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ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) CARLOS COLLAZOS OLIVER GONZALEZ CARLOS ANTE DIEGO BRAVO ANGEL CONCHA

UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO DE GEOTECNIA 2006

ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) 1. 2.

3.

INTRODUCCION ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) CORRECCIONES Y CORRELACIONES

ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)

INTRODUCCION z

z

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)

INTRODUCCION z

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 z

Entre otras: z z z z z z

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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OBJETIVOS DE PRUEBA SPT z

z z

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: z z z z

El # de golpes, N, medido y la compacidad, ϕ y la resistencia a la comprensión simple por medio de tablas o ábacos ya existentes.

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EQUIPO 1.

Equipo de perforacion

Penetrómetro tubo partido

Penetrómetro en el barreno utilizado como camisa de revestimiento

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EQUIPO 2.

Varillas para muestreo

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EQUIPO 3.

Muestreador de tubo partido

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EQUIPO

4.

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.

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PROCEDIMIENTO DE ENSAYO z

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”.

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PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 1.

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

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PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 2.

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

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PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 3.

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

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PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 4.

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

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PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 5.

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

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PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 5.

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

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PROCEDIMIENTO DE ENSAYO Debe tenerse en cuenta lo siguiente: z z z

El ensayo es aplicable solo a suelos arenosos. Si en un manto de arena existen bajos contenido grava, tan solo una de ellas puede invalidar el ensayo. En arenas muy finas situadas bajo el nivel freático el valor de ”N” debe corregirse pues resultaría mayor que el dado por una arena seca, debido a la baja permeabilidad de ésta, que impide que el agua emigre a través de los huecos al producirse el impacto. Empíricamente se ha encontrado que en estos casos el valor de N puede corregirse mediante la siguiente expresión aplicable cuando la penetración sea mayor de 15 golpes en arenas finas y saturadas.

N’ = 15 + 1/2 ( N - 15 )

N’: valor corregido del índice de penetración y N: valor obtenido en el ensayo.

CORRECCIONES Aunque 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 fabricantes 2. Diferentes configuraciones del martillo de hinca, de las cuales tres son las más comunes a) El antiguo de pesa con varilla de guía interna b) 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 perforación 7. La presión de confinamiento efectiva al tomamuestras, la cual depende del esfuerzo vertical efectivo en el sitio del ensayo.

CORRECCIONES 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 corregido N = valor de N de campo Cn = factor de corrección por confinamiento efectivo h1 = 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.

CORRECCIONES 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)

CORRECCIONES 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 que cumple exactamente esta recomendación para Rs = 0.

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

N

CONSISTENCIA

400

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CORRELACIONES RELACION EMPIRICA ENTRE EL SPT Y VARIAS PROPIEDADES DEL SUELO

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CORRELACIONES 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)/ σo Donde: N1= Numero de golpes corregido N = Numero de golpes registrado en el campo CN= Factor de correcion σo = presion vertical efectiva a la profundidad de la prueba Esta ecuacion es valida para σ `o > 2.5 T/m2 Para 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

50

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

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CORRELACIONES material

compacidad

Dr (%)

N(1)

Densidad seca

Indice de poros (e)

Angulo friccion interna

GW

Densa Medianamente densa suelta

75 50 25

90 55 < 28

2.21 2.08 1.97

0.22 0.28 0.36

40 36 32

GP

Densa Medianamente densa suelta

75 50 25

70 50 < 20

2.04 1.92 1.83

0.33 0.39 0.47

38 35 32

SW

Densa Medianamente densa suelta

75 50 25

65 35 < 15

1.89 1.79 1.70

0.43 0.49 0.57

37 34 30

SP

Densa Medianamente densa suelta

75 50 25

50 30 < 10

1.76 1.67 1.59

0.52 0.60 0.65

36 33 29

SM

Densa Medianamente densa suelta

75 50 25

45 25...