Tesis. Miguel Muñoz Toledo.pdf

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Universidad Central “Martha Abreu” de Las Villas
Facultad de Construcciones
Ingeniería Civil
TRABAJO DE DIPLOMA
“Obtención de parámetros geotécnicos a
través de ensayos de presiometría”
Autor: Miguel Alejandro Muñoz Toledo
Tutor: Dr. Luis Orlando Ibáñez Mora
Santa Clara
2014
“Año 56 de la Revolución”

“La Geotecnia es eficaz porque ha escogido el método correcto,
porque ha puesto en marcha, para sí, el ciclo del riguroso
conocimiento: observar, pensar sobre lo observado, y, basado
sobre lo observado, hacer…”
Juan A. Giménez Salas

A todos mis profesores que han incidido directamente en mi formación
profesional.
A Luis O. Ibañez que decidió tutorarme cuando más lo necesite.
A mis compañeros de cuarto Outeriño, Frank, Bouza, Trigo, Armando, Idalberto,
Ernesto, Jianxin, Alejandro, Javier a todos ellos con los que viví momentos
inolvidables.
A mi novia Tamara que sin ella no hubiera podido terminar mi tesis.
A mis primas Mari, Anita, Samy que me alegran la vida.
A mis abuelas Graciela y Xiomara por darme la educación que tengo.
A mis tías Mechi, Amarilis, Soraya, Magalis que son las mejores.

Dedico este trabajo a las personas más importantes para mí en esta vida:
A mi madre que ha sido ejemplo de sacrificio y valentía para mí.
A mi familia que tanto quiero y ha sabido comprenderme.
A mi novia que supo ayudarme cuando más lo necesité.
A mi padrastro que fue como un padre para mí.
A todos aquellos que de una forma u otra me han ayudado a llegar hasta el final.
A todos ellos les regalo mi gran sueño.

La caracterización geotécnica de un local para el diseño de las cimentaciones puede ser
realizada mediante ensayos de laboratorios o mediante ensayos de campo. Teniendo en
cuenta la economía en tiempo y en esfuerzo, así como las alteraciones inevitables de las
muestras ensayadas en el laboratorio, podemos justificar la tendencia actual hacia pruebas
de campo simples, consistentes y fiables que permitan la determinación de los parámetros
geotécnicos, que en la mayor parte de los casos no son satisfactoriamente resueltos debido
a los elevados grados de conservadorismo. Dentro de los ensayos de campo existentes se
destaca el ensayo presiométrico que posee algunas ventajas inherentes sobre los demás
pues representa el comportamiento tenso-deformación de un volumen relativamente grande
de suelos. El presiómetro más utilizado en las investigaciones de campo es el presiómetro
de Ménard, un equipo de fácil transportación e instalación, y a pesar de la poca o nula
utilización del mismo en Cuba se motiva a su uso en nuestro país ya que el diseño
geotécnico de cimentaciones utilizando los parámetros geotécnicos obtenidos de este
ensayo son bastante aproximados a los obtenidos mediante la Norma Cubana.

ÍNDICE
Introducción...................................................................................... i
CAPÍTULO 1: LOS ENSAYOS DE CAMPO .................................... 1
1.1- Ensayo de Penetración SPT.....................................................................................1
1.1.1- Descripción del ensayo SPT....................................................................1
1.1.2- Ventajas del Ensayo SPT ..........................................................................2
1.1.3- Aplicaciones y correlación .........................................................................2
1.2- Ensayos del Cono Dinámico de Penetración (DCP) .................................................3
1.2.1- Descripción del ensayo..............................................................................4
1.2.2- Especificaciones geométricas....................................................................5
1.2.3- Correlaciones existentes...........................................................................6
1.2.4- Metodología a emplear .............................................................................8
1.3- Ensayos del Cono Estático.......................................................................................8
1.3.1- Descripción del ensayo..............................................................................8
1.3.2- Resultados que se obtienen.......................................................................9
1.4- Ensayo del Dilatómetro ..........................................................................................10
1.4.1- Descripción del ensayo............................................................................11
1.4.1.1- Calibración de la membrana........................................................................12
1.4.2- Método operativo.....................................................................................14
1.4.3- Ventajas y desventajas............................................................................14
1.5- Ensayos Presiométricos (PMT) ................................................................................14
1.5.1- Tipos de presiómetros .............................................................................15
1.5.2- Presiómetro, sus potencialidades, calibración y resultados .....................16
1.6- Ensayos de Paleta (Vane Test)................................................................................18
1.6.1- Descripción del ensayo............................................................................18
1.6.2- Resultados obtenidos ..............................................................................19
1.7- Conclusiones parciales ............................................................................................20
CAPÍTULO 2: LOS ENSAYOS PRESIOMÉTRICOS ..................... 21
2.1- Desarrollo histórico ....................................................................................................21
2.2-Tipos de presiómetros y su evolución .........................................................................22
2.2.1-Presiómetro de pre-perforación ..................................................................22

2.2.2-Presiómetro auto-perforante .......................................................................22
2.2.3-Presiómetro Hincado ..................................................................................23
2.2.4-Presiómetro de Ménard (MPM)...................................................................24
2.2.5-Evolución....................................................................................................26
2.3-Obtención de parámetros de resistencia, deformabilidad de suelo y correlación.........27
2.3.1-Parámetros de deformabilidad....................................................................28
2.3.2-Parámetros de resistencia al cizallamiento del suelo. .................................30
2.3.2.1-Concepto de presión límite (Pl).......................................................................30
2.3.2.2-Presión de fluencia o de Creep (Pf)................................................................32
2.3.3-Tensión horizontal en reposo (ho)..............................................................35
2.3.3.1- Coeficiente de empuje en reposo (K0)...........................................................37
2.3.4-Clasificación de los suelos..........................................................................37
2.3.5-Correlación con parámetros obtenidos en otros ensayos............................39
2.3.5.1 Correlación entre PMT y DMT ........................................................................40
2.3.5.2-Correlación entre la resistencia en punta (Rp o qc) y la presión límite............41
2.3.5.3-Correlación entre Pl y´ .................................................................................42
2.3.5.4 Correlación entre Em y Eoed .............................................................................42
2.3.5.5-Correlación para la resistencia no drenada (Su) .............................................43
2.3.5.6-Correlación entre el ensayo PMT y SPT.........................................................44
2.4- Aplicación a proyectos de cimentaciones................................................................45
2.4.1-Método directo de Ménard ..........................................................................45
2.4.2-Capacidad de carga en cimentaciones .......................................................47
2.4.2.1-Capacidad de carga en cimentaciones superficiales. .....................................48
2.4.2.2- Capacidad de carga en cimentaciones profundas. ........................................50
2.4.3- Estimación de Asentamiento...................................................................58
2.4.3.1 Estimación de asentamiento en cimentaciones superficiales..........................58
2.4.3.2 Estimación de asentamiento de cimentaciones profundas..............................60
2.5- Conclusiones parciales ...........................................................................................62
CAPÍTULO 3 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS
PRESIOMÉTRICOS. ..................................................................... 63
3.1- Cálculo de los parámetros de los ensayos de PMT....................................................63
3.2- Estimación de la capacidad de carga en cimentaciones superficiales. .....................65

3.2.1- Cálculo de capacidad de carga por los ensayos de campo......................65
3.2.2- Cálculo de capacidad de carga utilizando la Norma Cubana. ..................67
3.3- Estimación de capacidad de carga en cimentaciones profundas..............................68
3.3.1- Calculo de la capacidad de carga en punta utilizando ensayos de campo.68
3.3.2- Calculo de capacidad de carga en punta utilizando la norma cubana. .....69
3.3.3- Estimación de la capacidad de carga por desgaste lateral utilizando ensayos de
campo..................................................................................................................70
3.3.4- Estimación de capacidad de carga por desgaste lateral utilizando la norma
cubana.................................................................................................................71
3.4- Estimación de los asentamientos en cimentaciones.................................................72
3.4.1- Estimación de los asentamientos en cimentaciones superficiales............72
3.5- Conclusiones parciales ............................................................................................73
Conclusiones................................................................................. 74
Recomendaciones......................................................................... 21
Referencia Bibliográfica................................................................. 76

Introducción
i
Introducción
La geotécnica es la rama de la ingeniería civil que se encarga del estudio de las propiedades
mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes de la Tierra. Los
ingenieros geotécnicos investigan el suelo y las rocas por debajo de la superficie para
determinar sus propiedades y diseñar las cimentaciones para estructuras tales como
edificios, puentes, centrales hidroeléctricas, etcétera.
En el diseño de una cimentación, la estimación de capacidad de carga y los asentamientos
de un suelo sometido a esfuerzos transmitidos por estructuras de cimentaciones, sean estas
superficiales o profundas, pueden ser hechas a través de métodos empíricos, semi –
empíricos, y/o analíticos:
 Los métodos analíticos: los valores de los parámetros de resistencia y deformabilidad
de los suelos (ángulo de desgaste interno, cohesión, módulo de deformabilidad,
coeficiente de Poisson) obtenidos en ensayos de laboratorio y/o de campo son
utilizados en la verificación de la validez de formulaciones matemáticas, y para el
cálculo de capacidad de carga y de asentamientos de cimentaciones.
 Los semi - empíricos: las propiedades de los suelos y la predicción de la capacidad
de carga y asentamiento de una cimentación son hechas a través de correlación
entre parámetros obtenidos en otros ensayos.
 Los métodos empíricos avalan las tensiones de rotura y de asentamiento basados en
las características de los suelos (clasificación, capacidad o consistencia) obtenida por
los ensayos de campo o de laboratorio y la experiencia y tradición local. Los
asentamientos correspondientes a tales tenciones admisibles son usualmente
aceptables en estructuras convencionales.
La caracterización geotécnica de un local para el diseño de las cimentaciones constituye una
de las etapas más importante de un proyecto, esta caracterización puede ser realizada
mediante ensayos de laboratorios en muestras informadas o alternativa mediante ensayos
de campo.

ii
Los ensayos de campo aplicables a la ingeniería de cimentaciones se dividen en dos grupos
principales:
1. Ensayos para determinar la estratigrafía de los suelos:
En este grupo encontraremos ensayos de penetración tales como: Ensayo de
Penetración (SPT), Ensayo del Cono Dinámico (DCPT), Ensayo del Cono Estático
(CPT), Dilatómetro (DMT). Estos ensayos pueden proporcionar cualitativamente el
cálculo aproximado de varios parámetros geotécnicos basados en correlaciones
empíricas.
2. Ensayos para valorar propiedades específicas de los suelos:
En este grupo pueden ser mencionados: Ensayos Presiométricos (PMT), Ensayos
Presiométricos auto-Perforados (SBPT), Ensayos de Placa (PLT), Ensayos de Paleta
(Vane Test), entre otros. Estos ensayos son utilizados principalmente para la
medición de propiedades específicas de los suelos, siendo su ejecución más lenta y
más costosa con relación al primer grupo.
Dentro de los ensayos de campo se destaca el ensayo presiométrico cuya característica
fundamental es que utiliza una miniprueba de carga ejecutada dentro de un hoyo
previamente escavado y cuyo principal objetivo es determinar las características de tensión
deformación del suelo in situ. Este ensayo de campo es muy utilizado en Europa desde hace
más de cuatro décadas.
Dentro de los métodos propuestos para la estimación de capacidad de carga y asentamiento
utilizando ensayos de campo en ingeniería de cimentaciones, los métodos que usan
resultados de ensayos presiométricos poseen algunas ventajas inherentes sobre las demás.
Al contrario de otros ensayos de campo, como los de cono y los de paleta (Vane Test), los
presiómetros miden tanto las propiedades de deformabilidad de los suelos como su
característica de resistencia límite o de ruptura. Otra ventaja de este método es que los
resultados de ensayos presiométricos representan el comportamiento tenso-deformación de
un volumen relativamente grande de suelos, hecho este que no ocurre en los ensayos de
cono y el dilatómetro.
Debido a la necesidad de solucionar los problemas encontrados en la ingeniería de
cimentaciones relacionados con la determinación de los parámetros de resistencia y
deformabilidad de los suelos, capacidad de carga y estimación de asentamientos de
cimentaciones superficiales y profundas (que la mayor parte de los casos no son
satisfactoriamente resueltos, debido a los elevados grados de conservadorismo,

iii
principalmente con relación a los altos grados de coeficientes de seguridad adoptados en
este tipo de servicios), en los últimos años fueron desarrollados nuevos equipamientos,
técnicas y ensayos para la determinación de las características y de los parámetros de
resistencia y deformación de los suelos.
En ese sentido el Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad Central Martha Abreu
de las Villas desarrolla una investigación mediante la ejecución de pruebas de carga en
cimentaciones superficiales y profundas y la obtención de parámetros a través de ensayos
de campo y ensayos de laboratorios. Teniendo en cuenta la economía en tiempo y en
esfuerzo, así como las alteraciones inevitables de las muestras ensayadas en el laboratorio,
podemos justificar la tendencia actual hacia pruebas de campo simples, consistentes y
fiables. Por ello este trabajo se plantea la siguiente interrogante: ¿Cómo obtener parámetros
geotécnicos del suelo a través de ensayos de presiometría para el diseño geotécnico de
cimentaciones?
Para dar respuesta al problema científico planteado, se propone como objetivo general:
 Obtener parámetros geotécnicos del suelo a través de ensayos de presiometría.
 Los objetivos específicos del trabajo son:
 Realizar una búsqueda bibliográfica sobre ensayos de campo y metodología para la
obtención de parámetros geotécnicos en suelos.
 Recopilar metodología de análisis para la interpretación de resultados de ensayos de
campo a través del presiómetro de Ménard.
 Realizar un estudio a un caso real para la obtención de parámetros geotécnicos a
través de un ensayo presiométrico y comparar con los resultados obtenidos utilizando
la Norma cubana para el Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales y
Profundas.
Con aras de satisfacer los objetivos planteados se ha decidido dividir el trabajo en
introducción, capitulario, conclusiones y recomendaciones.
En la introducción se realiza una reseña donde se define la necesidad, actualidad e
importancia del tema que se aborda.
En el Capítulo 1 se hace una recopilación de los ensayos de campo más conocidos teniendo
en cuenta sus aplicaciones, limitaciones, características, entre otras.
En el Capítulo 2 se realiza una metodología general para el cálculo de capacidad de carga
en cimentaciones tanto superficiales como profundas, y para el cálculo de asentamiento.

iv
En el Capítulo 3 se realiza un estudio a un caso real para la obtención de parámetros
geotécnicos a través de un ensayo presiométrico y se compara con los resultados obtenidos
utilizando la Norma cubana para el Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales y
Profundas.
En las conclusiones se realiza una síntesis final de los resultados alcanzados en la
investigación y en las recomendaciones, se plantea una posible continuidad a través de
futuras investigaciones.

Capítulo 1. Los ensayos de campo
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CAPÍTULO 1: LOS ENSAYOS DE CAMPO
1.1- Ensayo de Penetración SPT
El ensayo de penetración estándar o SPT (Standard PenetrationTest), es un tipo de prueba
de penetración dinámica empleada para realizar ensayos en terrenos en los que se quiere
realizar un reconocimiento geotécnico. Constituye el ensayo o prueba más utilizada en la
realización de sondeos y se realiza en el fondo de la perforación. Consiste en medir el
número de golpes necesario para que se introduzca a una determinada profundidad una
cuchara cilíndrica y hueca muy robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35
milímetros, lo que supone una relación de áreas superior a 100), que permite tomar una
muestra, naturalmente alterada, en su interior. El peso de la masa está normalizado, así
como la altura de caída libre, siendo de 65 kG y 75 cm respectivamente.
1.1.1- Descripción del ensayo SPT
Una vez que en la perforación del sondeo se ha alcanzado la profundidad a la cual se
realizará la prueba, sin avanzar la entubación y limpio el fondo del sondeo, se desciendeél
toma muestras SPT unido al varillaje hasta apoyar suavemente en el fondo. Realizada esta
operación, se eleva rápidamente la masa con una frecuencia constante, dejándola caer
libremente sobre una sufridera que se coloca en la zona superior del varillaje.
Se contabiliza y se anota el número de golpes necesario para hincar la cuchara los primeros
15 cm (N0-15).Posteriormente se realiza la prueba en sí, introduciendo hasta 30 cm, anotando
el número de golpes requerido para la hinca en cada intervalo de 15 centímetros de
penetración (N15-30 y N30-45).
El resultado del ensayo es el golpeo SPT o resistencia a la penetración estándar.
NSPT= N15-30 + N30-45
Si el número de golpes necesario para profundizar en cualquiera de estos intervalos de 15
cm, es superior a 50 golpes, el resultado del ensayo deja de ser la suma anteriormente
indicada, para convertirse en rechazo(R), debiéndose anotar también la longitud hincada en
el tramo en el que se han alcanzado los 50 golpes. El ensayo SPT en este punto se
considera finalizado cuando se alcanza este valor, por ejemplo, si se ha llegado a 50 golpes
en 120 mm en el intervalo entre 15 y 30 centímetros, el resultado debe indicarse como N0-15 /
50 en 120 mm, R).

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Como la cuchara SPT suele tener una longitud interior de 60 centímetros, es frecuente hincar
mediante golpeo hasta llegar a esta longitud, con lo que se tiene un resultado adicional que
es el número de golpes (N45-60), proporcionar este valor no está normalizadoy no constituye
un resultado del ensayo, teniendo una función meramente indicativa.
Figura 1.1 Gráfico del ensayo SPT
1.1.2- Ventajas del Ensayo SPT
Una ventaja adicional es que al ser la cuchara del SPT toma muestras, permite visualizar el
terreno donde se ha realizado la prueba y realizar ensayos de identificación, y en el caso de
terreno arcilloso la obtención de la humedad natural.
1.1.3- Aplicaciones y correlación
El ensayo SPT tiene su principal utilidad en la caracterización de suelos granulares (arenas o
gravas arenosas), en las que es muy difícil obtener muestras inalteradas para ensayos de
laboratorio.

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Al estar su uso muy extendido y disponer de una gran experiencia geotécnica en estas
pruebas, se han planteado correlaciones entre el golpeo SPT y las características de los
suelos arenosos, así como con diversos aspectos de cálculo y diseño geotécnico.
También existen correlaciones en el caso de que el terreno sea cohesivo, pero al ser un
ensayo prácticamente instantáneo, no se produce la disipación de los incrementos de
presiones intersticiales generados en estos suelos arcillosos por efecto del golpeo, lo que
claramente debe influir en el resultado de la prueba.
Tradicionalmente se ha considerado que los resultados del ensayo SPT y por extensión los
de todos los penetrómetrosdinámicos en ensayos de suelos cohesivos no resultan
excesivamente fiables para la aplicación de correlaciones. En la actualidad este criterio está
cuestionado, siendo cada vez más aceptado que las pruebas penetrométricas pueden dar
resultados igualmenteválidos en todo tipo de suelo. En cualquier caso, al margen de la
validez o existenciade correlaciones, el valor del golpeo obtenido en un ensayo de
penetración simple es un dato indicativo de la consistencia de un terreno susceptible de su
utilización para la caracterización o el diseño geotécnico. Cuando el terreno atravesado es
grava, la cuchara normal no puede hincarse pues su zapata se dobla, con frecuencia se
sustituye por una punta maciza de la misma sección (no normalizada), en estos casos el
ensayo SPT no proporciona entonces muestras y el golpeo así obtenido debe
corregirsedividendo por un factor que se considera del orden de 1.5.
1.2- Ensayos del Cono Dinámico de Penetración(DCP)
La determinación del Valor de Soporte California, CBR, parámetro aplicado en el diseño de
pavimentos flexibles, en general es considerado como un proceso complejo que
adicionalmente requiere de bastante tiempo para su obtención.
Como respuesta a estas dificultades surgen diferentes dispositivos como el DCP (Cono
Dinámico de Penetración) que facilitan y proporcionan mayor practicidad a los ensayos
convencionales. El DCP es una herramienta útil y multifuncional donde su uso trae una gama
de beneficios, sin embargo es necesaria una buena interpretación para determinar
parámetros de diseño finales más confiables, optimizando tiempo, dinero, recursos humanos
y mecánicos.

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1.2.1- Descripción del ensayo
El DCP fue desarrollado en 1956 por Scala, estudios realizados en campo por LivnehyIshali
(1987) y Kleyn (1975) han sido básicos para la evaluación de pavimentos. Posteriormente se
ha difundido su uso en Inglaterra, Australia, Canadá, Nueva Zelanda y Estados Unidos. Este
instrumento es utilizado esencialmente para evaluar la resistencia de suelos tanto no
disturbados como compactados y estimar un valor de CBR en campo. El DCP presenta
ventajas como su simplicidad y economía de uso. Implícitamente el DCP estima la capacidad
estructural de las diferentes capas que conforman a un pavimento, detecta simultáneamente
el grado de heterogeneidad que puede encontrarse en una sección y la uniformidad de
compactación del material de una manera rápida, continua y bastante precisa.
Los ensayos de DCP se realizaron en un laboratorio con el uso de un molde cilíndrico de25
cm de diámetro y 43 cm de altura, la energía de compactación utilizada fue de 2700 kNm/m3
.
Realizar el ensayo DCP en laboratorio permitió tener mejor control sobre las condiciones
más influyentes en el resultado de un CBR, como lo son la densidad, contenido de humedad
y uniformidad de compactación. Una vez con los anillos de carga (249 kg/m2
), el ensayo de
penetración se llevaba a cabo como se muestra en la Figura1.2, la profundidad era
registrada al milímetro más cercano y el número de golpes se determinaba según la
resistencia que ofrecía dicho material.

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Figura 1.2 Ensayo DCP llevado a cabo en laboratorio
1.2.2- Especificaciones geométricas
Recientemente la ASTM (American Society for Testing and Materials) publicó una
metodología estándar para el uso y aplicación del DCP en pavimentos, con la
designaciónD6951-03. Este ensayo utiliza un DCP basado en el dimensionamiento de
Sowers, con un martinete de 8 kg el cual tiene una caída libre de575 mm y un cono
intercambiable en la punta con un ángulo de 60º y un diámetro de 20 mm, como se muestra
en la Figura 1.3.

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Figura 1.3 Esquema del Equipo DCP (ASTM D-6951-03).
1.2.3- Correlaciones existentes
En las últimas décadas se han desarrollado diferentes investigaciones para correlacionar el
valor DCP con otras características físico-mecánicas de los suelos; la selección apropiada de
este tipo de correlaciones está relacionada con el juicio del profesional en el área y las
especificaciones del equipo DCP. La Tabla 1.1 resume las expresiones más trascendentales
obtenidas con el uso del DCP (equipo normado según ASTM).

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Tabla 1.1Resumen de expresiones para correlacionar el número DCP con otros
valores.

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1.2.4- Metodología a emplear
La metodología empleada se subdividió en cuatro etapas:
1. Preparación de las muestras bajo estudio.
2. Elaboración de ensayos generales para la determinación de laspropiedades físicas de los
suelos (caracterización, determinación de la humedad óptima, determinación del peso
unitario seco máximo, determinación de gravedad específica de los sólidos, etc.).
3. Elaboración de ensayos específicos del estudio (determinación de valores CBR y DCP en
laboratorio)
4. Proceso de resultados y análisis estadístico.
1.3- Ensayos del Cono Estático
Las pruebas in situ han atraído, desde hace algunos años, considerable atención como un
medio para determinar las propiedades del suelo durante la investigación geotécnica de un
emplazamiento. La economía en tiempo y en esfuerzo, así como las alteraciones inevitables
de las muestras ensayadas en el laboratorio, justifican la tendencia actual hacia pruebas de
campo simples, consistentes y fiables. La prueba de penetración estática con cono permite
registrar la resistencia por punta (qc) y por fricción lateral (fs) con la profundidad. Su uso para
la predicción del potencial de licuación se inició en la década de los 80. Los primeros
métodos se fundamentaban en la conversión de los métodos basados en el SPT a CPT,
mediante el uso de correlaciones empíricas entre ambos ensayos, para lo cual se requería el
conocimiento del diámetro medio de partícula del suelo (D50) y/o en el contenido de finos
(CF). Ambos parámetros no resultan disponibles de manera directa de los registros del CPT.
Con el objetivo de proveer un medio conveniente, con el cual se pueda evaluar el potencial
de licuación basándose solamente en los registros del CPT, se han desarrollado técnicas de
clasificación de suelos, aunque hoy en día estás técnicas aún no son muy precisas. Por este
motivo han surgido métodos de predicción basados en otras teorías y expresiones
experimentales.
Consiste en introducir una serie de varillas cilíndricas con un cono en la base. Si el
penetrómetro es estático las varillas serán empujadas a una velocidad constante mediante

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un aparato trasmisor, si es dinámico se pro cederá al hinque y posterior sobre-presión sobre
la cabeza.
El penetrómetro de cono estático mide el esfuerzo necesario para el desplazamiento lento de
un cono dentro del suelo. La punta del cono varía de 30º a 90º y de 36 a 50 mm de Φ. El
cono provee resistencia a intervalos muy pequeños.
Durante esta prueba la resistencia al cortante se obtiene mediante la relación matemática
que está en función del ángulo con el que se introduce el cono y la fuerza utilizada para
dicho fin. Con el valor de la resistencia a la penetración del cono se puede obtener el ángulo
de fricción (φ) o la cohesión (C) utilizando las correlaciones respectivas.
La implementación de este ensayo en suelos residuales es muy limitada debido a la
dificultad en la penetración,motivo por el cual se desarrolló relativamente reciente el
Piezocono (CPTU),el cual mide la presión de poros además de la resistencia no drenada.
Por lo tanto la prueba de penetración con cono está amarrada a ser utilizada en suelos
blandos o suelos con densidad media, en otras palabras en suelos finos.
La resistencia del cono estático puede ser utilizada para calcular la capacidad de carga,
densidad y resistencia de los suelos para partículas menores que el tamaño del cono.
Algunos conos tienen un medidor electrónico que da una información más exacta.
La aplicación general de los ensayos de penetración del cono estático (CPT), son en
problemas de estabilidad de talud, para la determinación de la resistencia a cortante no
drenada de suelos cohesivos.
1.3.2- Resultados que se obtienen
La información recogida se utiliza para calcular los siguientes parámetros geotécnicos:
 ángulo de fricción efectivo
 coeficiente de consolidación
 capacidad de carga
 comportamiento del asentamiento de una cimentación
Esta serie de cálculos detallados nos permite ofrecer un informe exhaustivo con los consejos
adecuados para garantizar la idoneidad de sus planes de cimentación.

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1.4- Ensayo del Dilatómetro
Es un ensayo geotécnico in-situ y de poca aplicación en algunas partes del mundo. Se trata
de un ensayo carga/deformación, con deformación controladaaplicado tanto a suelos
granulares como a suelos cohesivos de poco a muy densos y de blandos a duros.
El instrumento es formado por una hoja plana de acero, sobre una cara del que está
presente una sutil membrana circular de acero que es deformada a través de aire
comprimido. La hoja es clavada verticalmente en el terreno con el empujón de una fuerza
estática. A la profundidad prefijada la membrana es dilatada horizontalmente. La prueba de
carga es por lo tanto horizontal y la resistencia del terreno es deducida por la medida de la
presión de aire introducido dentro del instrumento para conseguir la dilatación
predeterminada de la membrana. De la resistencia horizontal del terreno se logra remontar a
una serie de parámetros geotécnicos. Se puede obtener, resistencia al corte, presión lateral
(módulo de deformación), el Cu, en suelos cohesivos, densidad relativa en %, Φ en suelos
granulares, módulo edométrico (M) en suelos granulares ycohesivos.Sirve para identificar
superficies de roturade taludes en suelos arcillosos, curvas P & Y para pilotes con
cargalateral y la determinación del potencial delicuefacción de arenas.

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(a)
(b)
Figura 1.4 (a) Dilatómetro y (b) Sistema de medición
Consiste en una paleta plana que se hinca en el terreno y está provista de una membrana
metálica circular, que se expande horizontalmente en el suelo mediante gas a presión.
a) La hinca de la paleta se realiza mediante penetración estática. El varillaje es el mismo que
se utiliza en la prueba de penetración estática y de piezoconos.
b) La paleta se conecta a una unidad de control en superficie mediante una manguera de
presión de nylon en cuyo interior contiene un cable eléctrico que transmite señales.
c) A intervalos de 20cm se obtiene la penetración y la membrana es inflada mediante gas
presurizado. Se toman dos lecturas que corresponden a:

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A) presión necesaria para comenzar a mover la membrana.
B) presión requerida para producir una deformación de 1.1mm en el terreno.
El desplazamiento de la membrana de paleta de 1.1mm +/- 0.02mm por tratarse de piezas
sólidas no puede ser alterada en modo alguno por el operador. Se trata por lo tanto de un
instrumento de gran precisión.
Decimos que se trata de un ensayo en donde se obtienen dos parámetros, Po y P1.Po, da la
información directa acerca de la historia tensional del suelo (factor que controla su
comportamiento) yP1, lo utilizaremos más adelante en los cálculos de calibración.
1.4.1.1- Calibración de la membrana
Las lecturas de campo (A y B deben ser corregidas por los efectos de la rigidez propia de la
membrana para determinar las presiones, Po y P1:
Po=A+ΔAP1=B+ΔB
Donde:
ΔA= Es la presión exterior que debe ser aplicada a la membrana al aire libre para que se
mantenga en reposo sobre su apoyo.
ΔB= Es la presión interna necesaria para desplazar la membrana 1.1mm.Estos valores se
leen en el campo aplicando a la paleta una presión negativa mediante vacío y una presión
positiva respectivamente.
El valor de ΔA oscila entre 5 ~ 30kPa, y el de ΔB oscila entre 5 ~ 80 kPa. El cambio de ΔA o
ΔB no debe ser superado por 25 kPa antes y después del ensayo y si esto sucede hay que
repetir el ensayo.

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Figura1.5Hoja del dilatómetro de Marchetti
Figura 1.6 Equipamiento del ensayo (a) Máquina de hincar (b) Conjunto de
equipamiento del ensayo (c) Caja de control (d) Lámina dilatométrica.

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1.4.2- Método operativo
El ensayo consiste en introducir en el terreno lacuchilla de DTM mediante empuje hidráulico
odinámico haciendo paradas en intervalos deprofundidad de 150mm.
En cada parada el operador de la caja decontrol con la ayuda de gas a presión inicia
unproceso de dilatación de la membrana de aceroalojada en la cuchilla del DTM.Los datos
obtenidos se analizan a mano o pormedio de un ordenador.
1.4.3- Ventajas y desventajas
Además de ser un ensayo rápido, económico y preciso.
Tiene las siguientes ventajas particulares:
a) - Altera en lo mínimo el estado del suelo.
b) - El equipo es sencillo de manejar, robusto y de fácil aplicación.
c) - El equipo es 100% portátil.
d) - Es un excelente ensayo de control de tratamiento del terreno.
Algunas limitaciones que presenta el equipo son:
a)- La membrana y la lámina metálica son susceptibles, especialmente en lapenetración de
densas arenas o suelo con grava.
b) - No es capaz de medir la presión de poro directamente.
c) -Las experiencias son muy limitadas en relación con otras clases de ensayos, como SPT y
CPT.
1.5- Ensayos Presiométricos (PMT)
El ensayo presiométrico es uno de los ensayos "in situ" llevados a cabo para realizar un
reconocimiento geotécnico.
Consiste en la aplicación a las paredes de un sondeo, de una presión radial creciente,
llegando o no hasta la condición límite de rotura del terreno. Para ello se introduce en el
sondeo, previamente perforado, el elemento de ensayo. Éste consiste en una célula
cilíndrica, de pared lateral flexible, a cuyo interior, una vez colocada a la profundidad
deseada, se aplica una presión mediante inyección de un fluido, midiéndose la expansión
radial de la pared en función de la presión aplicada.

15
El primer aparato de este tipo fue patentado por Ménard en los años 50, y sigue utilizándose
actualmente con algunas variantes. En sus versiones más sencillas, la presión se aplica
mediante la inyección de un líquido, y la deformación radial de la pared se mide
indirectamente por el volumen de líquido inyectado, supuesto incompresible.
En algunos aparatos, pensados para el ensayo de rocas o suelos duros, la célula
presiométrica lleva incorporados unos sensores palpadores para medir directamente las
deformaciones, que son pequeñas. En este caso, el fluido inyectado para medir la presión
puede ser un gas. A los presiómetros para rocas se les suele llamar "dilatómetros", si bien
existe una cierta confusión respecto al empleo de ambos vocablos, que en lo demás son
equivalentes.
La utilidad de este ensayo radica en gran parte en el hecho de que existen soluciones
analíticas sencillas, tanto en rango elástico como en rotura, que permiten interpretar
adecuadamente el ensayo, sobre todo en suelos arcillosos (carga sin drenaje).
1.5.1- Tipos de presiómetros
Es importante señalar que la interpretación de un ensayo presiométrico no depende
solamente del tipo de suelo, también depende del presiómetro usado, de la técnica de
instalación usada y del tipo de procedimiento del ensayo asumido (la tensión o la
deformación controlada).
Los presiómetros puede ser clasificados en tres categorías según la forma de insertarse en
el suelo, estas tres clasificaciones son: presiómetro pre-perforante, auto-perforante y
presiómetros hincados.
1. Presiómetro Pre-perforante o PDP (Predrilled Pressuremeter): este ensayo consiste
en insertar una sonda en un hoyo previamente escavado. Esta técnica es sencilla
comparada con otras en cuanto a equipamiento, exigiendo cuidados especiales para
evitar el disturbio de suelo durante la perforación. Los métodos de la ejecución de
agujeros dependen de la naturaleza del suelo, su resistencia y de la presencia del
manto freático. Este es el presiómetro más utilizado en las investigaciones de campo,
el cual en días actuales es encontrado en diferentes versiones en todo el mundo,
destacándose en este grupo el presiómetro de Ménard (MPM), que es el único que
posee una sonda presiométrica con tres células (tricelular), siendo dos células de
guarda y una central de medición.

16
3. Presiómetro auto-perforante o SBP (Self-boring Pressuremeter): el origen de la
técnica auto-perforante consiste en minimizar los efectos del disturbio del suelo de la
sonda, generado por insertar el equipo en el terreno. La sonda es hincada en el suelo
mientras las partículas de suelo son desprendidas por el dispositivo de fragmentación
y removidas por circulación de flujo de agua hasta la superficie. En teoría, estos no
causan disturbios al suelo adyacente, pero en la práctica, es conocido que los
pequeños disturbios son generados durante su instalación; es por eso que este
equipo precisa de una instalación cuidadosa por un personal bien capacitado y
entrenado. Se destaca en este grupo el presiómetro de Wroth y Hughes (1973) o
también conocido por Camkometer.
4. Presiómetro hincado o PIP(Puch-in Pressuremeter): en este caso la penetración en el
terreno es forzada a través de hinca. Entre las diferentes técnicas se destaca la del
cono presiométrico en la cual el módulo presiométrico es instalado directamente en el
fuste del cono. En este caso se combina la robustez del cono con la habilidad del
presiómetro en proporcionar las medidas completas del comportamiento de la tensión
- deformación del suelo. Estos ensayos son más rápidos que los otros, sin embargo,
producen disturbios repetidos del suelo durante su instalación.
1.5.2- Presiómetro, sus potencialidades, calibración y resultados
El presiómetro de Ménard es un equipo de fácil transportacióne instalación que hace posible
la determinación muy confiable del módulo de deformabilidad de la tierra, que puede ser
correlacionado con el asentamiento de una cimentación.
A pesar de la poca o nula utilización del presiómetro de Ménard en Cuba las investigaciones
existentes en el mundo demuestran un gran potencial del ensayo, motivando su uso en
nuestro país.
Cada ensayopresiométrico tiene que ser calibrado para poder obtener la verdadera curva
deVolumen-Presión del suelo, para esto tiene que saber las pérdidas de volumen y de la
presión inherente a la indumentaria propia. De esta manera, la calibración consiste en
cuantificar el valor de esas pérdidas para que el tensión - deformación del comportamiento
real del suelosea conocida (OLIVA, 2009).
De acuerdo con Schnaid (2000) y Clarke (1995), el ensayo presiométrico es prácticamente
inútil si la calibración no se realizó correctamente. El presiómetro debe ser calibrado con

17
regularidad, antes y después del logro de cada programa de ensayos. En la figura1.8se
muestra la diferencia que existe entre una curva calibrada y una no calibrada.
Figura 1.7Esquema de las partes componentes de una sonda presiométrica de Ménard.
Figura 1.8Curva volumen-presión corregida y no corregida (OLIVA, 2009)
La calibración de las pérdidas volumétricas son realizadas insertando la sonda verticalmente
en un tubo grueso de acero considerado indeformable y la calibración por pérdidas de
presión es realizadaexpandiendo el aire libre que sobrepase la resistencia de la membrana.
Los valores obtenidos en la calibración dependen del tipo de material, la resistencia y

18
espesor de la membrana, además del tipo de vaina y su estado de conservación.
1.6- Ensayos de Paleta (Vane Test)
El ensayo de paleta (Vane Test) es tradicionalmente empleado para determinar la resistencia
no-drenada de arcillas saturadas, sometidas a una condición de carga no drenada (Su).
Figura 1.9Equipo con que se realiza el ensayo
Cumple con lasnormasABNT NBR 10905/89 – Suelo – Ensayo de molinete “in situ” y ASTM
D2573-08 Standard test method for field vane sher test in cohesive soil.El ensayo consiste en
la introducción estática de una paleta de acero, con sección transversal en formato de cruz
(aspas) como se muestra en la figura 1.10, de dimensiones estándar, insertada hasta la
posición deseada para la ejecución del test.
El puntero va siendo hincado utilizando un sistema doble de varillas. El objetivo de este
procedimiento es eliminar cualquier fricción de la varilla del molinete de test con el suelo, y
eliminar interferencias en las medidas de resistencia.
Una vez colocado en posición, se aplica torque al puntero por medio de una unidad de
medición, con una velocidad de 0,1 a 0,2 grados por segundo. El torque máximo permite
obtener el valor de resistencia no drenada del terreno, en condiciones de un suelo natural
que no haya sufrido deformaciones.

19
Figura 1.10 Paleta de Vane Test
Posteriormente, para obtener la resistencia no drenada, representativa de una condición no-
drenada amalgamada de la arcilla, se gira rápidamente el molinete durante 10 vueltas
consecutivas, permitiendo evaluar la sensibilidad de la estructura de formación natural del
depósito arcilloso.
El equipamiento utilizado por Damasco Penna es de tipo “A”, que en ensayos realizados sin
perforación previa, y controlados electrónicamente, garantiza resultados y lecturas precisas.
1.6.2- Resultados obtenidos
A través de los ensayos de molinete (Vane Test), se pueden obtener los siguientes
resultados:
 Gráfico de torque en función de la rotación
Figura 1.11 Gráfico de torque en función de la rotación obtenido en el ensayo.

20
 Resistencia no drenada en condiciones naturales (Su);
 Resistencia no drenada en condiciones amalgamadas.
 Sensibilidad de la estructura de la arcilla.
1.7- Conclusiones parciales
La caracterización geotécnica de un local para el diseño de las cimentaciones puede ser
realizada mediante ensayos de campo. La elección entre uno u otro ensayo está en
dependencia del tipo de suelo, de los parámetros que se deseen determinar y de las
condiciones económicas del país. En el caso del ensayo de penetración estándar o STP su
principal utilidad está en la caracterización de suelos granulares. Para evaluar la resistencia
de suelos tanto no disturbados como compactados y estimar un valor de CBR en campo se
utiliza el ensayo DCP.La prueba de penetración estática con cono permite registrar la
resistencia por punta y por fricción lateralcon la profundidad. El ensayo del dilatómetro es
aplicado tanto a suelos granulares como a suelos cohesivos de poco a muy densos y de
blandos a duros y el ensayo de paleta es tradicionalmente empleado para determinar la
resistencia no-drenada de arcillas saturadas, sometidas a una condición de carga no
drenada.
Dentro de estos métodos losque usan resultados de ensayos presiométricos poseen algunas
ventajas inherentes sobre los demás.Los presiómetros puede ser clasificados en tres
categorías según la forma de insertarse en el suelo: presiómetro pre-perforante, auto-
perforante y presiómetros hincados. El presiómetro pre-perforante es el más utilizado en las
investigaciones de campo, el cual en días actuales es encontrado en diferentes versiones en
todo el mundo, destacándose en este grupo el presiómetro de Ménard (MPM).A pesar de la
poca o nula utilización del presiómetro de Ménard en Cuba las investigaciones existentes en
el mundo demuestran un gran potencial del ensayo, motivando su uso en nuestro país.

Capítulo 2. Los ensayos presiométricos
21
CAPÍTULO 2: LOS ENSAYOS PRESIOMÉTRICOS
2.1- Desarrollo histórico
Se puede decir que uno de los primeros en desarrollar un dispositivo que lograra transmitir
una presión al terreno a través de una membrana flexible fue el ingeniero alemán Kögler en
el año 1933. El aparato estaba constituido por dos medios cascos cilíndricos que, al
separarse, trasmitían un esfuerzo a las paredes. El desplazamiento de estos cascos era la
deformación del suelo y se podía trazar una especie de diagrama esfuerzo-deformación.
Sin embargo este invento tenía muchos contratiempos los principales eran que sus
resultados eran muy difíciles de interpretar y también que no se utilizaron las teorías
adecuadas para ello.
No fue hasta 1957 que el ingeniero francés Ménard desarrolló y puso en práctica el primer
aparato que era capaz de medir las deformaciones del suelo in situ. Este primer equipo se
conoció con el nombre de presiómetro.
En 1963, con la experiencia de varios años de uso del primer equipo, Ménard publicó las
primeras ecuaciones y relaciones entre los resultados del ensayo presiométrico y la
capacidad portante y los asentamientos en una cimentación. De aquí nació toda una teoría y
un cuerpo de doctrinas para el cálculo de cimentaciones superficiales y profundas basadas
en los resultados obtenidos en los ensayos presiométricos.
En todos estos años, se ha hecho un gran esfuerzo en tratar de mejorar y desarrollar nuevas
versiones de estos equipos, por ejemplo en 1984 se automatizó el presiómetro tipo Ménard,
en ese mismo año se desarrolló el presiómetro de alta presión para ensayos en roca.
También se ha ido avanzando simultáneamente en el campo de la interpretación y aplicación
de los resultados de estos ensayos en Francia, Inglaterra, Japón y Canadá, Italia, Brasil,
Noruega, Estados Unidos estos últimos cuatro más reciente.
Hay varios laboratorios de geotecnia en el mundo pero uno de los más importante es el
CEDEX, que dispone de varios equipos presiométricos para suelos y rocas y los viene
utilizando hace ya un tiempo, lo cual le ha permitido adquirir una cierta experiencia en este
tipo de ensayo.

22
2.2-Tipos de presiómetros y su evolución
Es importante señalar que la interpretación de un ensayo presiométrico no depende
solamente del tipo de suelo, también depende del presiómetro usado, la técnica de
instalación usada y del tipo de procedimiento del ensayo adoptado(la tensión o la
deformación controlada).
Varios procedimientos diferentes de la instalación de la sonda presiométrica en
suelospueden ser usados. Tales procedimientos tienen el objetivo de disminuir oeliminar los
efectos posibles de las perturbaciones generadas por la inserción de la sonda y, en segundo
lugar, busca una mejor adaptación de esa técnica del ensayo “in situ” en diversas
condiciones de subsuelo.
Respecto a las diferentes técnicas de instalación pueden ser mencionadostres grupos de
presiómetros:
 Presiómetro de pre-perforado o “prebored pressuremeters” (PBP).
 Presiómetro auto-perforante o “self-boring pressuremeters” (SBP).
 Presiómetro hincado o “pushed-in pressuremeters” (PIP).
2.2.1-Presiómetrodepre-perforación
Lospre-perforado (PBP) son colocados en hoyos previamente cavados, siendo la técnica de
excavación conforme con el tipo desuelo. Existen algunas versiones de este tipo de equipo,
que son los presiómetrosmás usados en las investigaciones de campo, los cuales en los días
actuales, son encontrados en diferentes versiones en todo el mundo. Destacan en este
grupo el presiómetro de Ménard (MPM), que es el único que posee una sonda presiométrica
con tres células (tricelular), siendo dos células de guarda y una central de medición. El
equipo de Ménard es dotado con unsistema de medición de variación de volumen mientras
otros modelos de presiometría poseen un sistema de medición de desplazamiento radial.
2.2.2-Presiómetro auto-perforante
El presiómetroauto-perforante fue propuesto por JÉZÉQUEL et al. (1968),en el laboratorio
Central de Ponts et Chaussées (LCPC), después de que se estudiarala influencia de la
metodología de la ejecución del ensayo presiométrico, cuestionando las técnicas de
instalación de los presiómetros de pre-perforación. Esos investigadores concluyeron que la
perturbación provocada en los suelos por la realización de excavaciones y posteriormente la

23
colocación de la sonda presiométrica afectaba significativamente los resultados del ensayo.
De este modo, en 1968, fue creado yusado el primer presiómetroauto-perforante (PAF-68),
con el objetivo deverificar qué ocurriría si la sondapresiométrica fuera introducida en elsuelo
sin la necesidad de pre–perforación.En teoría, los presiómetrosauto-perforantes no causan
disturbios en elsuelo adyacente, pero, en la práctica, es conocido que los disturbios
pequeños son generados durante su instalación, sin embargo es posible minimizarlos
suficientemente. Por tal, esos equipos piden una instalación muy cuidadosa, eso debe ser
logrado por unequipobien especializado.
Entre los tipos más conocidos de esta modalidad depresiómetro podemos citar,Presiómetro
Autofureur (PAF), desarrollado por JÉZÉQUEL(1968); y Self-Boring Pressuremeter (CSBP),
desarrollado a partir de una célula de cargamento auto-perforado (Camkometer)y creado por
Wrothen (1973). La diferencia básica de esos dos tipos de presiómetrosmonocelulares está
en el sistema de medición de la deformación. La sonda francesa (PAF) está equipada con un
sistema de medida de variación de volumen similar al usado en elpresiómetro de Ménard
(MPM), mientras que lasonda inglesa está equipadacon transductores de desplazamiento
radial.
2.2.3-PresiómetroHincado
Los presiómetrosque son empujados contra el suelo(inserción directa) son los del
tipo“pushed-in pressuremeters” (PIP) desarrollados en el final de la década de los 70. Estos
ensayos presiométricosson más rápidos que los otros, entre tanto producen disturbios
repetidos y grandes perturbaciones de suelo durante su instalación.
Se incluyen en estos tipos de presiómetros las sondas de grandes desplazamientos(Full
Displacement Pressuremeters, FDP), los conos presiométricos y las sondas de paredes
finas.
De acuerdo con SCHNAID (2000), los conospresiométricos fueron inventados básicamente
para la utilización en obras cerca de la costa, pero recientemente, nuevas versiones
similares adaptadas a camiones han sido usadas en obrasterrestres. En el prototipo original
delconopresiométrico, un presiómetro de 43,7 milímetros de diámetro es acoplado a una
punta cónica de 15 cm2
de sección transversal. El procedimiento de este tipo de ensayo
presiométrico sigue a una secuencia normalizada, en otras palabras, el conoes clavado en la
región a una velocidad de 2 cm/s y a profundidades predeterminadas la penetración es
interrumpida con el propósito de ampliar la sondapresiométrica. La interpretación de este

24
ensayo es más complicada que los demás ensayos presiométricos, porque la expansión de
la cavidad cilíndrica del presiómetro ocurre en un suelo ya perturbadopor la penetración del
cono.
2.2.4-Presiómetro de Ménard (MPM)
Elpresiómetro de Ménard (MPM) es un presiómetro de tipo PBP (pre bored pressuremeter)
opresiómetropre-perforado.
El prototipo desarrollado por MÉNARD (1955) difiere del equipo documentado por Kögler
básicamente en quela sondapresiométrica, en lugar de ser una sola cámara larga, está
compuesta por tres cámaras superpuestas, siendo una central, de medición, y una superior y
otra inferior llamadas células de guarda. Las células de guarda protegen la célula central de
los efectos causados por lalongitud finita del aparato, confinando einduciendo a ella para
crecer sólo en la dirección radial. De este modo, puede ser simulado que la sonda tiene
longitud infinita y, como consecuencia, crece en torno a la célula central con una condición
de deformación plana radial; la condición de la deformación plana inducida a la célula central
simplifica y facilita infinitamente la interpretación de este ensayo.
Puede ser utilizada la teoría de LAMÉ (1852) para calcular el módulo de Youngconsiderando
elsuelo ensayado como un medio elástico. En caso de que el medio presente un
comportamiento elastoplástico, puede ser asumida la formulación elastoplástica tipo Tresca,
propuesta por Bishop et al. (1945) y generalmente usada para la determinación de la
resistencia al cizallamiento en un material sin desgaste.
Existen tres tipos de presiómetros de Ménard:
 Tipo AND: fue el primero en ser creado y no es ni fabricado nivendido actualmente.
 Tipo GC: Es el más usado y tiene su uso destinado a los ensayosen suelo (Figura
2.1)
 Tipo GB: Existen pocos en uso en el mundo y son utilizados para ensayos en rocas.

25
Figura 2.1. Presiómetro de Ménard G-200 fabricado por GEOMATEC
La principal diferencia constructiva de los presiómetros del tipo GC es el hecho de que éstos
no poseían tres células independientes (una central y dos de guarda), pero contenían una
única célula separada y debidamente contenida en el interior de un recubrimientoa lo largo
del cuerpo de la sonda. El vacío en las extremidades de la célula central forma las células de
guarda.
Entre las causas de la existencia de estosdiferentes modelos de presiómetros de Ménard,
pueden ser mencionadas:
 La necesidad de adaptación del ensayo para una gran variedad de tipos de suelo y
rocas, siendo la primera serie de presiómetros (tipoE) proyectados para ensayar
suelos blandos a rígidoso de poroso a compactos.En la actualidad las versiones
existentes son capacesde lograr los ensayos en rocas sanas.
 La necesidad de la corrección de los problemas constructivos y tecnológicos de las
versiones principales.
No existe mucha información sobre la utilización del presiómetro de Ménard, ni de otros tipos
de presiómetros en la práctica corriente de cimentaciones en Cuba, aunque buenaparte de la
comunidad geotécnica estáen Francia, desde 1957, más de 300.000 construcciones públicas

26
tenían sus estudios geotécnicos basados exclusivamente en los resultados de los
ensayospresiométricos de Ménard.
En la tabla2.1 se muestra una comparación del potencial de obtención de parámetros
geotécnicos de acuerdo con el tipo de presiómetro.
Tabla2.1Potencial de utilización de ensayos presiométricos.
Tipos de
presiómetros
Parámetros de resistencia y compresibilidad de los suelos
u ´ Cu Dr mv Cv K G h OCR x
PBP N C B C B C N B C C C
SPB A A A A A A B A A A A
PIP B C B C C A B A C C C
Cono PIP B C B C C A B A C C C
Fuente: CLARKE (1995).
Leyenda: A: bueno; B: moderado; C: malo; N: imposible.
2.2.5-Evolución
El progreso obtenido en el análisis y la interpretación de los resultados de los ensayos
presiométricos han estado ocurriendo paralelamente al desarrollo de las técnicas de ensayo
y de los equipos. La creación del presiómetro auto-perforante ha sido la evolución más
sobresalientecomo un tododesde la época de la creación del equipo de Ménard, sin
embargo, los nuevos sistemas de medición están siendousados en presiómetros modernos,
siendo estos nuevos equipos provistos con transductores eléctricos, tanto de presión como
de desplazamiento. Con esto se pueden lograr mediciones más precisasdurante
larealización del ensayo, permitiendo medir la presión aplicada y la expansión generada en
varias secciones de la célula. La automatización de esos ensayosestá permitiendo al
operador un control de las tensiones o de deformaciones, en una velocidad constante o
incrementada.
Entre el progreso de las técnicas que se usan en los ensayos, destacan la realización de
ensayos cíclicos, que admiten el perfeccionamiento obtenido de los parámetros de

27
deformabilidad de los suelos (módulo de elasticidad transversal y módulo presiométrico de
Ménard), a través de ciclos de carga y descarga.
En la Tabla 2.2 se muestra la aplicabilidad de los tipos de presiómetros en relación con
diferentes clases de suelos.
Tabla 2.2 Aplicabilidad de los ensayos presiométricos.
Tipos de
presiómetros
Roca Tipo de suelo
Sano Blanda Gravas Arena Limo Arcilla Cieno
PBP A A B B B A B
SPB N A N B A A A
PIP N N N B A A B
Cono PIP N N N A A A A
Fuente: CLARKE (1995)
Leyenda: A: buena; B: moderada; C: baja, N: imposible.
2.3-Obtención de parámetros de resistencia, deformabilidad de suelo y
correlación.
Los análisis realizados en los ensayos presiométricos de pre- perforación para la obtención
de parámetros de ingeniería son conducidos asumiéndose que los disturbios generados en
las paredes de la pre-perforación provenientes de la excavación y la incepción de la sonda
son mínimos y no afectan las propiedades del suelo. Dentro de esos parámetros obtenidos
directamente por el método de Ménard se pueden destacar el módulo presiométrico o
módulo de Ménard (Em) y la presión límite (Pl).
En los párrafos siguientes serán presentados los principales parámetros obtenidos
directamente de ensayos presiométricos de pre-perforación con tensión controlada, en
especial los ensayos presiométricos de Ménard según las normas francesas P94-110/91
AFNOR y la americana ASTM D-4.719/87.

28
2.3.1-Parámetros de deformabilidad
Los parámetros de deformabilidad obtenidos a partir de ensayos presiométricos parten de la
hipótesis de que la linealidad del trecho pseudoelástico de la curva presiométrica se
relaciona con el comportamiento lineal elástico de los suelos. Así se puede aplicar la teoría
de la elasticidad para la expansión de una cavidad cilíndrica en un modelo elástico e infinito
(LAMÉ 1852)cuya expresión simplificada es:
G = V*(∆p / ∆V) (1)
Siendo G el módulo de elasticidad transversal, P la presión de la cavidad y V el volumen de
la cavidad.
Figura 2.2Resultado típico de un ensayo presiométrico de Ménard con dilatamiento del
trecho pseudo-elástico.
En esta fase, el valor de (∆p / ∆V) que equivale al coeficiente angular del trecho
pseudoelástico de la curva presiométrica corregida, permanece constante durante el ensayo,
en cuanto al volumen V, correspondiente al volumen de la cavidad, varía constantemente.

29
BAGUELIN et al. (1978) relata que el valor de V podría ser tomado en función del valor del
punto medio entre el volumen inicial (V0) y el final (Vf) de esa fase pseudoelástica de la curva
presiométrica corregida, o sea:
V= Vs + Vm= Vs + (V0 + Vf) / 2 (2)
En donde Vs es el volumen inicial de la célula central de la sonda en reposo, V0 es el
volumen correspondiente al inicio del trecho pseudoelástico de la curva presiométrica
corregida, Vf es el volumen correspondiente al final del trecho pseudoelástico de la curva
presiométrica corregida y Vm es el volumen medio de expansión de la sonda en el trecho
pseudoelástico conforme se muestra en la Figura 2.2.
En este caso, se tiene
G = (Vs + Vm)*(∆p / ∆V) (3)
Asumiendo la hipótesis anterior, se puede rehacerG en función de E utilizando la relación de
abajo:
G= E / [ 2 ( 1 + v)] (4)
En esa expresión E es el módulo de elasticidad y v es el coeficiente de Poisson. Se sigue
que:
E= 2*(1+v)*(Vs + Vm)*∆p / ∆V (5)
Por tanto se puede entonces decir que:
Em= 2*(1+v)*[Vs + (Vf – V0) / 2]*∆p / ∆V (6)
En donde Em es el módulo de Ménard o presiométrico.
Ese parámetro de deformabilidad del suelo, que queda obtenido a través del ensayo
presiométrico y llamado módulo presiométrico, puede también ser denominado módulo de
Ménard (Em).
Un arcilla saturada, en condiciones no drenada, tendría un coeficiente de Poisson 0,5. En
la tabla 2.3 se presentan algunos valores típicos del coeficiente de Poisson.
Tabla 2.3 Valores típicos del coeficiente de Poisson.
Suelo v
Arenas poco compactas 0,2

30
Fuente: HACHICH et al. (1998).
En 1967 en los centros de estudio de Ménard se propuso un valor constante de 0.33 para el
coeficiente de Poisson. Las normas americanas ASTM D-4.779/87 presentan la expresión (6)
y recomienda que se utilice el valor de 0.33 para el coeficiente de Poisson (v).
Para la aplicación en la práctica, el módulo de Ménard puede ser calculado por la expresión
(7) en el que el valor de K (coeficiente de la sonda), se define por la expresión (7a), puede
ser asumida como una constante para diferentes tipos de sonda. De este modo, para la
sonda BX se asume Vm  3
y Vs  3
K 2000 cm3
, siendo el módulo de
Ménard calculado por la expresión (7b). De modo general, K varía de 2000 a 2700 cm3
.
Em= K [(pf – p0) / (Vf – V0)]= K*∆p / ∆V (7)
K= 2*(1+ v)*(Vs + Vm)= 2,66*(Vs + Vm) (7a)
Em= 2000*∆p / ∆V (7b)
Existen algunas limitaciones en la definición del módulo de deformabilidad del suelo como es
el hecho de ser dudosa las condiciones drenadas o no drenadas del ensayo en algunos
casos y la imposición implícita del comportamiento lineal del suelo en la interpretación de los
ensayos.
2.3.2-Parámetros de resistencia al cizallamiento del suelo.
2.3.2.1-Concepto de presión límite (Pl).
La presión límite es definida como la máxima presión alcanzada en un ensayo presiométrico
para la cual la cavidad continuará expandiéndose indefinidamente. No obstante, en la
práctica no es posible llegar a esa presión ya que la expansión de la membrana es limitada
(700 a 750 cm3
). Por tanto la presión límite puede ser obtenida, extrapolándose la curva
corregida del ensayo para un caso hipotético de un volumen tendiendo a infinito.
En otras palabras se puede decir que la presión límite es obtenida cuando la variación
volumétrica (∆V) durante el ensayo alcanza un valor igual al volumen inicial de la cavidad. En
Arenas compactas 0,4
Limo 0.3-0.5
Arenas saturadas 0.4-0.5
Arenas no saturadas 0.1-0.3

31
ese caso ∆V/Vi= 1, siendo ∆V la variación de volumen de la sonda y Vi el volumen inicial de
la cavidad (Vi= Vs+V0
Ménard redefine la presión límite como la presión requerida para doblar el volumen inicial de
la cavidad (Vi= Vs + V0), o sea Vl= 2Vi. Eso ocurre a un volumen Vl siendo Vl - V0 = Vi = Vs +
V0. Por tanto en términos de volumen inyectado o leído en el volumímetro (∆V), se tiene que
Vl= Vs+2V0conforme se ilustra en la Figura 2.3.
Figura 2.3 Presión límite: relación entre el volumen inyectado y el volumen de la
cavidad.
La presión límite no es una propiedad fundamental de los suelos, solamente es utilizada en
cálculos de capacidad de carga de cimentaciones y para la determinación de otros
parámetros de resistencia de suelo, que puede ser utilizado para la comparación con
parámetros obtenidos en otros ensayos.

32
Existen varias maneras para la obtención de la presión límite, que va desde una simple
extrapolación manual de la curva presiométrica hasta métodos más elaborados como son los
procedimientos gráficos. BAGUELIN et al. (1978) menciona algunos métodos para la
extrapolación de la curva presiométrica corregida para la obtención de la presión límite
(Gibson e Anderson, 1961; Van Wanbeke y D’Henricourt, 1971; Jézéquel, 1974).
En este trabajo se utilizó una adaptación del método propuesto por las normas americanas y
francesas.Este método se basa en un gráfico semi-logarítmico, donde son ploteados algunos
valores de presión a la fase plástica del suelo y, en las ordenadas, los valores de variación
de volumen inyectados correspondientemente a esa presión en escala logarítmica.
Normalmente, tres pares de valores son suficientes para la determinación de la presión
límite. Se interpolan esos puntos prolongados a la recta hasta el valor correspondienteVl=
Vs+2V0. La respectiva abscisa corresponde a la presión límite (Pl).
La Figura 2.4 ilustra gráficamente el proceso utilizado en este trabajo para la obtención de la
presión límite (Pl).
Figura 2.4 Método utilizado para la obtención de la presión límite.
2.3.2.2-Presión de fluencia o de Creep(Pf)
La presión de Creep o de fluencia es la presión que corresponde a la frontera entre las fases
de reacción pseudoelástica del suelo y la fase de grandes deformaciones del suelo, en el
camino de las tensiones del ensayo presiométrico.

33
Aunque la presión de fluencia no sea usada directamente como parámetro de proyecto, esta
es calculada para verificar la calidad del ensayo realizado y en los cálculos aproximados de
la presión límite y el módulo de Ménard. El valor de la presión de fluencia puede ser obtenido
directamente a través de la curva de Creep o de fluencia.

34
 Curva de Creepo de fluencia
La finalidad de la curva de Creep es editar ambigüedades en la definición del límite del
trecho lineal de la curva presiométrica, auxiliándonos de la determinación de la presión de
Creep (Pf) y en el cálculo aproximado de la presión horizontal inicial (P0).
En la curva de Creep los resultados del ensayo son representados en un gráfico que
relaciona la presión aplicada a la diferencia de volumen inyectado medida en intervalos de
tiempo de 60 y 30 segundos (V60-V30), después de la estabilización del incremento de presión
aplicada. El método para la obtención de la presión horizontal inicial y de Creep consiste en
encontrar los valores de la presión correspondiente a la intersección entre las tres rectas que
pueden ser ajustadas en el referido gráfico. La determinación de la curva de fluencia y la
obtención de la presión horizontal inicial y de fluencia son mostrados en la Figura 2.5 y 2.6.
Figura 2.5.Curva corregiday de Creep de losensayo presiométrico PMT- 02 a 4 metros.

35
Figura 2.6.Curva corregiday Curva de Creep do ensayo presiométrico PMT- 08 a 2
metros.
Cuando la curva de creep no queda de forma semejante a la esperada, principalmente en la
fase inicial imposibilitando la estimación de P0, se puede inferir que el ensayo fue iniciado
con las presiones muy altas.
2.3.3-Tensión horizontal en reposo (ho)
Otros parámetros que pueden ser estimados en un ensayo presiométrico de Ménard es la
tensión horizontal en reposo del suelo (ho). Sin embargo, son grandes las posibilidades de
error en ese cálculo aproximado.
Esa presión horizontal inicial es generalmente tomada como al presión correspondiente al
inicio de la fase pseudoelástica de la curva presiométrica típica corregida. Entre tanto, en
ensayos presiométricos como pre-perforado la presión inicial (P0)no corresponde
necesariamente a la magnitud de (ho) debido a la perturbación causada durante la ejecución
del pre-perforado y de la instalación de la sonda presiométrica (perturbaciones generadas en
el suelo, efecto de variación o estado de tensión durante la excavación y en algunos casos
debido a la presión de fluidos estabilizantes). Por lo tanto, si el presiómetro fuese insertado

36
en un terreno semi perturbado la presión inicial horizontal (P0) correspondería al estado
tensional (ho). En la práctica se verifica que la presión horizontal en reposo sea un poco
mayor que la presión inicial estimada en ensayos como pre-perforados.
Varias evidencias han llevado a creer que los presiómetros auto-perforantes son los
ensayos presiométricos con mayor potencial para la validación satisfactoria de ese índice,
sin embargo posee limitaciones en suelos residuales debido a los efectos de succión
generado en presencia del agua durante el proceso de instalación de ese tipo de sondas
auto-perforantes.
Dentro de los métodos sugeridos para la obtención de la tensión horizontal inicial a partir de
datos proporcionados por los ensayos presiométricos se citan lo de BAGUELIN et al. (1978),
BRIAUD (1992) y CLARKE (1995).
BRANDT (1978) sugiere un método gráfico bastante simple para la obtención de la tensión
(ho). En ese método, la tensión P0 correspondiente a la tensión horizontal del suelo en
reposo es obtenida por la intersección de dos rectas trazadas en la curva presiométrica: una
paralela al trecho pseudoelástico y otra tangente al trecho de recompresión de la sonda
inducida. Naturalmente se afirma la necesidad de valores de referencia para que haya
confiabilidad de ese método, ya que el mismo no presenta ninguna justificación teórica, de
manera semejante a la determinación de la tensión pre-consolidación propuesta por
Casagrande en 1936.
Según TOLEDO FILHO (1986) otro método de estimación de tensión horizontal en reposo en
arcillas rígidas, basada en la resistencia al cizallamiento del suelo, fue propuesto por
Marsland y Randolph en 1977. En ese método, no menos susceptible de errores de criterio,
son arbitrarios los valores para P0. Enseguida, conociendo los valores de presión límite (Pl),
se calcula un valor de cohesión no drenada (Cu), según la teoría de PALMER (1972)
finalmente se marca en un gráfico de curva corregida (en el eje de las abscisas–presión
corregida) los puntos correspondientes a (P0+Cu), verificándose el punto correspondiente al
trecho en que la curva corregida se torna significativamente no lineal. El punto que mejor se
ajusta a esa condición corresponde a la presión inicial (P0).
JÉZÉQUEL et al. (1968) determina dos problemas prácticos en la determinación de ese
parámetro. El primero es que, si el diámetro es mucho mayor que el de la sonda, la
resistencia del conjunto de membrana y de recubrimiento puede ser significativa cuando es
comparada con las presiones (normalmente bajas) para alcanzarse el valor de (ho). El autor

37
también menciona que debido a la existencia de pocos puntos en el trecho inicial de la curva
la determinación de (ho) es imprecisa.
2.3.3.1- Coeficiente de empuje en reposo (K0)
Es fácil concluir que, conociendo la tensión horizontal efectiva inicial (´
ho), el peso específico
del suelo y la presencia del manto freático, se puede calcular la tensión vertical efectiva (´
vo)
a esa profundidad y consecuentemente el coeficiente de empuje en reposo (K0) por la
expresión.
K0= ´
ho/´
vo (8)
2.3.4-Clasificación de los suelos.
Los intervalos de valores de presión límite, de Creep y los módulos presiométricos, además
de las razones entre esos parámetros, proporciona algunas indicaciones de la naturaleza de
la capa del suelo investigada.
La deformación del suelo utilizando artificios descritos anteriormente es de gran importancia
en el ensayo sin excavación previa (ensayos auto-perforados o de inserción directa). En el
caso de los ensayos presiométricos como el pre-perforado los resultados de esa correlación
para clasificación de suelos son completados por examen visual y físico de las muestras
retiradas por el perforador u otros tipos de equipos utilizados en la excavación de pre-
perforados.
La forma de la curva presiométrica corregida puede ser utilizada en la identificación de los
principales tipos de suelos siendo esto posible con mayor precisión en curvas obtenidas con
presiómetros auto-perforados. También se puede obtener un indicador cualitativo del tipo de
suelo a través de la curva de descarga de un ensayo presiométrico auto-perforante
(CLARKE 1995).
Un método alternativo de clasificación de suelos según los parámetros obtenidos por la vía
de los ensayos presiométricos de Ménard puede ser por la correlación de rigidez
representada en la parte inicial de la curva del ensayo con la resistencia representada en la
parte final de esa curva. Correlación entre los parámetros Pl, Pf y En son utilizados en este
tipo de clasificación.
En la tabla 2.4 se muestra ese tipo de clasificación según la correlación Em / Pl (BAGUELIN
et al., 1978).

38
Los intervalos de variación de los valores de las relaciones entre el módulo presiométrico y la
presión límite son también de acuerdo al tipo de suelo en estudio. Por ejemplo, elevados
valores de Em / Pl (12 a 30) son típicos de suelos sobre consolidados y valores bajos de Em /
Pl (5 a 8) prevalecen más en suelos aluvionares normalmente consolidados (arenas, gravas,
arenas limosas saturadas).
Según BAGUELIN et al. (1978), algunos autores sugieren el estudio sistemático de este tipo
de relación porque así consiguen un intervalo de variación menor y se tiene una mejor
caracterización de los diferentes tipos de suelos.
Tabla2.4 Clasificación de los suelos en función de Em/Pl.
Tipo de suelo Em / Pl
Arenas sueltas a poco compactas 4 - 7
Arenas medianamente compactas a compactas 7 - 10
Cieno 8 – 10
Arcillas blandas a rígidas 8 – 10
Arcillas rígidas a duras 10 – 20
Loess (1) 12 – 15
Suelo de alteración de roca (2) 8 – 40
Notas:
1. Loess: Material fino depositado por el viento.
2. Para suelos de alteración o en rocas alteradas, el valor de Em / Pl
varia conforme el grado de alterabilidad de esos suelos y rocas.
Fuente: CLARKE (1995)
En la tabla2.5se presentan algunos valores de Em y Pl para algunos tipos de suelos.

39
Tabla2.5 – Valores típicos de Em e Pl.
Tipos de suelos Em(kPa) Pl(kPa)
Cieno 200-1500 20-150
Arcilla blanda 500-3000 50-300
Arcilla media 3000-8000 300-800
Arcilla rígida 8000-40000 600-2000
Calcáreo arcilloso 5000-60000 600-4000
Arena limosa suelta 500-2000 100-500
Limo 2000-10000 200-1500
Arenas y gravas 8000-40000 1200-5000
Arenas sedimentarias 7500-40000 1000-5000
Calcáreo 80000-20000000 3000-10000
Rellenos jóvenes 500-5000 50-300
Rellenos antiguos 4000-15000 400-1000
Fuente: GAMBIM Y ROSSEAU (1975)
La correlación e intervalos de variación entre la presión límite y la de fluencia (Pl/Pf) pueden
también tener utilidad, sin embargo necesita ser realizada para su caso práctico. Valores
típicos de esa relación para suelos arcillosos varían de 1.6 a 1.8; y en arenas, esa razón
puede asumir valores de 2. (BAGUELIN et al., 1978).
2.3.5-Correlación con parámetros obtenidos en otros ensayos
Las correlaciones entre los varios ensayos realizados en suelos, en especial los ensayos de
campo, son objeto de varios estudios. Las principales razones de esa investigación son:
 Promover mejor entendimiento del comportamiento fundamental de los suelos, ya
que diferentes ensayos hacen que el suelo se recupere de formas diferentes, tal
como las deformaciones con relación al tiempo en que estas ocurren.
 Investigar una manera económica y determinar parámetros físicos de los suelos que
pueden ser utilizadas en ecuaciones clásicas de capacidad de carga. El objetivo en
este caso, es sustituir un ensayo más caro por otro de menor costo.
 Promover una manera de estimar los resultados de diferentes ensayos que fueron
realizados en un lugar específico. Si estas comparaciones se mostraron no
representativas entre estos tipos de ensayos realizados en el mismo local, es

40
razonable admitir que uno de ellos o ambos no fue debidamente ejecutado. Otra
posibilidad es de que la correlación sea válida, pero la descripción del suelo fuera
incorrecta, ya que varias relaciones se adecuan a determinado tipo de suelo.
 Permitir la identificación de los tipos de suelos sin la necesidad de muestras y un
contacto físico o visual con el suelo.
Esas comparaciones deben ser entendidas en términos globales, ya que se pueden observar
una gran dispersión de resultados en ellas. Tal dispersión se debe a grandes variaciones del
tipo de suelo y a las condiciones en las cuales estos son encontrados normalmente en la
naturaleza. Otro factor responsable por estas dispersiones es el hecho de que los
procedimientos – patrón de los diferentes ensayos- no siempre son debidamente seguidos o
respetados, además da mayor o menor influencia la técnica operacional utilizada en la
ejecución del ensayo.
2.3.5.1 Correlación entre PMT y DMT
Existe alguna información referida a la correlación entre el parámetro obtenido por el ensayo
dilatométrico de Marchetti (DMT) y el ensayo presiométrico PMT. Esa correlación obtenida
por el ensayo presiométrico y dilatométrico es de gran valor práctico para proyectistas de
cimentaciones superficiales y profundas. Algunas de esas correlaciones son citadas por
Marchetti en 1997 e indicadas posteriormente.
P0 / Pl = 0,8 (Schmertmann, 1987) (9)
En donde P0 es la presión inicial obtenidas en ensayos dilatométrico y Pl es la presión límite.
Ep = 0,4 ED (Kalteziotis et al., 1991) (10)
En donde Em y Ep son, respectivamente, los módulos presiométricos y dilatométrico.
DUMAS et al. (1992) utilizó resultados de DMT en la verificación de ensayos de proyectos de
compactación dinámica. Según el autor, el asentamiento calculado por el DMT tuvo buena
aproximación con el asentamiento calculado utilizando resultados PMT.
ORTIGÃO et al. (1996) utilizó tanto el ensayo presiométrico de Ménard como el ensayo
dilatométrico de Marchetti en un estudio de investigación de campo de arcillas porosas en la
ciudad de Brasil, obteniendo buenos resultados en la comparación del módulo de elasticidad
obtenida en ambos ensayos.

41
En lo que se dice respecto a la correlación entre los parámetros obtenidos por DMT y PMT,
otras contribuciones fueron hechas por LUTENEGGER (1988) y Sawada en 1995.
2.3.5.2-Correlación entre la resistencia en punta (Rp o qc)y la presión límite.
La correlación entre Rp y Pl fueron desarrolladas teóricamente y experimentalmente. Se
verificó que existe proporcionalidad entre la resistencia en punta (Rp o qc) obtenida en
ensayos de cono (CPT) y la presión límite. La relación Rp/Pl es constante para determinado
tipo de suelo, pero varía con la distribución granulométrica y su humedad. En la tabla 2.6 se
muestran valores típicos de esa relación propuesta por Ménard, según DICKRAN (1986).
Tabla2.6 Valores típicos de Rp/Pl.
Tipo de suelo Rp/Pl
Arcillas 2.5 a 4
Limo 5 a 6
Arenas 7 a 9
Fuente DICKRAN (1986).
En la tabla 2.7 se muestran valores típicos de relación entre la resistencia en punta del cono
estático (qc) y la presión límite (Pl).
Tabla2.7 Valores de qc/Pl.
Tipo de suelo qc/Pl
Arcillas 3,5
Limo 5,5
Arenas 10
Arenas compactas y grava 12
Fuente AMAR et al. (1991).
Según CLARKE (1995) Van Wieringen mostró, a través del estudio teórico y experimental,
que la resistencia en punta del cono (qc) puede ser correlacionada con la presión límite a
través de la siguiente expresión:
 qc= 3*Pl(para arcillas)

42
 qc= 15*(tanΦ)1,75
*Pl (para arenas)
En la tabla 2.8se muestran resumidamente los resultados del estudio realizado por De Beer,
Van De Pitte y Van Wambeke, relacionado con la relación Rp/Pl en función del ángulo de
desgaste para suelos no cohesivos.
Tabla2.8 Valores de la relación entre RpyPlen función del ángulo de desgaste.
´ Rp/Pl
10 2.3 a 3.1
20 3.6 a 4.7
30 5.5 a 7.3
40 8.7 a 11.6
50 14.7 a 19.6
Fuente: NUYENS (1973).
2.3.5.3-Correlación entre Pl y´
Según CLARKE (1995), Mair y Wood no se debe estimar valores para ´ utilizando valores
de ensayos presiométricos de pre-perforación, ya que los disturbios generados en el suelo
son elevados. Entre tanto Ménard y Muller citan que:
Pl= b*2(´-24)/4
(11)
En el que los valores de b son igual a 1.8 para arenas saturadas, 3.5 para arenas secas y
2.5 para situaciones medias.
2.3.5.4 Correlación entre Em y Eoed
Según CLARKE (1995), Mair y Wood no se debe estimar valores para ´ utilizando valores
de ensayos presiométricos de pre-perforación, ya que los disturbios generados en el suelo
son elevados. Entre tanto Ménard y Muller citan que:
Eoed=Em/αf(12)
Siendo los valores de αr dados por la tabla 2.9

43
Tabla2.9 – Valores típicos de αf
Tipo de suelo αf
Arcillas 2/3
Limo 1/2
Arenas 1/3
Grava 1/4
Nota: enrellenos muy compactados, los valores de αf puede ser
superior a 1
Fuente: AMAR et al. (1991).
2.3.5.5-Correlación para la resistencia no drenada (Su)
Estudios utilizando ensayos presiométricos con pre-perforaciónpara estimar la resistencia al
cizallamiento no drenada del suelo (Su) son resaltados en la literatura internacional teniendo
como referencia valores de Su obtenidos por ensayos triaxiales UIU. La mayoría de esas
investigaciones son realizadas, utilizándose correlaciones empíricas como la presión límite
líquida (Pl*). En ese caso Pl*= (Pl-P0), siendo P0 la presión correspondiente a la presión
horizontal del suelo en reposo.
Es importante destacar que si la presión límite del suelo fuese elevada, los errores en la
estimación de P0 son poco significativos para la obtención de la presión límite líquida
corregida (Pl*). En caso contrario, como en suelos blandos, por ejemplo, donde es común
encontrar bajos valores de Pl, es requerido mayor cuidado en la estimación de P0.
Según BRIAUD (1992), la resistencia no drenada (Su) se relaciona con la presión límite
líquida según la siguiente expresión:
Su= Pl*/ B (13)
En el que Pl* es la presión límite líquida y B es un parámetro que varía de 5.6 a 7.4.
MÉNARD (1957) relata que la presión límite obtenida en el ensayo PBP se relaciona con Su
según el factor K que varía de 2 a 5 satisfaciendo la expresión.
Su= Pl* / k (14)
Otra correlación para la estimación de Su son mostradas en la tabla 2.10

44
Tabla2.10 Correlación para laestimación
Su (kPa) Autores (es)
Pl*/10+25 Amar & Jézéquel, 1972
0.67xPl* 0.75 Baguelin et al. & Briaud et al, 1985
Pl*/7.8 Powell, 1990
Fuente: CVALCANTE et al. (2000).
En la tabla 2.11 se muestra la relación empírica para la obtención de Su para arcillas,
teniendo en cuenta la consistencia de la misma
Tabla2.11 Correlación para la estimación de Su en función de la consistencia.
Su (kPa) Consistencia Autores
pl* / 5.5 Blando a dura Cassan, Amar e Jézéquel, 1972
pl* / 8 Rígida a dura Cassan, Amar e Jézéquel, 1972
pl* / 15 Rígida a muy rígida Cassan, Amar e Jézéquel, 1972
pl* / 6.8 Rígida Marsland y Randolph, 1977
pl* / 5.1 Todas Lukas y LeClerc de Bussy, 1976
pl* / 10 Rígida Martin y Drahos, 1986
pl* / 10 + 25 Blanda a rígida Jonson, 1986
2.3.5.6-Correlación entre el ensayo PMT y SPT
SegúnBAGUELIN et al. (1978), varios investigadores (Cassan, 1968; Hobbs y Dixon, 1969;
Waschkowski, 1976) obtuvieron resultados comparativos entre el índice N obtenido en el
ensayo SPT y la presión límite. Una gran dispersión de los resultados de esa investigación
pueden ser observados, cuyos valores de relación N/Pl varían en un intervalo de 2 x 10-2
a 5
x 10-2
(m2
/kN).
Es importante observar que esa correlación no hace nunca referencia a la eficiencia de los
equipamientos ni a sus características.

45
Waschkowski propone una correlación entre esos parámetros exclusivos para arena (arenas
limosas), siendo
N/Pl= 2 x 10-2
(m2
/kN) (15)
2.4- Aplicación a proyectos de cimentaciones
Los métodos directos para la determinación de la capacidad de carga y estimación de
asentamiento de cimentaciones superficiales y profundas en los cuales se utilizan resultados
de ensayos presiométricos, fueron originalmente desarrollados por Ménard. En tales
métodos son utilizados los resultados de ensayos presiométricos de manera semejante a
aquellos que usan los resultados del ensayo SPT propuesto por Terzaghi y Peck en 1948.
Esos métodos directos permiten la aplicación de parámetros obtenidos en ensayos
presiométricos en proyectos de ingeniería, teniendo como base estudios y correlaciones de
origen empírico y semi empírico, desarrollada a partir de estudios teóricos y la observación
del comportamiento de obras y ensayos realizados en cimentaciones a verdadera grandeza.
Es importante señalar que los parámetros de proyecto son obtenidos de manera normalizada
y son funciones del tipo de instalación de la sonda presiométrica, el procedimiento del
ensayo utilizado y de los métodos de interpretación adoptado.
El presiómetro de Ménard va siendo extensivamente utilizado en Francia en investigaciones
de campo, para proyectos de varios tipos de cimentaciones sujeta a diversas formas de
solicitaciones. Dentro de los métodos directos de análisis de proyectos de cimentaciones, se
destaca el método directo de Ménard.
2.4.1-Método directo de Ménard
En este método desarrollado para análisis de resultados de ensayos presiométricos de
Ménard (MPM), se asume que la capacidad de carga del suelo (qu) se relaciona con la
presión límite Pl a través del factor de capacidad de carga Kp y los asentamientos con el
módulo de Ménard (Em). Esas correlaciones fueron desarrolladas a través del estudio teórico
del comportamiento de cimentaciones y de observaciones en el rendimiento real de esas
estructuras.
 Factor de capacidad de carga (Kp)
Se define por la siguiente expresión

46
Kp= (qu - v) / (Pl - h0) (16)
En donde qu es la capacidad de carga del suelo,v es la tensión vertical totalen la cota del
asentamiento (D) de la cimentación;hoes la tensión horizontal en reposo y Pl es la presión
límite obtenida en la cota del ensayo.
El factor de capacidad de carga (Kp) depende del tipo de suelo, de la profundidad, de la
forma y del método de excavación de la cimentación.
Los valores de Kp varían de 0.9 a 9, siendo los valores mínimos correspondientes a una
cimentación asentada en la superficie del terreno.
En suelos homogéneos, los factores de Kp aumentan con la profundidad. Se torna constante
a una profundidad crítica, que está en función del ancho o dimensión equivalente del
cimiento (Be) dada por la expresión
Be= 4A/P (17)
En donde Aes el área de la base de la cimentación y P es el perímetro de la base.
En las cimentaciones profundas hay una capacidad de carga adicional debido al desgaste
lateral y a la adherencia, que son función de la presión límite y depende de la forma de la
cimentación, de la superficie lateral del fuste y del método de excavación.
En latabla 2.12 se relacionan valores de profundidad críticos en tramos de dimensiones
equivalentes para diferentes tipos de suelo.
Debido a las perturbaciones del suelo durante la fase de excavación de una cimentación, en
la práctica los valores de Kp tienden a ser más bajos que los valores teóricos propuestos por
GAMBIM (1963).

47
Tabla2.12Valores de la profundidad crítica
Tipo de suelo
Categoría
del suelo
Profundidades críticas en
función de Be
Cimentación
aisladas
Cimentación
corrida
Arcilla
I 2Be 3Be
Limo
Arcilla rígida o marga
II 5Be 6Be
Limo compacto
Arena compresible
Roca blanda o alterada
Arena y grava
III 8Be 9Be
Roca
Arena muy compacta e grava IIIA (IV) 10Be 11Be
2.4.2-Capacidad de carga en cimentaciones
La capacidad de carga qu para cualquier tipo de cimentación verticalmente cargada está
dada por la siguiente expresión:
qu - v = Kp*(Pl - h0) (18)
En el que v es la tensión vertical total en la profundidad (D) del asentamiento de la
cimentación, Kp es el factor de capacidad de carga,hoes la tensión horizontal en reposo en
la cota del ensayo y (Pl-ho) es la presión límite líquida (Pl
*
).
La expresión (18) fue obtenida por Ménard (1963) a través de la correlación de la resistencia
en punta del pilote y la presión límite obtenida durante la expansión de una cavidad esférica
y es comparada con la presión límite obtenida durante la expansión de una cavidad
cilíndrica. La teoría elastoplástica utilizada para el estudio involucran los conocimientos de la
profundidad crítica.
Si las propiedades del suelo son homogéneas, debajo de la profundidad crítica los intervalos
de valores entre la presión límite para las cavidades esféricas y cilíndricas permanecen

48
constantes. En la profundidad crítica de la superficie del terreno, esos mismos intervalos de
valores disminuyen hasta llegar a un valor mínimo correspondiente a la cota de la superficie
del terreno.
Esas aproximaciones fueron realizadas por Vesic y más recientemente por Bellotti y un
grupo de investigadores de la ciudad de Torino.
2.4.2.1-Capacidad de carga en cimentaciones superficiales.
Como se mencionó anteriormente, la capacidad de carga de una cimentación superficial está
dada por la expresión (18) en función de la presión límite líquida equivalente y una
profundidad de penetración (He). El factor de capacidad de carga (Kp) es obtenido
directamente del gráfico propuesto por algunos investigadores.
 Según MÉNARD (1963)
El valor del parámetro de capacidad de carga Kp puede ser obtenido de la figura 2.7, en la
cual es ajustado, teniéndose en consideración la profundidad de asentamiento, las
dimensiones de ancho (B) de la cimentación, las condiciones y el tipo de suelo dentro de la
zona de influencia de esa condición. Ese factor de capacidad de carga para cimentaciones
superficiales está en función de la forma de la base de esta conforme se muestra en la tabla
2.13.
Tabla 2.13 Valores de Kp.
Tipo de base Valor de Kp
Cuadrada o circular Kp
Corrida Kp/1.2
Rectangular Kp/1.2+(Kp/0.6xB/L)
En suelos homogéneos, la presión límite líquida equivalente (Pl-ho) o Pl
*
es calculada
utilizando una media geométrica del resultado del ensayo presiométrico ejecutado dentro de
una zona de 1.5 B, abajo y encima de cota de asentamiento de la cimentación (zapata),
siendo B el ancho de esta, conforme se muestra en la expresión:
(Pl-h0 )e= [(Pl-h0 )1 x (Pl-h0 )2 x (Pl-h0 )n]1/n
(19)

49
En donde n es el número de ensayos realizados a esa zona de 1.5B.
La profundidad relativa de la cimentación o profundidad de penetración (He) es calculada
según la expresión:
He= [1/ (Pl -h0 )e ] ∑ [(Pl -h0 )i . zi] (20)
En donde zi corresponde a la espesura de la capa donde fueron realizados los ensayos y (Pl-
ho)i los valores de presión límite líquida obtenida en diferentes profundidades.
 Según BAGUELIN et al. (1978)
El coeficiente de capacidad de carga es obtenido por la figura 2.8 y 2.9 a partir de la presión
límite líquida equivalente y de la relación D/B donde D es la profundidad de asentamiento de
la cimentación y B es el ancho o diámetro de esta.
Figura 2.7 Gráfico para la obtención de Kp para cimentaciones superficiales (MÉNARD,
1963)

50
Figura 2.8 Curvas para la obtención de Kp (BAGUELIN et al., (1978).
Figura 2.9 Curvas para la obtención de Kp (BAGUELIN, JÉZÉQUEL y SHIELDS, 1978)
(continuación).
2.4.2.2- Capacidad de carga en cimentaciones profundas.
La capacidad de carga de una cimentación profunda se debe a la suma de las parcelas
correspondientes a la resistencia en punta y el desgaste lateral. Los valores
correspondientes de estas parcelas pueden ser obtenidos separadamente a través del
análisis de resultados de ensayos presiométricos.

51
 Capacidad de carga en punta.
La capacidad de carga en punta (Qp) de una cimentación profunda con punta cerrada es
usualmente dada por la siguiente expresión:
Qp= Ap*qmáx= Ap*(Kp*Ple* + v)(21)
En donde Ap es el área de la base (punta) de la estaca o pilote, Ple
*
es la presión límite
líquida equivalente, ves la tensión vertical total en la cota de la base del pilote y Kp es el
factor de capacidad de carga.
La capacidad de carga en punta para pilotes con puntas abiertas es la mitad de la resistencia
calculada por la expresión (21).
El factor de capacidad de carga Kp está en función del tipo de resistencia del suelo, de la
forma, de la profundidad de penetración y del tipo de cimentación.
Como el factor de capacidad de carga está influenciado por una serie de variables, curvas
con valores para Kp han sido preparadas para cada tipo de suelo considerándose la
profundidad de penetración, la forma de la cimentación, la resistencia del suelo y el método
de instalación. En las figuras 2.10 y 2.11 se muestran unas curvas propuestas por MÉNARD,
GAMBIM (1963), BUSTAMANTE y GIANESELLI (1981). En la tabla 2.14 y 2.15 se
dividieron los suelos en categorías, necesarias para la obtención del factor Kp según
MÉNARD, GAMBIM (1963), BUSTAMANTE y GIANESELLI (1981). Las curvas para la
obtención de capacidad de carga en punta del pilote según BAGUELIN et al. (1978) son las
mismas utilizada para el cálculo de capacidad de carga de cimentaciones superficiales
(figura 2.8 y 2.9).

52
Tabla 2.14 Categorías de suelos para la determinación de Kp (Ménard y Gambim, 1963)
Tipo de suelo
Variación de presión
límite (kPa)
Categoría
Arcilla 0-1200
I
Limo 0-700
Arcilla rígida o marga 1800-4000
II
Limo compresible 1200-3000
Arenas compresibles 400-800
Rocas blandas o alteradas 1000-3000
Arena y grava 1000-2000
III
Rocas 4000-10000
Arena muy compacta y
grava
3000-6000 IIIA (IV)

53
Tabla 2.15. Categorías de suelos para la determinación de Kp (Bustamante e Gianeselli,
1981)
Tipo de suelo
Variación de presión
límite (kPa)
Categoría del
suelo
Arcilla blanda 0-700
I
Limo y calcáreo blando 0-800
Arena limosa o arcilla fofa 0-700
Arena medianamente densa y grava 1000-2000
II
Arcilla y limo compacto 1200-3000
Calcáreo arcilloso 1500-4000
Calcáreo alterado 1000-2500
Calcáreo alterado 2500-4000
Calcáreo fragmentado > 3000
Calcáreo arcilloso muy compacto > 4500
Arena densa muy densa y grava > 2500
III
Roca fragmentada >4500
Fuente: TOLEDO FILHO (1986)
La presión límite líquida equivalente (Ple
*
) es obtenida a partir del ensayo presiométrico
ejecutado dentro de una zona de 1.5B abajo o encima de la base de la estaca o pilote donde
B es el ancho o diámetro de la base, de manera semejante es obtenida para cimentaciones
superficiales o sea
Ple*= [(Pl *)1 x (Pl*)2 x (Pl*)n]1/n
(22)
En donde Ple
*
está definido como la media geométrica de la diferencia entre la presión límite
y la presión inicial (pl - p0) de n ensayos realizados dentro de la zona correspondiente a 1.5B.
La profundidad de penetración (He) es calculada de manera semejante a la obtenida en
cimentaciones superficiales, según la expresión:
He= [1/(Pl-h0 )e ] ∑ [(Pl-h0 )i zi] (23)
Donde Zi corresponde al espesor de la capa donde fue realizado el ensayo y (Pl-
ho)icorresponde a los valores de presión límite líquida obtenida en diferentes
profundidades.

54
Figura 2.10 Obtención de los factores de capacidad de cargapara
cimentaciones(Ménard e Gambim, 1963).
Figura 2.11Obtención de los factores de capacidad de carga para cimentaciones
(Bustamante e Gianeselli, 1981).

55
 Termino de fricción lateral
La parcela de resistencia debida a la fricción lateral (Qf) de una cimentación profunda está en
función del tipo de suelo, el método de instalación y de la confección del pilote. Esta parcela
de carga es calculada por la expresión:
Qf= ∑ [fmáx*π *B*zi ] (24)
En el que fmax es el desgaste lateral unitario máximo de la carga i, y B es el diámetro del
pilote o del fuste.
En la figura 2.12 se muestra el gráfico para la obtención del desgaste lateral unitario máximo
en función de la presión límite líquida según Ménard (1963).
El autor recomienda que, para estacas de acero, los valores obtenidos de la curva A y B
sean reducidos en un 20% para suelos cohesivos y un 30% para arenas sumergidas y
gravas.
BAGUELIN et al. (1978) propuso la determinación de fmax a través de la utilización de la
figura 2.13 en cuanto BUSTAMANTE y GIANESELLI (1981) recomiendan la utilización de la
figura 2.14 en conjunto con la tabla 2.16.
Figura 2.12 Gráfico para la obtención del desgaste lateral máximo (Ménard, 1963).

56
Figura 2.13 Gráfico para la obtención del desgaste lateral máximo (Baguelin, Jézéquel
y Shields, 1978).

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