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FACULTAD DE INGENIERÍAINGENIERÍA CIVIL
Dedico este trabajo a mis padres que
siempre me incentivan para seguir
preparándome y esforzando para lograr
mis metas y al ingeniero que nos da las
pautas para seguir investigando lo que
nos interesa saber del curso de tecnología
del concreto.
MECANICA DE SUELOS II 1
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INDICE
Introducción……………………………………………………………………………3
I. Ensayo de Penetración Estándar………..………….……………….……..4
II. Descripción del Ensayo…………….……………………………..…….…...5
III. Aplicación y Correlación………………………………..………………..……6
IV. Ensayo de Penetración Estándar……………..…………………..…....……7
Objetivo …………………………………………..…………………..…….7
Descripción …………………………………………..…………………….7
Principio de ensayo…………………...……………………………..……8
Materiales Y Equipo ………………………………………………..……8
Procedimientos……………………………………..…………...………...9
Cálculos………………. …………………………………………...……..12
Causas del Error………………………………………..…………….….14
Aplicación …………………………………………………………...……15
Ventajas y desventajas …………………………………………………16
Conclusiones……………………………………..…………...……………………..17
Bibliografía……………………………………………………………………..…….18
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INTRODUCIÓN
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.
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.
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I. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR
El ensayo de penetración estándar o SPT (del inglés Standard Penetration
Test), es un tipo de prueba de penetración dinámica, empleada para
ensayar terrenos en los que se quiere realizar un reconocimiento
geotécnico.
Constituye el ensayo o prueba más utilizado en la realización de sondeos, y
se realiza en el fondo de la perforación.
Consiste en contar el número de golpes necesarios para que se introduzca
a una determinada profundidad una cuchara (cilíndrica y hueca) muy
robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35 milímetros, lo
que supone una relación de áreas superior a 100), que permite tomar una
muestra, naturalmente alterada, en su interior. El peso de la masa está
normalizado, así como la altura de caída libre, siendo de 63'5 kilopondios y
76 centímetros respectivamente
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II. DESCRIPCION DEL ENSAYO
Una vez que en la perforación del sondeo se ha alcanzado la profundidad a
la que se ha de realizar la prueba, sin avanzar la entubación y limpio el
fondo del sondeo, se desciende el toma muestras SPT unido al varillaje
hasta apoyar suavemente en el fondo. Realizada esta operación, se eleva
repetidamente la masa con una frecuencia constante, dejándola caer
libremente sobre una sufridera que se coloca en la zona superior del
varillaje.
Se contabiliza y se anota el número de golpes necesarios para hincar la
cuchara los primeros 15 centímetros ( ).
Posteriormente se realiza la prueba en sí, introduciendo otros 30
centímetros, anotando el número de golpes requerido para la hinca en cada
intervalo de 15 centímetros de penetración ( y ).
El resultado del ensayo es el golpeo SPT o resistencia a la penetración
estándar:
= +
Si el número de golpes necesario para profundizar en cualquiera de estos
intervalos de 15 centímetros, es superior a 50, el resultado del ensayo deja
de ser la suma anteriormente indicada, para convertirse en rechazo (R),
debiéndose anotar también la longitud hincada en el tramo en el que se han
alcanzado los 50 golpes. El ensayo SPT en este punto se considera
finalizado cuando se alcanza este valor. (Por ejemplo, si se ha llegado a 50
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golpes en 120 mm en el intervalo entre 15 y 30 centímetros, el resultado
debe indicarse como en 120 mm, R).
Como la cuchara SPT suele tener una longitud interior de 60 centímetros,
es frecuente hincar mediante golpeo hasta llegar a esta longitud, con lo que
se tiene un resultado adicional que es el número de golpes .
Proporcionar este valor no está normalizado, y no constituye un resultado
del ensayo, teniendo una función meramente indicativa.
III. APLICACIÓN Y CORRELACION
El ensayo SPT tiene su principal utilidad en la caracterización de suelos
granulares (arenas o gravas arenosas), en las que es muy
difícil obtener muestras inalteradas paraensayos de laboratorio.
Al estar su uso muy extendido y dispone de una gran experiencia
geotécnica en estas pruebas, se han planteado correlaciones entre el
golpeo SPT y las características de los suelos arenosos, así como con
diversos aspectos de cálculo y diseño geotécnico.
También existen correlaciones en el caso de que el terreno sea cohesivo,
pero al ser un ensayo prácticamente instantáneo, no se produce la
disipación de los incrementos de presiones intersticiales generados en
estos suelos arcillosos por efecto del golpeo, lo que claramente debe influir
en el resultado de la prueba.
Por ello, tradicionalmente se ha considerado que los resultados del ensayo
SPT (y por extensión, los de todos los penetrómetros dinámicos) en
ensayos cohesivos no resultan excesivamente fiables para la aplicación de
correlaciones. En la actualidad, este criterio está cuestionado, siendo cada
vez más aceptado que las pruebas penetrométricas pueden dar resultados
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igualmente válidos en todo tipo de suelo. En cualquier caso, al margen de la
validez o existencia de correlaciones, el valor del golpeo obtenido en un
ensayo de penetración simple es un dato indicativo de la consistencia de un
terreno susceptible de su utilización para la caracterización o el diseño
geotécnicos.
Cuando el terreno atravesado es grava, la cuchara normal no puede
hincarse, pues su zapata se dobla. Con frecuencia se sustituye por una
puntaza maciza de la misma sección (no normalizada). El ensayo SPT no
proporciona entonces muestra. El golpeo así obtenido debe corregirse
dividiendo por un factor que se considera del orden de 1'5.
IV. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR
OBJETIVOS
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:
El # de golpes, N, medido y la compacidad
ϕ y la resistencia a la comprensión simple por medio
de tablas o ábacos ya existentes. de tablas o ábacos ya
existentes.
DESCRIPCIÓN
Las pruebas de campo adquieren una gran importancia en los suelos muy
susceptibles a la perturbación y cuando las condiciones del terreno varían en
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sentido horizontal y vertical. El método de prueba in situ más ampliamente
utilizado es el de penetración.
El SPT (standard penetration test) o ensayo de penetración estándar, es un
tipo de prueba de penetración dinámica, que es empleado para realizar
ensayos en terrenos que se requiere realizar un reconocimiento geotécnico.
PRINCIPIO DEL ENSAYO
El ensayo SPT se realiza en el interior de sondeos durante la perforación,
consiste básicamente en contar el número de golpes (N) que se necesitan para
introducir dentro de un estrato de suelo, un toma muestras (cuchara partida
hueca y cilindrica) de 30 cm de largo, diámetro exterior de 51mm e interior
35mm, que permite realizar tomas de muestra naturalmente alterada en su
interior, a diferentes profundidades (generalmente con variación de metro en
metro). El peso de la masa esta normalizado, así como la altura de caída libre,
siendo éstos respectivamente 63.5 kg y 76.2 cm.
DONDE SE REALIZA
Este ensayo se realiza en depósitos de suelo arenoso y de arcilla blanda; no es
recomendable llevarlo a cabo en depósitos de grava, roca o arcilla consolidada,
debido a los daños que podría sufrir el equipo de perforación al introducirlo
dentro de dichos estratos.
EQUIPO
Pesa 63.5 kg con una altura de caída de 76.2 cm
Barras y brazos de perforación
Toma muestra o tubo partido con las siguientes dimensiones: -
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Largo: 50 cm
Diámetro exterior: 51 mm
Diámetro interior: 35 mm
Peso total 70N (16 lb.)
Trípode de carga
Flexómetro
Fundas de plástico
Tarjetas de identificación
PROCEDIMIENTO
El método de Penetración Estándar es el más ampliamente usado para la
exploración de suelos, y comprende dos etapas:
EL SONDEO:
Consiste en hacer una perforación con barreno, inyección de agua o sondeo
rotatorio usando un taladro con movimientos de rotación de alta velocidad y
circulando agua para extraer los detritos. En los suelos firmes el sondaje se
mantiene abierto por la acción del arco del suelo; en las arcillas blandas y en
las arenas situadas debajo del nivel freático, el sondaje se mantiene abierto
hincando un tubo de acero (tubo de entibado o camisa).
MUESTREO:
Se realiza el sondeo hasta la profundidad establecida, y a continuación se lleva
al fondo de dicha perforación una cuchara normalizada que se hinca 15 cm
(6’’).En la capa a reconocer, a fin de eliminar la zona superficial parcialmente
alterada, por efectos del procedimiento utilizado durante la ejecución del
sondaje.
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Se hace una señal sobre el varillaje y se cuenta el número de golpes (N)
necesarios para hincar de nuevo la cuchara, la profundidad de 30 cm (12’’).
Utilizando la pesa de 63.5 kg con una altura de caída de 76.2 cm. Entonces el
parámetro medido será:
N=N1+N2,
Donde:
N1: Es el número de golpes necesarios para hundir el toma muestras 15cm.
N2: Es el número de golpes que se necesita para hundir los 15 cm. restantes
del toma muestras
Si por algún motivo el número de golpes necesarios para hincar cualquier
intervalo de 15 cm es superior a 50, entonces el resultado del ensayo deja de
ser la suma que se indica anteriormente para convertirse en RECHAZO,
teniéndose que anotar la longitud hincada en el tramo en el cuál se han
alcanzado los 50 golpes. El ensayo se da por finalizado cuando se alcanza este
valor. Finalmente se abre la cuchara partida y se toma la muestra de su interior,
para realizar los ensayos correspondientes, (contenido de humedad,
granulometría, límites de consistencia, peso específico). Las muestras MECANICA DE SUELOS II
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recuperadas en el penetrómetro que mantienen su forma cilíndrica pueden ser
usadas para pruebas de compresión sin confinamiento. Se recomienda que las
muestras recuperadas del suelo se introduzcan en unos recipientes herméticos,
en los que se fijaran unas etiquetas donde mencionen: localización,
denominación del sondeo, fecha, numero de muestra, profundidad de ensayo,
resistencia a la compresión del terreno
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Toma de muestras
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CÁLCULOS
El valor de N (Número de golpes necesarios para hincar un toma-muestras de
30 cm. de longitud en un estrato de suelo, una profundidad que generalmente
varía de metro en metro) se determina sumando los valores de N1 + N2,
entonces: N=N1+N2
Donde:
N1: Número de golpes necesarios para hincar el toma-muestras 15cm.
N2: Número de golpes necesarios para hincar el toma-muestras otros 15 cm.
A partir del N del ensayo S.P.T. se pueden determinar la Resistencia a la
Penetración y la Presión Admisible. -
Resistencia a la Penetración:
Rp =Nx4
Presión Admisible:
En nuestra práctica el valor de la resistencia a la compresión simple qu es:
Otro parámetro que se puede determinar a partir del N obtenido y de la
clasificación posterior del suelo, es el Grado de Compacidad en caso de suelos
arenosos y la consistencia en caso de suelos arcillosos, esto mediante tablas
que relacionan los mencionados valores:
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Tabla 01
Tabla 02
INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO
La cuchara normalizada, puede variar en la arena fina, según la situación del
nivel freático. Si llamamos N’ al número de golpes registrados en un ensayo
realizado por debajo del nivel freático, el valor equivalente N que debe
considerarse en el cálculo que está dado por la expresión siguiente debida a
Terzaghi y Peck.
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CAUSAS DEL ERROR
Es evidente que las relaciones anteriormente señaladas solamente son
aproximadas. En efecto, pueden influir en los valores de N muchos
factores y particularmente:
El estado de la superficie inferior y exterior de la cuchara, que si están
oxidadas o abolladas pueden modificar considerablemente el rozamiento
en las capas atravesadas.
La posición del nivel freático respecto del ensayo.
La forma y la superficie de los orificios o ventanas de expulsión del agua.
La posición relativa del fondo del taladro con respecto al límite inferior
del entubado al comienzo de la hinca.
El tiempo transcurrido entre la perforación del taladro y la ejecución del
ensayo SPT propiamente dicho.
Por último, la flexibilidad del varillaje que absorbe una parte de la
energía. En el caso de sondeos muy profundos, Camnefort ha propuesto
eliminar este inconveniente utilizando en la hinca una destiladora. Entre
los factores importantes que pueden afectar a los resultados del SPT,
Fletcher señala además:
La variación de altura de caída de la maza.
El empleo de varillaje más pesado que el previsto.
La elevada longitud de varillaje (por encima de 15 cm.)
La caída libre de la masa obstaculizada por cualquier causa
El descuido en el número de golpes o en la medida de la
penetración.
Es fundamental no sobre valorar la significación del calificativo Standard.
Efectivamente, las características de los aparatos no son uniformes en los
distintos países, e incluso dentro de un mismo país, como en Estados Unidos o
en el Brasil, por ejemplo donde hay varios tipos de SPT.
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APLICACIÓN
Este ensayo tiene como principal utilidad la caracterización de suelos
granulares (arenas o gravas arenosas) en las que se hace muy difícil o
imposible obtener muestras inalteradas para los ensayos en el laboratorio. El
valor de los golpes obtenidos en un ensayo de penetración es un dato
indicativo de la consistencia que posee un terreno susceptible de su utilización
para la caracterización o diseño geotécnico. Cuando el terreno que se estudia
es grava, la cuchara no puede hincarse en el terreno, pues se dobla, por lo que
usualmente su sustituye por una punta maciza de la misma sección (no
normalizada). Por ende en éste caso el ensayo no proporciona muestra y el
golpeteo que se obtiene debe corregirse dividiendo por un factor que se
considera del orden de 1.5. La frecuencia habitual para la realización del SPT a
lo largo del sondeo es de un ensayo de 2 a 5 metros, o incluso mayor, en
función de las características del terreno.
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VENTAJAS
Se obtiene suelo y un número.
Sencillo y de bajo costo.
Funciona en muchos tipos de suelo.
Se puede utilizar en rocas blandas.
Disponible en todo el mundo
DESVENTAJAS
Muestra alterada (solo para caracterización).
Número muy crudo para el análisis.
No aplicable en arcillas blandas y limos.
Variabilidad e incertidumbre.
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CONCLUSIONES
El ensayo de penetración estándar es una herramienta útil y practica
para determinar la capacidad de soporte del suelo. La capacidad de
soporte es utilizada en el dimensionamiento de los cimientos de una
estructura. Además de obtener la capacidad de soporte, el ensayo
permite obtener muestras de suelos para la realización de otros ensayos
que permiten cuantificar la propiedad índice y de resistencia de un suelo.
En el Ensayo de Penetración Estándar, las causas de error que son
considerablemente más importantes que aquellos inherentes en el
ensayo mismo son los que ocurren debido a un manejo inapropiado de
las herramientas y el equipo al realizar el sondeo. Se llega a la
conclusión de que se pudo cumplir satisfactoriamente con el objetivo
pretendido que era aprender un método sencillo para determinar la
resistencia de un suelo a la penetración expresada por el número de
golpes necesarios para penetrar 30 cm.
En el ensayo SPT tiene la ventaja de proporcionar además la
información de la naturaleza de las capas atravesadas gracias a la
muestra que se extrae. Para cada tipo de suelo el número de golpes es
distinto puesto que se debe a los asentamientos de muchos años
(compacidad).
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BIBLIOGRAFIAS
Normas ASTM D1586 y AASHTO T206.
Manual de ensayo de materiales (EM 2000)- MTC.
Guía de cimentaciones en obras de carretera, Dirección General de Carreteras,
España.
Ángel Muelas Rodríguez- Manual de Mecánica del Suelo y Cimentaciones.
Juárez Badillo y otros. Mecánica de Suelos. Ed.Limusa in situ.
IZQUIERDO SILVESTRE.FA. (2001): “Cuestiones de Geotecnia y
Cimientos”. Ed. UPN
http://es.slideshare.net/Carolina_Cruz/ensayo-de-consolidacion?
related=1
http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/
manual_laboratorio/ensayo_edometrico.pdf
JIMENEZ SALAS, J.A.: DE JUSTO ALPAÑES, SERRANO
GANZALES, A.A. (1975): “Geotecnia Y Cimientos I Propiedades De Los
Suelos Y De Las Rocas.” Ed. Rueda.
https://es.wikipedia.org/wiki/Consolidaci%C3%B3n_de_suelos
https://www.youtube.com/watch?v=hD3owDOM3hg
Whitlow, R.; (1994): Fundamentos De Mecánica De Suelos.” Ed Cecsa.
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