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.. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) 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 El # de golpes, N, medido y la compacidad, ϕ y la resistencia a la comprensión simple por medio de tablas o ábacos ya existentes. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) EQUIPO 1. Equipo de perforacion Penetrómetro tubo partido Penetrómetro en el barreno utilizado como camisa de revestimiento ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) EQUIPO 2. Varillas para muestreo ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) EQUIPO 3. Muestreador de tubo partido ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) 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. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) 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”. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) 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. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) 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 ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) 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. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) 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”. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) 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. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) 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. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) 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. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) CORRELACIONES Está la más antigua que relaciona los resultados del SPT y la resistencia a la comprensión simple dada en la tabla siguiente: Psat ( Kn/m3) qu ( KPA) Penetrable fácilmente varios centímetros con el puño 16-19 <25 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 N CONSISTENCIA <2 Muy blanda 2-4 IDENTIFICACION EN EL CAMPO ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) CORRELACIONES RELACION EMPIRICA ENTRE EL SPT Y VARIAS PROPIEDADES DEL SUELO ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) 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 <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) ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) 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 <8 1.65 1.55 1.49 0.62 0.74 0.80 35 32 29 ML Densa Medianamente densa suelta 75 50 25 35 20 <4 1.49 1.41 1.35 0.80 0.90 1.00 33 31 27 Tabla. Propiedades comunes de los suelos No cohesivos (Hunt, 1984) Gracias!
