Parametros caracterizacion 15_insitu_v4

MASTER EN TÚNELES Y OBRAS SUBTERRÁNEAS
I
Módulo I.- Bases de geología y geotecnia para el proyecto
y la construcción de túneles
OBTENCIÓN DE PARÁMETROS DE CARACTERIZACIÓN DEL
TERRENO A PARTIR DE ENSAYOS DE CAMPO
Nombre del Profesor: Jesús González Galindo
Titulación: Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
Puesto que ostenta en universidad y/o en empresa: Profesor Titular Interino

II
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN.................................................................................................... 1
2. ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR (SPT).............................................. 2
3. ENSAYO DE PENETRACIÓN DINÁMICA ....................................................... 11
4. ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁTICA (CPTU)........................................... 14
5. ENSAYO PRESIÓMETRICO ............................................................................... 21
6. DETERMINACIÓN IN SITU DE LA PERMEABILIDAD ................................. 30
7. ENSAYO DE CORTE IN SITU ............................................................................ 35
8. ENSAYOS DE PLACA DE CARGA.................................................................... 36
9. ENSAYO DE GATO PLANO ............................................................................... 38
10. COMENTARIOS FINALES.................................................................................. 39

III
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura nº 1.- Relación entre N SPT y la densidad relativa.............................................. 8
Figura nº 2.- Estimación del ángulo de rozamiento a partir del ensayo SPT según De
Mello............................................................................................................................... 10
Figura nº 3.- Relación entre el módulo de deformación E y el índice NSPT .................. 10
Figura nº 4.- Clasificación del suelo a partir de los resultados del CPTU ..................... 17
Figura nº 5.- Gráfico para la determinación de ch a partir de t50 y un índice de rigidez
(Ir) entre 50 y 500.......................................................................................................... 18
Figura nº 6.- Ángulo de rozamiento en arenas en función de qc y la tensión vertical
efectiva ........................................................................................................................... 19
Figura nº 7.- Esquema del resultado de un ensayo presiométrico................................. 24
Figura nº 8.- Esquema del ensayo de placa de carga..................................................... 37
Figura nº 9.- Esquema del ensayo de gato plano........................................................... 39

IV
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla I.- Corrección de N por la longitud del varillaje .................................................... 5
Tabla II.- Corrección de N por el diámetro del sondeo.................................................... 6
Tabla III.- Compacidad de las arenas en función del NSPT............................................... 7
Tabla IV.- Clasificación de Terzaghi y Peck (1948) modificada por Skempton (1986).. 8
Tabla V.- DR y  (Meyerhof, 1956)................................................................................. 9
Tabla VI.- Constantes para la estimación del módulo de deformación confinado......... 11
Tabla VII.- Bases para la interpretación estratigráfica del ensayo CPTU...................... 16
Tabla VIII.- Valor del parámetro  para obtener el módulo de deformación ................ 21
Tabla IX.- Coeficiente  de relación entre el módulo edométrico y el módulo
presiométrico .................................................................................................................. 27
Tabla X.- Coeficiente  función del tipo de suelo y de la compactación ...................... 28
Tabla XI.- Relación entre la presión límite y el ensayo SPT ......................................... 30
Tabla XII.- Clasificación de macizos rocosos en función de la permeabilidad ............. 35
Tabla XIII.- Ensayos in situ de resistencia..................................................................... 40
Tabla XIV.- Ensayos de deformabilidad........................................................................ 40

1
1. INTRODUCCIÓN
En este tema se quiere abordar el estudio de algunos de los ensayos in situ que suelen
realizarse en las obras de túneles con la finalidad de caracterizar el terreno.
En general, se puede considerar que los ensayos in situ son más representativos que los
ensayos de laboratorio, ya que éstos últimos presentan los siguientes inconvenientes:
- La alteración de las muestras durante el proceso de extracción, transporte y ma-
nipulación. Este hecho es especialmente significativo en arcillas.
- En ocasiones la muestra ensayad no es representativa de una gran masa de suelo.
(En cambio, en los ensayos in situ, el volumen de material ensayado suele ser
mayor).
- El cambio tensional de la muestra puede modificar el comportamiento de la
muestra. Este fenómeno es especialmente importante en materiales no elásticos
(en cambio, en los ensayos in situ las condiciones del terreno son las naturales).
En todo caso, la escala de los ensayos in situ no puede ser representativo de todo el vo-
lumen de suelo, por lo que debe realizarse una interpretación adecuada de los resulta-
dos.
Algunos de estos ensayos ya han sido descritos en temas anteriores del Master (otros
serán explicado en la clase del miércoles que impartirá Luis Sopeña). Aquí se vuelven a
describir sucintamente. El objeto de esta nueva clase no es tanto describir los ensayos
sino dar algunas ideas sobre cómo analizar los datos obtenidos en los ensayos.
El número de ensayos a analizar es inabordable en dos horas de clase. Por ese motivo,
se han seleccionado aquellos que se han considerado más significativos y que son em-
pleados con mayor frecuencia en las obras subterráneas.

2
2. ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR (SPT)
Es un ensayo pensado para conocer la compacidad/resistencia a la penetración de los
suelos granulares. Sin embargo, es un ensayo que se emplea con mucha profusión en
todo tipo de suelos o incluso en roca alterada, ya que es habitual que se haga de manera
sistemática durante la ejecución de los sondeos independientemente de la naturaleza del
terreno. Sin embargo, la reserva con la que hay que interpretar los resultados es tanto
mayor cuanto más importante sea la fracción limo-arcillosa o de grava del suelo.
Descripción del ensayo
El ensayo se realiza dentro de un sondeo cuyas paredes son estables o están soportadas
por un revestimiento adecuado. Es habitual llevar a cabo ensayos SPT cada 2-5 m, de-
pendiendo del tipo de terreno y de su heterogeneidad.
Una vez alcanzada la profundidad donde ha de realizarse el ensayo y estando el fondo
limpio de los detritus del sondeo, se procede a hincar, en el fondo, una tubería hueca
con la punta biselada (cuchara SPT) de diámetro exterior igual a 51 mm (2") y de diá-
metro interior igual a 35 mm (11/8"). La hinca se realiza mediante golpes de maza en la
cabeza del varillaje. La maza es de 63,5 kg y se deja caer libremente desde 76 cm de
altura sobre la cabeza del varillaje.
Para depósitos de gravas, y para evitar la rotura de la cuchara, se utilizan puntazas cie-
gas de igual diámetro exterior.
Durante la hinca se cuentan los números de golpes necesarios para avanzar cuatro tra-
mos de 15 cm. La hinca se detiene cuando el avance total es de 60 cm. El número de
golpes necesario para avanzar la hinca los 30 cm centrales es el índice N del SPT (la
lectura del primer tramo no se tiene en cuenta por la posible alteración del suelo o de-
rrumbes de las paredes del sondeo y la del último tramo por una posible sobrecompac-
tación). Si la resistencia del terreno es muy alta y no se consigue avanzar 15 cm con 100
golpes el ensayo se detiene y se considera rechazo). Al extraer la cuchara, una vez reali-
zado el ensayo, se puede obtener una muestra, alterada por la hinca, del terreno atrave-
sado.

3
Cuando los ensayos se realizan en suelos con partículas tipo grava, el número de golpes
obtenido pueda estar “falseado” y ser mayor que el real debido a que la cuchara del SPT
no es capaz de desplazar la partícula tipo grava. En otras ocasiones, cuando los ensayos
se realizan bajo el nivel del agua, se puede producir un sifonamiento del fondo del son-
deo, registrándose golpeos inferiores a los reales. En estos casos de sondeos bajo el
agua, es necesario mantener una columna de agua en el interior del sondeo para evitar el
sifonamiento del fondo.
Para poder interpretar correctamente el ensayo es necesario tener una serie de precau-
ciones durante la ejecución del ensayo. Es necesario asegurar que el fondo del sondeo
esté limpio de posibles desprendimientos. Para ello en ocasiones será necesario entubar
el sondeo o emplear lodos bentoníticos para su ejecución.
Transformación de los datos in situ
Para analizar correctamente el resultado del análisis del ensayo es necesario llevar a
cabo algunas correcciones del resultado obtenido en campo. Es decir, habría que tomar
del ensayo realizado el número de golpes necesarios para avanzar los 30 cm centrales y
aplicarles las siguientes correcciones.
* Corrección debida a la energía aplicada
El estudio dinámico de la hinca de la cuchara del SPT permite evaluar la energía que se
transmite a través del varillaje. Esa energía se puede medir durante la realización de los
ensayos con equipos de auscultación especiales (acelerómetros y defórmetros). En los
ensayos SPT realizados con normalidad, esa energía es aproximadamente igual al 60%
de la energía potencial teórica de la maza. En ocasiones es posible conocer esa energía
(tarado de equipos) y puede existir información fehaciente relativa al porcentaje de
energía transmitida “”. Cuando eso sea así, el valor del índice N (SPT) puede trans-
formarse al valor que correspondería a una hinca normalizada del 60% de energía me-
diante la ecuación siguiente:
60
NN SPT60



4
donde  es la fracción de energía correspondiente expresada en tanto por ciento. A falta
de información específica se suele suponer que  = 60%.
* Corrección debida a la presión de confinamiento
El resultado del ensayo depende de la profundidad a la cual se realiza, ya que está rela-
cionado con la presión de confinamiento existente. No sería lo mismo un valor del en-
sayo SPT de 10 a 1 m de profundidad que a 10 m. Por esta razón se suelen normalizar
los resultados tomando como presión de referencia 1 kp/cm2
.
La corrección del resultado puede expresar de la siguiente manera:
  60N60corregido NCN 
donde CN es el parámetro de corrección función de la tensión vertical efectiva.
Liao y Whitman proponen la expresión siguiente:
'
vo
N
1
C

 expresando la tensión vertical en kp/cm2
Entre otros autores, Skempton llevó a cabo una propuesta en función de la granulome-
tría del terreno.
Arenas finas y medias, sueltas
 '
0v
N
0,1
2
C


Arenas gruesas, densas
 '
0v
N
0,1
2
C


Arenas finas sobreconsolidadas
 '
0v
N
7,0
7,1
C


Como se puede ver el valor de CN es inversamente proporcional a la tensión vertical
efectiva existente en el punto del ensayo.

5
* Corrección por nivel freático
En materiales tipo gravas o arenas gruesas no habría que llevar a cabo ninguna correc-
ción. En cambio en arenas finas o limos si el resultado del NSPT > 15 se recomienda re-
ducir el número de golpes a considerar.
2
15N
15Ncorregido


De esta se tiene en cuenta el descenso de la resistencia al corte bajo el efecto de las pre-
siones intersticiales en exceso que se generan en el momento del golpeo.
* Corrección por la longitud del varillaje
La longitud del varillaje influye en que el peso aplicado aumenta al incrementar la lon-
gitud del varillaje suplementario. Sería de esperar que el número de golpes aumentara
con la profundidad si el terreno fuera homogéneo. Algunos autores consideran que esta
corrección es poco importante.
Uto y Fujuki proponen la siguiente expresión en los casos en los que se superan los 20
m de profundidad.
 l003,006,1'NNcorregido 
siendo N’ el valor obtenido in situ y l la longitud del varillaje.
Entre otras referencias, Skempton propone la siguiente Tabla I.
Tabla I.- Corrección de N por la longitud del varillaje
Longitud del varillaje Factor de corrección
> 10 m 1,00
6 a 10 m 0,95
4 a 6 m 0,85
3 a 4 m 0,75

6
* Corrección por el diámetro del sondeo
Skempton también propuso una corrección por el diámetro del sondeo. En la Tabla II
adjunta se muestran los valores propuestos. La mayoría de los sondeos se perforan con
76 mm (3’’) por lo que no suele ser necesario aplicar esta corrección.
Tabla II.- Corrección de N por el diámetro del sondeo
Diámetro del sondeo Factor de corrección
65-115 mm 1,00
150 mm 1,05
200 mm 1,15
Estas correcciones son habitualmente empleadas para arenas. Para suelos cohesivos la
influencia del diámetro suele ser despreciable.
Información deducida a partir del ensayo SPT
El ensayo SPT es un ensayo pensado para conocer la compacidad del terreno. Pero de-
bido a su gran difusión muchos autores han obtenido relaciones con otros parámetros
geotécnicos. Para aplicar estas correlaciones es necesario conocer para qué tipo de ma-
terial han sido deducidas las expresiones propuestas.
* Compacidad
El índice SPT está relacionado con la compacidad de las arenas. Terzaghi y Peck1
(1948) propusieron la siguiente relación entre el resultado del ensayo y la compacidad.
Ver Tabla III.
Como se ha comentado con anterioridad este es un ensayo pensado para arenas. Sin
embargo, en numerosas ocasiones se emplean para suelos cohesivos. Y algunos autores
indican también la relación entre el N (SPT) y la compacidad (normalmente, en suelos
1
Soil Mechanics in Engineering Practice. John Willey & Sons

7
cohesivos se suele indicar la mitad de golpes que en las arenas para una misma compa-
cidad). En todo caso debe emplearse con precaución el ensayo SPT en suelos cohesivos.
Tabla III.- Compacidad de las arenas en función del NSPT
N (SPT) COMPACIDAD
0 - 4 Muy Floja
5 - 10 Floja
11 - 30 Media
31 - 50 Densa
Más de 50 Muy Densa
En ocasiones interesa concretar con números el concepto de compacidad, para ello es
recomendable utilizar el concepto de densidad relativa, Dr. A continuación se indica
cómo obtenerlo.
* Densidad relativa
La relación que existe entre la densidad relativa, Dr, y el índice, N, del SPT es diferente
según sea la presión efectiva vertical al nivel del ensayo. De entre las correlaciones
existentes y a falta de mejor información se considera admisible la de Gibbs & Holtz2
(1957), indicada en la Figura nº 1.
2
Gibbs, H. J.; Holtz, N. G. (1957). «Research on Determining the Density of Sands by Spoon Penetration Testing».
Proc. 4 th. ICSMFE. Londres.

8
Figura nº 1.- Relación entre N SPT y la densidad relativa
(Figura tomada de la ROM 0.5-05)
En la siguiente Tabla IV se relaciona, en función de los resultados del SPT, la compaci-
dad con la densidad relativa.
Tabla IV.- Clasificación de Terzaghi y Peck (1948) modificada por Skempton
(1986)
N60 DR % Compacidad
0 – 3 0- 15 Muy suelta
3 – 8 15 -35 Suelta
8- 25 35 -65 Medianamente densa
25 – 42 65 -85 Densa
42 - 58 85 -100 Muy densa

9
* Ángulo de rozamiento
Existe una correlación evidente entre el ángulo de rozamiento de los suelos granulares y
el índice N (SPT). La de mayor difusión probablemente sea la definida por Schmert-
mann3
que puede aproximarse con la siguiente expresión analítica:
tg  =
34,0
a
ov
p
'
3,202,12
N
















donde:
 = ángulo de rozamiento.
N = índice del ensayo SPT.
′vo = presión vertical efectiva al nivel del ensayo.
pa = presión de referencia (1 bar = 100 kPa).
Otra expresión que se podría utilizar sería la siguiente de Morumachi (1974):
N5,320 
Pero existen otras correlaciones como las que se indican a continuación en la Tabla V.
Tabla V.- DR y  (Meyerhof, 1956)
> 5% arena fina y limo  = 25 + 0,15 DR %
< 5% arena fina y limo  = 30 + 0,15 DR %
Gravilla uniforme ’ = 38,0 + 0,08 DR
Arena gruesa ’ = 34,5 + 0,100 DR
Arena media ’ = 31,5 + 0,115 DR
Arena fina ’ = 28,0 + 0,140 DR
Por último en la Figura nº 2, se muestra la estimación del ángulo de rozamiento pro-
puesto por De Mello (1971).
3
Schmertmann, J.H. (1975). «Measurement of In-Situ Shear Strength». Proc. ASCE Specialty Conference on In-Situ
Measurement of Soil Properties. Raleigh. USA.

10
Figura nº 2.- Estimación del ángulo de rozamiento a partir del ensayo SPT según
De Mello
(Figura tomada del libro Ingeniería Geológica)
* Deformabilidad
La deformabilidad de las arenas puede estimarse según la correlación de D'Appolonia4
(1970) que se indica también en la Figura nº 3.
Figura nº 3.- Relación entre el módulo de deformación E y el índice NSPT
4
Peck and Bazaraa (1969). «Discussion on Settlement of Spread Footings on Sand» Journal of Geotechnical Engineer-
ing. ASCE, Vol. 95, Nº SM3, pp 905-909

11
Como se pude ver existiría una relación lineal entre el módulo de deformación confina-
do y el índice NSPT. Algunos autores la han cuantificado como se indica a continuación.
Es = S1 NSPT + S2
Los valores de las constantes S1 y S2 pueden consultarse en la siguiente tabla:
Tabla VI.- Constantes para la estimación del módulo de deformación confinado
S1
(MPa)
S2
(MPa)
Observaciones Autores
0,756 18,75
Arenas y gravas
normalmente consolidadas
D’Appolonia et al. 1970
1,043 36,79 Arenas sobreconsolidadas D’Appolonia et al. 1970
0,517 7,46 Schultze y Menzenbach, 1961
0,478 7,17 Arenas saturadas Webb, 1969
0,316 1,58 Arenas y arcillas Webb, 1969
3. ENSAYO DE PENETRACIÓN DINÁMICA
Como complemento al estudio de la compacidad de un suelo mediante SPT se encuen-
tran los ensayos de penetración dinámica. Son ensayos sencillos, rápidos y económicos
que permiten estimar de manera continúa la resistencia a la penetración con la profun-
didad.
En general los ensayos de penetración dinámica consisten en hincar una puntaza metáli-
ca en el terreno mediante golpeo producido por una maza que cae libremente.
El ensayo penetrométrico más difundido en España es el conocido con el nombre de
Borro (NLT 261). Este equipo consiste en un varillaje metálico macizo de 32 mm de
diámetro exterior que hinca una puntaza metálica. La hinca se realiza con una maza de
65 kg (igual peso que la del SPT) que cae libremente desde 50 cm de altura. Durante la
hinca se van contabilizando los números de golpes (“NB”) para hacer avanzar la hinca
20 cm. El resultado se suele representar en forma de diagrama de ese número de golpes
“NB” obtenido en cada profundidad. El rechazo se produce cuando son necesarias dos
veces seguidas más de 85 golpes para penetrar 20 cm o 1 vez más de 100 golpes.

12
No se debe emplear para profundidades importantes (30 m) para profundidades peque-
ñas el golpeo del SPT es mayor que el del Borros. Pero cuando la profundidad aumenta
el Borro sale mayor que el SPT. Aunque el tamaño de la puntaza es más amplio que el
diámetro del varillaje, y teóricamente el rozamiento entre éste y el terreno es pequeño.
Para profundidades superiores a 14-15 suele dar problemas por el rozamiento de la vari-
llas.
En España están normalizados los siguientes dos ensayos de penetración dinámica con-
tinua:
- DPSH. Norma UNE 103.801.
Ensayo de penetración dinámica superpesado.
La puntaza se introduce en el terreno debido a la caída libre de una maza de gol-
peo automático de 63,5 kg de peso y una altura de 76 cm, anotándose el numero
de golpes necesarios para introducirla 20 cm. En ensayo se finaliza cuando se
superan los 100 golpes en un tramo de 20 cm o cuando tres valores consecutivos
sean iguales o superiores a 75 golpes.
- DPH. Norma UNE 103.802.
Ensayo de penetración dinámica pesado.
Se mide el golpeo necesario para profundizar 10 centímetros, alcanzándose el
rechazo cuando se superan los 100 golpes.
Se emplea una maza de 50 kg dejándola caer desde 50 cm. La sección de la pun-
ta cónica perpendicular al eje de penetración es de 15 centímetros cuadrados
(diámetro = 43'7 milímetros)
Los penetrómetros dinámicos tienen su mejor campo de aplicación en la determinación
de la profundidad de suelos blandos o de consistencia media que apoyan sobre forma-
ciones mucho más resistentes donde la hinca se detiene. Por tanto, no sería de utilidad
en túneles construidos en rocas o suelos más firmes.

13
Entre los distintos tipos de penetrómetros dinámicos continuos es posible establecer
correlaciones entre ellos en función de la energía aplicada en cada caso y del tipo de
puntaza empleada.
Si embargo, no es fácil obtener una relación "SPT-penetrómetro dinámico continuo". Y
esto se debe a que tanto el útil de penetración (cuchara frente a punta cónica), como la
forma de ejecución (fondo de sondeo frente a penetración con varillaje desde superfi-
cie), son radicalmente distintos.
Este tema está suficientemente tratado en la bibliografía relacionada, existiendo muy
pocas correlaciones que liguen los resultados de ambos tipos de penetrómetro. Entre
ellas, la más conocida es la de Dahlberg (1974), que relaciona golpeo de Borros con
SPT en arenas si el valor del NSPT es mayor que 12:
NSPT = 25 log (NB) - 15'16
Log (NB) = 0,035 NSPT + 0,668
En un terreno arcilloso medio a firme, Dapena et al. (2000) han encontrado el siguiente
ajuste:
NSPT = 13 log (NDPSH) - 2
que con la relación anteriormente planteada ente Borros y DPSH, puede escribirse co-
mo:
NSPT = 13 log (NB) - 1,13
Estas expresiones proporcionan valores muy similares entre el golpeo SPT y el Borros
para el intervalo entre 5 y 20 golpes, por lo que es muy común simplificar, aceptando
que:
NSPT = NB
En cualquier caso, hay que tener en cuenta que en la realización de una prueba de pene-
tración continua, parte de la energía proporcionada se consume en el rozamiento del
varillaje (pese a que la sección del cono es algo superior a la de la varilla), al contrario
que en un ensayo SPT. En general, a partir de los 6 a 10 metros de profundidad, el ro-

14
zamiento por fuste de la varilla cobra importancia, por lo que el golpeo del penetróme-
tro dinámico empieza a ser claramente mayor que el correspondiente al SPT. Por eso
estas relaciones han de considerarse siempre con reservas. Se deberían buscar en cada
caso correlaciones propias de la zona donde se está realizando el estudio.
4. ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁTICA (CPTU)
El piezocono o CPTU consiste en un penetrómetro estático continuo en cuya punta se
añade un piezómetro. Así, durante la hinca del equipo en el terreno se puede tener un
registro continuo de resistencia por punta (qc) y por fuste (fs) y además el control de las
presiones intersticiales (u) generadas durante la hinca así como la evolución de su disi-
pación cuando la hinca se detiene. Estos son los tres datos que se obtienen de manera
directa del ensayo. También se podrían instalar sensores adicionales de temperatura,
inclinación...
Este tipo de penetrómetros es muy adecuado para el reconocimiento de suelos blandos,
fundamentalmente para determinar los parámetros resistentes y de consolidación. La
existencia de bolos, gravas, suelos cementados o roca produciría rechazo e incluso da-
ños en los equipos.
Al tener un registro continuo del terreno, los datos que se obtienen durante la hinca del
piezocono permiten la identificación de niveles de diferente permeabilidad aunque ten-
gan estos niveles pequeños espesores (incluso de algún centímetro). Este aspecto es de
especial interés cuando se trata de evaluar las condiciones de drenaje de los procesos de
consolidación.
No existe una normativa claramente establecida aunque sí existe una literatura técnica
abundante acerca de su interpretación.
Para interpretar los resultados medidos con el piezocono se suelen calcular, a cada pro-
fundidad, los siguientes parámetros auxiliares:

15
a) Resistencia a la penetración adimensional, Qt, de acuerdo con la expresión si-
guiente:
Qt =
v
vc
'
q


donde:
qc = resistencia unitaria al avance en la punta del cono en el punto estudiado.
v = presión vertical total natural (antes de hacer el ensayo) en el punto estu-
diado.
'v = presión vertical efectiva natural (antes de hacer el ensayo) en el punto es-
tudiado.
b) Incremento relativo de presión intersticial, Bt, definida por:
Bt =
vc
oc
q
uu


donde:
uc = presión intersticial medida por el piezocono en el punto estudiado.
uo = presión intersticial preexistente, en el punto estudiado
qc, v = igual significado que en el caso anterior.
c) Fricción lateral relativa, Fr, calculada como sigue:
Fr =
vc
s
q
f

donde fs es la fricción lateral medida por el piezocono en el nivel de interés y qc
y v tienen el mismo significado antes inducido.
Este ensayo permite reconocer el tipo de terreno ensayado. Las bases fundamentales
para la interpretación estratigráfica del ensayo se muestran en la Tabla VII. Como las
lecturas se registran cada unos pocos centímetros (típicamente suele ser cada 5 cm) es
posible disponer de una análisis muy detallado de la estratigrafía.

16
Tabla VII.- Bases para la interpretación estratigráfica del ensayo CPTU
qC fs FR% u Bq
Arenas
Altos valores
de qc. Forma
dentada de la
curva de pene-
tración.
Bajos valores
de fs. Aumenta
si existe ce-
mentación.
Bajos valores de
FR%. Típico 1.
En arenas carbo-
náticas puede
llegar a 3.
Valores de u
dinámica simi-
lares a uh
(hidrostática si
acuífero libre).
u puede ser
negativo en
arenas dilatan-
tes.
u tiende a cero,
luego Bq tam-
bién, o negativo
si u es negativa
Arcillas
Bajos valores
de qc. Forma
suave de la
curva, aumenta
linealmente
con la profun-
didad.
Valores relati-
vamente más
altos de fs que
las arenas.
Valores elevados
de FR%. Valores
típicos superio-
res a 3 en arci-
llas normalmen-
te consolidadas
(NC). Disminu-
ye al aumentar la
sobreconsolida-
ción (fisuración).
Valores de u
elevados en
arcillas nor-
malmente con-
solidadas (NC).
En arcillas fisu-
radas, u similar
a uh o incluso
menor.
Bq tiende a 1. En
arcillas plásticas
puede llegar a
0,8.
Existen correlaciones basadas en la experiencia que permiten clasificar el tipo de terreno
en función de estos parámetros. Una de ellas, de uso bien extendido, se incluye en la
siguiente Figura nº 4 tomada de Robertson (1990). Esta interpretación permite estable-
cer una litología muy detallada de la zona de estudio.
Para interpretar los resultados de los ensayos de disipación de presiones intersticiales
(evolución de la presión medida por el piezómetro cuando el avance del cono se detie-
ne) es preciso calcular, del diagrama correspondiente, el valor que corresponde al 50%
de disipación. Este tiempo puede obtenerse con las mismas técnicas que se utilizan en la
interpretación de los tiempos de consolidación de los ensayos edométricos (método lo-
garítmico o de Casagrande y método de la raíz cuadrada del tiempo, por ejemplo).

17
Figura nº 4.- Clasificación del suelo a partir de los resultados del CPTU
También se necesita conocer el índice de rigidez Ir definido mediante la siguiente igual-
dad:
Ir =
us
G
donde:
G = módulo de rigidez transversal del suelo.
su = resistencia al corte sin drenaje.
Con estos datos (t50 e Ir) se puede estimar el valor del coeficiente de consolidación ra-
dial, ch, del nivel donde se detenga la hinca del cono y se realice el ensayo de disipa-
ción. Esa estimación está basada en experiencias previas , tal como la que se recoge en
la siguiente Figura nº 5.
Lo visto hasta este punto sería la interpretación más directa del ensayo CPTU. Sin
embargo, existen numerosas relaciones con otros parámetros geotécnicos. A continua-

18
ción se van a indicar algunas de estas relaciones que pueden consultarse en la literatura
técnica.
Figura nº 5.- Gráfico para la determinación de ch a partir de t50 y un índice de
rigidez (Ir) entre 50 y 500
Suelos arenosos
En primer lugar, se puede estimar el peso específico del terreno.
  236,1
p
q
log36,0Rlog27,0
a
t
f
w















%100
p
f
R
a
s
f 
donde pa es la presión atmosférica que se toma como presión de referencia.
Como se ha comentado en el ensayo SPT, en los suelos arenosos la densidad relati-
va es un parámetro que permite clasificar el comportamiento de los suelos.

19
%
q
log6698DR
'
0v
c










No es sencillo obtener una única relación entre el ensayo de penetración estática y
el ángulo de rozamiento ya que qc en terreno no cohesivos depende de la resistencia al
corte y a la deformabilidad. Por este motivo no existe una relación simple y general. A
pesar de ello, en algunas publicaciones se muestran algunas relaciones.
Para arena cuarzosas no cementadas Robertson y Campanela propusieron la si-
guiente Figura nº 6.
Figura nº 6.- Ángulo de rozamiento en arenas en función de qc y la tensión vertical
efectiva
(Figura tomada de Ensayos geotécnicos in situ)
Y Clausen y Denver propusieron las siguientes relaciones para arenas normalmente
consolidadadas
185,0
'
0v
c'
nc
q
º2,17 







Y sobreconsolidadas:
06,0
185,0
'
0v
c'
sc OCR
q
º2,17 


















20
Al igual que con la resistencia con la deformabilidad del terreno no existe una expresión
sencilla y directa con qc. Sin embargo, existen numerosas correlaciones en la literatura
técnica. En general para arenas, las correlaciones son del siguiente tipo de forma:
M =  qc
donde: M es el módulo edométrico.
El coeficiente  varía en el rango de 1,5 a 4 para arenas normalmente consolidadas y de
8 a 15 para arenas sobreconsolidadas.
En realidad el factor  depende del grado de consolidación, de la tensión vertical efecti-
va, de la densidad relativa,... entre otros factores. Vesic (1970) propuso la siguiente ex-
presión:
 = 2 + 2 DR2
Existen, además, algunas otras expresiones que permiten estimar el módulo de deforma-
ción.
Suelos arcillosos
Las valoraciones en suelos cohesivos deben tomarse con cierta cautela ya que el com-
plejo comportamiento del suelo cohesivo y las elevadas variaciones de los esfuerzos y
deformaciones hacen difícil establecer una base teórica para determinar el valor de la
resistencia al corte sin drenaje.
Sin embargos, existen algunas correlaciones que son empleadas habitualmente. Entre
ellas la siguiente:
)'q(
N
1
s vc
k
u 
Nk, es una constante que tiene como valor medio 15, pudiendo estar en el rango com-
prendido entre 12 y 18. Larsson y Muldabdic (1991) propusieron la siguiente expresión:

21
)q(
LL65,64,13
1
s voTu 


Como en las arenas, el módulo de deformación confinado se suele expresar en función
de la resistencia por punta.
M =  qc
Donde  se puede consultar en la siguiente tabla (Tabla VIII)
Tabla VIII.- Valor del parámetro  para obtener el módulo de deformación
qc (bar)  Tipo de suelo
< 7 3 a 8 Arcillas de baja plasticidad
7 a 20 2 a 5 CL
> 20 1 a 2,5
> 20 3 a 6 Limos de baja plasticidad
< 20 1 a 3 ML
< 20 2 a 6 Arcillas y limos plásticos
MH; CH
< 12 2 a 8 Limos orgánicos (OL)
< 7 Arcillas orgánicas (OH)
Pero se ha comprobado que pueden existir errores que alcancen el 100%.
Kullhawy y Mayne (1990) propusieron la siguiente relación:
)q(25,8M voT 
5. ENSAYO PRESIÓMETRICO
Descripción del ensayo
Estos ensayos consisten en la aplicación de una presión en el interior del terreno mi-
diendo la deformación que se provoca. Se utiliza un recinto cerrado por una membrana
que aloja un volumen de fluido controlable. El aumento del volumen de ese fluido com-
prime la membrana contra las paredes del sondeo.

22
El ensayo se puede hacer mediante ensayos de tensión controlada (se aplican escalones
de carga constantes y se espera a que se estabilicen bajo la carga aplicada), deformación
controlada (la velocidad de deformación de la sonda es constante) y mixta (inicialmente
se aplica el ensayo con tensión controlada hasta que la deformación radial no alcance el
1%/min y a partir de ese momento el ensayo se realiza con velocidad de deformación
constante). Este último método evita el inconveniente de los ensayos de deformación
controlada en los que durante la fase elástica, al comienzo del ensayo, se toman muy
pocas lecturas. En cambio, en los ensayos de tensión controlada la velocidad de defor-
mación varía mucho en la fase plástica.
Normalmente el ensayo se realiza en el interior de un sondeo previamente perforado
(PBP, Pre-Boring Pressuremeter) donde se introduce el equipo presiométrico.
En los últimos años se ha comenzado a utilizar en España el presiómetro autoperforador
(SBP, Self-Boring Pressuremeter) que va alojado en el propio equipo de perforación y,
en consecuencia, no requiere la separación del ensayo en dos fases. Con este nuevo
equipo se evita la relajación de tensiones y deformación previa (incluso posible rotura)
que se puede producir antes de posicionar los presiómetros convencionales. También
pueden utilizarse presiómetros hincados en suelos blandos (PIP, Push-In Pressureme-
ter). Este último sería de menor interés en las obras subterráneas.
Estos ensayos no están normalizados en España, realizándose normalmente al amparo
de la normativa francesa (NFP 94-110).
En España se suele utilizar la sonda OYO, que se realiza en perforaciones de 76 mm.
Las presión máxima que se puede alcanzar es de 20 MPa la sonda lleva transductores de
desplazamiento para obtener la deformación de la sonda. Aunque la mayoría de los
equipos trabajan con presiones de 10 MPa.
En la realización de los ensayos tipo PBP el diámetro del sondeo depende de manera
significativa. Según la Norma Francesa (NFP 94-110) la relación entre el diámetro de la
perforación y del presiómetro debería ser:
nperforacióopresiometr d15,1d 

23
En la norma ASTM D4719-87 la relación que se propone es:
nperforacióopresiometrnperforació d15,1dd03,1 
Además del diámetro en los presiómetros PBP también influye el tipo de perforación.
Dependerá del tipo de terreno. En general, el sistema de perforación a rotopercusión con
martillo con lodos es el que se puede emplear en un mayor número de terrenos.
Datos directos del ensayo
Para la interpretación del ensayo se suelen adoptar las siguientes hipótesis:
- La deformación del terreno es radial. Esto se cumple si la dimensión vertical es
mucho mayor que la radial.
- Se supone que la deformación del terreno se produce solamente en la dirección
radial y en la dirección vertical es nula. Es decir, es un problema de deformación
plana.
- Las tensiones principales son las correspondientes a la dirección radial, axial y
circunferencial.
En la realidad existen algunos condicionantes que hacen que existan diferencias entre
los resultados teóricos obtenidos suponiendo la expansión de la cavidad cilíndrica y los
resultados obtenidos a partir de otros ensayos (in situ o de laboratorio):
 Alteración del terreno al introducir la sonda.
 Sonda no situada verticalmente.
 La tensión vertical no es igual a la tensión intermedia.
 Anisotropía del terreno.
 El terreno no se comporta como un medio continuo sino que existen discontinui-
dades.
 Drenaje parcial durante el ensayo.
 Las propiedades del terreno dependen del rango de tensiones del ensayo.
 La cavidad no se expande como un cilindro.

24
Normalmente los resultados del ensayo presiométrico se representan en gráficos cuya
ordenada corresponde a la presión aplicada y cuya abcisa corresponde a la deformación
radial, r, definida por la expresión:
r =
o
o
r
rr 
donde:
r = radio medio de la cavidad en un momento del ensayo.
ro = radio inicial de referencia.
Sin embargo, en la realidad, durante el ensayo se mide cómo varía el volumen de la
sonda. A partir de ese valor se deduce la deformación radial.
Con estos dos datos (volumen y presión) se puede preparar el diagrama deformación-
presión para un ensayo tipo PBP que se ilustra en el esquema de la Figura nº 7.
pho = presión horizontal inicial.
pf = presión de fluencia.
pl = presión límite
Figura nº 7.- Esquema del resultado de un ensayo presiométrico

25
Como se puede ver, en un primer momento se mide la expansión de la membrana hasta
entrar en contacto con las paredes del sondeo. A continuación se produce una zona elás-
tica donde la deformación y la presión crecen de manera lineal. Por último estaría la
zona plástica del ensayo.
Es habitual medir las deformaciones a los 60 segundos de aplicada la carga. Sin embar-
go, si se midiera adicionalmente a los 30 segundos se podría determinar la fluencia que
se produce y analizar con mayor detalle el resultado del ensayo.
La interpretación del ensayo presiométrico permite conocer tres presiones de interés:
a) Presión horizontal inicial, pho. Es la presión que ha de ejercerse para establecer
el contacto membrana-terreno y deformarlo hasta su posición original, antes de
practicar el sondeo. En los presiómetros convencionales esa presión corresponde
al quiebro de la curva presión-deformación (punto de máxima curvatura). Exis-
ten procedimientos detallados para determinarla5
.
b) Presión de fluencia, pf. Es la presión donde acaba un tramo recto que suele apa-
recer en estos diagramas. A partir de ella, las deformaciones son claramente no
lineales. Su determinación detallada puede realizarse con ciertas técnicas, aun-
que en la práctica rutinaria suele definirse casi a simple vista.
c) Presión límite, pl. Es la presión que provoca una deformación radial del 41% o
lo que es lo mismo una deformación volumétrica del 100% respecto al valor ini-
cial de la sonda. Si el ensayo no ha alcanzado esa deformación, es necesario
hacer una extrapolación para obtenerla a partir del gráfico presión (ordenada) -
incremento de volumen dividido por el volumen inicial (abcisa). Otra posibili-
dad sería representar en abcisas en inverso de la deformación y en ordenadas la
presión. El valor en el origen de esta curva sería la presión límite correspondien-
te al ensayo. La relación entre presión límite y presión de fluencia es de 1,7 se-
gún Menard.
5
Véase, por ejemplo, la tesis doctoral de H. Cano Linares «Técnicas “in situ” para la caracterización del comporta-
miento elástico no lineal de suelos duros». E.T.S. Ing. Caminos, Canales y Puertos. U.P.M. Madrid 2004.

26
Correcciones de los resultados brutos
Los datos tomados en bruto durante el ensayo deben ser corregidos tal como se indica a
continuación. El tarado del equipo, antes de su utilización, permite conocer qué parte de
la presión que se aplica es necesaria para deformar la membrana y ese valor se debe
restar a la presión aplicada para obtener la presión corregida que es la que debe utilizar-
se en el gráfico de resultados. Además, se deberían realizar en las lecturas las siguientes
correcciones.
* Corrección debido a la presión del agua
En aquellos casos en los que la deformación se mide como cambio de volumen, a la
lectura leída habría que añadirla la presión de agua que existe dentro de la tubería, desde
la central de medida al punto de ensayo.
hidráulicaleidacorregida PPP 
* Corrección debido a la inercia de la membrana
La segunda corrección sería debida a la inercia del a membrana. Para ello habría que
realizar ensayos que midan la rigidez de la membrana alcanzado deformaciones simila-
res a las que se esperan en el ensayo. Esta corrección es más importante para suelos
blandos. En suelos firmes o rocas apenas tiene importancia.
inercialeidacorregida PPP 
* Corrección debido a la compresión del sistema
Por último habría que tener en cuenta la posible compresión del propio sistema:
leídoleidacorregido PaVV 
donde a es una constante que se debe obtener mediante la realización de ensayos especí-
ficos.

27
Información deducida a partir del ensayo presiométrico
La interpretación de la curva presiométrica permite obtener ciertos parámetros caracte-
rísticos del comportamiento del terreno, tal como se indica a continuación.
Deformabilidad
Se define como módulo presiométrico, Ep, al valor siguiente:
)1(2
G
Ep


donde:
G = módulo de rigidez transversal.
ν = módulo de Poisson.
El módulo de Poisson no se puede determinar con este ensayo. Si se quiere conocer el
módulo presiométrico habrá que hacer alguna hipótesis sobre el valor adecuado de ν.
Pero lo interesante sería conocer el valor del módulo confinado del terreno o el valor del
módulo de Young ya que son los valores que se suelen emplear en los modelos numéri-
cos.
Existe una correlación empírica entre el módulo confinado (Em) y el módulo presiomé-
trico en función del tipo de terreno.


p
m
E
E
siendo  el valor indicado en la tabla siguiente (Tabla IX).
Tabla IX.- Coeficiente  de relación entre el módulo edométrico y el módulo
presiométrico
Suelo Arcilla Limo Arenas Arenas y gravas
 2/3 1/2 1/3 1/4

28
Algunos autores han intentado estimar el valor de  no sólo a partir del tipo de terreno
sino en función de los datos del ensayo (presión límite y módulo presiométrico). Ver
Tabla X.
Tabla X.- Coeficiente  función del tipo de suelo y de la compactación
Arcillas Limos Arenas Arenas y gravas
Tipo de suelo
Ep/P1  Ep/P1  Ep/P1  Ep/P1 
Sobreconsolidadas >16 1 >14 2/3 >12 1/3 >10 1/3
Normalmente
consolidado
9-16 2/3 8-14 1/2 7-12 1/3 6-10 1/4
Remoldeadas 7-9 1/2 1/2 1/3 1/4
El módulo de rigidez transversal, G, del terreno, para el nivel de deformaciones del en-
sayo y para la dirección de carga correspondiente (perpendicular al eje del sondeo), se
puede obtener mediante la expresión:
V
p
VG 0



donde:
p = aumento de presión entre los dos puntos donde se advierte una respuesta li-
neal.
V = aumento de volumen entre esos dos mismos puntos.
Vo = volumen de referencia.
Normalmente se debe utilizar como volumen de referencia el correspondiente al inicio
del tramo elástico (tramo recto).
Si se toma la zona inicial de la recta se puede obtener el valor del módulo de corte ini-
cial:
 
V
p
VG 0h
0i



c
1


29
Resistencia
En suelos arcillosos saturados es posible obtener un valor recomendado de la resistencia
al corte sin drenaje, su, mediante un análisis específico de la zona no lineal del final de
la curva presiométrica (presión de ensayo comprendida entre pf y pl). La expresión co-
rrespondiente es:
su =









o1
o2
12
u
VV
VV
ln
pp
s
donde:
p1, p2 = presiones cualquiera en el tramo pf – pl.
V1, V2 = volúmenes de fluido en el presiómetro para esas mismas presiones.
Vo = volumen de referencia. Se tomará el que corresponde a pho.
Teóricamente el valor de su sería independiente de los puntos 1 y 2 que se elijan. Pero
será necesario tantear distintos valores para obtener un valor razonable.
En suelos arenosos permeables, siempre que se garantice que durante el ensayo no se
generan presiones intersticiales importantes, se puede obtener, de esa misma rama curva
final del ensayo, una idea aproximada del ángulo de rozamiento interno del terreno,
mediante la expresión siguiente6
:
 = 7º (1 + 10 s) > 30º
donde:

















o1
o2
o1
o2
rr
rr
ln
up
up
ln
s
donde:
p1, p2 = presiones cualquiera en el tramo pf – pl.
r2, r1 = radios del presiómetro para esas mismas presiones.
6
Esta expresión simplificada se ha deducido del gráfico de la publicación de Mair, R.J. y Word, D.M. (1987). Pres-
sumeter Testing. Butterworths. London. Para ello se ha supuesto un suelo granular convencional cuyo ángulo de
rozamiento crítico sea de 30º.

30
ro = radio de referencia, se tomará el que corresponda a pho.
uo = presión hidrostática del agua intersticial al nivel del ensayo.
Otros parámetros
Además existen algunas correlaciones entre los valores de la presión límite de los ensa-
yos presiométricos y algunos otros parámetros. Por ejemplo, con el valor del NSPT.
El coeficiente de empuje al reposo, Ko, del terreno se puede obtener mediante la expre-
sión siguiente:
Ko =
vo
ho
'
up


donde:
pho = presión horizontal inicial, deducida del ensayo.
u = presión intersticial al nivel del ensayo.
′vo = presión vertical efectiva al nivel del ensayo.
Tabla XI.- Relación entre la presión límite y el ensayo SPT
PLM (kN/m2
) Descripción arena NSPT
0 a 200 Muy suelta 0 a 4
200 a 500 Suelta 4 a 10
500 a 1500 Medianamente densa 10 a 30
1500 a 2500 Densa 30 a 50
>2500 Muy densa > 50
6. DETERMINACIÓN IN SITU DE LA PERMEABILIDAD
Cuando se está en la fase de reconocimiento del terreno es posible determinar in situ la
posible permeabilidad del suelo.

31
Ensayo Lefranc
En perforaciones se pueden realizar ensayos Lefranc para puntos situados por debajo del
nivel freático. Este ensayo es el más utilizado en suelos, de ejecución muy sencilla y
económica. En concreto, sería aplicable para medir coeficiente de permeabilidad en
suelos permeables o semipermeables, de tipo granular y situados bajo el nivel freático.
También en rocas muy fracturadas.
Dicho ensayo se lleva a cabo durante la ejecución de un sondeo de diámetro d. En un
momento determinado la tubería que se emplea para contener las paredes se eleva una
altura l y se llena de agua la cual fluye hacia el interior del sondeo. Este ensayo Lefranc
se puede realizar en el fondo de la perforación o bien en un tramo de la misma. Poste-
riormente se llena de agua aportando un caudal Q hasta que el nivel asciende hasta la
boca del sondeo (altura H entre el nivel freático exterior y el nivel dentro del sondeo)
comprobando que el régimen es estacionario. En el caso del ensayo de carga constante
se mide la cantidad de agua necesaria para mantener el nivel constante. En cambio, si el
ensayo es descarga variable se mide la velocidad de descenso del agua en el sondeo. La
lecturas (bien del caudal, bien del descenso de la lámina de agua) se toman con un in-
tervalo de 1 a 5 minutos (en función de la mayor o menor permeabilidad del suelo) se
van registrando las medidas durante un periodo no inferior a 30 minutos (algunos auto-
res recomiendan 45 minutos). Las medidas del caudal deben realizarse cada 5 min. Si la
admisión es muy alta debe medirse cada minuto durante los 20 primeros minutos y lue-
go cada 5 min.
Hay que decir que los detalles de ejecución de este tipo de ensayos, tales como la lim-
pieza del fondo del sondeo, la estabilidad de sus paredes, la obturación de la zona reves-
tida del sondeo, etc., tienen o puede tener repercusiones muy altas en los resultados. Por
eso, la determinación de la permeabilidad es siempre una tarea de resultados poco preci-
sos.
Si el ensayo se realiza en un tramo del sondeo (la tubería se eleva) el coeficiente de
permeabilidad que se obtiene si el ensayo es de carga constante:
H
Q
mk 

32
donde m es un coeficiente de forma que tiene dimensiones de longitud y que depende
del diámetro del sondeo y de la longitud que se levanta la tubería de revestimiento. Si se
cumple que l > 4 · d es bastante exacto considerar que m toma el siguiente valor (algu-
nos autores indican que l > 2 · d):
 
l2
d
l2ln
m



Si no se cumple la relación entre l y d, se podría emplear la siguiente expresión general:
 
l2
1
d
l
d
lln
m
2









Otros autores proponen la siguiente expresión:






4
Z2
1
d
L2
log
l
2
m
Donde Z es la distancia entre el nivel freático y el punto medio de la zona del ensayo.
Si el ensayo se realizara en el fondo del sondeo (teniendo las paredes del mismo entu-
badas) entonces el coeficiente de permeabilidad se obtendría mediante la siguiente ex-
presión.
HC
Q
k


donde d2,75C  para algunos autores y
2
d
5,7C  para otros.
Pudiera suceder que a cierta distancia del fondo del sondeo existiera un estrato imper-
meable. En este caso, el coeficiente de permeabilidad se obtendría empleando el si-
guiente parámetro:
s
corregido
Hπ8
d
mm


donde Hs es la distancia entre la posición media de la zona permeable y el estrato im-
permeable.

33
Por último, si el ensayo fuera con un nivel variable, entonces la expresión que se emplea
para determinar el coeficiente de permeabilidad sería:
2
1
2
e
h
h
ln
tl8
d
l2
lnd
k 






 


donde:
K: permeabilidad Lefranc
de: diámetro de la zona entubada, no filtrante
l: longitud de la zona filtrante
d: diámetro de la zona filtrante
h1,h2: altura de agua al inicio y al final del ensayo, respectivamente
t: tiempo transcurrido durante el descenso desde h1 hasta h2
Como se ve en este caso no existe ningún factor de corrección de forma.
Otro ensayo para medir la permeabilidad in situ es el ensayo Lugeon. Para su realiza-
ción es necesaria una resistencia mínima del terreno por lo que es más propio para rocas
que para suelos. Al igual que el ensayo Lefranc, se realiza también en el interior de un
taladro. Para su realización es necesario el empleo de obturadores que aíslan una longi-
tud de taladro de dos metros o más (normalmente se ensayan 5 m de sondeo). Una vez
obturado se comienza a dar presión mediante una bomba hasta alcanzar el valor de
10 kp/cm2
manteniéndola aplicada durante 10 min (la presión se aplica en escalones de
carga y descarga (0, 1, 2, 5 y 10 kp/cm2
). Durante ese tiempo se mide la pérdida de agua
que se produce, que es un índice de la permeabilidad. En rocas blandas donde no se
puede producir la fracturación de la roca antes de llegar a los 10 kp/cm2
. Es importante
aclarar que los valores de permeabilidad obtenidos a 5 y 10 kp/cm2
no pueden extrapo-
larse a presiones mayores.
Se define una unidad Lugeon como la pérdida de un litro, por minuto y por metro lineal
en dichas condiciones. Y existe una relación teórica entre la unidad Lugeon y la per-
meabilidad equivalente en un medio poroso:
1 UL <> 1,3 10-5
cm/s

34
En ocasiones al aumentar la presión aumenta la permeabilidad lo que indica la apertura
de fisuras.
El tipo de gráfico del ensayo (caudal en abcisas y presión en ordenadas) permite cono-
cer alguna información sobre el ensayo realizado:
- Flujo laminar
La relación entre el caudal y la presión es de tipo lineal. Este hecho indica que
las fracturas son finas, el relleno posiblemente granular y el consumo por fractu-
ra es aproximadamente igual. Normalmente está asociado a valores Lugeon infe-
riores a 3 UL.
- Flujo turbulento
El caudal correspondiente a la presión máxima es menor que para presiones in-
termedias y mínimas. Este comportamiento indicaría que las fracturas son de di-
ferente grosor. Suele estar asociado a valores Lugeon mayores que 4 UL.
- Dilatación
En este caso cuando la roca es sometida a la presión máxima hay una cierta aper-
tura de la fractura (o se comprime el material de relleno debido a la presión del
agua) por lo que el caudal se incrementa. Es un proceso reversible (se puede su-
poner elástico).
- Erosión
El material de las fracturas es lavado durante el ensayo incrementándose el vo-
lumen de las mismas y, por tanto, el caudal con el tiempo. La curva caudal-
presión se ensancha y las flechas irán en sentido horario.
- Relleno
La posible sedimentación de los finos que pudiera transportar el agua o bien por
el material erosionado que posteriormente se deposita en el relleno, las fracturas
se cierran o se taponan según transcurre el ensayo. El caudal decrecerá con el
tiempo. Las curvas en este caso también se ensanchan pero las flechas irán en
sentido antihorario.

35
Como resumen se presenta la clasificación de Olalla y Sopeña (1991). Ver Tabla XII.
Tabla XII.- Clasificación de macizos rocosos en función de la permeabilidad
Tipo de macizo Unidades Lugeon
Presión
(kp/cm2
)
Muy impermeable 0 - 1 10
Prácticamente imper-
meable
1 - 3 10
> 3 10
Permeable
1,5 - 6 5
> 3 10
Muy permeable
> 6 5
Para problemas singulares en los que la permeabilidad puede resultar un factor determi-
nante en el proyecto, entonces se podrían realizar ensayos específicos de bombeo dise-
ñados particularmente para el problema concreto. En estos ensayos se suele ir extrayen-
do el agua del terreno a la vez que se mide el descenso del nivel piezométrico en las
proximidades del pozo. La ventaja de estos ensayos es que es un ensayo a escala real, y
se mide la permeabilidad de una gran masa de suelo. El principal inconveniente es el
coste.
7. ENSAYO DE CORTE IN SITU
En ocasiones puede ser interesante determinar la resistencia in situ de la roca. Se podría
producir un comportamiento análogo al ensayo de corte directo que se realiza en labora-
torio. Para hacer este ensayo se necesita realizar una galería para acceder al punto en el
que se quiere realizar el ensayo. A continuación se talla un bloque en la base o en las
paredes de la galería. La unión de dicho bloque con el resto de la roca debe orientarse
según la dirección en la que quiere que esto ocurra. Las dimensiones pueden estar com-
prendidas entre 0,40 m y 1 m (se puede tomar como valor más común 0,5 m  0,5 m).
Dicho bloque es protegido mediante un marco metálico rígido. Sobre el bloque es nece-
sario aplicar una presión normal antes de aplicar una fuerza tangencial mediante un ga-
to. Normalmente, dicho fuerza se aplica en la base del bloque por lo que no se introduce
un momento sobre el plano de estudio.

36
Durante la aplicación de las cargas se mide tanto el valor de las mismas como los des-
plazamientos. En el caso de la fuerza normal sólo será necesario conocer el desplaza-
miento en esa dirección. Pero en el caso de la fuerza tangencial es necesario conocer
tanto el movimiento normal como el tangencial.
Cuando los ensayos se realizan en una galería los gatos apoyan sobre el techo y paredes
de para poder conseguir la reacción necesaria. Si no se realizara en una galería sería
necesario disponer de unas vigas metálicas ancladas para poder apoyar el gato.
Se deberían realizar tres o cuatro muestras, aplicando a cada muestra una presión nor-
mal distinta. El resultado de representa en un gráfico esfuerzo normal-esfuerzo tangen-
cial. Uniendo los puntos mediante una línea recta es posible definir la cohesión y el án-
gulo de rozamiento si adoptamos como criterio de rotura el de Mohr-Coulomb.
8. ENSAYOS DE PLACA DE CARGA
También en galería se pueden hacer ensayos de placa de carga que permiten determinar
las propiedades deformacionales de la roca. También se podría conocer algún dato de la
resistencia.
El ensayo consiste en colocar una placa sobre el terreno, aplicar una serie de cargas y
medir deformaciones. Las placas pueden tener unas dimensiones que pueden oscilar
entre 30 x 30 cm y 100 x 100 cm). Se suele mantener la carga en cada escalón hasta
que el incremento del asiento sea inferior a 0,01 mm, con un intervalo entre lecturas de
5 min. En un ensayo se pueden hacer varios ciclos de carga y descarga.
Las cargas se aplican mediante gatos hidráulicos que actúan sobre una carga de lastre
(un camión, anclaje de los gatos...).
En ocasiones, la deformabilidad se mide empleando varillas ancladas a distintas profun-
didades, midiéndose así la deformación del terreno a distintas profundidades. La esti-
mación de la deformabilidad con este tipo de ensayos se suele realizar suponiendo un

37
comportamiento elástico (teoría de Boussinesq).del terreno (cuando este es un suelo) El
módulo de Young se podría estimar como:
r
S
P
5,1E s

Siendo r el radio de la placa, Ps la presión media bajo la placa y S el asiento de la placa.
Para el caso de ensayos en roca la interpretación de los resultados podrían realizarse con
las siguientes expresiones:
 
z
1LP
E
2
S 
 para placa cuadrada
 
z4
1dP
E
2
S


 para placa circular
Donde z es el hundimiento de la placa, d y L el diámetro y anchura de la placa (según el
la geometría que tenga).
Figura nº 8.- Esquema del ensayo de placa de carga

38
9. ENSAYO DE GATO PLANO
Para medir las tensiones existentes en un revestimiento de un túnel o en la propia roca
se pueden hacer ensayos de liberación de tensiones. También se puede estimar la de-
formabilidad de la roca.
En primer lugar ser colocaron, como mínimo, un par de puntos de estudio para poder
conocer los movimientos de la fisura. Para ello se debería realizar una fisura en el reves-
timiento o en la roca.
A continuación se ejecutaría la fisura mediante una sierra o mediante perforación de
taladros.
Posteriormente se dejaría que transcurriera cierto tiempo (por ejemplo 24h-36 h). Du-
rante este tiempo se mediría la variación en la apertura de la fisura creada (si está en
compresión se cerraría al liberarse las tensiones). Con la medida de los movimientos y
conociendo las constantes elásticas de la roca, teóricamente, se puede estimar las ten-
siones preexistentes. Aunque este cálculo es complejo y se suele tomar como una indi-
cación complementaria (en realidad las tensiones que se miden sólo son las existentes
después de la perforación de la ranura).
A continuación se introduce en la fisura practicada un gato y se aplica la presión necesa-
ria hasta que la fisura tenga las mismas dimensiones que inmediatamente después de
haberla practicado (se suele emplear un gato plano). Y se estima que la presión necesa-
ria para eliminar la deformación es la presión que existía inicialmente. Evidentemente,
el material puede seguir un ciclo de histéresis que haga que las tensiones aplicadas por
el gato sean mayores que las preexistentes para llegar a un mismo estado de deforma-
ción. El método está especialmente indicado para medir tensiones paralelas a la superfi-
cie de una roca y en las proximidades de dicha superficie.
Durante el ensayo además de medir las tensiones es posible medir las deformaciones y,
a partir de ese valor, la deformabilidad del macizo rocoso.

39
En la Figura nº 9 e muestra un esquema del ensayo tomada del libro Ingeniería Geológi-
ca.
Figura nº 9.- Esquema del ensayo de gato plano
10. COMENTARIOS FINALES
En el presente documento se han resumido algunos de los principales ensayos in situ
que suelen realizarse para caracterizar los suelos y las rocas.
A modos de resumen, en las siguientes tablas (Tablas XIII y XIV) se indican los ensa-
yos descritos, cómo se ejecutan y sus características principales y los resultados que se
obtienen. Para facilitar la comparación al alumno, se ha diferenciado los ensayos pro-
puestos para conocer la resistencia del terreno de los que están enfocados a estimar la
deformabilidad.

40
Tabla XIII.- Ensayos in situ de resistencia
Ensayo Lugar Descripción Características Resultados
Penetración
estándar (SPT)
En el interior de los
sondeos.
Resistencia a la penetración de
una puntaza mediante golpeo
con una energía normalizada.
En suelos, especialmente en
materiales no cohesivos.
Valor N de resistencia a la
penetración que puede ser
correlacionado con parámetros
geotécnicos.
Penetrómetro
dinámico
A partir de superficie
hasta una profundidad
de  25 m.
Medida de la resistencia a la
penetración de una puntaza
mediante golpeo con una
energía normalizada.
Tipos: Borro, DPL, DPM, DPH
y DPSH.
No se obtienen muestras.
Medida indirecta de la resis-
tencia del terreno mediante el
valor NB. Se puede relacionar
con el SPT.
Penetrómetro
estático
A partir de superficie
hasta una profundidad
de  30 m.
Registro continuo de la resis-
tencia a la penetración de una
punta y un vástago mediante
presión.
En suelos granulares y cohesi-
vos blandos. Cuando se instala
un piezocono se pueden medir
presiones intersticiales. No se
obtienen muestras.
Resistencia por punta, roza-
miento lateral y presiones
intersticiales.
Corte in situ En galerías, zanjas y
pozos.
Medida de la tensión tangencial
necesaria para producir la
rotura a través de una disconti-
nuidad sometida a una determi-
nada carga normal.
Puede emplearse la célula de
Hoek para muestras pequeñas o
testigos en campo.
Resistencia al corte de un
plano de discontinuidad.
Tabla XIV.- Ensayos de deformabilidad
Ensayo Lugar Descripción Características Resultados
Placa de carga
en suelos.
Zanjas, pozos y en
superficie.
Media de las deformaciones
producidas al aplicar cargas
verticales conocidas mediante
una placa lisa y rígida.
Las placas pueden tener dimen-
siones variables (30  30 a 100
 100 cm).
Módulo de Young y coeficien-
te de balasto.
Placa de carga
en macizos
rocosos
En galerías y túneles. Medida de las deformaciones
producidas al aplicar cargas
conocidas mediante una placa
lisa y rígida.
Las placas pueden tener dimen-
siones variables (30  30 a 100
 100 cm). Resulta difícil
aplicar cargas > 200 t.
Módulo de Young.
Presiómetro
(en suelos)
En el interior de
sondeos.
Medida de la deformación del
terreno al ir aplicando una serie
de presiones controladas en
suelos.
Aplicable en materiales con E ≤
6.000 MPa. Puede ejercer
presiones hasta 20 MPa.
Módulo de deformación
presiométrico.
Dilatómetro
(en rocas)
En el interior de
sondeos.
Medida de la deformación del
terreno al ir aplicando una serie
de presiones controladas en
rocas.
Aplicable en materiales con E ≤
15.000 MPa. Puede ejercer
presiones mayores de 20 MPa.
Módulo de deformación
dilatométrico.
Gato plano En superficie, galerí-
as, túneles.
Medida de la deformación a lo
largo de una hendidura creada
en la roca.
Hasta 70 MPa. Módulo de deformación y
estado tensional.

41
ANEJO I
BIBLIOGRAFÍA
 CUSTODIO et al, (1976). Hidrología Subterránea. Omega
 GÓMEZ, F.J., ANDREU, F.J. Y DE LA GANDARA, J (1985). La deformabili-
dad del suelo "in situ" un método para la interpretación conjunta de los ensayos
de laboratorio y de campo. Revista internacional de métodos numéricos para
cálculo y diseño en ingeniería.
 GONZÁLEZ DE VALLEJO, L. (2002). Ingeniería geológica. Prentice Hall
 IGEOTEST (2004). Ensayos geotécnicos in situ. Su ejecución e interpretación.
 JIMÉNEZ SALAS, J. A. Y JUSTO ALPAÑÉS, J. L. (1975). Geotecnia y Ci-
mientos II. Ed. Rueda.
 PUERTOS DEL ESTADO. (2005). ROM 0.5.05. Recomendaciones Geotécni-
cas para Obras Marítimas y portuarias. Ministerio de Medio Ambiente.

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