Análisis y clasificación geotécnica de la formación villarroja

Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría
CUJAE
ANÁLISIS Y CLASIFICACIÓN
GEOTÉCNICA DE LA
FORMACIÓN VILLARROJA
Bianca Hernández García

Tesis de Maestría

Página Legal
Análisis y clasificación geotécnica de la formación villarroja. – La Habana : Instituto
Superior Politécnico José Antonio Echeverría (CUJAE), 2012. – Tesis (Maestría).
Dewey: 624 - Ingeniería civil.
Registro No.: Maestria1095 CUJAE.
(cc) Bianca Hernández García, 2012.
Licencia: Creative Commons de tipo Reconocimiento, Sin Obra Derivada.
En acceso perpetuo: http://www.e-libro.com/titulos

®
Facultad de Ingeniería Civil.
Departamento de Ingeniería Civil.
Maestría en Ingeniería Civil – Mención Geotecnia.
Titulo: Análisis y Clasificación Geotécnica de la
Formación Villarroja.
Autor: Ing. Bianca Hernández García.
Tutor: MSc. Ing. Eddy Hernández Hernández.
Co - Tutor: MSc Lic. Carlos Alberto García Fernández.
Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas
Unidad de investigaciones para la Construcción
Ciudad Habana
Ciudad Habana 2011.

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL
MENCION GEOTECNIA
AGRADECIMIENTOS:
A mi familia y amigos les debo mucho en esta aventura académica pues vivieron
conmigo las alegrías y angustias de esta maestría y siempre me dieron el mejor ánimo,
quiero agradecer la valiosa orientación y el tiempo dedicado por mi tutor, así como a
todos los profesores que impartieron clases en esta maestría durante estos tres años.
A mis compañeros de la ENIA quienes siempre colaboraron en las distintas etapas de
mi trabajo, asimismo agradezco de todo corazón el constante y decidido apoyo de mis
compañeros de maestría.
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
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INTRODUCCIÓN:
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La formación es la unidad estratigráfica fundamental en la clasificación de los suelos y
las rocas.
Una formación es una unidad genética y representa una respuesta al medioambiente, o
a series de eventos, relacionados con el entorno; estos entornos deben estar limitados,
tanto geográficamente, como en tiempo. O sea, existen límites para la extensión
geográfica de las formaciones y el mismo nombre deberá ser usado solamente en el
área en la cual la litología mantenga un determinado grado de unidad.
La unidad estratigráfica formación, en Geología, es un lecho geológico, o una
combinación de lechos o estratos sucesivos, lo suficientemente distintos unos de otros
como para poderse considerar como una unidad diferente.
Una formación es una determinada secuencia o apilamiento natural de estratos,
constituidos por materiales que ofrecen características semejantes a la que se suele
denominar por una determinada localidad ubicada en ella, generalmente por la primera
localidad donde fue descrita o donde su desarrollo es más completo.
En este trabajo se presentan las características físico – mecánicas de la formación
Villarroja, su extensión geográfica en las provincias occidentales, así como su
clasificación geotécnica.
La formación Villarroja, representada por arcillas arenosas, arenas (de color rojo –
amarillento a violáceo) con gravillas, gravas y a veces cantos rodados, del período
Cuaternario, edad Pleistoceno medio superior, estratificación horizontal no clara;
presenta perdigones redepositados. La formación está distribuida en todas las
provincias de Cuba, ocupando las áreas más amplias en la provincia de la Habana y
Matanzas. En la provincia de Pinar del Río, se desarrolla en forma de mantos pequeños
y poco potentes de forma muy local en la parte Este de la Península de
Guanahacabibes, en el Cayuco y en los límites con la llanura Habana-Matanzas. A
partir de estos límites estas arcillas penetran en toda la llanura sur de Habana-
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Matanzas y parte de la llanura central de La Habana.
Ella constituye llanuras enormes, destacándose la llanura costera del sur de Cuba
desde los límites orientales de Pinar del Río hasta la parte occidental de la provincia
Villa Clara; que buza bajo el mar y se elevan hasta cotas de 200 m y más, Sus
sedimentos rojos se encuentran descansando tanto sobre la formación Guevara como
sobre calizas del Mioceno.
Según Serie Geológica No 26 (8) Descripción de Algunas Formaciones Geológicas del
sistema Cuaternario de Cuba, La Habana 1976, en estos suelos predomina la mezcla
de caolinita-esmectita, pero puede encontrarse también impurezas de caolinita y
metahalloysita. El pigmento rojo de los sedimentos está constituido por la unión
roentgenoamorfa de hierro y goethita.
Estos sedimentos se encuentran dentro de los límites de la mayor parte de las llanuras
de Cuba y en la depresión ínter montañosa de Sumidero-Viñales, provincia de Pinar del
Río.
Las áreas estudiadas para la confección de esta tesis corresponden a la provincia
Habana, fundamentalmente los Municipios San José, Güira de Melena y Bejucal,
donde se seleccionaron investigaciones ingeniero geológicas que presentaban una
buena caracterización de los suelos de esta formación geológica desde el punto de
vista de sus propiedades físicas y mecánicas, que nos permitió confeccionar una base
de datos de 268 muestras.
Se realizó el tratamiento estadístico de cada parámetro y se clasificaron
geotécnicamente los suelos de esta formación. De la valoración estadística se
desprende la importancia del diseño de experimento.
Situación problémica:
En la actualidad las investigaciones ingeniero geológicas que se realizan en las
provincias habaneras donde se encuentra esta formación, se ejecutan sin tener en
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cuenta el gran volumen de información existente, por lo que son tratadas de forma muy
local o aislada.
Es por esto que en la presente tesis realizaremos un estudio de los parámetros físicos y
mecánicos de estos suelos, para pronosticar el comportamiento geotécnico de los
mismos en la etapa final del proyecto.
Objetivos de la investigación:
1. Estimar mediante técnicas estadísticas los parámetros físicos y mecánicos de los
suelos de la formación Villarroja mediante el uso de los ensayos de humedad, peso
específico de la masa de suelo, peso específico de los sólidos, límite líquido, límite
plástico, contenido de arcilla, cortante directo, triaxial rápido y edométrico.
2. Clasificar y caracterizar geotécnicamente los suelos de esta formación geológica
mediante la carta de plasticidad, el índice de consistencia y la actividad coloidal.
Hipótesis de la Investigación:
1. Los suelos de la formación Villarroja se consideran como un solo tipo de elemento
ingeniero geológico.
2. Los suelos de la Formación Villarroja clasifican como CH y de alta plasticidad en el
sistema unificado de clasificación de los suelos (SUCS).
Metodología de la investigación:
En la realización de la presente investigación se ejecutaron las siguientes actividades
para dar cumplimiento a los objetivos planteados; para ello se definieron las siguientes
etapas:
Etapa 1. Diseño metodológico y estado del arte.
Recopilación bibliográfica preliminar, definición y aprobación del proyecto de
investigación y su plan de trabajo. Incluyó el diseño del experimento con la definición de
los trabajos a realizar; estudio y análisis de los últimos adelantos científicos
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elacionados con el tema.
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Etapa 2. Creación de la base de datos digital disponible.
Etapa 3. Tratamiento estadístico de cada parámetro.
Etapa 4. Clasificar geotécnicamente los suelos, según el Sistema Unificado de
Clasificación de los Suelos (SUCS).
Etapa 5 Analizar la información obtenida.
Etapa 6 Elaboración del informe de la Tesis de Maestría.
Aporte Práctico del Trabajo:
El pronóstico del comportamiento geotécnico de los suelos en la región permite
optimizar las investigaciones geotécnicas, enfocando el trabajo hacia los aspectos más
relevantes, contrastar los resultados obtenidos en las investigaciones de las obras y
contribuir, de esta forma, al mejor conocimiento de los suelos cubanos.
Campo de aplicación:
Los resultados de esta Tesis se aplican de inmediato en las investigaciones
geotécnicas que se realicen en la región. Pone a disposición de los investigadores
herramientas teóricas, analíticas y prácticas que posibilitan la aplicación de soluciones
ingenieriles, integradas en una metodología para el estudio geotécnico de estos suelos.
Los resultados son de especial interés para el Ministerio de la Construcción de la
República de Cuba, en particular para la Empresa Nacional de Investigaciones
Aplicadas o cualquier otra empresa u organismo que pueda realizar investigaciones
geotécnicas; así como para las empresas de proyectos estructurales, hidráulicas o de
obras viales.
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CAPITULO I. ESTADO DEL ARTE.
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En este capítulo se presenta inicialmente una visión general del estado del
conocimiento sobre las valoraciones geotécnicas realizadas a las arcillas rojas del
Cuaternario y de forma simplificada las principales características y propiedades de los
suelos de la formación Villarroja. Se recogen además estudios sobre el origen eluvial de
las arcillas rojas en Cuba; trabajos de investigación realizados por la Unidad de
Investigaciones para la Construcción de la ENIA en las provincias habaneras, desde los
años 1968 hasta la actualidad; resultados parciales de investigaciones científicas; así
como los últimos adelantos científicos relacionados con el tema.
1.1 Diferentes métodos de valoración geotécnica de los suelos arcillosos.
Son múltiples los estudios que existen sobre métodos de valoración geotécnica de los
suelos arcillosos; en este capítulo daremos a conocer de forma sintetizada algunos de
los trabajos, con el fin de tener un panorama general sobre el estado del conocimiento
del tema. Autores internacionales como Ventayol, A., Palau, J. y Roca, A (18) , González
Ramos, Encarnación (7) Apolonia Gasparre (3) entre otros, se destacan por la amplitud
con que evalúan el comportamiento de los suelos arcillosos.
Los autores VENTAYOL, A.; PALAU, J. Y ROCA, A. (18) : en “El Contexto Geotécnico
de la Ciudad de Barcelona”, realizan una valoración geotécnica y geológica de las
arcillas rojas de la ciudad de Barcelona:
«Los sedimentos pleistocenos de Barcelona presentan una morfología en pendiente
suave con dirección al mar. Este hecho, juntamente con las aceptables características
geotécnicas de los materiales, como se verá a continuación, hace que en general pueda
clasificarse este sector como muy favorable para las intervenciones arquitectónicas y de
ingeniería civil. De hecho, en este terreno es que se ha desarrollado históricamente la
ciudad. Por su importancia, se detallan a continuación los valores aproximados de los
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parámetros geotécnicos de cada nivel.»
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«La granulometría de las arcillas rojas de la ciudad de Barcelona indica que se trata de
sedimentos de grano fino, en los cuales generalmente el porcentaje que pasa por el
tamiz Nº 200 es superior al 80%. Sin embargo, frecuentemente hay intercalaciones
detríticas de gravas, o bien nódulos calcáreos, que provocan un aumento de los clastos
hasta proporciones del 50%.» VENTAYOL, A.; PALAU, J. Y ROCA, A. (18)
«La humedad es relativamente baja, del orden del 12 % al 20 %, y en general es inferior
al límite plástico. Así pues, el índice de consistencia es ligeramente superior a la unidad,
lo que indica un estado sólido. Son arcillas que no muestran un comportamiento
expansivo. Generalmente, son suelos no saturados, con grados de saturación
comprendidos entre 0,5-0,8. La densidad natural es del orden de 1,95 a 2,10 ton/m 3 .»
«La plasticidad es de tipo medio, con valores del límite líquido comprendidos entre 30
LL 45, límite plástico entre15 LP 20, e índices de plasticidad entre 15 IP 25. En
consecuencia, el suelo se clasifica como CL según la tabla de Casagrande.»
«La resistencia a la compresión simple está generalmente comprendida entre 2.5
kg/cm 2 qu 5,0 kg/cm 2 . En ensayos de corte directo, consolidado y drenado, con
saturación de la muestra, se obtienen los siguientes parámetros de resistencia al corte:
• Cohesión, 0,2 kg/cm 2 c 0,5 kg/cm 2
• Ángulo de fricción, = 28º»
«El módulo de deformación se puede valorar entre 300 y 500 kg/cm 2 »
«En los ensayos edométricos se obtienen índices de poro del orden de e = 0.6, y
coeficientes de compresibilidad de Cc = 0,1. De todas formas son suelos claramente
preconsolidados, probablemente por desecación y por carbonatación, cosa que los
hace poco deformables. La preconsolidación implica que hasta que el terreno no
experimenta presiones superiores a la de preconsolidación, que puede ser diversas
veces la litostática, no empieza a deformarse significativamente. En consecuencia los
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asentamientos son reducidos y tolerables, incluso con cargas relativamente
importantes.»
«Las cargas admisibles oscilan entre padm = 2,5 a 4,0 kg/cm 2 , con un factor de
seguridad de FS = 3 ya incluido, si bien con frecuencia hay que reducirlas por la
presencia de niveles inferiores limosos, más débiles.»
«Las arcillas rojas no presentan dificultades de excavación por los métodos
convencionales, en ellas se pueden conseguir alturas de 8-10 m en taludes verticales
temporales, si bien la presencia de edificaciones vecinas, viales, etc., hacen reducir
notablemente estos valores.»
Como consecuencia de todo lo expuesto por los autores de esta investigación Ventayol,
A.; Palau, J. y Roca, A. (18) , las arcillas rojas son un material favorable para
cimentaciones directas mediante zapatas.
Tesina Final de Carrera - Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos
“Caracterización Geotécnica del subsuelo en la zona del nuevo Hospital de la
Santa creu i sant pau “. (2005)Cataluña.
En esta tesina, Encarnación González Ramos (7) realiza una caracterización en detalle
de las propiedades geotécnicas del subsuelo en la zona del nuevo Hospital de la Santa
Creu i Sant Pau Cataluña, Barcelona, España.
«En esta zona podemos encontrar las pizarras, esquistos y granito con capacidad de
carga muy elevada. Los terrenos constituidos por las arcillas rojas de Barcelona
presentan la morfología propia de los depósitos de piedemonte, es decir una suave
pendiente que va de montaña hacia el mar. Este hecho, junto con las aceptables
características geotécnicas de los materiales, hace que en general pueda catalogarse
este sector como favorable para construir sobre él».
«Para la realización de esta caracterización geotécnica se realizan diversos ensayos de
laboratorio sobre muestras bloque tomadas in situ en la fase de excavación de los
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sótanos. Los ensayos realizados han sido:
- Análisis granulométrico
- Ensayo de sedimentación
- Límites de Atterberg
- Ensayo triaxial
- Ensayo triaxial de columna resonante»
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«Las arcillas rojas presentan unos parámetros geotécnicos buenos, que aumentan con
la consistencia del suelo. Las principales características de este material son las
siguientes:
- Granulometría. Material que pasa por el tamiz nº 200: El porcentaje de partículas finas
oscila entre 57,1 – 80,9 %.
- Límites de Atterberg: LL entre 31,2 y 38,8 e IP entre 13,8 y 19,4. Se clasifica como CL
en la tabla S.U.C.S. (Sistema Unificado Clasificación de Suelos).
- Humedad: baja a media (10

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Con penetrómetro SOILTEST, y entre 0,99 a 5,61 kg/cm 2 en los ensayos de laboratorio.
Los valores más bajos obtenidos en el laboratorio se interpretan como roturas
prematuras, debidas al alto porcentaje detrítico de las arcillas, y en consecuencia, no se
consideran casi representativos.»
Apolonia Gasparre (3) , presenta en su Tesis de Doctorado una amplia valoración de las
arcillas de Londres y cinco unidades litológicas formadas cronológicamente durante los
procesos de elevación y subsidencia del fondo marino. En su tesis doctoral Apolonia
Gasparre evalúa las características geológicas, estructurales, mineralógicas, litológicas
y físicas de estas arcillas; además evalúa el comportamiento de las mismas, tanto las
que presentan pequeñas deformaciones como las que presentan elevadas
deformaciones, así como evalúa la influencia que tiene en los suelos su reciente historia
geológica (o tensional).
«La disponibilidad de equipos precisos de laboratorio y de suficientes recursos
financieros en las investigaciones de importantes obras a cimentar en estos suelos,
posibilitó la adquisición de los imprescindibles datos primarios.»
«Las arcillas de Londres, están constituidas por arcillas, arcillas limosas y lentes de
arena fina con limo y arcilla. El espesor total actual de esta formación varía entre 50 m y
150 m, se reconoce que entre 150 m y 300 m del espesor original de la formación se
erosionó, siendo la causa fundamental de la sobreconsolidación de estos suelos.»
«La zona intemperizada de estos suelos varían entre 3 m y 6 m dependiendo de la
litología de cada lugar, ésta provoca la alteración de los suelos. El agua con abundante
oxígeno transforma el hierro en óxido férrico, además de provocar cambios de
coloración en la arcilla del azul al carmelita. En su composición mineralógica intervienen
la montmorillonita, esmectita, caolinita, ilita, y clorita; predominando la ilita esmectita.»
«La humedad varía entre 22.4 % y 25.8 %, el límite líquido entre 59 % y 74 %, el límite
plástico entre 21 % y 32 %, la actividad coloidal entre 0.67 y 0.86 y la fracción arcillosa
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(menor de 2 m) entre 42 % y 60 %. Los ensayos edométricos se realizaron con
presiones verticales de hasta 12800 kPa y se muestra que el cambio de compresibilidad
se produce a partir de 2000 kPa.»
1.2 Estudio de las características geológicas, estructurales, mineralógicas,
litológicas y físicas de la formación Villarroja.
Criterios sobre el origen de las arcillas rojas en Cuba.
Andrade Henríquez, J. D (2) , en su trabajo investigativo titulado “Otros datos a favor del
origen eluvial de las arcillas rojas en Cuba occidental” brinda la forma de ocurrencia y
distribución de las arcillas rojas en calas y perfiles y su correlación con las arcillas que
afloran en la superficie terrestre.
Como es conocido, durante las investigaciones realizadas por Kartashov et al (8) , fueron
encontradas arcillas rojas en la plataforma insular, Este hecho fue utilizado por el autor,
como un criterio más a favor de su hipótesis acerca del origen marino de dichas arcillas.
Según Kartashov et al (8) , «El argumento más sólido a favor del origen marino de la
formación Villarroja es la ausencia de ésta en la llanura costera meridional de Pinar del
Río», argumentando que dicha llanura constituyó una porción relativamente elevada en
la época de esta trasgresión. Frente a este criterio, Andrade Henríquez, J. D (2) , se
apoya en las características hidrográficas de esta llanura para justificar la no aparición
de Villarroja en el perfil de formación del suelo.
«Andrade Henríquez, J. D (2) , plantea en su publicación, determinar la edad de los
depósitos de la Fm. Villarroja principalmente mediante exclusiones, ya que hasta ahora
no se logran hallar pruebas paleontológicas directas e incontrovertibles. Igual que en los
depósitos de la Fm. Guevara, en los de la Fm. Villarroja se logró hallar una fauna de
foraminíferos que no permiten juzgar acerca de la edad u origen de los depósitos. Esta
fauna está representada, según conclusión de A. de la Torre, por un número de
especies, la inmensa mayoría de las cuales se redepositó de formaciones del
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Cenozoico Inferior».
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« Kartashov, et al (8) al evaluar la composición mineralógica de los “suelos rojos” se
refleja que en la misma hay feldespatos, minerales ferruginosos, óxido de hierro y
aluminio, silicatos, cuarzo, etc., que ellos consideran no pueden derivarse de las rocas
calizas subyacentes, ya que estas calizas presentan un contenido de carbonato de
calcio superior al 90% y las impurezas ferruginosas, cuarzo, etc., no exceden de 2% del
peso total. Esto implicaría, como ya ha sido señalado, grandes volúmenes de disolución
para poder dejar residuales que dieron origen a estos suelos, mientras que la posición
geomorfológica de las superficies de planación del relieve en que se desarrollan no
justifica la edad requerida para este proceso. No obstante, algunas superficies elevadas
durante las fluctuaciones glacioeustáticas pleistocénicas pasaron por procesos de
carsificación y se originaron infiltraciones de los depósitos intemperizados de estas
formaciones cuaternarias a través del sistema cársico. Esto explica que muchas de
estas rocas pueden originar en algunos casos suelos rojos, como han señalado otros
autores, pero destacando que el material arcilloso y ferruginoso no es producto
propiamente de las calizas, sino de intercalaciones y rellenos de grietas durante el
desarrollo del relieve pleistocénico».
Específicamente, al evaluar la Formación. Villarroja, estos autores, Kartashov, et al (8) ,
señalan que…¨los procesos edafogenéticos representados por la oxidación,
humificación y carbonatación, la lixiviación o el lavado sobre estos depósitos, dan lugar
a la transformación y redistribución de los minerales en los horizontes superiores y
constituyen los suelos rojos típicos de nuestras llanuras cársicas (Matanzas, Artemisa,
Gavilán, Natalia y Perico).¨
Kartashov y sus colaboradores no contabilizaron áreas para determinar si Villarroja
estaba en el 49% del área sobre calizas directamente y en el 51% sobre Guevara.
Además, eso no representa nada desde el punto de vista genético. Es suficiente con
que se observe la sobreyacencia en algunos lugares para que proporcione un valor
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estratigráfico extraordinario. Así, de los trabajos de campo efectuados en La Habana y
Matanzas entre 1975 y 1980, se obtuvieron muchas zonas y no observaciones
puntuales, en las cuales se observa la yacencia de Villarroja sobre Guevara (Rancho
Boyeros; proximidades de Cuatro Caminos; Jamaica-Guayabal; Catalina de Güines;
Central R. Martínez Villena, Melena del Sur, Máximo Gómez, este de Jagüey Grande,
Amarillas y otras zonas).
Andrade Henríquez, J. D (2) , y Kartashov, et al (8) consideraron tres regiones donde se
desarrollaban verdaderos suelos rojos: región de La Asunción (próximo a Punta de
Maisí); región de Alegría de Pío (próximo a Cabo Cruz, Granma) y zona de Pipián, al
sur de Madruga. Dentro de la Fm. Villarroja no se incluyen las zonas ubicadas al norte
de Holguín, Pinar del Río y Villa Clara.
« Según Kartashov et al (8) no deben confundirse las formaciones Villarroja y Guevara,
ambas son muy diferentes las características mineralógicas son diferentes y el grado
de afectación diagenética es distinto, como se puede apreciar en las características
generales de cada una de ellas. Lógicamente, al coincidir ambas en el mismo tipo de
llanura, ya que son transgresiones marinas las dos, ocurre este tipo de sobreyacencia.
Además, no debe olvidarse que la fuente de alimentación principal de la Fm. Villarroja
fue precisamente la Formación Guevara. Si fuese un proceso normal de formación de
suelos, en toda la llanura que tiene la misma situación orográfica y climatológica y el
mismo tipo de roca, se produciría la sobreyacencia constantemente.»
1.3. Características geológicas, estructurales, mineralógicas, litológicas y físicas
de la formación Villarroja.
Los estudios sobre la Geología del Cuaternario en Cuba solo han alcanzado una
sistematicidad en los últimos 40 años. Sin embargo, ya desde la época en que
Humboldt realizó sus viajes a Cuba, se conocen de algunas reseñas sobre la existencia
de estos depósitos.
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Albear, F,. et al (1) , quienes realizaron el Levantamiento Geológico de las provincias
habaneras a escalas 1: 250 000, describieron las formaciones Vedado y Jaimanitas en
la costa norte y los depósitos terrígenos de las formaciones Guane, Guevara y
Villarroja, con lo que se aplicaba, por primera vez en una región cubana, el esquema de
subdivisión estratigráfica para el Cuaternario en Cuba, que en aquella fecha se estaba
elaborando . En ésta región se reconocieron también depósitos aluviales, marinos y
palustres de edad holocénica.
Piotrowska et al. (14) , describieron en la provincia de Matanzas, donde realizaron el
Levantamiento Geológico a escala 1: 250 000, los depósitos correspondientes a la Fm.
Jaimanitas, tanto en la costa Norte como en la Ciénaga de Zapata. Realizaron muchas
precisiones acerca de lo que en la actualidad se reconoce como Fm La Cabaña del
Pleistoceno Superior tardío. Estudiaron y separaron los depósitos palustres de los
depósitos biogénicos en Zapata, así como reconocieron algunas secuencias terrígenas
hoy incluidas en las formaciones Guane, Guevara y Villarroja, en la zona central de esta
provincia.
Oponencia etapa II proyecto-258.“Informe correspondiente a la etapa II del
proyecto del mapa digital de los depósitos cuaternarios del archipiélago cubano a
escala 1:250 000”.
En este proyecto, Leandro. L. P, Delgado. R, Rodríguez. L (9) toman como referencia
original la descripción de algunas formaciones geológicas del Sistema Cuaternario de
Cuba, reconocidas recientemente». Inst. Geol. Paleont. Acad. Cienc. Cuba, La Habana,
Ser. Geol., 26: 1-6.1976.
«Distribución Geográfica de la Formación Villarroja según Leandro. L. P, Delgado. R,
Rodríguez. L (9) :
En la provincia de Pinar del Río se desarrolla en forma de mantos pequeños y poco
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potentes de forma muy local en la parte este de la Península de Guanahacabibes, en el
Cayuco y en los límites con la llanura Habana-Matanzas. A partir de estos límites estas
arcillas penetran en toda la llanura sur de Habana-Matanzas y parte de la llanura central
de La Habana.
«Litología: Según Leandro Luís Peñalver, Rayza Delgado y Luisa Rodríguez (9) la
Litología está representada por Arcillas arenosas, arenas y fragmentos más gruesos,
con un predominio absoluto del cuarzo. Color rojo. En las arcillas predomina la mezcla
de caolinita-esmectita, pero puede encontrarse también impurezas de caolinita y
Metahalloysita . El pigmento rojo de los sedimentos está constituido por la unión
roentgenoamorfa de hierro y goethita. La estratificación es poco discernible, localmente
lenticular».
«La estructura y la composición del material arcilloso de la Fm. Villarroja se mantienen
en enormes extensiones. Para la estructura de las arcillas de la formación son
característicos los fragmentos rodados de arcillas endurecidas de color oscuro, con
tamaño que oscila entre 0,2 a 0,5 mm, densamente pigmentados por hidróxidos de
hierro y cementados con material arcilloso más claro, de estructura colomórfica. A
veces, en los rodados más grandes, por la estructura y la coloración característica
pueden identificarse fragmentos de rocas arcillosas abigarradas pertenecientes,
probablemente, a la Fm. Guevara o, quizás, a la Fm. Guane».
«En la región Habana-Matanzas existen varias zonas, como son Rancho Boyeros,
Bauta, alrededores de Managua-Cuatro Caminos, Jamaica, central Rubén Martínez
Villena, Carlos Rojas, Máximo Gómez y Jagüey Grande, donde se observa la
sobreyacencia de la Formación. Villarroja sobre la Fm. Guevara. »
«La zona de Artemisa, donde se describió el holoestratotipo de la Fm. Villarroja, es
también una zona de contacto de Villarroja sobre Guevara. Precisamente hasta allí
llegan las secuencias superficiales de la Fm. Guevara que ocupan toda la llanura sur de
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Pinar del Río, las que se sumergen bajo los depósitos de la Fm. Villarroja. A partir de
Artemisa, tanto el norte como el este, sólo se distingue la Fm Villarroja sobre las calizas
del Neógeno hasta la zona de Melena del Sur, en que se vuelve a observar el contacto
de ambas secuencias terrígenas. La monotonía de arcillas rojas en la superficie de la
llanura sur Habana-Matanzas solo es interrumpida en dos o tres ocasiones al este de
Batabanó, hasta que vuelve a observarse la Fm. Villarroja sobre la Fm. Guevara en la
ya mencionada área de Jagüey Grande».
«Kartashov, et al. (8) , ampliando las características generales de la Fm Villarroja
señalaron que en los sedimentos de esta formación se destacan de modo bastante
claro tres variedades de facies. En dos regiones, al sur de Guane (provincia de Pinar
del Río) y al oeste de Cienfuegos (provincias de Cienfuegos y Matanzas), se
encuentran las arenas arcillosas y las arenas con guijarros, rojas, con predominio
absoluto del cuarzo. En la periferia de los macizos de rocas básicas y ultrabásicas, la
formación está constituida, predominantemente, por arcillas ocres pesadas y sueltas, de
color rojo oscuro y rojo-púrpura, con una masa de fragmentos rodados de lateritas
ferruginosas, a veces de rocas silíceas y de serpentinitas silicificadas; los fragmentos,
por su dimensión, pueden ser guijarros y gravas, y a veces bloques rodados. La más
extendida es la tercera variedad facial de los sedimentos de la formación, constituida
por arenas arcillosas y las arcillas de color rojo con intercalaciones y lentes de material
areno-gravoso, en el cual, conjuntamente con el cuarzo, siempre están presentes, y a
veces predominan las pisolitas y las olitas ferruginosas, originadas en corazas
lateríticas destruidas, que se desarrollaron en depósitos más antiguos. »
«Estos sedimentos se encuentran dentro de los límites de la mayor parte de las llanuras
de Cuba y en la depresión ínter montañosa del Sumidero-Viñales, provincia de Pinar del
Río.
En la composición del material arcilloso de las tres variedades de facies predominan las
caolinita-esmectitas y se registra la presencia, ordinariamente insignificante, de caolinita
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mal cristalizada y metahalloysita. El pigmento está representado por hidróxidos de
hierro roentgenoamórfico y por goethita. En los depósitos que se distinguen por el
predominio de cuarzo, el material arcilloso de color rojo contiene, en calidad de
impurezas insignificantes, cantidad de hidromicas y micas-esmectitas de capas mixtas.
Para las arcillas ocres de color rojo oscuro es característico el predominio de los
hidróxidos de hierro roentgenoamorfos y de la goethita mal cristalizada. En el material
arcilloso de las muestras aisladas de los depósitos de la Fm. Villarroja, colectados en
las más variadas regiones de Cuba, se logró detectar por el método roentgenográfico la
presencia de gibbsita dispersa, en calidad de impureza insignificante, conjuntamente
con la cual rara vez se encuentra bohemita dispersa. »
«Con mucha frecuencia, quizás en la mayor parte de los casos, los depósitos de la
Formación Villarroja yacen directamente sobre los de la Formación Guevara, estos
últimos, a menudo rellenan las irregularidades del relieve cársico de las calizas
infrayacentes y no forman una cubierta contigua que separe la Formación Villarroja de
las formaciones más antiguas. Precisamente, tal carácter de la yacencia de la
Formación Guevara puede observarse en las localidades tipo y cotipo de la Formación
Villarroja. »
«Relaciones Estratigráficas: Yace discordantemente sobre las formaciones Arabos,
Cantabria, Cojímar, Colón, Crucero, Contramaestre, Guevara, Güines, Mataguá, Paso
Real, Presa Jimaguayú, Vedado, Vertientes, el grupo Remedios y los cuerpos de
granitoides. Su límite superior es erosivo. »
«Correlación: Se correlaciona con las formaciones Guanabo y Versalles de Cuba
Occidental. ».
Correlación, Concepto: Descripción o explicación de un fenómeno geológico con
respecto a otro.
Todo rasgo geológico, en cierto modo depende o está asociado con otros rasgos
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
16

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geológicos, y esta dependencia o asociación la establece el geólogo en el campo. Esto
es lo que se entiende por correlación.
La correlación estratigráfica consiste en establecer la equivalencia de una unidad
estratigráfica, según la finalidad del trabajo, puede ser de tres tipos: Correlación de
unidades litológicas (en base a comparar, características petrográficas, mineralógicas);
correlación de unidades bioestratigráficas, (según la fauna o la flora), y correlación de
tiempo estratigráfico (estudio complejo de toda la datación con la finalidad de obtener
una comparación en tiempos absolutos).
«Conjunto faunístico: Los fósiles reportados, al parecer corresponden a redepositados
de las rocas miocénicas infrayacentes».
Espesor: Oscila entre 2 y 40 m. »
«Edad: Por su posición estratigráfica se le ha asignado una edad de Pleistoceno Medio-
Superior.»
1.4 Estado del conocimiento sobre las características geotécnicas de los suelos
de la formación Villarroja.
El conocimiento del marco geotécnico en el que se va a desarrollar una obra es
fundamental para su correcta planificación y ejecución, desde la programación de la
siempre necesaria campaña de sondeos, hasta las etapas de revisión del
correspondiente estudio geotécnico.
Los suelos de la Formación Villarroja, se han valorado localmente para las soluciones
de cimentación, de las obras construidas en cada territorio mediante el estudio de sus
propiedades físicas y mecánicas de forma individual.
Fuentes de información y parámetros evaluados.
Fueron consultadas investigaciones ingeniero geológicas con diferentes fines
ingenieriles, (desde Centro de investigaciones hasta Lagunas de Oxidación), que
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
17

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cubren una extensa región de la provincia de La Habana, fundamentalmente los
Municipios de San José, Güira de Melena y Bejucal, seleccionándose las
investigaciones que presentaban una buena caracterización de esta formación
geológica (Formación Villarroja) desde el punto de vista de sus propiedades físicas y
mecánicas. Además fueron consultadas obras del resto de los Municipios que fueron
ejecutadas desde 1968 hasta 2006, tales como Alquizar, Caimito, Güines y Boyeros.
De este grupo de obras se seleccionaron las que presentan ensayos físicos y
mecánicos completos, con un grupo elevado de muestras. Los ensayos seleccionados
para la evaluación que caracterizan las condiciones naturales del suelo son: Humedad,
Peso específico natural y seco, Relación de vacío, Saturación y los Límites de
Atterberg, además el Peso Específico de los minerales, el Indice de consistencia y la
Actividad coloidal de las arcillas.
Las muestras ensayadas fueron tomadas en el lugar, mediante muestreadores de
paredes delgadas o con simple tubo de gran diámetro. Una gran parte de las muestras
de las obras CENSA y Plan de Viviendas de Güira de Melena fueron monolitos de gran
tamaño tomados in situ, lo que garantiza un alto grado de representatividad de las
magnitudes obtenidas.
En Junio de 1993 se presenta un trabajo científico titulado “Caracterización Geotécnica
de las Formaciones Guevara y Villarroja” por los Ing. Fonseca. G. W, González. L. R,
Padrón . J. C (5) ; este trabajo constituye una primera aproximación a las características
físicas de estos suelos, vistos ahora como dos Formaciones geológicas independientes:
Formación Guevara y Formación Villarroja, del Cuaternario; por lo que responde al
objetivo de divulgar la nomenclatura geológica y las propiedades físicas asociadas a
estas formaciones geológicas que tienden a confundirse, dadas sus características de
yacencia. En este trabajo los autores no comparan el coeficiente de variación con el
recomendado en la literatura y utilizan los ensayos de laboratorio que se encontraban
en la base de datos solo hasta el año 1993.
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
18

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«Características físicas de la Formación Villarroja;
Peso específico de las partículas minerales (Gs) = 2.76
Composición granulométrica:
Grava = 0%
Arena = 19%
Limo = 8%
Arcilla = 73%
Humedad natural () = 33.0%
Peso específico del suelo en estado natural (f) = 16.7 kN/m 3
Peso específico del suelo en estado seco (d) = 12.6 kN/m 3
Relación de vacíos (e) = 1.20
Saturación (S) = 76%
Límite Líquido (LL) = 62%
Límite Plástico (LP) = 32%
Índice Plástico (IP) = 30%
Índice de Consistencia (Ic) = 0.97
Actividad coloidal (A) = 0.41
Características físicas de la Formación Guevara.
Peso específico de las partículas minerales (Gs) = 2.81
Composición granulométrica:
Grava = 0%
Arena = 25%
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
19

Limo = 10%
Arcilla = 65%
Humedad natural () = 33.0%
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Peso específico del suelo en estado natural (f) = 18.8 Kg/cm 2
Peso específico del suelo en estado seco (d) = 14.1 Kg/cm 2
Relación de Vacíos (e) = 0.98
Saturación (S) = 95%
Límite Liquido (LL) = 72%
Límite Plástico (LP) = 36%
Índice Plástico (IP) = 36%
Índice de Consistencia (Ic) = 1.09
Actividad coloidal (A) = 0.56
1.5 Sobre la evaluación estadística de los datos.
La valoración de las propiedades físicas que caracterizan un determinado tipo de suelo
y el establecimiento de sus fronteras, requiere del empleo de técnicas estadísticas
para el análisis de los resultados de los ensayos. La gran heterogeneidad de los
suelos, especialmente en su estado natural, hace difícil su división en capas de
similares propiedades geotécnicas y la obtención de los parámetros de cálculo para el
diseño de las estructuras. En muchas investigaciones no se emplean técnicas
estadísticas por falta de suficientes datos.
Las propiedades de los suelos arcillosos que se suelen tratar estadísticamente son
aquellas obtenidas directamente de ensayos de laboratorio y que intervienen en la
definición del elemento ingeniero geológico, tales como el peso específico de los
sólidos, peso específico natural, humedad natural, límite líquido y límite plástico y la
granulometría. Otras propiedades que caracterizan el comportamiento de los suelos
ante la aplicación de las cargas como la cohesión, la fricción y el módulo de
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
20

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deformación, también se pueden tratar estadísticamente, si la cantidad de valores
obtenidos lo permite.
Los estadígrafos a determinar son la media aritmética, la desviación estándar, la
varianza, la curtosis, la asimetría, el rango, el coeficiente de variación, el intervalo de
confianza de la media y otros, que suelen ser utilizados en la comprobación de la
normalidad de la muestra, como la desviación media absoluta muestral (), el error
cuadrático medio de la amplitud (SA), el error cuadrático medio del exceso sobre la
curtosis (SE). Los criterios a utilizar permiten comprobar la normalidad de las
distribuciones, la homogeneidad individual y general de los elementos y el rechazo de
valores dudosos (León González, Miguel; 1977) (10) .
El criterio fundamental para valorar la normalidad de la distribución se basa en la
comparación del exceso sobre la curtosis (E) y la asimetría (A) de la distribución normal
con aquella que estamos evaluando; así se tiene que en la distribución normal E y A
oman valores de 0 y se alejan de este valor cuando la curtosis es poco esbelta o muy
esbelta y la asimetría es unilateral.
En el artículo “Tratamiento estadístico de las propiedades físico-mecánicas de los
suelos”, Miguel León González ofrece los pasos a seguir para el tratamiento estadístico
de las propiedades físicas y mecánicas de los suelos y comprobar la división en
elementos en un área determinada.
Hacer una división inicial de los suelos en estratos.
Hallar la cantidad mínima de determinaciones que se deben tener para
establecer los valores de norma y diseño.
Determinar para propiedad física las siguientes magnitudes media, valores
extremos, desviación estándar, varianza, simetría y curtosis.
Comprobar que tipo de distribución sigue cada propiedad.
Determinar los valores dudosos de cada propiedad.
Analizar los valores rechazados e investigar los motivos (ensayos defectuosos,
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
21

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posibilidad de pertenecer a otro estrato, etc.).
Valorar la homogeneidad individual del estrato para cada propiedad y la
homogeneidad general del mismo y, en caso de no ser homogéneo, analizar
una nueva división de estratos.
Analizar la posibilidad de unión de elementos geológicos contiguos.
Determinar los valores de norma y diseño de cada propiedad.
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
22

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CAPITULO II ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS PARÁMETROS FÍSICOS.
Introducción.
Un problema realmente difícil es tener que pronosticar las propiedades físicas y mecánicas
de un estrato de suelo, debido, en primer lugar, a la necesidad de definir los límites del
estrato en sí, y segundo, a la gran variabilidad de las propiedades dentro de estos límites,
especialmente en estado natural.
Las propiedades físicas del suelo que serán tratadas estadísticamente en este capitulo son
las siguientes:
Peso Específico (Gs)
Peso Específico húmedo de la masa de suelo (f)
Humedad Natural ()
Límite Plástico (LP)
Límite Líquido (LL)
% de Arcilla (< 0.002 mm)
El procesamiento estadístico de los datos se realizó con el programa STATGRAPHICS
Plus 5.1, el cual permite determinar los valores atípicos en una muestra, comprobar qué
tipo de distribución sigue cada propiedad y determinar para cada propiedad física las
siguientes magnitudes media, valores extremos, desviación estándar, varianza,
coeficiente de asimetría y curtosis.
Cada característica se evalúa estadísticamente, eliminando cuidadosamente los valores
dudosos, ya que la muestra de suelo ensayada puede pertenecer a otro elemento
geológico, el ensayo realizado puedo ser defectuoso, la muestra estar afectada por
desecación del suelo por pérdida de humedad mal parafinado de la misma, o
incorporación de humedad al suelo durante la extracción de la muestra.
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
23

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MENCION GEOTECNIA
Se valoró la homogeneidad individual del estrato para cada propiedad y la
homogeneidad general del mismo teniendo en cuenta la metodología empleada por el
Ingeniero León González, M. (10) en su artículo de la revista de Ciencia y Técnica
Ingeniería Estructural ISPJAE. 1978 basada en normas soviéticas.
La homogeneidad de cada parámetro del suelo se evalúa mediante el coeficiente de
variación (CV), comparando el valor calculado con los valores recomendados en la
metodología; el estrato se considera homogéneo, para una propiedad determinada, si
los coeficientes de variación (CV) no superan los valores expuestos en la tabla que se
presenta a continuación. Si son superados estos valores, se deberán eliminar las
magnitudes extremas de la muestra o analizar la posibilidad de subdividir el elemento
geológico. En la tabla que aparece a continuación se muestran los valores límites
recomendados por León González, M. (10) del coeficiente de variación y precisión de la
estimación para cada parámetro físico.
Nombre de la propiedad del
suelo
Coeficiente de variación
(CV)
Coeficiente de precisión de
la estimación ()
Peso específico 0.01 0.004
Peso específico natural 0.05 0.015
Límite líquido 0.15 0.05
Límite Plástico 0.15 0.05
Humedad Natural. 0.15 0.05
Tabla1.Valores recomendados del coeficiente de variación (CV) y el coeficiente de
precisión de la estimación () León González, M. (10)
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
24

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2.1. Estadística de los parámetros Físicos por obras.
El área que abarca este estudio corresponde con el territorio actual de la provincia de
La Habana y Ciudad de la Habana. La ubicación de las obras incluidas cubre
prácticamente todo el territorio mencionado. El territorio comprende la Llanura Sur
Habana-Matanzas y la Llanura Central de La Habana, regiones con un potencial
agrícola muy elevado y donde se han asentado poblaciones cuyo sustento fundamental
es el cultivo de la tierra.
La evaluación se realizó en las obras con una cantidad de muestras de suelo que
permitieran un tratamiento estadístico representativo de las condiciones locales del
suelo. Para ello se seleccionaron las obras CENSA, Instituto de Riego y Drenaje, Esbur
600, Combinado de viviendas Calderón, Combinado de viviendas Cantón.
1. Área del CENSA.
La investigación para el diseño de la cimentación del CENSA (de la Torre, T.1971) (18)
, ubicado en el municipio San José de las Lajas, de la provincia de La Habana, se realizó
mediante la perforación de calas, el empleo del SPT y la obtención, en trincheras, de
muestras grandes inalteradas de suelo. Se ensayaron 97 muestras de suelos de 16
calas y dos calicatas. A continuación se brinda el tratamiento estadístico de los
parámetros físicos que caracterizan estos suelos.
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
25

CENSA
Peso
especifico
relativo de
los sólidos
MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL
Humedad
(%)
MENCION GEOTECNIA
% de
arcilla
(

Instituto de riego y
drenaje
Peso especifico
relativo de los
sólidos
MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL
MENCION GEOTECNIA
Humedad
(%)
% de arcilla
(

Esbur 600
Peso especifico
relativo de los
sólidos
MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL
MENCION GEOTECNIA
Humedad
(%)
% de arcilla
(

Combinado de viviendas
calderón.
Peso especifico
relativo de los
sólidos
MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL
MENCION GEOTECNIA
Humedad
(%)
% de arcilla
(

Combinado de viviendas
cantón.
Peso especifico
relativo de los
sólidos
MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL
MENCION GEOTECNIA
Humedad
(%)
% de arcilla
(

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL
MENCION GEOTECNIA
2.2 Evaluación de las propiedades físicas generales.
En esta parte del capítulo se evalúan las características físicas de la formación,
utilizando como muestra todos los resultados de los ensayos recopilados en la base de
datos. Cada característica se evalúa estadísticamente utilizando el programa
STATGRAPHICS Plus, se identificaron valores atípicos utilizando los test de Gubbs y
Dixon, que en este caso pueden estar relacionados con otro tipo de suelo, desecación
del suelo por pérdida de humedad o incorporación de humedad durante la extracción
de la muestra de suelo. Posteriormente se determinaron los valores de la media,
desviación estándar, varianza de la muestra, curtosis, asimetría, rango, valores
mínimos y valores máximos, coeficiente de variación y precisión de la estimación. En el
programa se ofrecen criterios sobre la normalidad de la distribución de los datos
mediante la evaluación de la curtosis y asimetría normalizadas. Valores de ambos
estadísticos fuera del rango de -2 a +2 indican alejamiento importante de la distribución
normal.
Estadística para la humedad.
Los valores que aparecen en la Tabla 8 se obtuvieron de los ensayos de humedad
después eliminar 9 valores atípicos. Los valores eliminados corresponden con
muestras de suelo muy húmedas o muy secas, lo que sugiere alteración en el
muestreo o en su manipulación posterior.
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
31

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MENCION GEOTECNIA
Características. Humedad (%)
n 306
Desviación estándar 2,62
Varianza de la muestra 6,60
Curtosis 1,26
Coeficiente de asimetría 1,18
Rango 12,7
Mínimo 25,1
Máximo 37,8
Media de la muestra
32
Coeficiente de variación
0,11
Tabla 8. Características estadísticas de la humedad (%).
CENSA
Calderon
Cantón
ESBUR 600
I. R y Drenaje
Gráfico de Cajas y Bigotes
28 30 32 34 36 38 40
Humedad (%)
Gráfico 1. Gráfico de caja y bigotes de la humedad.
En el gráfico 1 se aprecia la distribución de los valores de humedad las obras
analizadas. La humedad de estos suelos varía en un amplio rango, por el valor de la
curtosis estandarizada y la asimetría los datos presentan una distribución normal. Se
obtuvo un coeficiente de variación de 0.10 el cual es inferior al valor límite recomendado
(León González, Miguel; 1977) 10 .
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
32

Estadística para el Contenido de arcilla.
MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL
MENCION GEOTECNIA
La variación del contenido de arcilla de estos suelos se muestra en la Tabla 8. Aquí
aparecen todos los valores de la muestra estadística. El análisis de los datos no mostró
valores atípicos.
Características. % de arcilla (

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analizadas. La media para el contenido de arcilla de los suelos es mayor del 50 por
ciento en la mayoría de las muestras analizadas. El contenido de arcilla presenta un
amplio rango. Las variaciones granulométricas de los suelos pueden estar influenciadas
por los procesos de sedimentación locales, durante la formación de los mismos.
Estadística para el Peso específico natural de la masa de suelo.
Los valores que aparecen en la Tabla 9 se obtuvieron de los ensayos de peso
específico natural de la masa de suelo después de eliminar 7 valores atípicos.
Características. Peso específico natural kN/m 3
n 196
Desviación estándar 0,54
Varianza de la muestra 0,29
Curtosis 1,06
Coeficiente de asimetría 0,69
Rango 3,01
Mínimo 15,89
Máximo 18,9
Media de la muestra 17,3
Coeficiente de variación 0.01
Tabla 10. Características para el Peso específico natural de la masa de suelo.
Obra
CENSA
Calderón
Cantón ESBUR 600 I R Drenaje
Gráfico de Cajas y Bigotes
15 16 17 18 19
Peso específico natural
De
de
nsidad
la masa de suelo (kN/m 3 )
Gráfico 3. Gráfico de caja y bigotes para el peso específico natural de la masa de suelo
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
34

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En el Gráfico 3 se aprecia la distribución de los valores de las obras analizadas. La
variación de los valores de medida de tendencia central del peso específico natural de la
masa de suelo, se concentran entre 17,3 kN/m 3 y 17.8 kN/m 3 . Los valores de los
coeficientes de variación para estas obras cumplen con los valores recomendados.
Estadística para el Límite Líquido.
Los valores que aparecen en la Tabla 10 se obtuvieron de los ensayos de Peso
especifico natural después de eliminar 5 valor atípico. Los valores eliminados
corresponden con muestras de suelo de muy alto límite líquido.
Características. Límite líquido %
n 167
Desviación estándar 6,51
Varianza de la muestra 42,4
Curtosis -1,25
Coeficiente de asimetría 1,89
Rango 27,3
Mínimo 51,0
Máximo 78,3
Media de la muestra
62,3
Coeficiente de variación
Tabla 11. Características para el Límite Líquido
0.13
Obra
CENSA
Calderón
Cantón ESBUR 600
I R Drenaje Gráfico de Cajas y Bigotes
54 57 60 63 66 69
Límite Líquido (%)
Gráfico 4. Gráfico de caja y bigotes para el Límite Líquido (%).
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
35

Obra
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MENCION GEOTECNIA
En el Gráfico 4. Se aprecia la distribución de los valores de las obras analizadas. Los
valores de medida de la tendencia central de la muestra están dentro del rango
esperado para este tipo de suelo que sigue una distribución normal y se comporta de
manera uniforme.
Estadística para el Límite Plástico.
Los valores que aparecen en la Tabla 11 se obtuvieron de los ensayos de límite líquido
después de eliminar 5 valor atípico.
Características. Límite plástico %
n 167
Desviación estándar 3,23
Varianza de la muestra 10,4
Curtosis 1,35
Coeficiente de asimetría 1,42
Rango 18,1
Mínimo 24,2
Máximo 42,3
Media de la muestra
32,1
Coeficiente de variación
Tabla 12. Características para el Límite Plástico.
0.10
CENSA
Calderón
Cantón
ESBUR 600
I R Drenaje
Gráfico de Cajas y Bigotes
28 30 32 34
Límite Límite Plástico P(%)
Gráfico 5. Gráfico de caja y bigotes para el Límite Plástico (%).
En el Gráfico 5. se aprecia la distribución de los valores de todas las obras analizadas.
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
36
36

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MENCION GEOTECNIA
Los valores de medida de la tendencia central de la muestra están entre un 30% y 32%
con un comportamiento uniforme.
Estadística para el Peso específico relativo de los sólidos.
Para el análisis de este parámetro físico se seleccionaron las obras con mayor cantidad
de datos, se aprecia la distribución de los valores de todas las obras analizadas, en el
valor del peso específico de los sólidos influye el contenido de nódulos ferríticos en el
suelo.
Características.
Peso especifico relativo
de los sólidos
n 92
Desviación estándar 0,041
Varianza de la muestra 0.016
Curtosis _0,36
Coeficiente de asimetría _1,78
Rango 0,8
Mínimo 2,64
Máximo 2,82
Media de la muestra 2,74
Coeficiente de variación 0.01
Tabla 13. Características para el Peso específico relativo de los sólidos.
Obra
CENSA
Calderón
Cantón
ESBUR 600
I R Drenaje
Gráfico de Cajas y Bigotes
2,6 2,64 2,68 2,72 2,76 2,8 2,84
Peso específico
Peso específico de los sólidos
Gráfico 6. Gráfico de caja y bigotes para el Peso específico relativo de los sólidos.
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
37

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MENCION GEOTECNIA
2.3 Características a partir de los Límites de consistencia.
El índice de consistencia (Ic)
LL
62.
37 32
Ic Ic
1.
00
IP
30.
07
Los suelos de esta formación, de acuerdo a sus características físicas, clasifican como
suelos de consistencia dura. Norma Cubana, NC 59:2000. Geotecnia. Clasificación
geotécnica de los suelos (12) .
Otra de las características que se pueden determinar a partir de los límites de
consistencia del suelo es la actividad coloidal (A), que es la relación entre el Índice de
plasticidad y el porcentaje del tamaño de los granos de arcilla (más finos que 0.002
mm).
IP
A
% 0.002 mm
Donde:
IP = Índice de Plasticidad.
% < 0.002 mm = % en peso de tamaño de partícula < 0.002 mm.
La actividad expresa la magnitud de los cambios de volumen del suelo con sus cambios
de humedad, que en su mayor parte depende de los minerales arcillosos que forman la
partícula y es una medida de la habilidad de los suelos para retener el agua.
Según los autores G.B. Sowers, G.F. Sowers (15) , si la arcilla es una caolinita es de baja
actividad (A < 0.75), una montmorillonita es de alta actividad (A > 4) y una illita es de
una actividad intermedia.
Para los suelos de la Fm Villarroja la actividad coloidal es igual a 0.41 lo que refleja un
contenido de los minerales arcillosos del tipo caolinítico.
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
38

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL
MENCION GEOTECNIA
Estos suelos presentan un Limite Líquido de 62.37 %, un Limite Plástico de 32.3% y un
Índice de Plasticidad de 30.07 %, según su caracterización estadística; presentan más
del 50% en peso más fino que el tamiz No 200, por lo que clasifican como suelos de
grano fino.
Los suelos de grano fino se dividen en tres grupos genéricos:
Limo inorgánico, de símbolo M.
Arcilla inorgánica, de símbolo C.
Arcillas y limos orgánicos, de símbolo O.
Como indica la Carta de Plasticidad, para la clasificación de los suelos de grano fino la
Formación Villarroja clasifica como un suelo CH.
Los suelos CH corresponden a la zona encima de la línea A y están definidos por un
Límite Líquido mayor del 50 %.
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
39

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL
MENCION GEOTECNIA
CAPITULO III CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LAS ARCILLAS.
En este capítulo se evalúan los resultados de los ensayos edométrico, triaxial rápido
(UU) y cortante directo, realizados a los suelos en las obras incluidas en la base de
datos.
3.1. Análisis del Ensayo Edométrico.
En el ensayo edométrico se procesaron 64 consolidaciones de las cuales 29
consolidaciones llegaron a la presión de 800 kPa, 14 muestras hasta la presión de 1600
kPa y 6 hasta la presión de 3200 kPa; se muestran en la tabla 13 la variación de la
relación de vacíos promedio, máxima y mínima.
Relación de vacíos e0 e50 e100 e200 e400 e800 e1600 e3200
Media 0.981 1.18 1.17 1.13 1.08 0.95 0.80 0.80
Mínimo 0.702 0.82 0.795 0.793 0.704 0.694 0.692 0.631
Máximo 1.400 1.400 1.392 1.392 1.386 1.150 1.012 0.969
Tabla 14. Valores promedio de la relación de vacíos.
Relación de Vacios
1.60
1.40
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
Grafico de Consolidación
0.1 1 10 100
Presión
Promedio
Maximo
Mínim o
Gráfico 7: Gráfico resumen de las consolidaciones analizadas.
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
Exponencial (Maximo)
Exponencial (Promedio)
Exponencial (Mínimo)
40

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MENCION GEOTECNIA
Como se ha expresado anteriormente los ensayos de consolidación realizados se
llevaron hasta la carga de 800KPa en todos los casos. Sin embargo no se logró
alcanzar la parte virgen de la curva de consolidación lo que infiere que las presiones de
preconsolidación sean aun mayores.
Terzaghi y Peck han obtenido una expresión para la compresibilidad de las arcillas
normalmente consolidadas; del trabajo de Skempton:
Cc = 0.009 ( LL- 10 )
G.B. Sowers y G.F. Sowers (15) plantean que es posible reconocer las arcillas
preconsolidadas porque su humedad es generalmente muy inferior al límite líquido, que
en nuestro caso la humedad presenta un valor de 32% y el límite líquido un valor de 62
%, por lo que podemos, basado en esta afirmación, definir que estas arcillas de la
Formación Villarroja son preconsolidadas y, siguiendo la hipótesis de estos autores
antes mencionados (G.B. Sowers y G.F. Sowers (15) ), los índices de compresión Cc (por
encima de la carga de preconsolidación) se pueden determinar empleando la misma
relación que se usa para las arcillas normalmente consolidadas (Cc = 0.009 ( LL- 10 )).
En el caso de la Formación Villarroja el Cc calculado por la fórmula de Skempton es de
Cc = 0,47
De las curvas del laboratorio se calcularon los valores del índice de recarga Cr, en la
siguiente tabla presentamos los resultados de los valores de los distintos ensayos
realizados a presiones máximas de 800, 1600 y 3200 KPa.
Se determinaron las pendientes del final de las curvas de Relación de Vacíos contra
Logaritmo de Presión, obteniéndose para cada caso los siguientes valores:
Índice de recarga
Tabla 15. Valoración del índice de recarga Cr.
Cr8.0 Cr16.0 Cr32.0
0.22 0.16 0.17
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
41

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De los valores hallados en la tabla anterior y comparándolos con el valor del Cc antes
calculado podemos inferir que con la presión de 3200 Kpa, hasta la cual se realizaron
los ensayos, no se ha podido alcanzar aún la curva virgen.
3.2. Análisis del Ensayo Triaxial Rápido (UU).
En este epígrafe se muestran los resultados del análisis realizado a los ensayos de Triaxial;
para este análisis se tomaron 142 especimenes ensayados con presiones de cámara entre
50 kPa y 300 kPa y saturaciones promedio de 94 %. El ensayo realizado en todos los
casos fue rápido, no consolidado y no drenado.
Tabla 17 Valores de las características estadísticas del esfuerzo desviador para cada
presión de cámara. kPa
Características estadisticas 50kPa 100kPa 150kPa 200kPa 300kPa
Media 1,747 2,67 3,67 3,22 2,99
Error típico 0,127 0,27 0,87 0,30 1,15
Mediana 1,520 2,11 2,86 2,81 2,11
Desviación estándar 0,657 1,15 1,20 1,12 0,93
Varianza de la muestra 0,432 2,13 13,64 1,97 5,27
Curtosis 0,206 2,54 1,34 0,97 2,06
Coeficiente de asimetría 0,904 1,70 2,26 1,04 1,75
Rango 2,484 5,87 16,02 5,63 4,98
Mínimo 1,006 1,22 1,08 1,38 1,37
Máximo 3,490 7,09 17,10 7,01 6,35
Suma 47,2 77,51 65,99 70,81 11,94
Cuenta 27 29 18 22 4
Nivel de confianza(95.0%) 0,260 0,56 1,84 0,62 3,65
CV 0,38 0,43 0,33 0,35 0,31
El comportamiento de los suelos en los ensayos triaxiales se corresponde con las
propiedades evaluadas anteriormente (suelos de consistencia dura). Presenta una
deformación unitaria entre un 4% y 9% en la mayoría de los ensayos.
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
42

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Gráfico 9 Envolvente de falla de los promedios de los ensayos de Triaxial Rápido (UU).
Como se observa en el gráfico 9 estos suelos presentan una cohesión promedio de
120 kPa y un ángulo de fricción interna de 8 grados.
3.3. Análisis del Ensayo Cortante Directo.
En el análisis de los ensayos de cortante directo se tomaron 100 especímenes, realizados
con presiones entre 50 kPa y 400 kPa, la saturación promedio es de 92.3%,
)
Esfuerzo Tangencial kPa /
E sfu erzo tang encial ( K g /c m 2
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
Ensayo de Cortante directo
Gráfico Ensayo Cortante Simple Vs
0
0 1 2 3 4 5
Presión Normal (Kg / (kPa/100)
cm2 )
Gráfico 9: Resultados de los ensayos de Cortante Directo.
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
43

Esfuerzo Tangencial
( Kg/cm2)
Esfuerzo tangencial
2.5
2
1.5
1
0.5
0
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Gráfico Ensayo Ensayo de Cortante Simple directo Vs
0 1 2 3 4 5
Presión Normal (kPa/100)
Presión Normal (Kg / cm2 )
y = 0.2506x + 0.9072
Gráfico 10. Envolvente de falla de los promedios de los ensayos de Cortante Directo.
Y = 0.2506 X + 0.9072 (ecuación de la recta).
El comportamiento de los suelos de la Fm Villarroja en el ensayo de cortante directo se
corresponde con los suelos de consistencia dura según la norma cubana NC 59.
2000 (12) , presentando un ángulo de fricción interna de =15 o y una cohesión c = 91
kPa. A continuación se brinda el criterio de clasificación sobre la base de la resistencia a
cortante no drenada de los suelos arcillosos según la NC 59. 2000. Geotecnia.
Clasificación geotécnica de los suelos:
Resistencia
Resistencia Cortante no drenada
( KPa)
Muy blanda Cu < 20
Blanda 20Cu

CONCLUSIONES.
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Como resultado final de esta tesis, se presenta una caracterización geotécnica de los
suelos de la Formación Villarroja.
1er Objetivo: Estimar mediante técnicas estadísticas los parámetros físicos y mecánicos
de los suelos de la formación Villarroja, mediante el uso de los ensayos de humedad,
peso específico de la masa de suelo, peso específico de los sólidos, límite líquido, límite
plástico, contenido de arcilla, cortante directo, triaxial rápido y edométrico.
Se estimaron los parámetros físicos que caracterizan los suelos de la formación
Villarroja, evaluando su comportamiento local (por obra) y de forma general (regional).
Se utilizó como estadígrafo de comparación el Coeficiente de Variación, sobre el que
existen criterios de análisis recogidos en la literatura consultada.
Según la caracterización estadística los valores promedios de los parámetros físicos
son los siguientes:
Peso específico de las partículas minerales (Gs) = 2.75
Humedad natural () =32 %
Peso específico del suelo en estado natural (f) =17.3 kN/m 3
Límite Líquido (LL) = 62.37%
Límite Plástico (LP) = 32.3 %
Índice Plástico (IP) = 30.07 %
Los coeficientes de variación analizados para los parámetros físicos no superan los
valores recomendados en el artículo de Miguel León González (10) , lo que indica que el
estrato es homogéneo.
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45

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Propiedad CV
CV recomendado por la
literatura consultada
Humedad natural 0.11 0.15
Peso Específico Natural 0.05 0.05
Límite Líquido 0.11 0.15
Límite Plástico 0.11 0.15
Peso específico de los sólidos 0.01 0.01
2do Objetivo: Clasificar y caracterizar geotécnicamente los suelos de esta formación
geológica mediante la carta de plasticidad, el índice de consistencia y la actividad
coloidal.
Como indica la carta de plasticidad, para la clasificación de los suelos de grano fino, los
suelos de esta formación clasifican como CH.
Los suelos de la formación Villarroja, de acuerdo a su índice de consistencia (Ic) = 1.00,
se describen como suelos de consistencia dura.
La actividad coloidal para los suelos de esta formación es igual a 0.41, lo que refleja un
contenido de los minerales arcillosos del tipo caolinítico.
Ensayo Triaxial Rápido: cohesión de 120 kPa y ángulo de fricción interna de 8 grados.
El comportamiento de los suelos de la Fm Villarroja, en el ensayo de cortante directo
presentan un ángulo de fricción interna de =15 o , y una cohesión C = 91 KPa .
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RECOMENDACIONES.
1. Continuar la evaluación de la preconsolidación de los suelos realizando ensayos
edométricos a presiones mayores de 3200 kPa para definir adecuadamente la parte
virgen de la curva de consolidación.
2. Realizar ensayos según las normas ASTM D2325 y D5298 para determinar la
succión de estos suelos y su variación con la humedad (curva característica) y
generalizar su estudio como suelo no saturado.
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Anexos
Anexo 1: Investigaciones Ingeniero Geológicas.
Espesor
No, X y z Formaciones Municipio Form. Subyac.
Prof NF m
Obra
max,m
1 381700 351800 120 CENSA Villarroja/Guevara San José Husillo 7 15
2 345000 330000 15 Plan Viv. G. De Melena Villarroja Güira de Melena Güines 5 12,7
3 318410 332000 30 Paso Superior EST.722+80 Villarroja Artemisa Cojimar 10 20
4 342600 325900 7 Com. El guayabo Villarroja/Guevara Güira de Melena Güines 7 6
5 340800 325300 5 Com. Barnet Villarroja Güira de Melena Güines 4,5 5
6 322000 329650 13,5 Lag. La Esperanza
Villarroja Artemisa Güines 8,2 15
7 319750 332400 10 Hotel Artemisa Villarroja Artemisa Cojimar 6 25
8 338800 326020 3 Laguna Marqueti Villarroja/Guevara Alquizar Güines 7,5 4
9 337950 335250 32 Com. Novedades Villarroja/Guevara Alquizar Güines 10 30
10 339600 329250 10 Com. Calderón
Villarroja Alquizar Güines 10 10
11 323230 329450 15,5 Com. La Esperanza Villarroja/Guevara Villarroja Güines 6 13
12 331370 341180 90 Laguna Naranjal Villarroja Caimito Cojimar 5 10
13 329400 339300 90 Laguna Majagual
Villarroja Caimito Cojimar 3,2 17
14 336350 340400 90 Laguna Plaza
Villarroja Caimito Cojimar 0,8 15
15 342350 343575 95 Com. Las flores Villarroja S. A de los Baños Cojimar 2,5 11
16 356385 344275 52 C. N. De Biopreparados Villarroja/Guevara Bejucal Cojimar 6 10
17 358900 340500 47 Puente Bejucal Villarroja/Guevara Bejucal Cojimar 8,3 10
18 356750 344400 50 Taller Hidroeconomía Villarroja/Guevara Bejucal Cojimar 7,5 11
19 358350 332500 40 Tanque Fructuoso Rodríguez Villarroja Quivican Güines 5 30
20 358850 332500 40 Com. Fructuoso Rodríguez Villarroja Quivican Güines 5 30
21 369000 329000 33 Com. La Coubre Villarroja Batabanó Güines 5 25
22 371300 329800 31 Com La julia Villarroja Batabanó Güines 4 25
58
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL
MENCION GEOTECNIA
23 363450 326300 21 Tanque elevado Sta. Rita Villarroja Batabanó Güines 7,5 20
24 384050 328300 20 Com. Cantón Villarroja Melena del sur Güines 5 15
25 381500 329700 30 Policlínico 3000 Habitantes Villarroja Melena del sur Güines 7 25
26 387230 328320 30 Tanque Elevado Wagens Villarroja/Guevara Melena del sur Güines 15 25
27 387550 327650 16 Laguna de Ox Wagens Villarroja/Guevara Melena del sur Güines 2 17
28 387040 325500 13,5 Laguna de Ox. Aranguito Villarroja/Guevara Melena del sur Güines 2,7 10
29 380350 354000 49 Instituto de Riego y drenaje Villarroja/Guevara San José Husillo 4 12
30 423420 326220 16 Tanque Com. Ag. S. Clara Villarroja/Guevara Nueva Paz Güines 5 15
31 394500 334250 49 Esbur 600
Villarroja Güines Güines 5 35
Com, Desembarco del
32 421900 323900 11 Villarroja/Guevara Nueva Paz Güines 2 12
Granma
Planta de Bioplaguicidas,
33 357960 350665 12,3 Villarroja/Guevara Boyeros Boyeros >10 15
Labiofam
59
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL
MENCION GEOTECNIA
Anexo 2. Carta de plasticidad para clasificar suelos de grano fino según NC 59:
2000 Geotecnia Clasificación geotécnica de los suelos (12).
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
60

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL
MENCION GEOTECNIA
Anexo 3. Tabla Criterios de Clasificación. 59: 2000 Geotecnia Clasificación geotécnica
de los suelos (12).
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
61

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL
MENCION GEOTECNIA
Anexo 4. Tabla Criterios para describir la consistencia de los suelos arcillosos. 59: 2000
Geotecnia Clasificación geotécnica de los suelos (12). .
Análisis y Clasificación Geotécnica de la Formación Villarroja
62

INDICE
AGRADECIMIENTOS: ................................................................................. 0
INTRODUCCIÓN:.......................................................................................... 1
CAPITULO I. ESTADO DEL ARTE............................................................. 5
1.1 Diferentes métodos de valoración geotécnica de los
suelos arcillosos. ....................................................................................5
1.2 Estudio de las características geológicas,
estructurales, mineralógicas, litológicas y físicas de la
formación Villarroja.............................................................................10
1.3. Características geológicas, estructurales,
mineralógicas, litológicas y físicas de la formación
Villarroja. .............................................................................................12
1.4 Estado del conocimiento sobre las características
geotécnicas de los suelos de la formación Villarroja...........................17
1.5 Sobre la evaluación estadística de los datos..................................20
CAPITULO II ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS
PARÁMETROS FÍSICOS. ........................................................................... 23
Introducción..........................................................................................23
2.1. Estadística de los parámetros Físicos por obras. .........................25
2.2 Evaluación de las propiedades físicas generales...........................31
2.3 Características a partir de los Límites de
consistencia. .........................................................................................38

CAPITULO III CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LAS
ARCILLAS DE LA FORMACION VILLARROJA……………. ............... 40
3.1. Análisis del Ensayo Edométrico....................................................40
3.2. Análisis del Ensayo Triaxial Rápido (UU)....................................42
3.3. Análisis del Ensayo Cortante Directo. ..........................................43
CONCLUSIONES......................................................................................... 45
RECOMENDACIONES. .............................................................................. 47
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS......................................................... 48
Anexos…………………….. ......................................................................... 58