ENSAYO SPT
Standard Penetration Test ASTM D 1586
ÍNDIC NDICE E
OBJETIVO Determinar la Compacidad y la Capacidad de Soporte del suelo.
PRINCIPIO DEL ENSAYO El ensayo S.P.T. (Standard Penetration Test) consiste básicamente en contar el número de golpes (N) que se necesitan para introducir dentro un estrato de suelo, un toma-muestras (cuchara partida) de 30 cm. de largo, a diferentes profundidades (generalmente con variación de metro en metro). El toma-muestras es golpeado bajo energía constante, con una maza en caída libre de 140 lb. (33.5 Kg.) y una altura de caída de 30 plg. (76,2 cm.). Este ensayo se realiza en depósitos de suelo arenoso y de arcilla blanda; no es recomendable llevarlo acabo 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 de 140 lb. con una altura de caída de 30 plg. Barras y brazos de perforación Muestrador o tubo partido con las siguientes dimensiones:
Largo: 50 cm. Diámetro exterior: 51 mm. Diámetro interior: 35 mm. Peso total: 70 N. (16 lb.).
Trípode de carga Flexómetro Parafina sellante Fundas de plástico Tarjetas de identificación
Toma-muestras (Tubo partido) Trípode de carga
TÉCNICA DEL ENSAYO De forma general el ensayo se ejecuta de la siguiente manera:
En primer lugar se realiza un sondeo hasta la profundidad establecida, y a continuación se lleva al fondo de dicha perforación una cuchara normalizada que se hinca 15 cm. en la capa a reconocer, a fin de eliminar la zona superficial parcialmente alterada. Se hace entonces una señal sobre el varillaje y se cuenta el número de golpes (N) necesarios para hincar de nuevo la cuchara, la profundidad de un pie (30 cm.). Como se mencionó anteriormente, la masa que se utiliza para la hinca pesa 140 lb. y su altura de caída es 30 plg., lo que corresponde a un trabajo de 0.5 KJ por golpe, aproximadamente.
Entonces el parámetro medido será: N = N 1 + N2, en donde N1 corresponde a el número de golpes necesarios para hundir el toma-muestras 15 cm. y N2 es en número de golpes que se necesita para hundir los 15 cm. restantes del toma-muestras. 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). Este ensayo se debe realizar máximo hasta los 50 golpes, ya que, después de este límite, introducir el equipo de perforación dentro del estrato puede causar daños al mismo. Cuando tenemos este caso, se dice que existe RECHAZO (roca o suelo muy bueno).
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, como se mencionó anteriormente, sumando los valores de N1 + N2, entonces: N = N 1 + N 2
Donde: N1: numero de golpes necesarios para hincar el toma-muestras15 cm. N2 : numero 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
N* 4
Carga Admisible N adm
10
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: COMPACIDAD (Suelo Granular)
Grado de Compacidad
N (S.P.T.)
Resistencia a la Penetración Estática
Muy suelta
< 0,2
<4
< 20
< 30
Suelta
0,2 - 0,4
4
10
20 - 40
30 - 35
Compacta
0,4 - 0,6
10 - 30
40 - 120
35 - 40
Densa
0,6 - 0,8
30
120 - 200
40 - 45
Muy Densa
> 0,8
> 200
> 45
–
–
50
> 50
φ
CONSISTENCIA (Suelos Cohesivos)
N (S.P.T.)
qu (Kg./cm2) Resistencia a la Compresión Simple
Muy blanda
<2
< 0,25
3
Blanda
2a4
0,25 a 0,50
30
Mediana
4a8
0,50 a 1,00
45 a 90
Compacta
8 a 15
1,00 a 2,00
90 a 200
Muy compacta
15 a 30
2,00 a 4,00
200
Dura
> 30
>4
200
E (Kg./cm2)
EJEMPLO
Con los siguientes datos obtenidos de un ensayo S.P.T., determinar: El número de golpes N, la resistencia a la penetración, la presión admisible del suelo y el grado de compacidad. Z (m)
N (Valor Obtenido en el Campo)
N (S.P.T)
Tipo de Suelo
6’
12’
18’
1
6
17
22
39
SP-SM
2
4
12
20
32
SP-SM
3
6
15
20
35
SP-SM
4
10
18
25
43
SP-SM
5
10
18
26
44
SP-SM
6
10
19
27
46
SP-SM
7
7
15
27
42
SP-SM
8
8
15
28
43
SP-SM
Símbolo
Para obtener los valores buscados en el problema, sigo el siguiente procedimiento:
Con los valores de N obtenidos del S.P.T. obtengo un diagrama graficando dichos valores y uniendo los puntos que estos generan con líneas. En el diagrama, podemos observar que existen dos partes diferentes bien definidas. A partir de esta consideración digo que existen 2 estratos, cada uno con diferente Grado de Compacidad. El N promedio para cada estrato es precisamente el promedio de los diferentes valores de N obtenidos para cada profundidad. Seguidamente determino el Grado de Compacidad de cada estrato mediante la tabla que corresponde a la relación existente entre este parámetro y el N del S.P.T.:
COMPACIDAD (Suelo Granular)
Grado de Compacidad
N (S.P.T.)
Resistencia a la Penetración Estática
Muy suelta
< 0,2
<4
< 20
< 30
Suelta
0,2 - 0,4
4
10
20 - 40
30 - 35
Compacta
0,4 - 0,6
10 - 30
40 - 120
35 - 40
Densa
0,6 - 0,8
30
120 - 200
40 - 45
Muy Densa
> 0,8
> 200
> 45
–
–
50
> 50
φ
Para nuestro primer valor, N=35, tenemos un Gc=0,65; igualmente para N=44, Gc=0,74.
La resistencia a la Penetración se puede calcular como se mencionó anteriormente, con la siguiente expresión: Rp
N* 4
Para el primer valor de N que corresponde a 39, Rp=156 Kg./cm2. De la misma forma calculo los valores de Rp para cada N.
Finalmente obtenemos la Presión Admisible, que se puede calcular mediante la expresión anteriormente mencionada: N adm
10
Para N=39, la presión admisible σadm=3,9 Kg./cm2, calculándose los demás valores de σadm de manera similar.
Z (m)
N (S.P.T.)
1
39
2
32
3
35
4
43
5
44
6
46
7
42
8
43
10
20
30
40
50
N promedio Estrato
Grado de Compacidad
1 o t a r t s E
35
0,65
2 o t a r t s E
44
0,74
Rp (Kg./cm2)
σ adm (Kg./cm2)
Tipo de Suelo
156
3,9
SP-SM
128
3,2
SP-SM
140
3,5
SP-SM
172
4,3
SP-SM
176
4,4
SP-SM
184
4,6
SP-SM
168
4,2
SP-SM
172
4,3
SP-SM
Símbolo
FORMATOS DE LABORATORIO
