en margas, margas yesíferas y margas calcáreas,
GDEATOC (2001).......................................................................................................54
Figura 20. Adherencia límite en roca alterada (grado IV o superior, según ISRM),
GDEATOC (2001).......................................................................................................55
Figura 21. Sección tipo y detalle de una pared de soil nailing (FHWA, 2003) .............60
Figura 22. Fases de construcción del soil nailing (FHWA, 2003; modificado de
Porterfield et al., 1994)................................................................................................62
Figura 23. Ejemplo de mecha drenante (Moseley & Kirsch, 2004)..............................68

VII
Figura 24. Malla para compactación dinámica, catálogo de Menard...........................72
Figura 25. Gigamachine en las obras del aeropuerto de Niza, catálogo de Menard....73
Figura 26. Suelos cohesivos aptos para la compactación dinámica. Smoltcyk (1983) 74
Figura 27. Evolución de la energía, variación del volumen, de la presión intersticial y de
la resistencia en función del tiempo en una fase (a) y en varias (b) (Armijo, 1995).....75
Figura 28. Resultados de la presión límite y del módulo presiométrico antes y después
de la compactación dinámica (FHWA, 1995) ..............................................................78
Figura 29. Esquema de vibrador para vibrocompactación, catálogo de Keller. ...........80
Figura 30. Esquema de la técnica de vibroflotación, catálogo de Keller......................81
Figura 31. Cono de depresión generado por la vibración del suelo, catálogo de Keller.
...................................................................................................................................81
Figura 32. Disminución de la mejora con el aumento del área de tratamiento. (Moseley
& Priebe, 1993)...........................................................................................................82
Figura 33. Relación de las técnicas de vibración utilizadas en función de la
granulometría del suelo. Moseley y Kirsch (2004).......................................................84
Figura 34. Esquema de ejecución de una columna de grava en terrenos de diferente
resistencia. Raju et. al (2004). ....................................................................................86
Figura 35. Factor de mejor. Priebe (1995) ..................................................................87
Figura 36. Geometrías típicas. Zuloaga (2004)...........................................................92
Figura 37. Recopilación de los sistemas convencionales y esquema de superjet
grouting. Vukotić (2011a)............................................................................................94
Figura 38. Diámetros diferentes debido a la diversa naturaleza del suelo. Montero
(2013).........................................................................................................................94
Figura 39. Capacidad de disgregación según el tipo de terreno. Vukotić (2011a).......95
Figura 40. Esquema de funcionamiento de una inyección de impregnación (tomado de
Henríquez, 2007)........................................................................................................99
Figura 41. Tipología de suelos tratables mediante compaction grouting y su relación
con la presencia de agua (Vukotić, 2013) .................................................................102
Figura 42. Representación de la técnica de Deep Soil Mixing (Cortesía de Keller)...108
Figura 43. Ejemplos de patrones: (a) y (b) columnas aisladas en malla cuadrada o
triangular; (c) columnas tangentes; (d) columnas secantes; (e) serie de columnas
tangentes; (f) malla de columnas tangentes; (g) columnas secantes con vertebraciones
o contrafuertes; (h) anillos tangentes; (i) anillo secante; (j) malla reticular; (k) grupo de
columnas secantes; (l) grupo de columnas secantes en contacto; (m) bloque de
columnas. (Moseley y Kirsch, 2004) .........................................................................109
Figura 44. Columnas secantes de DSM excavadas en el terreno (Vukotić, 2006) ....110

VIII
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Tipos de sondeo, modificado de Recomendaciones para Obras Marítimas y
Portuarias, 2005 (ROM 0.5-05).....................................................................................6
Tabla 2. Densidad/consistencia de un suelo en base a su NSPT, modificado de
AASHTO (1988)............................................................................................................8
Tabla 3. Correlación entre el índice NSPT y el ángulo de rozamiento interno (Φ’) para
arenas, CTE (2007). .....................................................................................................9
Tabla 4. Valores orientativos entre NSPT, resistencia a compresión simple y módulo de
elasticidad de suelos. Modificado del Código Técnico de Edificación (CTE, 2007). ......9
Tabla 5. Denominación de las partículas en función de su tamaño.............................15
Tabla 6. Denominación de un suelo en función de su densidad relativa. ....................22
Tabla 7. Valores orientativos de la resistencia a compresión simple de la matriz rocosa
sana. González de Vallejo (2002) ...............................................................................27
Tabla 8. Correlaciones entre SPT y CPT con la resistencia al corte sin drenaje. Pa =
presión atmosférica N = NSPT, qc = resistencia por punta, σvo= presión vertical, Nk =
factor de cono (normalmente 15); (Kulhawy y Maine, 1990). ......................................29
Tabla 9. Clasificación de la agresividad química de suelos y agua (EHE, 2008).........32
Tabla 10. Tipos de cimentación según su geometría. Muzás (2007)...........................34
Tabla 11. Factor de corrección de NSPT por la sobrecarga de tierras (N=NSPT·f). (ROM
0.5-05) ........................................................................................................................38
Tabla 12. Resumen de ensayos para cimentaciones superficiales. Elaboración propia.
...................................................................................................................................42
Tabla 13. Resumen de ensayos para cimentaciones profundas. Elaboración propia..51
Tabla 14. Resumen de ensayos para anclajes. Elaboración propia. ...........................58
Tabla 15. Resumen de ensayos para soil nailing. Elaboración propia.........................65
Tabla 16. Resumen de técnicas de mejora del terreno (Guía de Cimentación de Obras
de Carretera (GCOC), 2009).......................................................................................66
Tabla 17. Ejemplo de posibles mejoras producidas por precargas (ROM, 2005). .......67
Tabla 18. Separación inicial para el prediseño de mallas de mechas drenantes (GCOC,
2009) ..........................................................................................................................68
Tabla 19. Resumen de ensayos para precarga y drenaje vertical. Elaboración propia.
...................................................................................................................................71
Tabla 20. Resumen de ensayos para compactación dinámica. Elaboración propia. ...79
Tabla 21. Resumen de ensayos para vibrocompactación. Elaboración propia............85
Tabla 22. Resumen de ensayos para vibrosustitución. Elaboración propia.................91

IX
Tabla 23. Resistencia final en función del tipo de terreno inicial. Modificado de
AETESS (2002); Bielza (1999); Inui et al. (2005) y Keller (2002) ...............................95
Tabla 24. Resumen de ensayos para Jet Grouting. Elaboración propia......................98
Tabla 25. Golpeo SPT antes y después del tratamiento y su relación con el contenido
de finos (Moseley & Kirsch, 2004).............................................................................103
Tabla 26. Resumen de ensayos para inyecciones. Elaboración propia.....................107
Tabla 27. Resumen de ensayos para DSM. Elaboración propia. ..............................113
Tabla 28. Resumen de técnicas y ensayos correspondientes. Elaboración propia. ..114
Tabla 29. Tipo de reconocimiento recomendado. Elaboración propia.......................118
Tabla 30. Distribución de sondeos en los reconocimientos reducidos y detallados.
Elaboración propia....................................................................................................122
Tabla 31. Número de muestras a ensayar en función del ensayo elegido. Elaboración
propia. ......................................................................................................................124

1
1. INTRODUCCIÓN
1.1. Avance
El diseño de una campaña geotécnica es un proceso complejo en el cual suele ser
habitual un alto grado de incertidumbre sobre la disposición y características de los
materiales del subsuelo. Se hace por ello necesario la revisión de la información
geológica de la zona y de informes geotécnicos de obras próximas a la zona de
estudio, el análisis del tipo de estructura que se pretende ejecutar y prever, dentro de
lo posible, la información geotécnica necesaria para el buen desarrollo de la obra.
Las aproximaciones de la normativa actual hacia la cantidad y tipo de los ensayos a
realizar son escasas, basándose en una idea general y en el criterio de los técnicos
encargados de los trabajos, pudiendo ocurrir el encargo de ensayos innecesarios o
duplicados.
El presente trabajo pretende servir como referencia para la distribución de los
reconocimientos y la elección de los ensayos más adecuados en función del tipo de
cimentación y problemática geotécnica de la obra a realizar.
En este documento se han analizado cimentaciones superficiales, cimentaciones
profundas (pilotes y micropilotes), anclajes, soil nailing y técnicas de mejora del terreno
(drenes y precargas, compactación dinámica, vibrocompactación, vibrosustitución, jet
grouting, inyecciones y Deep Soil Mixing)
1.2. Objetivos
Los objetivos de esta tesina son:
- Recopilar los ensayos más utilizados en España y Latinoamérica actualmente
aislando la información más importante aportada por los ensayos y tratar de
correlacionarla con otros parámetros y con las técnicas analizadas

2
- Analizar diferentes técnicas constructivas desde el punto de vista de los
requerimientos geotécnicos para elaborar una campaña geotécnica de calidad.
- Establecer un criterio para definir la importancia de los reconocimientos y
ensayos en cada técnica analizada.
- Dar una aproximación sobre la distribución de los reconocimientos de campo.
Para ello se pretende elaborar unos planos con información básica para el
diseño de una campaña geotécnica funcional.
- Aportar información sobre el número de ensayos necesarios para caracterizar
cada unidad geotécnica en función de la característica a analizar.
- Como objetivo personal se ha intentado correlacionar trabajo de campo y de
laboratorio con el conjunto de técnicas estudiadas durante el Máster.
1.3. Metodología
La elaboración de este trabajo ha seguido la metodología que se describe a
continuación, en orden de aparición.
En un primer lugar se ha procedido al análisis y descripción de los reconocimientos y
ensayos más utilizados actualmente, obteniendo la información más importante de
estos. Para ello se ha revisado tanto normativa europea como americana,
Posteriormente se ha procedido a la revisión de algunas de las actuaciones y técnicas
más comunes y a la descripción de las mismas, implementando las características
geotécnicas relativas a cada obra y estableciendo una escala de importancia de los
reconocimientos y ensayos. De este modo se han clasificado como imprescindibles,
adicionales y alternativos. Los primeros serían aquellos que se recomiendan como
indispensables para una buena caracterización del terreno, los segundos se definen
como aquellos que en determinadas circunstancias aportarían algún dato necesario
pero que no se utilizan siempre y por último, los alternativos, son ensayos que podrían
sustituir a otro ensayo de las dos categorías anteriores.

3
A continuación se ha realizado una propuesta sobre la disposición de reconocimientos
y pruebas de campo que se ha plasmado en una serie de planos con el fin de servir de
referencia.
Del mismo modo se ha propuesto el número de ensayos de laboratorio que se deben
realizar en función de la técnica y del parámetro geotécnico deseado.

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2. RECONOCIMIENTOS Y ENSAYOS
En este trabajo se han propuesto aquellos reconocimientos y ensayos habitualmente
utilizados en la Península Ibérica y América Latina. Si bien cada país tiene su
normativa a la que el lector deberá remitirse.
Por ejemplo en Europa son de obligado cumplimiento las normas EN, en España las
normas UNE, en Chile las NCh, en Perú las N.T.P. o en Ecuador las NEC. En muchos
países se toman por válidas también las normas de la American Society for Testing
Materials (ASTM).
2.1. Reconocimientos
Los reconocimientos más extendidos son las calicatas y los sondeos mecánicos, tanto
a destroza como con recuperación continua de testigo. Existen otros métodos de
exploración como pueden ser las galerías o la elaboración de estaciones
geomecánicas, que no serán objeto de estudio para este documento.
La observación de afloramientos es una herramienta rápida y muy económica de tener
una primera idea sobre la zona a explorar, siendo siempre recomendable.
2.1.1. Calicatas
Las calicatas, Figura 1, son zanjas en el terreno realizadas normalmente con una
retroexcavadora. La profundidad máxima de dicha zanja estará condicionada por el
poder de penetración de los dientes del cazo, por la longitud del brazo de la
maquinaria, la estabilidad del terreno y la cota del nivel freático.
La información que se puede obtener de ellas es limitada, restringiéndose a un perfil
de las paredes de la calicata, la descripción del material movilizado, la toma de
muestras alteradas y la determinación de la presencia del nivel freático. Es por este
conjunto de limitaciones por las que su uso para reconocer el terreno queda
restringido, usándose de forma habitual en cimentaciones superficiales junto a otro tipo
de técnicas y no será tenido en cuenta en este documento.

5
Figura 1. Ejemplo de calicata. Cortesía de Triax, S.A.
2.1.2. Sondeos
La ejecución de sondeos puede considerarse como el principal reconocimiento del
subsuelo, presente en todas las obras y mediante los cuales se obtiene un gran
volumen de información.
Los sondeos pueden clasificarse básicamente en tres tipos: con recuperación continua
de testigo, a destroza o con barrena helicoidal, Tabla 1. Son los primeros los más
extendidos en el ámbito geotécnico debido a su capacidad para extraer muestras
inalteradas que posteriormente se ensayarán en el laboratorio. Los sondeos a
destroza son útiles para avanzar con mayor rapidez en aquellos tramos en los que no
sea necesaria la toma de muestras inalteradas. Son especialmente indicados en
graveras y zonas con importante presencia de bolos, como zonas aluviales.
La realización de ensayos in situ y la capacidad de instalar en los sondeos todo tipo de
instrumentación hacen de esta técnica algo imprescindible.

6
Tabla 1. Tipos de sondeo, modificado de Recomendaciones para Obras
Marítimas y Portuarias, 2005 (ROM 0.5-05).
Tipo de sondeo Aplicación
Con recuperación continua de testigo
Suelos firmes y rocas. Permite la toma de
muestras y la obtención de un testigo
continuo de la perforación
A destroza
Suelos duros y rocas. No permite la toma
de muestras. Se puede utilizar para
avanzar en la perforación entre dos
puntos donde interesa tomar muestras
con otro procedimiento
Barrena helicoidal
Suelos de consistencia blanda y media.
No permite la toma de muestras
inalteradas salvo en hélices con el eje
hueco.
El emplazamiento de los sondeos deberá ser muy estudiado para poder obtener así el
mayor volumen adecuado de información. Si fuera posible sería interesante realizar los
reconocimientos de manera escalonada en el tiempo ya que la información obtenida
en unos puede ser de gran utilidad para optimizar los siguientes.
En todo sondeo deberá existir cierta información referente al emplazamiento y
ejecución del mismo:
- Nombre del sondeo, máquina empleada y sondista que lo realizó.
- Coordenadas x, y, z.
- Parte de sondeo: material empleado, técnica de avance, entubación, tramos
perforados, cotas alcanzadas en cada maniobra, muestras y tipo de las
mismas, ensayos in situ, parte de incidencias y paradas…
El registro del sondeo ha de ser llevado a cabo por personal cualificado, el cual deberá
realizar la toma de datos y fotografías a color. La descripción de la columna extraída
deberá ser lo suficientemente clara y concisa para poder establecer una primera
diferenciación de los materiales atravesados.

7
Otro dato fundamental para realizar un sondeo es la profundidad prevista. La influencia
del tipo de obra a realizar así como de la configuración, en principio desconocida, del
subsuelo hace muy complicado dar una cota definitiva. Es debido a esta problemática
por lo que se hace indispensable la presencia de un técnico cualificado que pueda
tomar decisiones sobre la longitud del sondeo. De cualquier manera dicha profundidad
deberá ser tal que todos los estratos potencialmente afectados por la obra posterior
queden investigados.
La testificación de los materiales extraídos deberá ser llevada a cabo por técnicos
especializados. En ella se describirán los suelos y rocas presentes así como todo
elemento de importancia para las futuras actuaciones.
En los testigos de roca se deberá expresar claramente el grado de recuperación, el
índice RQD (Rock Quality Designation), el índice RMR (Rock Mass Rating)
(Bieniawski, 1973), el grado de meteorización y una descripción detallada de las juntas
(orientación, apertura, continuidad, espaciamiento, relleno, alteración de las paredes,
etc).

8
2.2. Ensayos
2.2.1. Ensayos de campo
Los ensayos in situ tienen como ventaja la mayor representatividad de los resultados
obtenidos. El no movilizar muestras y ensayar volúmenes normalmente mayores
genera una mayor seguridad y precisión. En cualquier caso este tipo de ensayos ha de
combinarse con aquellos realizados en el laboratorio debido a las limitaciones de los
propios ensayos de campo.
2.2.1.1 Ensayo de penetración estándar (SPT)
El ensayo SPT representa probablemente el ensayo de campo más realizado, lo que
supone una gran experiencia acumulada. Se realiza en el interior de los sondeos y
actualmente los elementos necesarios para su ejecución se encuentran implantados
en las mismas máquinas perforadoras. La prueba consiste en la introducción de una
tubo bipartido en el fondo de la perforación La hinca del tubo se realiza mediante
golpeo hasta alcanzar los 60 cm. Esta medida ha de dividirse en 4 tramos en los que
se contabiliza el golpeo por cada tramo. De la suma del golpeo de los dos tramos
centrales se obtiene el índice NSPT.
A partir del índice NSPT han surgido innumerables correlaciones con parámetros
geotécnicos como la densidad relativa, Tabla 2, el ángulo de rozamiento interno,
Tabla 3, el módulo de Young, Tabla 4, etc.
Tabla 2. Densidad/consistencia de un suelo en base a su NSPT, modificado de
AASHTO (1988)
Suelos granulares Suelos cohesivos
Densidad relativa NSPT Consistencia NSPT
Muy flojo 0-4 Muy blanda 0-1
Flojo 5-10 Blanda 2-4
Medianamente denso 11-24 Medianamente firme 5-8
Denso 25-50 Firme 9-15
Muy denso >51 Muy Firme 16-30
Dura 31-60
Muy dura >60

9
Tabla 3. Correlación entre el índice NSPT y el ángulo de rozamiento interno (Φ’)
para arenas, CTE (2007).
NSPT Φ’
0-4 28
4-10 28-30
10-30 30-36
30-50 36-41
>50 >41
Tabla 4. Valores orientativos entre NSPT, resistencia a compresión simple y
módulo de elasticidad de suelos. Modificado del Código Técnico de Edificación
(CTE, 2007).
Tipo de suelo NSPT qu (KN/m2
) E (MN/m2
)
Muy flojo o muy blando < 10 0 – 80 < 8
Flojo o blando 10 – 25 80 – 150 8 – 40
Medio 25 – 50 150 – 300 40 – 100
Compacto o duro 50 – rechazo 300 - 500 100 - 500
De igual modo mediante este ensayo, es posible determinar parámetros como
resistencia por fuste de pilotes, micropilotes o anclajes así como dar una aproximación
de valores de compresión simple, etc.
Aunque es un ensayo ideado en origen para el estudio de suelo granulares
actualmente su uso está extendido en el resto de tipos de suelo así como en rocas
muy meteorizadas.
2.2.1.2 Ensayo de penetración dinámica
Bajo esta nomenclatura existen varias modalidades de ensayo según la altura de
caída y la masa de la maza y la forma de la puntaza. Son económicos y sencillos de
realizar y pueden aportar gran información usándolos junto a sondeos y calicatas.
En general los dos métodos más utilizados son el ensayo Borros y el Dynamic Probing
Super Heavy (DPSH). En ambas pruebas el peso de la maza es de 63,5 kg y la

10
penetración estipulada en cada tramo ha de ser de 20 cm. La diferencia reside en la
altura de caída, en el caso del tipo Borros es de 50 cm mientras que en el DPSH está
establecida en 75 cm. Mediante este golpeo se genera el índice N20.
Varios autores han intentado establecer correlaciones entre los valores NSPT y N20,
pero se ha observado que todas ellas son de carácter local por lo que deberán
utilizarse con precaución.
Los ensayos de penetración dinámica quedan recogidos en la norma UNE-EN ISO
22476-2:2008.
2.2.1.3 Ensayo de penetración estática con medida de presiones intersticiales
(CPTU)
El origen de este dispositivo es el Cone Penetration Test (CPT) al que se le añadió un
sensor para el cálculo de la presión intersticial. Actualmente la mayoría de dispositivos
son del tipo CPTU.
A parte de la medición de la presión intersticial se registra la resistencia que ejerce el
suelo a ser penetrado, resistencia de punta (qc) y el rozamiento del fuste (fs). Mediante
estos dos últimos parámetros se puede estimar la carga de hundimiento (qh) y el
ángulo de rozamiento interno (Φ), respectivamente. Fellenius & Eslami (2000) hacen
un resumen de las diversas correlaciones existentes para Φ. El CTE (2007) plantea
una gráfica muy simplificada para la estimación de Φ’ mediante resistencia de punta
(qc) en suelos granulares, Figura 2.
Correlaciones con arenas calcáreas han sido propuestas por diferentes autores como
Vesic (1965) o Belloti & Jamiolkowski (1991).
Aunque arroja gran volumen de información esta prueba no se utiliza con mucha
frecuencia en España, por lo que en muchas de las técnicas constructivas que se van
a explicar más adelante se considera como un ensayo adicional o alternativo, aunque
muy probablemente debería ser un ensayo imprescindible para la mayoría de
proyectos y campañas geotécnicas.

11
Figura 2. Correlación entre la resistencia por punta (qc) y el ángulo de
rozamiento interno efectivo Φ’ (º), en abscisas. CTE (2007)
2.2.1.4 Vane test
Se trata de un ensayo que se ejecuta en el fondo de una perforación. Consiste en
hincar una barra a la que van adheridas unas aspas (molinete) hasta la cota de ensayo
deseada, en ese momento se procede al giro a velocidad constante del aparato
midiéndose el momento de torsión (T) necesario para provocar la rotura del suelo.
Mediante esta torsión se calcula la resistencia al corte sin drenaje (Su). En el caso de
que se decidiera seguir con el experimento hasta que el valor de la torsión se
estabilizara se obtendría la resistencia al corte no drenada residual (Su(residual)).
Esta prueba se realiza básicamente en suelos cohesivos blandos a muy blandos tanto
por encima como por debajo del nivel freático.
2.2.1.5 Presiómetro y dilatómetro
Desde un punto de vista estricto se debería hablar de presiómetros para materiales de
tipo suelo y dilatómetros para rocas. En este trabajo y para no repetir constantemente
los dos términos se hará uso del término presiómetro para referirse ambos,
conociendo su diferencia de aplicación.
De manera general este ensayo consiste en la aplicación de una presión en el interior
de un sondeo y la medida de la deformación producida. Ello se realiza mediante el

12
hinchamiento de una membrana de resistencia conocida. Aunque existen equipos
autoperforantes o capaces de hincarse en el terreno actualmente los más utilizados
son los equipos que requieren una perforación previa, normalmente de diámetro 76
mm.
Actualmente no existe en España una normativa que ampare la realización de este
ensayo, tendiendo a referirse a la normativa francesa, NFP 94-110, o a la normativa de
la ASTM, D 4719-87.
Mediante el hinchamiento de una membrana y el volumen de gas o líquido introducido
o la lectura de unos extensómetros se obtiene una curva presión-deformación radial
mediante la cual se pueden determinar la presión de fluencia, la presión límite o el
módulo presiométrico. Los intentos para la obtención del coeficiente de empuje al
reposo K0 han sido poco precisos no recomendándose esta técnica para su cálculo.
Relaciones entre el módulo presiométrico y el módulo de deformación de un suelo han
sido estudiadas por Fawaz et al., 2014.
2.2.1.6 Ensayos geofísicos
La geofísica es una técnica que puede aportar un gran volumen de información pero
que requiere de interpretación por parte de personal cualificado. Esto hace necesario
que se apoye en reconocimientos como sondeos, campañas de campo o calicatas.
Su uso es muy amplio y variado, centrándose en la geotecnia en el reconocimiento del
nivel freático, la cubicación de materiales, determinación de estructuras y accidentes
tectónicos, determinación de la excavabilidad, correlación de propiedades
geomecánicas, localización de posibles superficies de deslizamiento o cálculo del
grado de meteorización de la roca, etc.
La investigación geofísica puede realizarse tanto en la superficie del terreno como en
el interior de pozos y sondeos. Los métodos más utilizados en el exterior son:
- Métodos eléctricos: caracterizan los materiales mediante la determinación de
su resistividad (ρ). Los sondeos eléctricos verticales (SEV) y la técnica dipolo-

13
dipolo son los más usados para conocer el grado de alteración y el contenido
en agua.
- Métodos sísmicos: estudio mediante ondas de propagación la variación en la
densidad y las constantes elásticas del medio. El más utilizado es la sísmica de
refracción, que permite calcular la velocidad de la onda y la profundidad a la
que circula. Es una técnica muy útil para establecer grados de meteorización
ya que la velocidad queda condicionada por la calidad del material.
- Métodos electromagnéticos: basados en la respuesta del terreno ante el paso
de ondas electromagnéticas. Uno de los más empleados es el georradar, útil
en la detección de hueco y en la investigación del trasdós de estructuras.
En el interior de sondeos arrojan un gran volumen de información ya que pueden
integrarse los datos obtenidos a los materiales extraídos en la perforación. Las
técnicas más utilizadas son:
- Diagrafías: en función del instrumento introducido pueden conocerse
propiedades como la densidad, porosidad, grado de saturación, salinidad o
grado de fracturación
- Técnicas sísmicas: basados en el registro de ondas P y S que mediante el
cálculo de su velocidad de propagación proporcionan información sobre el
módulo de deformación dinámico y su densidad. Los ensayos más utilizados
son el cross-hole (necesita de dos o tres sondeos próximos) o el down-hole
(necesita sólo un sondeo).
2.2.1.7 Ensayo de permeabilidad
Las pruebas de permeabilidad permiten caracterizar el coeficiente de permeabilidad de
los materiales investigados, dato muy útil para el cálculo de los volúmenes de agua
que pueden dirigirse hacia una excavación o la dificultad de un material para transmitir
cualquier tipo de fluido.
Aunque existen diversos tipos de ensayos (Haefeli, Matsuo, etc) en este trabajo se va
a hablar de los dos más utilizados en España y Latinoamérica. El ensayo Lugeon y el
ensayo Lefranc.

14
Ensayo Lugeon
Mediante este procedimiento se calcula de forma semicuantitativa la permeabilidad de
los macizos rocosos. Para ello se fuerza la introducción de agua en el macizo con una
presión de 10 kg/cm2
durante un periodo de 10 minutos en tramos de 5 m.
La presión a aplicar se realiza en escalones y se mantiene durante 10 minutos hasta
que se alcanza el máximo establecido de 10 kg/cm2
. En rocas blandas es posible la
fracturación del material a presiones menores no consiguiendo alcanzar el máximo
establecido.
La medida de la permeabilidad se obtienen en unidades Lugeon (U.L.), equivalente a 1
l/m·min, o lo que es lo mismo 10-5
cm/s.
Ensayo Lefranc
Utilizado en suelos granulares principalmente aunque es posible también en suelos
algo cohesivos. Consiste en la medición del caudal necesario de agua que hay que
introducir en un sondeo para mantener su nivel estable u observar la velocidad de
descenso del nivel.
Para los cálculos posteriores es necesario medir la cota del nivel freático y asegurarse
de que el sondeo a expulsado todo el aire. El empleo de aditivos, como la bentonita,
para mantener estables las paredes del sondeo y expulsar de forma adecuada el
detritus imposibilita la realización de estos ensayos al generar una capa impermeable
en la perforación.
2.2.2. Ensayos de laboratorio
Algunas características geotécnicas resultan complicadas de comprobar mediante
ensayos in-situ. En determinados casos requeriría la ejecución de ensayos a gran
escala, complicados y bastante costosos. Es por ello necesario la ejecución de
ensayos de laboratorio.
Una vez obtenidas las muestras (alteradas o inalteradas) en los reconocimientos de
campo se procederá al traslado al laboratorio en las mejores condiciones posibles.

15
A continuación se procede a describir las características básicas de los ensayos de
laboratorio que se han considerado más habituales en España y América.
2.2.2.1 Ensayos de identificación
Los ensayos de identificación permiten de forma rápida y sencilla agrupar los suelos
que vayan a mostrar un comportamiento similar. Esto se realiza mediante ensayos
como la granulometría y los límites de Atterberg. Estos dos ensayos son la llave para
la mayoría de clasificaciones geotécnicas de un suelo como la definida por la
American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), el
Sistema Unificado de clasificación de suelos (SUCS), la British Standard (BS) o el
Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para obras de carreteras y puentes (PG-
3) .
2.2.2.1.1 Granulometría
El primer ensayo que sirve para la identificación de un suelo es la granulometría,
definido por la norma UNE 103101:1995 y UNE 103102:1995, también por la N.T.P
339.128 peruana o la ASTM D 422, utilizada en América. El registro de la distribución
de tamaños (grava, arena, limo y arcilla) es fundamental para entender su
comportamiento.
Existen diferentes denominaciones de las partículas en función de su tamaño de
grano, Tabla 5. En este trabajo se usarán las denominaciones y límites de tamaño
aportados por las normas UNE.
Tabla 5. Denominación de las partículas en función de su tamaño.
Denominación Tamaño de las partículas
Grava
Gruesa 60-20
Media 20-6
Fina 6-2
Arena
Gruesa 2-0,6
Media 0,6-0,2
Fina 0,2-0,06
Limo 0,06-0,002
Arcilla <0,002

16
La granulometría se expresa mediante la curva granulométrica, Figura 3, la cual
proporciona la fracción relativa de cada uno de los tamaños. En una primera
observación de la forma de la curva granulométrica se pueden obtener algunos datos
de gran interés. Una curva con aspecto verticalizado informa sobre un suelo con un
diámetro preponderante mientras que una curva tendida indica una representación de
todos los tamaños de grano de forma más o menos continua. Si un tramo de la curva
se dispusiera de forma horizontal significaría la ausencia de un determinado tamaño
de grano.
Figura 3. Ejemplo de curva granulométrica completa.
Para ayudar en la comprensión de la curva se suelen incluir dos coeficientes:
- Coeficiente de uniformidad (Cu): indica la uniformidad de un suelo mediante la
relación de porcentajes D60 y D10.
60/ 10
- Coeficiente de curvatura (Cc): indica la graduación del suelo
30
60 ∗ 10
siendo:
: el diámetro correspondiente al n% indicado.
Existen dos ensayos referentes a la granulometría de un suelo dependiendo de la
fracción granulométrica a analizar: el ensayo por tamizado y el ensayo por

17
sedimentación. En el primero se analiza la distribución de tamaños de grano mediante
tamices hasta una abertura de 0,08 mm, límite entre el tamaño arena y limo. En el
segundo se obtiene la distribución de tamaños finos (limos y arcillas) mediante la
decantación de la muestra en un fluido viscoso.
El ensayo de sedimentación se fundamenta en la Ley de Stokes la cual analiza la
velocidad de caída de una partícula en relación con su diámetro.
Al contrario que la granulometría de gruesos la granulometría de finos no es muy
significativa y su ensayo es poco usado. En el caso de arcillas y limos se recurre al
estudio de su plasticidad para su clasificación de una forma más adecuada.
2.2.2.1.2 Límites de Atterberg
Los límites de Atterberg analizan el cambio en el comportamiento de un suelo en
función de su grado de humectación. Este cambio en el contenido de agua hace que
un suelo vaya pasando por diferentes estados, Figura 4. Los límites entre estos
estados son los denominados límites de Atterberg.
Figura 4. Estados del suelo en función de su contenido en agua. Sagaseta (2007)
Límite plástico (WP o LP)
Es el contenido de agua para el cual el comportamiento del suelo pasa de frágil a
plástico, el suelo puede moldearse sin que aparezcan grietas. Su realización se lleva a
cabo bajo el amparo de la norma UNE 103104:1993 en España. En otros países como

18
Chile se utiliza la norma NCh1517 o la N.T.P 339.129 en Perú, pudiendo también
referirse a la ASTM D4318. Consiste en la realización de bastoncillos de suelo con
unas determinadas medidas mínimas. Si al alcanzar dichas medidas el bastoncillo se
rompe se considera que se ha llegado al límite plástico.
Límite líquido (WL o LL)
Es el contenido de agua para el cual el suelo pasa a comportarse como un fluido
viscoso (ROM 0.5-05). La norma que define el criterio de realización del ensayo para
el límite líquido es la UNE 103103:1993. Este ensayo se realiza en la denominada
cuchara de Casagrande. Consiste en amasar una pequeña cantidad de suelo con un
contenido en humedad próximo al LL. Este suelo amasado se dispone sobre la
cuchara y se realiza un surco mediante un acanalador que ha de estar normalizado.
Se sitúa la cuchara en el pedestal, se asegura y se comienza a dar golpes a ritmo
aproximado de dos golpes por segundo. Se finaliza el ensayo cuando las paredes del
surco se juntan 13 mm. Los golpes han de estar comprendidos entre 15 y 35, en tal
caso se toma una muestra de 10 a 15 g de la zona de contacto y se determina su
contenido en agua. Ha de obtenerse un valor entre 15 y 25 golpes y otro entre 25 y 35.
Estos valores de humedad y golpeo se representan en una tabla y se determina la
humedad correspondiente a un golpeo de 25. Este es el denominado límite líquido.
Índice de plasticidad
La diferencia de humedades entre el límite líquido y el límite plástico se denomina
índice de plasticidad. Como se observa en la Figura 4 corresponde al rango de
humedades en el que el suelo se comporta como un sólido plástico (Sagaseta, 2007).
−
Carta de plasticidad de Casagrande
La utilización de los límites de Atterberg para la clasificación de suelos limosos y
arcillosos queda reflejado en la carta de plasticidad de Casagrande, Figura 5.

19
Figura 5. Carta de plasticidad de Casagrande
Esta gráfica se encuentra dividida en 4 zonas separadas por dos líneas, línea A y
50%. La línea A, con una expresión tal que 0,73 ∙ − 20 , diferencia los
suelos arcillosos (C) de los suelos limosos (M) y los de origen orgánico (O). La línea
situada en el LL=50% diferencia entre los suelos con una baja plasticidad (L), situados
a la izquierda, de los suelos de alta plasticidad (H), situados a la derecha.
2.2.2.1.3 Clasificación de suelos
Existen multitud de sistemas de clasificación de suelos, dependiendo de los países y
del uso que vaya a tener el suelo, aunque todas ellas tienen como base el uso de la
granulometría y los índices de Atterberg.
De esta manera tenemos la clasificación estadounidense (AASHTO), la alemana
(Floss, 1977; normativa DIN), la francesa (SETRA), el PG-3 español, etc. De manera
general, una de las clasificaciones más usada y extendida es la modificación que se
hizo de la clasificación de Casagrande denominada USCS (Unified Soil Classification
Systmen), llamada en España SUCS (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos).

20
2.2.2.2 Ensayos de estado
Los ensayos de estado son aquellos que permiten conocer la relación entre las
diferentes fases constitutivas de un suelo, esqueleto sólido, fase líquida y fase
gaseosa, Figura 6.
Figura 6. Esquema de fases presentes en un suelo.
De esta manera surgen una serie de parámetros:
- Peso específico de las partículas sólidas (UNE 103302:1994; ASTM D854;
NCh1532; N.T.P 339.131)
/!3
- Peso específico seco (UNE 103301:1994; ASTM D2937)
"
#
/!3
- Peso específico aparente
$%
#
#
/!3
- Humedad (UNE 103300:1993; ASTM D 2216; NCh1515)
& & %
- Índice de huecos (UNE 103405:1994)

21
' (
- Porosidad
'
1 + '
(%)
- Grado de saturación (UNE 103405:1994)
*+ =
&
'
∙
&
(%)
Si *+ =1 entonces el peso específico aparente pasa a denominarse saturado:
$% = $# = (1 + & $#) ∙ "
( /!3)
siendo & $# la humedad a la que el suelo se encuentra saturado.
Estos parámetros quedan relacionados mediante las siguientes igualdades:
" =
1 + '
$% = (1 + &) ∙ "
En suelos granulares y a partir del índice de huecos puede obtenerse la densidad
relativa o índice de densidad, que es la relación entre el índice de huecos del suelo en
estado natural y el máximo y mínimo que podría tener.
+ =
'!á- − '
'!á- − '!í
(%) = "!á-
"!í
∙ " − "!í
"!á- − "!í
(%)
La densidad mínima se puede calcular mediante la UNE 103105:1993 o la ASTM D
4254 y la densidad máxima por la UNE 103106:1993 o la ASTM D 4253. La norma
peruana para los dos tipos de densidad es la N.T.P 339.138
Si + = 0 implicaría que el suelo se encuentra totalmente suelo ya que su índice de
huecos sería el máximo y su densidad sería la mínima. En cambio, si + = 1 implica
que el índice de huecos del suelo es el mínimo posible y su densidad es la máxima
alcanzable por ese suelo. Existen unos rangos para los cuales se han establecido
denominaciones de uso común en este tipo de suelos, Tabla 6.

22
El conocimiento del peso específico de un material se hace imprescindible en
cualquier problema geotécnico aportando información sobre la contribución del peso
propio del material. Es un parámetro que entra en juego en la mayoría de las
formulaciones ingenieriles y geotécnicas. Existe una correlación en suelos granulares
entre el peso específico seco de un material, su clasificación y su ángulo de
rozamiento, como la propuesta por Kulhawy & Mayne (1990).
Tabla 6. Denominación de un suelo en función de su densidad relativa.
Densidad relativa (%) Denominación
0-15 Muy suelta
15-35 Suelta
35-65 Media
65-85 Compacta
85-100 Muy compacta
La humedad que posee un suelo ayuda a comprender lo próximo o lejano que se
encuentra este a los sus correspondientes límites de Atterberg. Del mismo modo es
necesario para la obtención del peso específico saturado.
El índice de huecos es un dato a tener en cuenta en problemas geotécnicos en los que
se pueda producir asientos ya que será el volumen de huecos el que vaya
disminuyendo debido a la reorganización de las partículas. La densidad relativa es
básica en terrenos que se quieran mejorar mediante técnicas de vibrocompactación
por ejemplo.
2.2.2.3 Ensayo edométrico
El nombre completo de este ensayo, amparado por la norma UNE 103405:1994, es
consolidación unidimensional de un suelo en edómetro. Como se deduce de lo
anterior, es usado para determinar las características de consolidación de los suelos.
Otra normativa a este ensayo es la ASTM D2435 o la N.T.P. 339.154.
La consolidación es un factor clave en la utilización de suelos cohesivos,
principalmente en aquellos de naturaleza arcillosa, ya que su reducción de huecos y
por tanto de su volumen puede llegar a ser muy dilatada en el tiempo.

23
Para desarrollar el ensayo se dispone de una muestra que podrá ser inalterada o
remoldeada. Esta se introduce en una célula que impedirá el cambio de volumen
horizontal, pudiendo experimentar sólo cambio de volumen vertical como establece la
teoría de la consolidación unidimensional de Terzaghi y Fröhlich (1936). A efectos
prácticos se considera que las partículas sólidas son incompresibles.
Mediante la aplicación de diversos escalones de carga el material va reduciendo su
volumen. Con intervalos de tiempo estipulados se van anotando las deformaciones
correspondientes. Cada escalón se da por concluido cuando la muestra no
experimenta cambios de volumen en un periodo prolongado de tiempo, normalmente
24h.
La compresibilidad sufrida por la probeta quedará reflejada en una gráfica,
denominada curva de consolidación, Figura 7, en la que se dispondrá en ordenadas el
índice de huecos y en abscisas las cargas que han sido aplicadas en escala
logarítmica. Para la determinación del índice de huecos (e) en cada escalón se utilizan
las siguientes fórmulas.
/
/0
1 + '0
/ = /0 − (∆/ − )
' =
/ − /
/
siendo:
/ : altura de sólido
/0: altura inicial de la muestra
'0: índice de huecos inicial
∆/: diferencia de alturas entre el comienzo y final de un escalón.
: corrección del escalón por calibración del aparato

24
Figura 7. Curva de consolidación en edómetro.
Para analizar cada escalón se debe emplear una gráfica similar a la anterior, en la que
figuren en ordenadas la reducción de altura de la probeta y en abscisas el tiempo
transcurrido en escala logarítmica.
Finalizados los escalones de carga se procede a descargar la probeta con un
procedimiento similar al de carga. Concluido el proceso se representan tanto la curva
de carga como de descarga en un mismo gráfico obteniéndose la curva edométrica,
Figura 8. En esta gráfica se representa en ordenadas el índice de huecos y en
abscisas las cargas aplicadas en escala logarítmica.
Figura 8. Ejemplo de curva edométrica.

25
Mediante la curva edométrica se puede obtener el índice de compresión (Cc), el índice
de entumecimiento (Cs), el módulo edométrico (Em) y el módulo de compresibilidad
volumétrica (mv). El Cc se define como la pendiente de la rama de compresión noval.
El Cs sería la pendiente de la rama de descarga. El módulo edométrico se define por la
expresión:
1!
∆2′(
∆4(
La deformación vertical sufrida puede relacionarse con el índice de huecos (e)
mediante la siguiente expresión:
4(
∆'
1 + '0
Por lo tanto la expresión anterior quedaría:
1! =
∆2′( ∙ (1 + '0)
∆'
El módulo edométrico se ha relacionado con el módulo de deformación lineal mediante
el coeficiente de Poisson (ν).
1 = 1! ∙
1 − ( − 2 ∙ (
1 − (
El módulo de compresibilidad volumétrica se define como el inverso del módulo
edométrico.
!( =
1
1!
La importancia del módulo edométrico reside en su utilización para la determinación
del coeficiente de consolidación (Cv) dentro de la teoría de Terzaghi-Fröhlich, que no
será objeto de estudio en este trabajo.
Con la realización del ensayo edométrico es posible estimar la presión de
preconsolidación de un suelo, distinguiendo de este modo entre suelos
sobreconsolidados, si han sufrido presiones mayores de las que se encuentra el suelo
en el momento de su extracción, o normalmente consolidados si la presión que está
sufriendo el suelo en estado natural es la mayor de su historia.

26
Esta diferenciación puede obtenerse mediante el método de Casagrande o el método
de Schmertmann.
2.2.2.4 Ensayo de resistencia a compresión simple
Una de las ideas más fáciles de asimilar respecto a un material es la resistencia a la
compresión. Es un parámetro fundamental en rocas y suelos. Utilizado en
clasificaciones geotécnicas como el RMR o en fórmulas de cálculo de cimentaciones.
Su valor es muy variado dependiendo del material ensayado, Tabla 7.
Las normas españolas encargadas de su buena determinación es la UNE 22950-
1:1990 para rocas y la UNE 103400:1993 para suelos. Otra normativa internacional de
consulta puede ser la ASTM D 2166 o D 2938, la NCh 3134 o la N.T.P. 339.167 Se
trata de un ensayo sencillo y rápido.
En el caso de los suelos la muestra puede ser tanto inalterada como alterada. En las
muestras alteradas estas deberán remoldearse con la densidad y una humedad que
se desee. La esbeltez de la probeta ha de ser mayor de dos y su diámetro mínimo 35
mm, este diámetro será función del tamaño máximo de las partículas. Los suelos han
de poseer algo de cohesión ya que si se trata de suelos completamente granulares su
ensayo se hace imposible al carecer el material de confinamiento.
Al carecer de confinamiento (σ2 = σ3 = 0) este ensayo proporciona la resistencia al
corte sin drenaje (Su) mediante la expresión:
*
5
2

27
Tabla 7. Valores orientativos de la resistencia a compresión simple de la matriz
rocosa sana. González de Vallejo (2002)
2.2.2.5 Ensayo triaxial
En el ensayo de compresión triaxial tiene como objetivo la determinación de la
cohesión, c, del ángulo de rozamiento interno, Φ y las trayectorias de presiones totales
y efectivas de una muestra sometida a una presión externa. En este caso σ2 = σ3 ≠ 0.
La normativa española referente a este ensayo es la UNE 103402:1998. En ella se
explica minuciosamente todo el proceso de procedimiento y adquisición de datos.
Existen tres modalidades de ensayo para analizar la relación esfuerzo/deformación:
- Consolidado, no drenado y con medida de las presiones intersticiales (CU). Se
procede a la saturación y posterior consolidación isotrópica de la muestra.
Después se provoca la rotura a compresión con una velocidad adecuada
midiendo la evolución de la presión intersticial. Se obtienen de este ensayo

28
tanto los valores de los parámetros resistentes totales (c y Φ) como efectivos
(c’ y Φ’). La noramtiva de la ASTM para este tipo de ensayo es la ASTM
D4767
- Consolidado y drenado con medida de cambio de volumen (CD). Al igual que
en el caso anterior la probeta se satura y se consolida de forma isotrópica. A
continuación, habiendo determinado la velocidad de rotura, se procede a su
compresión sin que se produzcan incrementos en la presión intersticial.
Durante el proceso se mide el volumen de agua tomada o expulsada. Los
parámetros que se obtienen son efectivos (c’ y Φ’), Figura 9.
Figura 9. Círculos de Mohr en un ensayo CD (González de Vallejo, 2002).
- No consolidado y no drenado de rotura rápida (UU). Una vez introducida la
muestra y aplicada la presión externa se procede a la rotura con una velocidad
suficiente para que no se produzca disipación de la presión intersticial. De este
ensayo se obtiene la resistencia al corte sin drenaje del material, Su o Cu,
Figura 10. Para este tipo de ensayo se puede referir el lector a la norma ASTM
D2850.
Figura 10. Ejemplos de círculos de Mohr en un ensayo UU (González de Vallejo,
2002).

29
La determinación de la resistencia al corte sin drenaje, Su, puede determinarse en
campo mediante el ensayo Vane test o con correlaciones con ensayos como el SPT y
CPT, Tabla 8.
Tabla 8. Correlaciones entre SPT y CPT con la resistencia al corte sin drenaje. Pa
= presión atmosférica N = NSPT, qc = resistencia por punta, σvo= presión vertical,
Nk = factor de cono (normalmente 15); (Kulhawy y Maine, 1990).
Mediante este ensayo se pueden obtener las trayectorias de las tensiones (totales o
efectivas) que se representarán mediante gráficos p-q o p’-q de gran utilidad para
conocer el comportamiento dilatante o contractivo del suelo.
2.2.2.6 Ensayo de corte directo
Otra manera de obtener los parámetros resistentes del terreno es mediante un ensayo
de corte directo. La muestra se introduce en una caja dividida en dos mitades por un
plano horizontal. Sobre la tapa superior se aplica una carga vertical que permanecerá
constante durante el ensayo. Posteriormente se procede a la rotura de la muestra
mediante una tensión tangencial que provocará la división del material por el plano
horizontal prefijado, Figura 11.

30
Figura 11. Esquema de la caja de corte directo (UNE 103401, 1998).
En las normas UNE 103401:1998, ASTM D 3080, NCh 3085 o N.T.P. 339.171 se
puede obtener toda la información de la preparación y la ejecución de los ensayos de
corte directo.
Debido a que la muestra se encuentra en todo momento a presión atmosférica la única
manera de controlar la presión intersticial y obtener parámetros totales o efectivos es
mediante la velocidad de aplicación de la tensión tangencial. En suelos granulares,
con permeabilidades elevada, los ensayos se hacen siempre asegurando el drenaje de
la muestra y obteniendo así parámetros efectivos, ensayos tipo D. Sin embargo, en
suelos de naturaleza cohesiva, con coeficientes de permeabilidad menor, puede darse
o no el drenaje. Si no se permite el drenaje, mediante una velocidad de rotura alta, los
parámetros que se obtienen son totales, ensayos tipo o U. Por otro lado, si se
permitiera el drenaje, con la disposición de velocidades de rotura suficientemente
lentas, los parámetros obtenidos serían efectivos, ensayos tipo D.
Por norma se ensayan 3 probetas con tensiones normales crecientes. Su
representación se suele realizar en dos sencillos gráficos, Figura 12. En el primero se
sitúa en ordenadas la tensión tangencial y en abscisas el desplazamiento a lo largo del
plano de rotura. En el segundo gráfico vuelve a situarse en ordenadas la tensión
tangencial y en abscisas la tensión normal. Mediante este segundo gráfico se obtiene
la envolvente de rotura del material ensayado y sus parámetros totales o efectivos
según la modalidad de ensayo realizada.
Figura 12. Obtención de la envolvente de rotura y los parámetros resistentes en
un ensayo consolidado y drenado, González de Vallejo (2002)

31
Este ensayo es muy solicitado debido a la rapidez y simplicidad de su realización así
como su coste económico. La preparación de las muestras no conlleva gran
complicación.
Los principales inconvenientes son que se fija la superficie de rotura, la distribución de
tensiones en esta superficie no es homogénea y la imposibilidad de medir presiones
intersticiales.
Con este ensayo también es posible calcular la resistencia residual de materiales
arcillosos, parámetro importante en el análisis de deslizamientos.
2.2.2.7 Ensayos químicos
La identificación de compuestos químicos que limiten el uso de un suelo o una roca o
que puedan causar efectos negativos para los materiales de construcción es
importante para un buen diseño. Los ensayos químicos tienen como objetivo identificar
y cuantificar los elementos potencialmente agresivos con pruebas relativamente
sencillas.
Contenido en sulfatos
Caracterizado de manera general por el contenido en yesos es un ensayo útil en la
determinación de la agresividad al hormigón y armaduras. Además estos materiales
pueden disolverse en agua bajo condiciones determinadas con lo que se generaría un
déficit de volumen que podría dar lugar a zonas con menor densidad de la esperada y
hundimientos. Su identificación puede ser cuantitativa, UNE 103201:1996, o
cualitativa, UNE 103202:1995. Para la determinación del contenido de yeso soluble ha
de recurrirse a la norma UNE 103206:2006.
Contenido en sales solubles
En el subsuelo pueden existir otros materiales solubles a parte de los sulfatos que
pueden producir los mismos efectos por su disolución, para su cuantificación existe la
norma UNE 103205:2006

32
Contenido en materia orgánica
La determinación del contenido de materia orgánica se puede realizar mediante el
método del permanganato potásico que se explica en la norma UE 103204:1993 y por
el método del peróxido de hidrógeno, UNE 7368: 1977. Su presencia puede generar
problemas con mezclas de lechada y hormigón debido a su agresividad y por su alta
compresibilidad. Mediante el ensayo de acidez Baumann-Gully (explicado en la
Instrucción de Hormigón Estructural, EHE) se calcula el contenido de hidrógeno que
un suelo es capaz de liberar.
Contenido en carbonatos
La disolución de los carbonatos presentes en un suelo puede dar lugar a la
descementación del mismo con la consiguiente pérdida de resistencia y aumento de
su deformabilidad. Además su porcentaje en una roca ayuda a clasificarla. Su
determinación se realiza de acuerdo a la norma UNE 103200:1993.
Un resumen de los parámetros indicativos y su agresividad se encuentra en la Tabla 9.
Tabla 9. Clasificación de la agresividad química de suelos y agua (EHE, 2008)

33
Otra normas para la caracterización química de un suelo son la ASTM D 4542 o la
NCh 1444/1.
2.3. Criterios para la clasificación de los reconocimientos y ensayos
Cada ensayo aporta un tipo de información que será más o menos útil dependiendo de
la actuación geotécnica que se vaya a realizar. Es por ello que se ha propuesto una
clasificación de los ensayos en base al criterio del trabajo realizado. Quedan así
establecidos tres grupos: ensayos y reconocimientos imprescindibles, adicionales y
alternativos.
Con estas categorías se han elaborado unas tablas para indicar los ensayos
necesarios para el correcto diseño y ejecución de las técnicas citadas en el apartado
3.
Son imprescindibles aquellos ensayos o reconocimientos mínimos que según el
criterio establecido en este trabajo deberían ser indispensable su realización para una
buena caracterización del terreno sobre el que se van a ejecutar los trabajos.
Se refiere con adicional a reconocimientos o ensayos, que no siendo de
imprescindibles, podrían ser realizados para ahondar en el conocimiento del terreno
cuando este tenga alguna característica excepcional, vaya a sufrir alguna actuación
especial o la envergadura del proyecto haga necesario más información de la obtenida
mediante los ensayos “imprescindibles”. También dependerá del objetivo de la
actuación.
Son reconocimientos o ensayos alternativos los que pueden sustituir a algún ensayo
“imprescindible” o “adicional” obteniendo la misma información por otros métodos. Son
ensayos generalemente menos usados, menos fiables o que presentan mayor
dificultad para su realización.
Por ejemplo, es imprescindible la determinación de la granulometría en la técnica de
vibrocompactación o el soil nailing, es adicional la realización de ensayos triaxiales en
cimentaciones superficiales y profundas y es alternativo el empleo del ensayo de corte
directo a los ensayos triaxiales.

34
3. TÉCNICAS ANALIZADAS Y PROBLEMÁTICA GEOTÉCNICA ASOCIADA
Para poder proponer los ensayos y reconocimientos más adecuados a cada solución
geotécnica y su distribución se expone en este trabajo las características más
importantes de las técnicas analizadas.
Así mismo se hace mención de los parámetros geotécnicos más importantes para un
adecuado diseño, ejecución y control del proceso de cada técnica para luego proponer
el tipo de ensayos necesarios según el criterio establecido en el apartado 2.3.
3.1. Cimentaciones
Se denomina cimentación a la parte de la estructura encargada de transmitir la carga
de esta al terreno, pudiendo diferenciarse en dos partes: cimiento y terreno de
cimentación. La mayor problemática geotécnica consiste en el cálculo de la presión de
hundimiento y la estimación de los asientos producidos por el peso de la estructura.
Desde un punto de vista clásico las cimentaciones se dividen en superficiales,
semiprofundas y profundas. La diferenciación entre ellas varía según diversos autores.
En la Tabla 10 se muestra la diferenciación hecha en este documento, siendo B el
ancho de la cimentación y D la profundidad a la que se encuentra su base. En este
trabajo se estudiarán los dos extremos.
Tabla 10. Tipos de cimentación según su geometría. Muzás (2007).
D/B < 0,5 De 1,0 a 1,5 > 1,5
Tipo de
cimentación
Superficial Semiprofunda Profunda
Según el CTE (2007) una cimentación profunda sería aquella que “su extremo inferior,
en el terreno, está a una profundidad superior a 8 veces su diámetro o ancho.”
3.1.1. Cimentaciones superficiales
También denominadas cimentaciones directas, son aquellas con una relación D/B<0,5.
De uso frecuente cuando el terreno de apoyo es de buena calidad o los asientos

35
producidos son admisibles. Pueden distinguirse varios tipos en función de la
distribución de las cargas en el terreno: zapatas aisladas, zapatas corridas, zapatas
combinadas o losas de cimentación
El diseño de una cimentación superficial depende fundamentalmente del terreno sobre
el que se dispone. De esta manera, la realización de una descripción cuantitativa y
cualitativa del subsuelo se hace indispensable.
El cálculo de la presión de hundimiento ha sido ampliamente debatido por diversos
autores. Desde comienzos del siglo XX por Prandtl la formulación utilizada ha ido
variando en función del tipo de cimentación superficial y de los parámetros a tener en
cuenta. Como resultado actualmente se utiliza la siguiente fórmula polinómica para el
cálculo de la presión de hundimiento en suelos para una carga en faja.
5ℎ
= ∙ + 5 ∙ 5 +
1
2
∙ 7 ∙
donde:
- 5ℎ: presión de hundimiento
- : cohesión del terreno sobre el que se apoya la cimentación
- 5: peso del terreno que se encuentra sobre la cimentación
- : peso específico del terreno de cimentación
- 7: ancho de la cimentación
- , 5, : son factores de la capacidad portante dependientes de Φ
Sobre esta fórmula existe la variación de Brinch-Hansen (1961) que introduce factores
correctores para tener en cuenta la forma de la cimentación (s), la inclinación de la
carga (i) y la profundidad a la que se encuentra la base de la cimentación (d).
5ℎ
= ∙ ∙ ∙ 8 ∙ " + 5 ∙ 5 ∙ 5 ∙ 85 ∙ "5 +
1
2
∙ 7 ∙ ∙ ∙ 8 ∙ "
En los suelos arenosos o no cohesivos, debido a la dificultad de obtener una muestra
representativa, puede calcularse mediante la utilización de pruebas penetrométricas,
tanto estáticas como dinámicas.
En suelos cohesivos saturados será necesario comprobar la estabilidad de la
cimentación a corto y a largo plazo, condiciones no drenadas y drenadas

36
respectivamente. En condiciones no drenadas de un suelo arcilloso y eliminando la
contribución de las tierras sobre la cimentación la fórmula polinómica de la presión de
hundimiento descrita anteriormente se denomina ahora presión de hundimiento neta
(ROM 0.5-05).
5ℎ 5,14 ∙ *
siendo:
5ℎ : carga de hundimiento neta
* : resistencia al corte sin drenaje
La presencia del nivel freático conllevará el uso de diferentes pesos específicos en
relación de su distancia a la cimentación. Así mismo, en terrenos estratificados, la
obtención de la presión de hundimiento se complica debido a la diferencia de
parámetros existentes.
Si la cimentación directa se produce sobre un suelo o roca blanda se hace
indispensable estudiar su deformabilidad para asegurarse de que los asientos que se
produzcan sean admisibles. La relación entre carga y deformación se supone lineal,
correspondiente a un régimen elástico. Este régimen está controlado por dos
parámetros, el módulo de Young o de elasticidad (E) y el coeficiente de Poisson (().
Estos parámetros son utilizados en las fórmulas para el cálculo de asientos
(Boussinesq o Steinbrenner por ejemplo).
Tanto el módulo de Young como el coeficiente de Poisson son diferentes en función de
la naturaleza del suelo y de su capacidad de drenaje. De esta forma, cuando se esté
ante condiciones drenadas se deberá usar E’ y (’ mientras que en condiciones de baja
permeabilidad deberán utilizarse los parámetros sin drenaje Eu y (u.
La relación entre los parámetros de deformación drenados y no drenados es la
siguiente, siendo (u = 0,5 por ser incompresible:
1 =
1,5 ∙ 1′
1 + (′
Para el estudio de los asientos a largo plazo se hace necesario la realización de
ensayos edométricos que, mediante diversas teorías de consolidación, arrojen un
resultado fiable. Una forma sencilla de obtener dichos asientos es mediante la teoría

37
de la consolidación unidimensional, Terzaghi y Fröhlich (1936). En ella se tiene en
cuenta el índice de compresión (Cc) y el índice de poros inicial (e0) y final (ef).
En la cimentación de estructuras sobre suelos firmes y rocas se deberá tener en
cuenta el estudio de una zona de amplitud 4Bx4L en planta y 2B en profundidad bajo
el plano de apoyo (ROM 0.5-05). El cálculo deberá considerar las peores condiciones
encontradas en este entorno así como profundizar en él si se encontraran cavidades
kársticas, yesos o cualquier otro elemento destacable.
La presión vertical de hundimiento ( (ℎ) se define, según ROM 0.5-05, como:
(ℎ 3 ∙ (%+ ∙ 5 )
:
∙ ; ∙ ;< ∙ ;=
siendo:
%+: presión de referencia, 1MPa
5 : resistencia a la compresión simple de la roca sana
; : factor de reducción por diaclasado
;<: factor de reducción por alteración de la roca
;=: factor corrector por inclinación de la carga
En el caso de cimentaciones con una gran área de apoyo es necesario el estudio de
elementos singulares como accidentes tectónicos o pliegues.
3.1.1.1 Información y parámetros asociados
La determinación de los parámetros geotécnicos utilizados en las fórmulas anteriores
ha de ser lo más precisa y fiable posible. Para ello se hace indispensable el
seguimiento de normativa específica.
Los reconocimientos y ensayos imprescindibles serían: la realización de sondeos, el
SPT, los penetrómetros que arrojen el índice N20, los ensayos de estado,
identificación, resistencia a compresión simple, la agresividad de agua y suelo y la
localización del nivel freático, Tabla 12.
La ejecución de sondeos es una herramienta muy útil para conocer la distribución de
materiales en profundidad y la obtención de muestras para su ensayo posterior en el

38
laboratorio. De forma adicional, en el interior de las perforaciones se podrán llevar a
cabo pruebas SPT en las unidades geotécnicas deseadas.
El ensayo SPT permite correlacionar su golpeo NSPT con Φ, Tabla 3, en suelos
arenosos.
Con este mismo ensayo se han propuesto diversas fórmulas que correlacionan la
carga de vertical admisible con el valor NSPT, siempre que el asiento máximo no supere
2,54 cm, una pulgada, (ROM 0.5-05).
($"! 6 ∙ >1 +
?
@A
∗B $ para B≤1,3 m
($"! = 4 ∙ >1 +
?
@A
∗B >1 +
C,@ D
A
∗ B $ para B≥1,3 m
siendo:
N: golpeo SPT, corregido si fuera necesario.
D: profundidad de la cimentación
B*: ancho equivalente de la cimentación
La profundidad D utilizada en estas fórmulas no puede ser mayor que el ancho
equivalente B*. Según sea la presencia del nivel freático la presión vertical admisible
en cada caso deberá ser corregida. El valor NSPT habrá de ser multiplicado por factores
correctores de la energía de impacto y la sobrecarga de tierras si fuera necesario,
Tabla 11.
Tabla 11. Factor de corrección de NSPT por la sobrecarga de tierras (N=NSPT·f).
(ROM 0.5-05)
Presión vertical efectiva a nivel de ensayo (KPa) Factor de corrección (f)
0 2
25 1,5
20 1,2
100 1
200 0,8
≥ 400 0,5
En determinados tipos de suelos granulares puede determinarse el asiento mediante
las fórmulas de Burland & Burbidge (1985), en las que se tiene en cuenta el índice

39
NSPT, el espesor de la capa de arenas, la dimensión equivalente de la cimentación y la
presión de cálculo.
Las correlaciones entre penetración dinámica continua (N20) y NSPT han de ser de uso
local y requerirán de experiencia previa contrastada. De este modo, los factores de
seguridad actuantes serán acordes a las posibles imprecisiones del método.
La humedad y el peso específico son factores de gran importancia en el cálculo de la
contribución del peso de un material. Como se ha indicado en el apartado 0 la
determinación de la humedad es clave para conocer el punto en el que se encuentra
un suelo respecto a sus límites de Atterberg y predecir así su comportamiento plástico.
Los ensayos de identificación ayudarán a comprender el comportamiento del suelo
ante las situaciones de diseño. La granulometría de un suelo aporta información sobre
su permeabilidad, tiempo de asiento o dispersión de sobrepresiones generadas por la
estructura.
En cimentaciones en rocas o suelos firmes la necesidad de realizar sondeos y perfiles
de calidad resulta esencial. La resistencia a la compresión simple es un dato clave y
fácil de obtener para la estimación de la presión vertical efectiva. Así mismo se hace
necesario un estudio del diaclasado y alteración del macizo rocoso. La estimación del
RQD proporciona información sobre la distribución de las diaclasas.
La alteración del macizo rocoso así como de las juntas dispuestas en él es
imprescindible con el fin de discriminar si el material de apoyo de la cimentación es
suelo o roca. Se establece el límite entre roca y suelo cuando el RQD es menor a 10%
o cuando el grado de alteración sea IV o superior. En este caso la formulación a
utilizar será la referente a los suelos.
Detectar el nivel freático si lo hubiera es esencial para los estudios de diseño de la
cimentación superficial. En algunos casos se requerirá el abatimiento del mismo con lo
que deberá estudiarse su cota.
La agresividad del agua y del suelo habrá de tenerse en cuenta para la utilización de
materiales que soporten las condiciones de la zona.

40
En el caso de que se detecte la presencia de capas o zonas con materia orgánica esta
habrá de ser cuantificada debido a los problemas que genera tanto de fraguado del
hormigón como de asientos. Este tipo de material es altamente compresible, pudiendo
generar graves problemas en superficie.
Los ensayos adicionales a esta técnica son: ensayos de compresión triaxial,
edométrico y la obtención del módulo de deformación.
Los parámetros resistentes c’ y Φ’ que se utilizan en el cálculo de la presión de
hundimiento pueden determinarse de forma directa mediante ensayos triaxiales CD.
En el caso de una arcilla saturada su resistencia a corto plazo vendrá dada por la
resistencia al corte sin drenaje (Su) obtenida en ensayos triaxiales (UU).
Para el estudio de los asientos de la cimentación, tal y como se mencionaba
anteriormente, serán necesarios ensayos edométricos que estimen los tiempos y
magnitud de dichos asientos. La zona de interés afectada por la cimentación llegará a
una profundidad tal que la presión vertical transmitida al terreno sea menor del 10%.
Esta profundidad suele coincidir con el doble del ancho de la cimentación.
En el cálculo de asientos se deberá tener en cuenta los asientos secundarios, que en
el caso de suelos arcillosos pueden llegar a ser muy prolongados. De este modo el
asiento total *E) será:
*E *8 + * + *
siendo:
*8: asiento instantáneo
* : asiento de consolidación primaria
* : asiento de consolidación secundaria
En el caso de que se quieran calcular los asientos mediante la teoría de la elasticidad,
el módulo de deformación se podrán obtener mediante ensayos edométricos, triaxiales
con medida de deformaciones o ensayos presiométricos en los que se determine las
deformaciones inducidas. También es posible aproximar el valor del módulo de Young
mediante el golpeo SPT, Tabla 4.
Los ensayos caracterizados como alternativos son: el presiómetro, el CPTU, el ensayo
de corte directo y las técnicas de geofísica down hole, cross hole y georradar.

41
Es posible calcular la presión vertical efectiva de hundimiento (Pvh) mediante la
realización de ensayos presiométricos y la determinación de la presión límite (pl), ROM
0.5-05.
(ℎ 0 + ∙ ∆ ∙ ;= ∙ ;
siendo:
0: presión efectiva en el nivel de apoyo
: coeficiente adimensional. 0,8 en suelos cohesivos y 1 en suelos granulares y rocas
blandas
∆ : presión límite neta
;=: factor de corrección por inclinación de la carga
; : factor de corrección por empotramiento de la cimentación
El uso de presiómetros para este tipo de cimentación no se encuentra muy extendido
actualmente en España.
En suelos blandos donde pueda introducirse la sonda de CPT/CPTU es posible
determinar la carga de hundimiento mediante este ensayo. Cierto es que en este tipo
de suelos no suele ser habitual establecer una cimentación directa. Mediante este
ensayo, alternativa a otros métodos penetrométricos, puede elaborarse perfiles de
calidad, lo que supondría un complemento a los sondeos convencionales.
Mediante el ensayo de corte directo se pueden obtener los parámetros resistentes de
un material, siendo una prueba alternativa para los ensayos triaxiales. En cualquier
caso el número de ensayos deberá ser el algo mayor al establecido para la
compresión triaxial.
El uso de geofísica para este tipo de técnica es escaso. En el caso de que se
considerara su uso se recomienda las técnicas de down-hole, cross-hole y el
georradar. Para la segunda es necesaria la existencia de al menos 2 sondeos.
Mediante el georradar puede detectarse huecos y pequeñas cavernas.

42
Tabla 12. Resumen de ensayos para cimentaciones superficiales. Elaboración
propia.
Técnica Imprescindibles Adicionales Alternativos
Cimentaciones
superficiales
Sondeos, NSPT, N20,
, estado,
identificación, RCS,
nivel freático
agresividad de
suelo, roca y agua,
materia orgánica.
Compresión triaxial,
edómetro, módulo
deformación
Geofísica, CPTU,
presiómetro, corte
directo

43
3.1.2. Cimentaciones profundas
Los suelos superficiales con deficientes características geotécnicas pueden hacer
necesario transferir las cargas a estratos subyacentes con mejores características
geotécnicas. Esto se realiza mediante cimentaciones profundas cuya relación entre
profundidad y anchura es superior a 1,5 alcanzando en determinadas ocasiones
valores superiores a 30.
Dentro del grupo de las cimentaciones profundas se han analizado las dos técnicas
más habituales: los pilotes y los micropilotes, Figura 13. La distinción entre ambos se
hace en función de su diámetro, siendo el umbral entre unos y otros de 300mm (Guía
para el proyecto y la ejecución de micropilotes en obras de carretera, GPEMOC,
2005).
Figura 13. Ejemplos de pilote, izquierda (tomado de Pilotes y Obras, S.A.) y
micropilote, derecha (Polo, 2009)
Los pilotes pueden diferenciarse entre aquellos realizados mediante perforación y
hormigonado in situ y los hincados (prefabricados). Dentro de la categoría de pilotes
perforados existen 7 subdivisiones según CTE (2007):
- CPI-2: de desplazamiento con azuche
- CPI-3: de desplazamiento con tapón de gravas
- CPI-4: de extracción con entubación recuperable
- CPI-5: de extracción con camisa perdida

44
- CPI-6: perforados sin entubación con lodos tixotrópicos
- CPI-7: barrenados sin entubación.
- CPI-8: barrenados y hormigonados por tubo central de la barrena
Como en el caso de las cimentaciones superficiales, pilotes y micropilotes exigirán al
terreno una resistencia tal que no se produzca el hundimiento de la estructura por la
rotura de este.
Existen en la actualidad numerosas formulaciones y correlaciones que permiten
estimar la capacidad geotécnica de los materiales para diferentes tipos de pilotes. En
este apartado se han mencionado únicamente algunas de las fórmulas bajo la
consideración de ser algunas de las más representativas.
De igual modo tampoco se ha expuesto toda la formulación existente dentro de la
normativa que se cita en adelante, aunque se han tenido en cuenta los factores
geotécnicos presentes en ellas para definir una correcta campaña geotécnica.
Para el cálculo de la presión de hundimiento en pilotes habrá de contarse con la
resistencia del terreno en punta y la contribución por el fuste del pilote (ROM 0.5-05):
Fℎ + ′ F% + F;
siendo:
Fℎ: carga vertical que se produce en el pilote
′: peso propio del pilote
F%: resistencia por punta
F;: resistencia por fuste
F% 5% ∙ <%
F; = G H; ∙ ∙ "I
J
C
siendo:
5%: resistencia unitaria por punta
<%: área de la punta
H;: resistencia unitaria por fuste
: perímetro de sección transversal del pilote

45
I: profundidad desde la superficie.
Si se supone la resistencia por fuste constate en cada tramo la expresión anterior
puede simplificarse a:
F; K H; ∙ <;
siendo:
H;: resistencia unitaria por fuste de cada tramo
<;: área de contacto de cada tramo con el pilote
En las cimentaciones mediante el empleo de pilotes es frecuente alargarlos hasta
empotrarlos en un estrato lo suficientemente competente. La formulación de la
resistencia al hundimiento en punta en suelos firmes y rocas es la siguiente:
5% =
2
3
∙ %(ℎ ∙ L1 + 0,4 ∙ MN
siendo:
%(ℎ: presión vertical de hundimiento. Su cálculo es igual al realizado en cimentaciones
superficiales. Debiendo calcular el diámetro equivalente y siendo f==1.
M: longitud del empotramiento en roca.
Para cálculos más precisos de carga por punta y resistencia por fuste en función del
tipo de suelo (granular o cohesivo), el lector puede remitirse a fórmulas analíticas
representadas en normativas de uso frecuente (ROM 0.5-05, CTE-SE-C, GCOC,
Normativa Ecuatoriana de la Construcción (NEC-11), Reglamento Nacional de
edificaciones (RNE-E-050), etc).
La resistencia por fuste del empotramiento en roca sólo se aplicará cuando la
alteración del macizo sea III o inferior, siendo una décima parte de la presión vertical
de hundimiento y no siendo mayor a 2 MPa.
El cálculo de la presión de hundimiento en micropilotes es algo más compleja al existir
diferencias según el método utilizado para la inyección. Si la punta del micropilote se
encuentra en un material tipo suelo no ha de tenerse en cuenta debido a la pequeña
sección de apoyo. Sin embargo, en el caso de que se quisiera considerar, su valor

46
máximo ha de ser el 15% de la contribución a la resistencia por fuste (GPEMOC,
2005):
+; , "(I) =
O
P
+ 2′/(Q) ∙
#R=
P∅
siendo:
+; , "(I) : rozamiento unitario por fuste
z: profundidad medida desde la superficie
O
: cohesión efectiva
2′/ : presión efectiva horizontal cuyo cálculo depende del tipo de inyección empleado,
de la presión efectiva vertical 2O
((Q) y del coeficiente de empuje al reposo k0
= : ángulo de rozamiento entre estructura y terreno, es una fracción del ángulo de
rozamiento efectivo ∅′, siendo = = T+ ∙ ∅′, estando kr comprendido entre 2/3 y 1
P , P∅ : factores de minoración en función del tipo de aplicación del micropilote.
Si la punta se encuentra empotrada en roca si se deberá tener en cuenta su
contribución junto con el área de fuste empotrado, calculándolo de la siguiente
manera:
M', " = < ' ∙ ;', " + < ' ∙ 5%', "
siendo:
M', ": resistencia del empotramiento en roca
< ': área lateral empotrada
;', ": resistencia unitaria por fuste de la parte empotrada
< ': área de la sección empotrada
5%', ": resistencia unitaria por punta de la sección empotrada
Existen otras fórmulas de cálculo según los documentos y normativas que se tomen de
referencia en cada país. Las expuestas anteriormente son las que se usan de manera
común.
3.1.2.1 Información y parámetros asociados
Aunque existen numerosas formulaciones para el diseño de pilotes y diferentes
parámetros geotécnicos que figuran en los mismos, al analizar las referencias y
normativas mencionadas se ha considerado que los reconocimientos y ensayos
imprescindibles serían: la realización de sondeos, el SPT, el N20, los ensayos de
estado, identificación, resistencia a compresión simple, la agresividad de agua y suelo
y la localización del nivel freático, Tabla 13.

47
La herramienta más habitual para la investigación del subsuelo son los sondeos, con
ellos además, será posible la elaboración de perfiles geotécnicos de calidad y
supondrán la mejor fuente de muestras inalteradas para la realización de ensayos de
laboratorio. La perforación de los materiales subyacente posibilitará la ejecución de
ensayos in situ muy valiosos para el cálculo de la cimentación.
El dimensionamiento de una cimentación mediante pilotes y micropilotes tiene
variantes según el tipo de suelo en el que se ejecuten. Es por ello que en un primer
momento se debe identificar el suelo mediante la granulometría y su plasticidad para
poder clasificarlo.
La presencia en las ecuaciones de la tensión vertical efectiva (σ’V) requiere conocer la
altura del nivel freático así como el valor del peso específico del suelo o roca, ello
implica la realización de ensayos que determinen su estado. En algunas formulaciones
de resistencia por fuste entra en juego la presión horizontal efectiva (σ’H), pudiéndose
calcular como una fracción de σ’V si se conociera el coeficiente de empuje al reposo
(K0).
Al igual que en el caso de las cimentaciones superficiales existen una serie de
formulaciones relacionadas con ensayos in situ obtenidas mediante experiencias
previas. Es posible correlacionar Φ en terrenos granulares con pruebas
penetrométricas como SPT o CPTU. Es razonable suponer que los suelos granulares
no poseen cohesión por lo que esta no se tiene en cuenta en la formulación.
Así pues, es posible obtener la carga de hundimiento y la resistencia por fuste en
suelos granulares mediante el ensayo SPT, Figura 14 . Este método tiene en cuenta el
índice NSPT y un factor adimensional basado en la granulometría del suelo y el tipo de
pilote a emplear. El índice NSPT deberá ser corregido como se ha indicado y no podrá
usarse un valor superior a 50. En este tipo de suelos los cálculos para pilotes
excavados pueden arrojar una resistencia algo menor que aquellos hincados ya que
se produce un deterioro significativo de las paredes. Según la ROM 0.5-05 es
aconsejable no utilizar el procedimiento mediante SPT en calizas conchíferas o
coralinas ya que arrojan valores de NSPT altos y poseen una carga de hundimiento
menor de la esperada.

48
Figura 14. Correlación entre presión límite, índice NSPT y rozamiento unitario
límite por fuste. GPEMOC (2005)
La utilización de otros tipos de ensayos de penetración dinámica que arroje el índice
N20 deberá ser contrastada localmente con el índice NSPT y su uso será orientativo. Es
un método sencillo y económico para complementar los perfiles realizados mediante
sondeos y geofísica.
Como se ha visto en la formulación del apartado anterior de la carga de hundimiento
es necesario conocer la resistencia del material donde se va a apoyar la punta del
pilote. Esto es posible mediante el ensayo RCS. Además mediante la correlación de la
Figura 15 es posible determinar el rozamiento unitario límite por fuste, parámetro
necesario para el cálculo de la contribución por fuste de los micropilotes.
El acero en este tipo de obras puede quedar en contacto directo con el suelo y el agua
de la zona, por lo tanto se deberán ensayar para determinar su posible agresividad.
Además si se estima la presencia de sulfatos el uso de hormigones sulforresistentes
se hace imprescindible.

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