Ensayo de Penetracion Estandar (Spt) (1)

ENSAYO DE PENETRACION ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)ESTANDAR (SPT)

CARLOS COLLAZOSCARLOS COLLAZOSOLIVER GONZALEZOLIVER GONZALEZ

CARLOS ANTECARLOS ANTEDIEGO BRAVODIEGO BRAVO

ANGEL CONCHAANGEL CONCHA

UNIVERSIDAD DEL CAUCAFACULTAD DE INGENIERIA CIVILDEPARTAMENTO DE GEOTECNIA

2006

ENSAYO DE PENETRACION ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)ESTANDAR (SPT)

1.1. INTRODUCCIONINTRODUCCION

2.2. ENSAYO DE PENETRACION ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)ESTANDAR (SPT)

3.3. CORRECCIONES Y CORRECCIONES Y CORRELACIONESCORRELACIONES

INTRODUCCIONINTRODUCCION El ensayo de penetración estándar (SPT),

desarrollado por Terzagui a finales de los años 20, es el ensayo in situ más popular y económico para obtener información geotécnica del subsuelo.

Se estima que el 85 % a 90 % de los diseños de las cimentaciones convencionales de Norte y Sur América se basan en los valores de N medidos en el SPT

ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)

INTRODUCCIONINTRODUCCION A pesar de que el ensayo se estandarizó desde 1958

como el ASTM D-1586, y que se han venido realizando revisiones periódicamente, las evaluaciones realizadas en Norteamérica indican que son muchas las variables que influyen en los valores de N

Entre otras:

El tipo y estado de los equipos de perforación La destreza de los operadores El tipo y estado de las cucharas muestreadoras La dimensión y estado del varillaje La forma y tamaño del cabezote etc..


OBJETIVOS DE PRUEBA SPT

Obtener la medida de la resistencia a la penetración con un muestreador en un suelo no cohesivo

Tomar muestras representativas del suelo Hallar correlación entre: Hallar correlación entre:

El # de golpes, N, medido y la compacidad,El # de golpes, N, medido y la compacidad, y la resistencia a la comprensión simple por medio y la resistencia a la comprensión simple por medio

de tablas o ábacos ya existentes.de tablas o ábacos ya existentes.


EQUIPOEQUIPO1. Equipo de perforacion


Penetrómetro tubo partido Penetrómetro en el barreno utilizado como camisa de revestimiento

EQUIPOEQUIPO2. Varillas para muestreo


EQUIPOEQUIPO

3. Muestreador de tubo partido


EQUIPOEQUIPO4. Martinete de 140lbs. de peso con sistema de caída


Equipo de perforación: el martinete se encuentra en su máxima elevación para ser accionado

El martinete desciende para golpear el Penetrómetro que se encuentra dentro del pozo.

PROCEDIMIENTO DE ENSAYOPROCEDIMIENTO DE ENSAYO

El ensayo en si consiste en hincar el tubo partido para que penetre 30 cm (1PIE) en el terreno, ayudados de un martillo de 140 lbs de peso y una altura de caída de 75 cm, contabilizándose el número de golpes “N”.



1.1. Para efectuar la prueba el muestreador se Para efectuar la prueba el muestreador se enrosca al extremo de la tubería de perforación y enrosca al extremo de la tubería de perforación y se baja hasta la profundidad donde se encuentra se baja hasta la profundidad donde se encuentra el manto arena sobre el cual se va hacer la el manto arena sobre el cual se va hacer la prueba. Previamente el fondo del pozo debe prueba. Previamente el fondo del pozo debe haberse limpiado cuidadosamente para garantizar haberse limpiado cuidadosamente para garantizar que el material no este alterado.que el material no este alterado.



2.2. Se coloca el martillo en posición guiado por la Se coloca el martillo en posición guiado por la tubería de perforación, elevándolo con un cable tubería de perforación, elevándolo con un cable accionado manual o mecánicamente, el cual se accionado manual o mecánicamente, el cual se encuentra suspendido del trípode con poleaencuentra suspendido del trípode con polea



3.3. Se marca el extremo superior de la tubería de Se marca el extremo superior de la tubería de perforación en tres partes, cada una de 15 cm perforación en tres partes, cada una de 15 cm para la posterior observación del avance del para la posterior observación del avance del muestreador bajo el impacto del martillo.muestreador bajo el impacto del martillo.



4.4. Se deja caer el martillo sobre el cabezote de la Se deja caer el martillo sobre el cabezote de la tubería de perforación y se contabiliza el número de tubería de perforación y se contabiliza el número de golpes aplicado con la altura de caída especificada, golpes aplicado con la altura de caída especificada, para cada uno de los segmentos de 15cm para cada uno de los segmentos de 15cm marcados. No se tienen en cuenta los golpes para el marcados. No se tienen en cuenta los golpes para el primer segmento puesto que es el de penetración primer segmento puesto que es el de penetración inicial al terreno. Se suman los golpes aplicados inicial al terreno. Se suman los golpes aplicados para que penetre el tubo en el segundo y tercer para que penetre el tubo en el segundo y tercer segmento, obteniéndose así el valor de “N”.segmento, obteniéndose así el valor de “N”.



5.5. Se lleva a la superficie el muestreador y se abre; Se lleva a la superficie el muestreador y se abre; debe registrarse la longitud de la muestra debe registrarse la longitud de la muestra recobrada, su peso y describir sus características en recobrada, su peso y describir sus características en cuanto a color, uniformidad etc.cuanto a color, uniformidad etc.



5.5. Se lleva a la superficie el muestreador y se abre; Se lleva a la superficie el muestreador y se abre; debe registrarse la longitud de la muestra debe registrarse la longitud de la muestra recobrada, su peso y describir sus características en recobrada, su peso y describir sus características en cuanto a color, uniformidad etc.cuanto a color, uniformidad etc.


Repítase los pasos anteriores cuantas veces sea necesario para determinar la variación de los parámetros de resistencia con la profundidad o con el número de estratos.


El ensayo es aplicable solo a suelos arenosos.El ensayo es aplicable solo a suelos arenosos. Si en un manto de arena existen bajos contenido grava, tan Si en un manto de arena existen bajos contenido grava, tan

solo una de ellas puede invalidar el ensayo.solo una de ellas puede invalidar el ensayo. En arenas muy finas situadas bajo el nivel freático el valor de En arenas muy finas situadas bajo el nivel freático el valor de

”N” debe corregirse pues resultaría mayor que el dado por una ”N” debe corregirse pues resultaría mayor que el dado por una arena seca, debido a la baja permeabilidad de ésta, que arena seca, debido a la baja permeabilidad de ésta, que impide que el agua emigre a través de los huecos al impide que el agua emigre a través de los huecos al producirse el impacto. Empíricamente se ha encontrado que producirse el impacto. Empíricamente se ha encontrado que en estos casos el valor de N puede corregirse mediante la en estos casos el valor de N puede corregirse mediante la siguiente expresión aplicable cuando la penetración sea mayor siguiente expresión aplicable cuando la penetración sea mayor de 15 golpes en arenas finas y saturadas.de 15 golpes en arenas finas y saturadas.


Debe tenerse en cuenta lo siguiente:

N’ = 15 + 1/2 ( N - 15 )N’: valor corregido del índice de penetración y N: valor obtenido en el ensayo.

CORRECCIONESCORRECCIONESAunque se denomina "estándar", el ensayo tiene muchas variantes y fuentes de diferencia, en especial la energía que llega al tomamuestras, entre las cuales sobresalen (Bowles, 1988):

1. Equipos producidos por diferentes fabricantes2. Diferentes configuraciones del martillo de hinca, de las cuales tres son las más comunes

a) El antiguo de pesa con varilla de guía internab) El martillo anular ("donut") c) El de seguridad

3. La forma de control de la altura de caída: a) Si es manual, cómo se controla la caida b) Si es con la manila en la polea del equipo depende de: el diámetro y condición de la

manila, el diámetro y condición de la polea, del número de vueltas de la manila en la polea y de la altura

c) Si hay o no revestimiento interno en el tomamuestras, el cual normalmente no se usa.

4. La cercanía del revestimiento externo al sitio de ensayo, el cual debe estar alejado.5. La longitud de la varilla desde el sitio de golpe y el tomamuestras.6. El diámetro de la perforación7. La presión de confinamiento efectiva al tomamuestras, la cual depende del esfuerzo

vertical efectivo en el sitio del ensayo.

CORRECCIONESCORRECCIONES

Para casi todas estas variantes hay factores de corrección a la energía teórica de referencia Er y el valor de N de campo debe corregirse de la siguiente forma (Bowles,1988):

Ncrr = N x Cn x h1 x h2 x h3 x h4

En la cual:Ncrr = valor de N corregidoN = valor de N de campoCn = factor de corrección por confinamiento efectivoh1 = factor por energía del martillo (0.45 ≤ h1 ≤ 1)h2 = factor por longitud de la varilla (0.75 ≤ h2 ≤ 1)h3 = factor por revestimiento interno de tomamuestras (0.8 ≤ h3 ≤ 1)h4 = factor por diámetro de la perforación ( > 1 para D> 5'", = 1.15 para D=8")

Para efectos de este artículo se considerará que h2 = h3 = h4 = 1 y solamente se tendrán en cuenta los factores h1 y Cn.


Corrección por Energía (h1)

Se considera que el valor de N es inversamente proporcional a la energía efectiva aplicada al martillo y entonces, para obtener un valor de Ne1 a una energía dada "e1", sabiendo su valor Ne2 a otra energia "e2" se aplica sencillamente la relación:

Ne1 = Ne2 x (e2/e1)


Corrección por Confinamiento (Cn)

Este factor ha sido identificado desde hace tiempo (Gibbs y Holtz, 1957) y se hace por medio del factor Cn de forma tal que:

Ncorr = N1 = Cn x N

Existen numerosas propuestas, entre las que se destacan las siguientes:

Peck Cn = log(20/Rs)/log(20) Seed Cn = 1- 1.25log(Rs) Meyerhof-Ishihara Cn = 1.7/(0.7+Rs) Liao-Whitman Cn = (1/Rs)0.5 Skempton Cn = 2/(1+Rs) Seed-Idriss Cn = 1- K*log Rs(Marcuson) (K=1.41 para Rs < 1; K=0.92 para Rs ≥ 1)González (Logaritmo) Cn = log (10/Rs)Schmertmann Cn = 32.5/(10.2+20.3Rs)

Se ha estandarizado a un esfuerzo vertical de referencia σvr’ = 1 kg/cm2 = 1 atmósfera = pa ,como función del parámetro Rs, definido por:

Rs = σv’/ pa

En general se recomienda que Cn ≤ 2.0, por lo cual la formulación de Skempton es la única quecumple exactamente esta recomendación para Rs = 0.

CORRELACIONESCORRELACIONES


Está la más antigua que relaciona los resultados del SPT y la resistencia a la Está la más antigua que relaciona los resultados del SPT y la resistencia a la comprensión simple dada en la tabla siguiente:comprensión simple dada en la tabla siguiente:

N CONSISTENCIA IDENTIFICACION EN EL CAMPO Psat ( Kn/m3)

qu ( KPA)

2 Muy blanda Penetrable fácilmente varios centímetros con el puño 16-19 25

2-4 Blanda Penetra fácilmente el pulgar varios cm 16-19 25-50

4-8 Media Se requiere un esfuerzo moderado para penetrar varios cm con el pulgar

17-20 50-100

8-16 Rigido Se identifica fácilmente con el pulgar 19-22 100-200

16-32 Muy Rigido Se identifica con la uña del pulgar 19-22 200-400

32 Duro Difícil de rayar con la uña del pulgar 19-22 400



RELACION EMPIRICA ENTRE EL SPT Y VARIAS PROPIEDADES DEL SUELO



La profundidad a la que se hace la prueba SPT, influye en el resultado, debido al confinamiento a que se encuentra el suelo, seed(1979), propone corregir el valor de N, mediante la siguiente expresion.N1= N * CN CN =0.77* log10 (20)/ σoDonde:N1= Numero de golpes corregidoN = Numero de golpes registrado en el campoCN= Factor de correcion σo = presion vertical efectiva a la profundidad de la pruebaEsta ecuacion es valida para σ `o > 2.5 T/m2Para obtener la compacidad relativa y el angulo de friccion interna se pueden utilizar las siguientes tablas

COMPACIDAD DENSIDAD RELATIVA (Dr) N (SPT)

Muy suelto < 0.15 < 4

Suelto 0.15 – 0.35 4 – 10

Medianamente duro 0.35 – 0.65 10 – 30

Denso (compacto) 0.65 – 0.85 30 –50

Muy denso 0.85 – 1.00 > 50

Tabla. Correlacion para suelos no cohesivos entre Dr, compacidad y N (Hunt, 1984)



material compacidad Dr (%) N(1) Densidad seca Indice de poros (e) Angulo friccion interna

GW DensaMedianamente densa

suelta

755025

9055

< 28

2.212.081.97

0.220.280.36

403632

GP DensaMedianamente densa

suelta

755025

7050

< 20

2.041.921.83

0.330.390.47

383532

SW DensaMedianamente densa

suelta

755025

6535

< 15

1.891.791.70

0.430.490.57

373430

SP DensaMedianamente densa

suelta

755025

5030

< 10

1.761.671.59

0.520.600.65

363329

SM DensaMedianamente densa

suelta

755025

4525< 8

1.651.551.49

0.620.740.80

353229

ML DensaMedianamente densa

suelta

755025

3520< 4

1.491.411.35

0.800.901.00

333127

Tabla. Propiedades comunes de los suelos No cohesivos (Hunt, 1984)

GRACIASGRACIAS

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