Prácticas Ingeniería Geológica

Prácticas de INGENIERÍA GEOLÓGICA

Óscar Pintos Rodríguez 1

PPPPPPPPRRRRRRRRÁÁÁÁÁÁÁÁCCCCCCCCTTTTTTTTIIIIIIIICCCCCCCCAAAAAAAASSSSSSSS IIIIIIIINNNNNNNNGGGGGGGGEEEEEEEENNNNNNNNIIIIIIIIEEEEEEEERRRRRRRRÍÍÍÍÍÍÍÍAAAAAAAA GGGGGGGGEEEEEEEEOOOOOOOOLLLLLLLLÓÓÓÓÓÓÓÓGGGGGGGGIIIIIIIICCCCCCCCAAAAAAAA

ÓÓÓÓÓÓÓÓssssssssccccccccaaaaaaaarrrrrrrr PPPPPPPPiiiiiiiinnnnnnnnttttttttoooooooossssssss



PRÁCTICA 1. DESCRIPCIÓN DE SUELOS

INTRODUCCIÓN El sistema de identificación y clasificación, fija el marco de referencia para intercambio de información técnica que, mediante la acumulación de experiencias, permita acotar las características más significativas, sirviendo como lenguaje de comunicación entre técnicos. La clasificación geotécnica de los suelos se emplea de forma muy habitual y común para la identificación y caracterización de los materiales geológicos en la Ingeniería; Con esta descripción detallada, se puede realizar una clasificación o división de una manera sistemática en diferentes grupos cuyos comportamientos geotécnicos vayan a ser similares. Resultan de gran utilidad y, por otro lado, permiten en una primera aproximación, rápida y económica, la evaluación de los suelos y rocas afectados o utilizados en una obra. Al presentar los suelos un comportamiento relativamente más isótropo que las rocas e igualmente relativamente menos afectados por discontinuidades, se han clasificado en función de propiedades físicas y químicas, a partir de las cuales se puede relacionar propiedades de identificación con parámetros geotécnicos de resistencia, deformabilidades, permeabilidad y de forma orientativa, su comportamiento ante cargas, asientos o como material de construcción. Ante todo, los suelos y las rocas deben identificarse y clasificarse con una buena descripción de campo y/o laboratorio, mediante observaciones, pruebas o ensayos sencillos que permiten seleccionar los ensayos de laboratorio posteriores, fijados el tipo, calidad y cantidad de la muestra. Para ello, normalmente existen varias normas y sistemas de clasificación internacionales a las que hay que referirse; en todas las normales, la descripción y clasificación de los suelos en general se realiza con el siguiente orden de importancia:

Tamaño y forma de las partículas y su composición. Color y olor. Humedad. Plasticidad y consistencia. Estructura. Grado de meteorización.

DESCRIPCIÓN DE LOS SUELOS SEGÚN EL U.S.C.S.

Tamaño y forma de las partículas El tamaño de las partículas de un suelo puede ser muy variado, desde micras hasta bloques de grandes dimensiones. La medida de dicho tamaño se conoce con el nombre de Granulometría. El análisis granulométrico es una distribución por tamaño de las partículas de suelo; la distribución de las partículas sólidas se realiza según normales específicas (Ej.: ASTM, UNE, …)



La composición según el sistema de clasificación de suelos unificado (U.S.C.S.) diferencia según el tamaño, entre suelos de grano grueso y de grano fino. En la siguiente tabla se muestra la denominación que reciben las partículas según la fracción dominante; en casos intermedios o con varias fracciones se adjetiva la fracción secundaria (Ej.: arena arcillosa, gravas arenosas, …).

Tamaño Tamiz Clasificación> 200

200 - 75

Gruesa 51 -19 3 - 3/4"

Media 19 - 4,75 3/4" - Nº4

Fina 4,75 - 2 Nº4 - Nº10

Gruesa 2 - 0,42 Nº10 - Nº40 Arena 2 - 0,06 mm

Fina 0,42 - 0,075 Nº40 - Nº200

Limos 0,075 - 0,002

Arcillas < 0,002 Arcilla < 0,002 mm

Denominación

Límites de

Atterberg

Arena

Grava

Bloque

Bolo

Limo 0,06 - 0,002 mm

Grava > 2 mm

Suelo

s g

ranula

res

Suelos finos

La separación de las partículas de los distintos tamaños de los suelos en el campo y laboratorio, y la determinación relativa de su proporción relativa en el total de la muestra, se realiza siguiendo los siguientes aspectos, basados en el tamaño de los granos y en las claves de la experiencia:

Gravas Granos de roca frime de tamaño mayor al milimétrico

Se ven los granos individuales

No tiene plasticidad

Es fácil de romper cuando está seco

Arena

Limo

Arcilla

Las partículas individuales no se ven

Aspecto suave

Difícil de romper cuando está seco

Presenta plasticidad

Se ven sólo algunas partículas

Presenta asperidad

Es fácil de romper o desmenuzar

Poca ó alguna plasticidad

La forma de las partículas, tiene tanta importancia como su tamaño, en lo que al comportamiento del suelo respecta. Está en relación con la historia geológica del suelo, tanto en el origen del material del que provienen, como en la impronta marcada por el transporte que ha sufrido hasta la sedimentación. Los parámetros que miden la forma, son la esferidad y la redondez:

Esf

eric

idad

alt

a E

sfer

icid

ad b

aja

Muy angular Angular Sub-angular Redondeado Sub-redondeado Bien redondeado



Color Es importante en perfiles de meteorización y presencia de materia orgánica. La variación del color de la roca respecto a la original, es un indicador básico de la meteorización. Consistencia y plasticidad Los suelos con elementos finos, poseen un ligante natural que les da cohesión. Los materiales cohesivos se presentan en la naturaleza con distintos estados de consistencia dependiendo de la humedad que tengan; cuando ésta es muy grande, el suelo se convierte en una papilla, llamándose a este estado, semilíquido o viscoso; disminuyendo la humedad, se convierte en una pasta muy blanda fácilmente moldeable con la mano (estado plástico); si disminuimos más la humedad, tenemos un sólido blando que se rompe al moldearlo, correspondiente al estado semisólido; por último, cuando el suelo está muy seco, presenta las características normales de un estado sólido. La plasticidad (capacidad de remolde y deformación sin cuartear o rotura) se determina mediante los límites de Atterberg, que marcan una separación arbitraria entre estos cuatro estados de consistencia del suelo. Así, un suelo muy blando se escurre entre los dedos al cerrar la mano, un suelo blando se moldea fácilmente con los dedos, un suelo firme se moldea con una fuerte presión con los dedos, un suelo consistente, se hunde con una fuerte presión de los dedos, y un suelo duro se hunde ligeramente con la punta de un lápiz. Estructura Hablamos de estructura homogénea si presenta características similares, estructura estratificada, si hay diferentes niveles de suelo, bandeada si hay niveles de suelos residuales, y laminada, si hay niveles de suelo menores de 1 mm de espesor. Humedad La humedad (w) de un terreno, es el conciente entre el peso del agua y el peso del suelo seco; normalmente se expresa en %. Es el factor que más influye en las propiedades de un suelo, esencialmente en los suelos arcillosos, ya que dependiendo del contenido de humedad, pueden variar desde suelos muy duros hasta suelos viscosos. Cuando todos los huecos del suelo están llenos de agua (bajo el nivel freático), la humedad es la correspondiente a humedad de saturación, mientras que en sus proximidades o por encima, suele estar parcialmente saturado o seco. Por tanto, el grado de saturación mide el porcentaje de huecos que están llenos de agua y que coinciden con el cociente entre la humedad y la humedad saturada. Densidad Es la proporción de masa de las partículas por unidad de volumen. Se estima al introducir una barra de acero en el terreno.



TIPOS GEOTÉCNICOS DE SUELOS

Suelos granulares: Normalmente, son buenos como terreno de cimentación, sobre todo si su compacidad es media o alta, y el espesor suficiente. No resisten tracciones, y su resistencia al corte, sólo es apreciable a partir de una cierta profundidad, ya que el propio peso hace aumentar el rozamiento entre los granos. Los asientos son pequeños bajo condiciones de carga estática, y se producen rápidamente, a no ser que las tensiones sean suficientes como para producir la fracturación de los granos, con lo que el proceso puede retrasarse. Se producen grandes asientos en caso de cargas dinámicas, especialmente con compacidades bajas, resultando en este caso conveniente una compactación mecánica. Por debajo del nivel freático, la arena fina y el limo pueden convertirse en movedizos, por disminución de las acciones mutuas de adherencia de partículas; en excavaciones bajo el nivel freático, existe el peligro de mantener en seco la excavación (sifonamiento).

Suelos cohesivos: La consistencia, y con ella, su capacidad portante, depende de la humedad del suelo; hay que evitar que absorban agua. Debe evitarse, además, la desecación de los suelos húmedos, ya que puede producirse asientos por retracción del terreno; además, las grietas recogerían agua. Por su elevado volumen de poros, el asiento bajo carga, suele ser importante y muy lento, ya que el agua intersticial escapa con lentitud de los pequeños poros. El asentamiento depende principalmente de la compresibilidad de la arcilla que va ligada a su historia geológica, es decir, si está normalmente consolidada o consolidada. Los limos son malos terrenos de cimentación, pues una pequeña variación de la humedad es suficiente para modificar su consistencia. Los limos arcillosos tienen propiedades muy variables; los aluviales fangosos actuales suelen tener una compacidad baja y son muy compresibles. Las arcillas blandas o muy blandas son mal terreno de cimentación, especialmente si el espesor de los estratos es variable, ya que dan lugar a asientos diferenciales. La plasticidad dependerá de la cantidad y tipo de arcilla.



DESCRIPCIÓN GEOTÉCNICA DE LOS SUELOS M Símbolo Características relevantes Descripción

1

Suelos

ganulares no

cohesivos

Arenas de

grano fino

(100%)

Arenas finas

Suelo seco constituido por arenas

finas bien graduadas y sueltas.

Plasticidad baja; sin cementación.

Forma subrredondeada. Colores

claros. Húmedo. Presenta cuarzos,

feldespatos y micas

Arenas finas bien

graduadas, con

baja plasticidad

5Suelos poco

cohesivosLimos Limo

Suelo húmedo formado por limos.

Color amarillento y fuerte olor a azufreLimo homogéneo

4

Suelos

granulares no

cohesivos

40% gravas

con 40% de

arenas y 20%

de finos

Grava con

arenas y finos

Suelo seco de gravas, arenas y finos

mal graduados, secos y sin cementar.

La forma de los granos es subangular-

subrredondeado, y el tamaño máximo,

25 cm. Los finos son de baja

plasticidad. La composición de las

gravas es de cuarcita

Gravas mal

graduadas, con

finos de

plasticidad baja

3

Suelos

granulares no

cohesivos

60% gravas

con 40% lde

limos

Gravas con

finos

Suelos secos, mal graduados, con

plasticidad media, granos angulares,

abundancia de yesos. Colores blancos

grisáceos. Cementación débil

Gravas mal

graduadas, con

finos de

plasticidad baja

2Suelos

cohesivos100% arcillas Arcillas

Suelo seco, cohesivo, constituido en

su totalidad por arcillas negras, con

abundante materia orgánica

Arcillas negras

con alta

plasticidad

6Suelos

cohesivos100% limos Limos

Suelo húmedo formado por limos, sin

plasticidad y de color amarillento. Mal

olor.

Limos cohesivos

Grupos principales



PRÁCTICA 2. MECÁNICA DE SUELOS

1.- Una muestra de arcilla de 100 mm de longitud, se extrae de un tomamuestras de diámetro interior de 100 mm. La muestra tiene una masa de 1531 g y una vez seca, de 1178 g. Si el peso específico de las partículas (G) es de 2.76, calcular la densidad aparente húmeda, el contenido de humedad natural, la relación de vacíos (e), la densidad seca y el grado de saturación.

2.- Los siguientes resultados se han obtenido mediante un ensayo de la Cuchara de Casagrande:

Nº golpes 18 27 29 Humedad (%) 48 39 37

a) Hallar el índice de plasticidad, si el límite plástico es 18%.

Primero, debemos hallar la humedad a 25 golpes, para conocer así el límite líquido.

Representaremos gráficamente los resultados anteriores, ya que no nos dan la humedad a los 25 golpes.

Trazamos una recta a los 25 golpes (color verde), hasta que corte a la recta Humedad-Nº golpes (color rojo); desde ese punto la unimos con el eje y, obteniendo la humedad que

nos interesa a los 25 golpes.

La humedad a 25 golpes, que es el Límite Líquido, es 40.5. Aplicando la fórmula del Índice de Plasticidad, obtenemos dicho índice:

5.22185.40 =−=−= PL LLIP

100 mm

100

mm

84.0812.426

59.358

%2.98982.059.358

352

/76.2812.426

1178

59.358812.4264.785

812.42676.2

1178/75.2

%8.291001178

352

/49.14.785

1178

4.785105

3sec

3

33

3

322

====∅

====

==

=−=−=

==→==⋅

==

=⋅==

===

=⋅⋅=⋅⋅=

s

v

v

w

a

sTv

ss

s

ws

s

w

s

T

V

VPorosidad

V

VS

cmg

cmVVV

cmVcmgV

m

V

mG

sólidomasa

aguamasaW

cmgV

m

cmhrV

γ

γγγ

γ

ππ



τ−στ−στ−στ−σΝΝΝΝ

Humedad - Nº golpes

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Nº golpes

Hu

med

ad

b) ¿Cuál es la clasificación de este suelo?

Para clasificar el suelo, debemos representar el Índice de Plasticidad frente al Límite

Líquido en la Gráfica de Casagrande:

Al representarlo, vemos que caen el campo CL, es decir, arcillas inorgánicas de

plasticidad baja o media.



c) Un frasco con una muestra húmeda de este mismo suelo, tenía una masa de 25.24 g, siendo la masa del frasco vacío 14 g. Tras el desecado de la muestra en un horno durante 24 horas, la masa del frasco con la muestra desecada resultó ser de 23.2 g. Calcular la humedad natural del suelo, indicar su estado de consistencia, y dibujar la curva esfuerzo-deformación representativo.

%78.4810062.7

62.3100

62.362.724.1162.71462.21

24.111424.25

sec

=⋅=⋅=

=−=

=−=

=−=

s

w

aguaosuelo

húmedosuelo

M

MW

MgM

gM

Se trata de un suelo viscoso poco consistente.

3.- Los resultados de un análisis de tamizado, de dos muestras de suelo, son los siguientes:

Masa de suelo retenido en el tamiz (gramos) Abertura del tamiz (milímetros) Suelo A (250 g) Suelo B (175 g)

37.5 0.0 20.0 26.0 10.0 31.0 5.0 11.0 0.0 2.0 18.0 8.0

1.18 24.0 7.0 0.06 21.0 11.0 0.3 41.0 21.0

0.21 32.0 63.0 0.15 16.0 48.0

0.063 15.0 14.0 Un ensayo de sedimentación sobre el material que pasa a través del tamiz de 63 micras, indicó que las muestras contenían:

Masa de suelo (gramos) Tamaño de partículas (milímetros) Suelo A Suelo B 0.06 - 0.02 8 2

0.02 – 0.006 4 1 0.006 – 0.002 2 0

< 0.002 1 0 Representar las curvas granulométricas de los dos suelos y determinar el diámetro eficaz (D10), porcentaje de finos, el coeficiente de uniformidad (Cu) y el coeficiente de curvatura (Cc). Clasificar los suelos y comentar brevemente los resultados.

Primero, hemos de construir una tabla que nos muestre el % de suelo retenido en cada tamiz. Con este dato, podremos construir una segunda tabla con el % de suelo que pasa



por cada tamiz; éstos serán los datos que vamos a representar gráficamente, para hacer la clasificación de los suelos:

Retenido (g) Retenido (%) Pasa (%) Retenido (g) Retenido (%) Pasa (%)37,5 0 0 100 0 0 100

20 26 10,4 89,6 0 0 100

10 31 12,4 77,2 0 0 100

5 11 4,4 72,8 0 0 100

2 18 7,2 65,6 8 4,571428571 95,4286

1,18 24 9,6 56 7 4 91,4286

0,6 21 8,4 47,6 11 6,285714286 85,1429

0,3 41 16,4 31,2 21 12 73,1429

0,21 32 12,8 18,4 63 36 37,1429

0,15 16 6,4 12 48 27,42857143 9,71429

0,063 15 6 6 14 8 1,71429

0,06 - 0,02 8 3,2 2,8 2 1,142857143 0,57143

0,02 - 0,006 4 1,6 1,2 1 0,571428571 0

0,006 - 0,002 2 0,8 0,4 0 0 0

< 0,002 1 0,4 0 0 0 0

Suelo A Suelo BAberura

Ahora, procedemos a representar los datos anteriores en la falsilla granulométrica:

Según este gráfico, podemos concluir que el suelo A son gravas arenosas con algo de finos. El suelo B, son arenas medias-gruesas.

Procedemos ahora a determinar los distintos coeficientes:

Coeficientes Suelo A Suelo B

D 10 0,125 0,175

D 30 0,3 0,2

D 60 0,275 1

Cu (D 60 /D 10 ) 2,2 5,714286

Cc [D 302/(D 60 *D 10 ) 2,618181818 0,228571

Suelo B Suelo A



PRÁCTICA 2. ENSAYOS DE LABORATORIO

1.- Se ha realizado un ensayo de compresión simple en una probeta de granito hasta conseguir su rotura:

σ1 (Kp/cm2) εaxial (10-3) εradial (10-3) 0 0 0

170 0.5 0.2 330 1.0 0.4 500 1.5 0.6 670 2.0 0.8 830 2.5 1.0

a) Dibujar las curvas esfuerzo-deformación axial y esfuerzo-deformación radial, a partir de los resultados dados.

Esfuerzo-Deformación

0

200

400

600

800

1000

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003

Deformación

Esfu

erz

o

εaxial εradial

b) Calcular los módulos de deformación elástica E y υ para el material ensayado.

0.3100.5)(2.5

170830

εε

σσ

ε

σE

3inicialaxialfinalaxial

inicialfinal

axial

axial =⋅−

−=

−−

== −

0.40.5)(2.5

)2.00.1(

εε

εε

ε

εE

inicialaxialfinalaxial

aliradialfinalradial

axial

radial =−−

=−

−== nici

c) ¿Cuál es el valor de la resistencia a la compresión simple del material?

830 Kp/cm2



2.- A partir de los siguientes resultados obtenidos de dos ensayos de laboratorio realizados sobre probetas, dibujar lo círculos de Mohr y obtener:

Probeta nº σ3 (Kp/cm2) σ1 (Kp/cm2) 1 50 950 2 300 1850

a) Los parámetros resistentes, cohesión y ángulo de rozamiento interno del material ensayado.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

c) ¿Con qué tipo de ensayos se han obtenido estos datos?

Con ensayos de compresión simple.

d) Decir a qué tipo de roca pueden corresponder los valores de la resistencia a compresión simple, y clasificar la roca.

Como indica la recta tangente, vemos que la cohesión (C) es de 200 Kp/cm2. El ángulo

de rozamiento interno, es de 35º.

b) La resistencia a compresión simple.

La resistencia a compresión simple, sería el esfuerzo soportado, cuando σ3 es 0. Por lo tanto, trazamos otro círculo de Mohr (en color rojo), que pase por el origen,

marcándonos σ1 en el eje de las x. Así, la resistencia a compresión simple, es de 750 Kp/cm2. Sabiendo que 1 Kp/cm2 = 0.09807 Mpa, tenemos que σ1 = 73.55 Mpa.



Como los valores obtenidos, corresponden a una resistencia media, puede ser una roca sedimentaria con cemento ferruginoso.

3.- Una arenisca tiene un valor de la resistencia a compresión simple de 750 Kp/cm2. Los resultados de ensayos triaxiales, han dado un valor de 45º para su ángulo de rozamiento interno. a) Determinar el valor del esfuerzo axial que causa la rotura (σ1) en un ensayo en que la probeta ha sido sometida a una presión confinante (σ3) de 200 Kp/cm2.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

4.- A partir de los siguientes resultados de ensayos de resistencia al corte, realizados en unas muestras con discontinuidades:

Representando los círculos de Mohr, obtenemos para una presión confinante de 200

Kp/cm2, un σ1 de 1900 Kp/cm2.

b) ¿Qué valores de esfuerzos normal y tangencial han causado la rotura de la arenisca en el caso del apartado a)?

Representado la normal en el anterior gráfico (en color naranja), obtenemos un valor para el esfuerzo normal de 470 Kp/cm2, y 620 Kp/cm2 para el tangencial.

c) Determinar el valor de la cohesión del material.

Prolongando la recta tangente (en color azul) hasta el eje y, obtenemos un valor para la

cohesión del material (C) de 150 Kp/cm2.



σN=10Kp/cm2 σN=20Kp/cm2 σN=30Kp/cm2 τ (Kp/cm2) ε (10-3) τ (Kp/cm2) ε (10-3) τ (Kp/cm2) ε (10-3)

0 0 0 0 0 0 6 0.4 12 0.5 18 0.6

14 1.0 22 1.0 30 1.2 18 1.4 28 1.6 38 2.2 16 1.8 20 2.2 26 3.0 5.5 2.2 10 3.0 16 4.0 5 3.2 10 3.8 15.8 4.6

a) Dibujar las curvas τ-ε correspondientes a cada uno de los tres ensayos.

ε−τε−τε−τε−τ

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0,0035 0,004 0,0045 0,005

εεεε

ττ ττ

σN=10Kp/cm2

σN=20Kp/cm2

σN=30Kp/cm2

b) Calcular los valores de la resistencia τ pico y residual para cada ensayo

σN=10Kp/cm2 ⇒ τpico=18Kp/cm2 ⇒ τresidual=5Kp/cm2 σN=20Kp/cm2 ⇒ τpico=28Kp/cm2 ⇒ τresidual=10Kp/cm2

σN=30Kp/cm2 ⇒ τpico=38Kp/cm2 ⇒ τresidual=15.8Kp/cm2

c) Obtener los valores de los parámetros resistentes (cohesión y ángulo de resistencia interna) de pico y residuales, del plano ensayado.



τ−στ−στ−στ−σΝΝΝΝ

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35 40

σσσσΝΝΝΝ

ττ ττ

Pico

Residual

PRÁCTICA 4. TESTIFICACIÓN GEOTÉCNICA DE

SONDEOS

INTRODUCCIÓN Cualquier proyecto se realiza en función de los parámetros geotécnicos del suelo o macizo rocoso, tales como el módulo elástico, el coeficiente de viscosidad, los ángulos de rozamiento, la cohesión y rigidez de las juntas, … Estos parámetros se cuantifican en las clasificaciones geomecánicas, en el caso de rocas, y en unidades geotécnicas en el caso de los suelos. Las clasificaciones geomecánicas constituyen una herramienta fundamental, al proporcionar una información cuantitativa para los objetivos del diseño y potenciar un óptimo criterio de juicio desde un punto de vista ingenieril, así como mejorar la comunicación entre geólogos, geotécnicos e ingenieros en el desarrollo de un proyecto constructivo. El seguimiento de la evolución de los terrenos que se vayan atravesando en cualquier obra civil, se realizará sistemáticamente mediante levantamientos geotécnicos de los sucesivos sondeos, procediendo en ellos a la toma de datos geomecánicos. Esta toma de datos se realiza de acuerdo a las directrices y recomendaciones específicas de la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas (I.S.R.M.):

Tipología y características litológicas. Deberá referirse al tipo de roca que se localice y sus rasgos singulares, mediante definiciones concisas y, en lo posible, comprensible por personal técnico no geólogo o geotécnico.

Disposición geométrica de las unidades litológicas en el sondeo. Se

representa mediante una simbología geológica, definiendo claramente todas las singularidades, contactos, …

Presencia y disposición de accidentes geológicos relevantes. Corresponden

a fallas, frentes de cabalgamiento, zonas de milonitización o brechificación asociadas, pliegues y bandas de plegamiento. Deberán representarse de forma cartográfico, describiendo sus características.

Si prolongamos las dos rectas, obtenemos un valor de C de 7.5 kp/cm2 en la recta de pico, y 0

kp/cm2 en la residual.

El ángulo de rozamiento interno, es de 27.5º en la recta

residual y de 45.5º en la de pico.



Disposición estructural de las discontinuidades. Su representación se integrará en la cartografía citada anteriormente, indicándose su orientación (buzamiento con respecto al eje del sondeo).

Características y estado de las discontinuidades. Citada su orientación, se

describirán sucintamente las características que definan el macizo rocoso, tales como espaciado, y las que afecten a los parámetros elásticos del macizo, de resistencia al corte y rigidez, tales como apertura, rugosidad, relleno, …

Condiciones de estabilidad. Aspecto muy importante en las ocasiones en que

las clasificaciones geomecánicas pierden su capacidad de descripción, tales como ámbitos kársticos, presencia de suelos blandos, …

Presencia de agua en la excavación. Factor de inestabilización sumamente

importante.

Grado de facturación. El RQD constituye uno de los índices cuantitativos fundamentales en testificación de sondeos de rocas, a la hora de aplazar las clasificaciones geomecánicas; Estas cuantificaciones se efectúan con frecuencia al inicio de la obra, si bien, la progresiva familiarización con la Geología permite establecer valores acertados de forma estimativa.

A partir de todos estos datos, se procederá a efectuar la clasificación geomecánica de los materiales que aparezcan en el frente. El tipo de clasificación geomecánica a emplear suele definirse en el Pliego de Prescripciones Técnicas del Proyecto y que, con mayor frecuencia, es la R.M.R. de Bieniawski, dada su versatilidad, en base a su fácil realización y comprensión.

PROCEDIMIENTO Condiciones y características del sondeo Testificación de los testigos

Descripción cualitativa de la roca

Composición: Litología, mineralogía, tamaño y forma de los granos y otras características relevantes. Nombre de la roca o formación.

Textura: Aspecto de los cristales o granos. Los términos incluyen

cristalino, porfirítico, granular, …

Estructura: Se emplea en el macizo de roca y se refiere principalmente al ordenamiento de los aspectos estructurales y discontinuidades; planos de estratificación, laminación, foliación, banda de flujos, clivajes, …

Discontinuidades: Presencia y abundancia de diaclasas, fallas, …



Sistema de fracturación: Buzamiento relativo, espaciado (distancia perpendicular entre dos discontinuidades adyacentes de la misma familia) y relleno (material que hay entre las paredes adyacentes de una junta).

Meteorización: Proporción de la modificación de la textura, estructura y

composición referente al estado original de la roca.

Descripción cuantitativa de la roca

Porcentaje de recuperación (R%): Cantidad de muestra total recuperada. Se obtiene dividiendo la longitud de los fragmentos de roca entre la longitud total del sondeo, y multiplicando por 100.

Índice de fracturación (IF): Cantidad de discontinuidades por cada

metro de testigo recuperado.

Calidad de la roca (rock quality designation {RQD%}): Es la proporción de la longitud de los fragmentos de testigo iguales y mayores de 10 cm (limitados por discontinuidades naturales) y la longitud total del sondeo en cada maniobra, y multiplicado por 100.

RQD (%) Calidad de la roca IF Metros Tipo de roca

0 - 25 Muy mala < 15 > 3 Sólido

25 - 50 Mala 15 - 8 1 - 3 Masivo

50 - 75 Media 8 - 5 0,3 - 1 En forma de bloques

75 - 90 Buena 5 - 1 0,05 - 0,3 Fracturado

90 - 100 Excelente < 1 < 0,05 Triturado

Estimación de la calidad de las rocas según el RQD y nº de fracturas por metro

Espaciado entre discontinuidades

PREGUNTAS A) y B) Describir las rocas del sondeo de las cajas obtenidas en la provincia de Jaén y las fotografías de los sondeos obtenidos en el túnel de Pajares.

1- (0-3.80 m) Cuarcita alterada con un RQD del 26.32%. 2- (3.80-8.50 m) Cuarcita fracturada que según se profundiza, está más fresca.

Tenemos un R del 86%, y un RQD del 65%.

3- (8.50-12.85 m) Pizarras negras que alternan con algunos niveles de cuarcita. Tiene un R del 56% y un RQD del 5%. El nº de fracturas cada 30 cm es de 5.

4- (12.85-14.50 m) Areniscas rojas con discontinuidades por descompresión.

Tienen un R del 100% y un RAD del 73%. El nº de fracturas cada 30 cm es 2.



5- (14.50-17.21 m) Cuarcitas fracturadas con un R del 89%, un RQD del 40% y 3 fracturas cada 30 cm.

6- (17.21-39 m) Areniscas rojas con un R del 88%, un RQD del 80% y 2 fracturas

cada 30 cm.

7- (39-70 m) Alternancia de pizarras y cuarcitas con un R del 37% y un RQD del 30%. El nº de fracturas cada 30 cm es 4.

C) Realizar una división geotécnica lógica de los tramos de los sondeos en función de la calidad de la roca (RQD, IF y R%).



3,80 m

8,50 m

12,85 m

14,50 m Areniscas rojas Disc. Horizontales

17,21 mCuarcitas

fracturadas

Discontinuidades

horizontales

39 m

Areniscas rojas

bastante

homogéneas

Muchas fracturas

horizontales

20

40

60

80

1 2100

20

40

60

5Pro

f (m

)

Long t

ram

o (

m)

N.F

.

Colu

mna Descripción

Muestr

a

R (%)

80

100

RQD (%)Fracturas (nº/30 cm)

Discontinuidades

Discontinuidades

horizontales

3 4

Alternancia de

pizarras negras y

pizarras

Cuarcita alterada y

bastante triturada

Cuarcita

fracturada; según

profundizamos,

menos alterada

70 m

Formación San

Pedro Formigoso

REGISTRO DE SONDEO EN ROCAPROYECTO: Foto

Pizarras negras

alternando con

cuarcitas

Fecha: Profundidad: Hoja:

Sondeo Nº: 5 Situación: Ermita Ntra. Sra. del Valle Coordenadas:

Observaciones:

Fracturas horizontales

Discontinuidades

horizontales

Discontinuidades

horizontales

Areniscas

Cuarcitas

Pizarras



Margas

Observaciones:

REGISTRO DE SONDEO EN ROCAPROYECTO: Muestra 1, Caja 12

Fecha: Profundidad: Hoja:

Sondeo Nº: Situación: Santo Tomé Coordenadas:

Discontinuidades

3 4

Margas grises con

cristales de yesos

aciculares.

Presentan planos

de estratificación

horizontales y

algunos inclinados

30º

aproximadamente.

Se observa algún

fósil piritizado

80

100

RQD (%)Fracturas (nº/30 cm)

40

60

5Pro

f (m

)

Long t

ram

o (

m)

N.F

.

Colu

mna Descripción

Muestr

a

R (%)

20

40

60

80

1 2100

20



PRÁCTICA 5. INVESTIGACIONES “IN SITU” Y CIMENTACIONES

La campaña de investigación “in situ” ha consistido en la realización de 8 ensayos de penetración dinámicos Borro, 2 sondeos mecánicos de 10 m de profundidad en los que se ha realizado ensayos de SPT (Ensayo de Penetración Estándar) en varios tramos, y Ensayos de Laboratorio, con el fin de estudiar las condiciones de cimentación de unas parcelas en la zona Sur de Madrid. La campaña de los sondeos mecánicos y de penetraciones, se hizo desde la superficie. Estos trabajos están acompañados de una testificación y descripción de los suelos en el campo. También se han tomado varias muestras alteradas e inalteradas, en las que se han realizado varios ensayos de identificación en laboratorio. En el croquis de la planta que se acompaña, se puede ver la situación de los distintos puntos investigados, y el resultado de los ensayos. Los datos de laboratorio, se pueden ver en las tablas adjuntas:

A continuación, se muestran los sondeos realizados

Plano de situación de los trabajos de campo realizados

Siendo P-n los penetrómetros tipo Borros, y S-n, los sondeos de reconocimiento



1 2 3 4 5 6 7 8

0,2 9 13 20 15 11 14 15 24

0,4 6 12 20 13 10 16 16 18

0,6 5 8 13 25 10 10 17 14

0,8 6 9 13 23 10 15 14 9

1 5 8 16 16 7 18 17 8

1,2 5 7 17 11 7 18 18 14

1,4 6 6 19 10 7 20 14 13

1,6 7 5 23 15 8 23 11 10

1,8 8 10 26 14 10 29 9 16

2 6 10 22 15 8 17 14 14

2,2 8 14 19 16 9 18 18 14

2,4 9 17 21 19 12 22 17 15

2,6 10 18 26 19 15 21 18 17

2,8 7 14 28 21 12 23 24 24

3 7 16 45 31 16 24 22 40

3,2 7 18 63 42 16 19 17 37

3,4 8 21 88 50 21 19 19 35

3,6 8 16 100 77 18 17 17 34

3,8 9 16 91 16 20 15 37

4 9 13 100 16 19 13 39

4,2 17 11 15 17 13 25

4,4 16 12 18 12 12 25

4,6 10 12 19 11 11 29

4,8 9 14 16 16 8 30

5 5 10 13 10 7 28

5,2 6 8 9 9 7 25

5,4 6 11 9 7 8 28

5,6 8 11 10 6 9 31

5,8 9 9 8 7 9 36

6 11 9 9 6 9 38

6,2 8 10 9 7 10 36

6,4 7 10 9 7 11 45

6,6 8 10 9 7 9 44

6,8 8 9 9 7 7 69

7 6 8 9 7 8 100

7,2 4 11 8 8 9

7,4 5 11 7 8 8

7,6 6 8 7 6 8

7,8 6 11 7 10 8

8 5 8 7 11 8

8,2 6 15 19 16 10

8,4 12 21 22 13 11

8,6 9 28 14 8 15

8,8 17 30 11 12 12

9 13 37 17 9 9

9,2 17 36 15 12 12

9,4 19 31 21 18 20

9,6 21 49 26 19 38

9,8 26 74 29 18 45

10 39 98 35 24 34

10,2 53 100 29 33 33

10,4 68 36 60 33

10,6 91 38 81 41

10,8 100 57 100 44

11 69 61

11,2 91 100

11,4 100

ENSAYOS PENETROMÉTRICOS

Prof (m)Borros



Muestra Sondeo Tipo Prof (m) Hum (%) D.H. (g/cm3) D.S. (g/cm3) LL (%) LP (%)

M-1 SPT 2,20 - 2,65 66,2 34,1

M-2 MI 3,90 - 4,35 14,03 1,84 1,62 57,2 30,7

M-3 SPT 5,00 - 5,45 39,7 13,9

M-4 MI 7,00 - 7,45 13,7 1,78 1,59 NP NP

M-5 SPT 9,90 - 10,35 29,1 24,5

M-6 MI 2,00 - 2,45 14,1 2,09 1,87 60,1 33,2

M-7 SPT 3,50 - 3,95 51,4 25

M-8 MI 5,25 - 5,70 18,52 1,84 1,5 52,7 22,3

M-9 SPT 7,35 - 7,70 63,2 32

M-10 SPT 10,00 - 10,45 NP NP

1

2

Cuadro resumen de los resultados de ensayos de laboratorio realizados a las muestras procedentes de los sondeos

20 10 6,3 2 0,42 0,16 0,074

M-1 SPT 2,20 - 2,65 100 99 98,5 95 86 70 58

M-2 MI 3,90 - 4,35 100 100 100 99,7 83,6 60,2 45,3

M-3 SPT 5,00 - 5,45 100 100 100 99,7 96,6 63 23,8

M-4 MI 7,00 - 7,45 100 100 100 97,6 69,2 45,3 21,8

M-5 SPT 9,90 - 10,35 100 100 100 98,9 76,5 49,3 22,8

M-6 MI 2,00 - 2,45 100 100 100 99 84,5 70,4 62,6

M-7 SPT 3,50 - 3,95 100 100 100 99,7 84,1 56,9 42,7

M-8 MI 5,25 - 5,70 100 100 1,5 95,4 70,8 52,9 44,9

M-9 SPT 7,35 - 7,70 100 100 99,7 95,5 66,5 44,4 33,8

M-10 SPT 10,00 - 10,45 100 96 93,1 81,6 41,6 23,2 17,1

1

2

Muestra Sondeo Tipo Prof (m)Análisis granulométrico. Tamices serie UNE

1.- Clasificar las muestras a partir de los datos granulométricos y Límites de Atterberg. Hacer un perfil geotécnico (perfil I-I) simplificado en base a los datos de ensayos de laboratorio y testificación de sondeos.

Muestra 1: 5% de gravas, 37% de arenas y 58% de finos. IP=32.1% → Arcilla arenosa de alta plasticidad (CH-S).

Muestra 2: 0.3% de gravas, 54.4% de arenas y 45.3% de finos. IP=26.5% → Arenas finas de alta plasticidad (S-MH-CM).

Muestra 3: 0.3% de gravas, 75.9% de arenas y 23.8% de finos. IP=25.8% →Arenas con arcilla de baja plasticidad (S-CL).

Muestra 4: 2.4% de gravas, 75.8% de arena y 21.8% de finos. Arena limosa

(S-M).

Muestra 5: 1.1% de gravas, 76.1 de arenas y 22.8 de finos. IP=4.6% → Arena con finos de baja plasticidad (S-ML-CL).

Muestra 6: 1% de gravas, 37.4% de arenas y 61.6% de finos. IP=26.9% →

Limo arenoso de alta plasticidad (MH-S).

Muestra 7: 0.3% de gravas, 57% de arenas y 42.7% de finos. IP=26.4% → Arena con arcilla de alta plasticidad (S-CH).



Muestra 8: 4.6% de gravas, 50.5% de arenas y 44.9% de finos. IP=30.4% → Arena con arcilla de alta plasticidad (S-CH).

Muestra 9: 4.5% de gravas, 61.7% de arenas y 33.8% de finos. IP=31.2% → Arena con arcilla de alta plasticidad (S-CH).

Muestra 10: 18.4% de gravas, 64.5% de arenas y 17.1% de finos. Arena

con gravas (SG).

S1 S2

0 m 0 m

1 m 1 m

2 m 2 m

3 m 3 m

4 m 4 m

5 m 5 m

6 m 6 m

7 m 7 m

8 m 8 m

9 m 9 m

10 m 10 m

11 m 11 m

12 m 12 m

1 (CH-S)

2 (S-MH-CH)

3 (S-CL)

4 (S-H)

5 (S-ML-CL)

6 (H-S)

7 (S-CH)

8 (S-CH)

9 (S-CH)

10 (S-C)

2.- Utilizando los datos del ensayo de Borro, dibujar los diagramas de isopenetración; Realizar las curvas para los intervalos de los golpes <8, <20, <50, <100 y 100.

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8

8 8.4 1.8 0 0 8.2 7.8 7 0

20 9.6 8.4 2.4 2.8 8.4 10 9.4 2.8

50 10.2 9.6 3.2 3.4 10.8 10.4 11 6.8

100 10.8 10.2 3.6 4 11.4 10.8 11.2 7



0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8

BorrosP

rofu

ndid

ad (m

)

8 20

50 100

3.- Recomendar el tipo de cimentación más adecuada, y la profundidad de la misma en base a la carga admisible, teniendo en cuenta que todas las parcelas se van a realizar a la misma cota. Indicar los puntos de posibles problemas geotécnicos, y cuáles son estos problemas. Los edificios van a transmitir una carga de 1.8 Kg/cm2 al terreno. Para el cálculo de la carga admisible, emplear la Fórmula de Terzaghi y Peck (1948):

2

2)3.0(

12 B

BSNq SPTadm

+⋅

⋅= . Debemos tener en cuenta que en suelos saturados, la carga

admisible es la mitad de la carga que soportaría el mismo suelo sin agua.

qadm = Carga admisible en Kp/cm2 NSPT = Nº de golpes en SPT necesarios para hincar 30 cm de profundidad

S = Asiento máximo en pulgadas, 0.3 B = Ancho de la zapata, variable entre 1.2 y 2 m

Introduciremos en la fórmula, como NSPT, <8, <20, <50 y <100

22

2

2

2

23.0212

)3.02(3.07)3.0(

12 cmKp

B

BSNq SPTadm =

⋅

+⋅⋅=

+⋅

⋅=

22

2

2

2

63.0212

)3.02(3.019)3.0(

12 cmKp

B

BSNq SPTadm =

⋅

+⋅⋅=

+⋅

⋅=

22

2

2

2

62.1212

)3.02(3.049)3.0(

12 cmKp

B

BSNq SPTadm =

⋅

+⋅⋅=

+⋅

⋅=



Vemos, que por encima de 50 golpes, la cimentación será superficial con zpatas(el terreno soporta más carga que la que van a transmitir los edificios), y por debajo de 50

golpes, la cimentación será profunda



PRÁCTICA 6. MECÁNICA DE ROCAS Y TALUDES

1.- Una falla activa inversa de bajo ángulo y gran continuidad en roca, presenta unos parámetros resistentes de cohesión de 8 MPa y ángulo de rozamiento interno de 30º; La densidad de la roca es de 2.5 t/m2. a) Calcular el esfuerzo vertical a 400 metros de profundidad, y el esfuerzo horizontal máximo que podría soportar el plano de falla a los 400 metros, para que no se produjera deslizamiento.

MPam

Kgmt

v 101010004005.2 223 ===⋅== σσ

Construyendo el Círculo de Mohr con estos datos, vemos que:

MPah 5.571 == σσ

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 10 20 30 40 50 60 70

σσσσn (MPa)

ττ ττ (M

Pa)

b) Calcular los esfuerzos vertical y horizontal actuantes a los 1000 m de profundidad en el momento en que la falla empieza a deslizar (momento en que la cohesión se hace cero).

MPam

Kgmt

v 2525250010005.2 223 ===⋅== σσ

Ahora, volvemos a trazar otro Círculo de Mohr, esta vez, haciendo que la recta a 30º

pase por el origen (cohesión = 0), vemos que:

MPah 5.741 == σσ



0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

σσσσn (MPa)

ττ ττ (M

Pa)

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

σσσσn (MPa)

ττ ττ (M

Pa)

c) ¿Cuál será el valor máximo de presión de agua sobre el plano de falla antes de comenzar el deslizamiento, si el valor del esfuerzo horizontal fuera de 600 Kp/cm2 a los 1000 metros de profundidad?

MPacm

Kph 60600 21 === σσ

MPam

Kgmt

v 2525250010005.2 223 ===⋅== σσ

U

MPaU 75.8=



2.- Calcular el esfuerzo tangencial adicional que debería aplicarse en un punto situado en el interior de un macizo rocoso, a 400 metros de profundidad, para causar su rotura a favor de un plano de 30º. Parámetros resistentes del macizo: C=0.2Kp/cm2 y φ=38º; Densidad de la roca=2.6t/m3.

22 10410404008.2cm

Kgmthv ==⋅=⋅== γωσ

36.152

5678.70

º30104

º38º30cos1042.0cos==

⋅⋅⋅+

=⋅

∅⋅⋅+⋅=

sen

tg

sen

tgACFs

ψωψω

4444 34444 21

152

5.70

136.1

<+

=

⇒>=

xFs

estableFs

27.1899.052

5.70cm

Kpxx

==⇒=+

τ

b) ¿Qué esfuerzos horizontal y vertical produciría el valor adicional requerido?

MPacm

Kph 62.119.1686.07.18cos 2 ==⋅=⋅= ψτσ

MPacm

Kpsenv 94.035.95.07.18 2 ==⋅=⋅= ψτσ

3.- Se necesita realizar una excavación en trinchera de 20 metros de profundidad máxima en una ladera con una pendiente de 15º. El macizo rocoso a excavar, está afectado por una familia de discontinuidades muy continuas, lisas y de bajo espaciado, con buzamiento de 35º en el mismo sentido que la ladera. Parámetros resistentes de los planos de discontinuidad: Cohesión de 0.2 Kp/cm2 y ángulo de rozamiento interno de 30º; densidad de la roca = 2.5 g/cm3. a) Calcular el factor de seguridad que tendrá el talud de 20 metros de altura si se excava vertical (considerar la rotura plana de mayor volumen que podría producirse en el talud).

Suponiendo el mayor volumen, calculamos el área gráficamente:

20 m

1 cm = 13.33 m



22 63.474429343.4742

)33.132.1()33.1345.4(

2cmm

hbÁrea ==

⋅⋅⋅=

⋅=

mmntodeslizamieSuperficie 593232.5933.1345.4 ==⋅=

23 73.1186063.4744293105.2

cmKgárea =⋅⋅=⋅= −γω

99.004.6803

79.6795

º3573.11860

º30º35cos73.1186059322.0cos==

⋅⋅⋅+⋅

=⋅

∅⋅⋅+⋅=

sen

tg

sen

tgACFs

ψωψω

inestableFs ⇒<= 199.0

b) Calcular la inclinación que deberían tener las discontinuidades para obtener un factor de seguridad de 1.2. Se supone que los planos de discontinuidad pierden la cohesión (C=0).

ψψ

ψωψω

ψωψω

sen

tg

sen

tg

sen

tgACFs

∅⋅=

⋅∅⋅⋅

==⋅

∅⋅⋅+⋅=

coscos2.1

cos

º7.2548.0)2.1(2.12.1cos

==⋅=∅⇒∅

=⇒∅

= arctgtgarctgtg

tgtgsen

ψψψψ

c) Calcular el factor de seguridad para el caso a), mediante la construcción gráfica del polígono de fuerzas que actúan en el talud. Suponer, además, que sobre el plano de deslizamiento actúa una presión de agua de 5t/m2.

99.004.6803

49.6795)cos(==

⋅∅⋅−⋅+⋅

=ψωψω

sen

tgUACFs

20 m

1 cm = 13.33 m

Prácticas Ingeniería Geológica

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