SPT

[LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS II] II ] ENSAYO SPT

ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) 1.

ANTECEDENTES HISTORICOS En el año 1902 Charles R. Gow desarrolló la práctica de hincar en el suelo un tubo de 1 pulgada de diámetro exterior, para obtener muestras, marcando el inicio del muestreo dinámico de los suelos. En 1922, su empresa se transformó en una subsidiaria de Raymond Concrete Pile, la que difundió esa nueva metodología de estimar la resistencia del material en base al trabajo de hinca del tubo. La cuchara partida de 2 pulgadas de diámetro exterior según se muestra en la figura 1 fue diseñada en el año 1927, basándose en el trabajo de campo realizado en Philadelphia por G. A. Fletcher y el desarrollo de investigaciones realizadas por H. A. Mohr (gerente regional de Gow Company en Nueva Inglaterra, U.S.A.). En 1930 comenzó a reglamentarse el método de ensayo con la realización de mediciones de la resistencia a la penetración de una cuchara partida (de 2 pulgadas) bajo una carrera de 12 pulgadas, empleando una maza de 63,5 kg. que caía desde 76,2 cm. de altura. En su trabajo titulado “Exploration of soil conditions and sampling operations” publicado por la Universidad de Harvard en el año

1937, H. A. Mohr (ref. 22) reporta que el método de exploración del suelo y su muestreo se estableció en febrero de 1929, fecha del primer informe del ensayo de penetración, realizado por la Gow, División de Raymond Concrete Pile. Según Fletcher, en aquel momento la técnica de la perforación, era el principal obstáculo para la normalización del método. Ni Fletcher ni Mohr dieron muchos detalles del diseño de la cuchara partida de 2” de diámetro externo, pero si lo hizo Hvorslev en

1949 en su reporte clásico sobre exploración y muestreo del subsuelo (ref. 16) En la 7ma. Conferencia de Texas sobre Mecánica de Suelos e ingeniería de las fundaciones, en el cual fue presentado el trabajo titulado “Nuevas tendencias en la exploración del Subsuelo” se

citan las primeras referencias concretas sobre el método al que le dieron el nombre de Standard Penetration Test, (“Ensayo Normal de Penetración”). En el primer libro de texto donde se hace referencia al ensayo descripto es la l a edición de “Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica” de Terzaghi y Peck en 1948.

2. 

DEL ENSAYO ¿CÓMO Y DÓNDE SE REALIZA? Este ensayo de penetración dinámica se realiza en el interior de sondeos durante la perforación. Permite obtener un valor de N de resistencia a la penetración, correlacionable con parámetros geotécnicos como la densidad relativa, el ángulo de rozamiento, la carga admisible y los asientos en los suelos granulares. En el ensayo también se obtiene una muestra alterada, para realizar ensayos de identificación en laboratorio.

[LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS II] ENSAYO SPT

El ensayo SPT puede ejecutarse prácticamente en todo tipo de suelos, incluso en roca muy alterada, aunque es en los suelos granulares donde se realiza preferentemente; la dificultad de obtener muestras inalteradas en este tipo de suelos añade relevancia al SPT.

El ensayo de penetración estándar o spt (del inglés standard penetration test), constituye el ensayo o prueba más utilizado en la realización de sondeos, y se realiza en el fondo de la perforación. Consiste en medir el número de golpes necesario para que se introduzca 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)



PROCEDIMIENTO NORMALIZADO DEL SPT Comprende dos etapas:

a.

El Sondeo

Que consiste en hacer una perforación con barreno, inyección de agua o sondeo rotatorio usando un taladro con movimiento 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) o preferiblemente rellenando el hueco con un fluido viscoso llamado "Lodo de perforación". Este que usualmente es una mezcla de arcilla bentonítica y agua, tiene la ventaja de que soporte las paredes y el fondo de la perforación.

b.

El Muestreo

Se realiza con un tomamuestras partido denominado también "Cuchara Normal" que está formado por un tubo de acero de paredes gruesas partido longitudinalmente. El extremo inferior está unido a un anillo cortante, y el superior a una válvula y pieza de conección a la barra de sondeo. Una vez efectuada la limpieza correspondiente de la perforación de sondeo, se hinca el tomamuestras 15 cm en el suelo para asegurarse que la zapata de corte se asiente en material virgen. Luego se hinca 30 cm. en incrementos de 15 cm a golpes de un martinete que pesa 64 kilos (140 libras) y cae de una altura de 76 cm. Se anota el número de golpes que se necesita para hincar el tomamuestras cada uno de los 15 cm. El Registro de Penetración o Indice de Penetración "N" se obtiene al considerar los golpes necesarios para penetrar los últimos 30 cm (12") de un total de 45 cm (18") de la Cuchara Muestreadora; los primeros 15 cm (6") no se consideran, dado que el suelo podría


estar alterado por efectos del procedimiento utilizado durante la ejecución del sondaje. La muestra es examinada, clasificada por el técnico de campo encargado del sondeo, guardándose posteriormente en un depósito de vidrio o plástico, que se sella y se envía al laboratorio. Las muestras recuperadas en el penetrómetro que mantienen su forma cilíndrica pueden ser usadas para pruebas de compresión sin confinamiento. La resistencia a la Penetración es un indicador de la compacidad de los suelos no cohesivos y de la resistencia de los suelos cohesivos, pues es, en efecto un ensayo Dinámico de Esfuerzo Cortante In-Situ. Las tablas I y II reflejan la compacidad y la resistencia de acuerdo con los resultados de la prueba de Penetración Standar.



RESULTADO DEL ENSAYO SPT


Hay dos resultados posibles - NSPT: Un número entero adimensional igual a la cantidad de golpes necesarios para que el sacamuestras penetre en el terreno los últimos 30 cm. - Rechazo: más de 50 golpes para 15 cm, más de 100 golpes o 10 golpes sin ningún avance: Se informa como NN/pp, donde pp es la penetración total en centímetros para NN golpes



CORRECCIONES A LA MEDICIÓN DE CAMPO

N es el número medido en el campo (golpes necesarios para que el sacamuetras entre los últimos 30 cm de un total de 45 cm) El resultado se corrige por: – Energía aplicada – Profundidad – Otras causas menores: napa de agua, diámetro de perforación, peso de barras, etc.

a. Corrección por energía aplicada: N a N60 • La energí a potencial nominal (W x H) es 475 J • La energía realmente aplicada varía entre el 30% y el 100% de ese valor en función del

equipo empleado y la técnica de ensayo • Se normaliza N para una eficiencia del 60%

b. Corrección por nivel de tensiones: N60 a (N1)60 • Para un suelo uniforme, la resistencia a la penetración varía con la presión efectiva

p0 del suelo (profundidad) • El N1 significa 1 atm


c. Corrección por otros factores de ensayo

3. NORMALIZACIÓN DEL MÉTODO SEGÚN NORMA ASTM 1856 La primera descripción de la ASTM sobre el SPT fue publicada en abril de 1958 y se denominó “Método tentativo de ensayo de penetración y toma de muestras del suelo con tubo testigo hendido longitudinalmente”. En 1967 la ASTM lo transformó en método normalizado. La normalización actual D 1586 – 84 (reaprobada 1992) no contiene grandes

cambios desde sus ediciones originales.

Los elementos y las características relevantes del método ASTM s on las siguientes: 1. Maza de 63,5 kg. 2. Altura de caída: 76 cm 3. Sacamuestras: de diámetro externo = (50 mm ó 2 pulgadas). Figura 3 4. Sacamuestras: de diámetro interno = (35 mm ó 1 3/8 pulgadas). 5. Variante con diámetro interno 38mm y tubo portamuestras (diametro interno final 35mm)


6. Mecanismo de liberación del martinete mediante soga y malacate 7. Barras de sondeo. 8. Cabeza de golpeo.

El rechazo se define de acuerdo a las siguientes alternativas: 1) total de 50 golpes aplicados en cualquiera de las tres carreras de 6” ; 2) cuando se han acumulado un total de 100 golpes ; 3) cuando no se observa ningún avance del sacamuestras durante la aplicación de 10 golpes sucesivos del martinete .

TABLA No. I COMPACIDAD RELATIVA DE LA ARENA Número de

Compacidad

Gol es

Relativa

0 – 4

Muy Suelta

5 – 10

Suelta

11 – 20

Firme

21 – 30

Muy Firme

31 – 50

Densa

Más de 50

Muy Densa

TABLA No. II RESISTENCIA DE LOS SUELOS COHESIVOS No. de Golpes

< 2-

Consistencia

Muy Blanda Blanda

Resistencia a la Compresión < 0.25 0.25 - 0.50


4-

Media

0.50 - 1.00

8-

Firme

1.00 - 2.00

Muy Firme

2.00 - 4.00

15 - 30 >

4.

Dura

> 4.0

RELACIONES ENTRE EL NUMERO DE GOLPES "N" DEL SPT, DENSIDAD RELATIVA Y ANGULO DE FRICCION INTERNA ( )

3.1

Aporte de TERZAGUI y PECK Relacionan los valores de N-DR Y N- φ en forma independiente de la profundidad a la que se efectúa el ensayo, y por lo tanto de la sobrecarga efectiva en el nivel considerado (ver Fig. No. 5).

Cuando el ensayo se efectúa en arenas finas o limosas bajo el nivel de la napa freática, debe reducirse el número de golpes a través de la siguiente relación:

Donde: N'>15 (valor medido in/situ, debajo del N.F.) N = valor corregido.

5.

RELACIONES ENTRE EL NUMERO DE GOLPES "N" Y LA CONSISTENCIA DE LAS ARCILLAS

Durante la ejecución de los sondajes es posible estimar la resistencia por medio del Ensayo de Penetración; sin embargo, para un número de golpes dado la dispersión con respecto al término medio puede ser muy grande. Por lo tanto, es recomendable como control realizar ensayos de compresión simple en las muestras obtenidas por la cuchara normal (los valores de laboratorio serán sensiblemente menores debido a la alteración de las muestras. Se puede estimar en forma aproximada la resistencia de la compresión simple (q u) en función de N, para los tipos de suelos que se indica, mediante las relaciones siguientes:

En todo caso sería naturalmente riesgoso e incluso peligroso, pretender deducir


directamente qu de N en una región donde no se hubiera realizado jamás ensayos previos comparativos. Según GRAUX, se puede ligar la resistencia a la compresión simple de arcillas con el valor de N por medio de la siguiente relación: qu 0.133 N (Kg/cm2) =

6.

ALGUNAS APLICACIONES DEL ENSAYO DE PENETRACION STANDARD (S.P.T)

6.1.

DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD PORTANTE

a.

Suelos Granulares

La capacidad de carga última (qult) de un suelo (Terzaghi y Peck) puede establecerse a partir de las siguientes relaciones: qnet = 2NBR W + 6 (100 + N²) DRW qnet = 3N² BR W + 5 (100 + N²) DRW En la que: (qult) (lb/pie²) B pies D RW y R'W

(Zapatas cuadradas) (Zapatas continuas)

capacidad de carga última ancho de la fundación en profundidad de la fundación (pies) factores de corrección por la posición de la Napa Freática propuesto por TENG (Fig. No. 13).

Terzaghi y Peck han correlacionado el ancho de la fundación para que, con un valor de N dado, se obtenga una presión de contacto que produzca un asentamiento total máximo de 1", esta correlación se muestra en la figura 14 que es válida para arenas secas.

6.1.2

Suelos Finos

El ensayo de Penetración Standar fue ideado predominantemente para ser usado en suelos granulares, sin embargo, en trabajos de pequeña envergadura, puede conseguirse una menor economía utilizando un diseño conservador basado en resultados del S.P.T. La tabla No. IV proporciona una relación aproximada entre N, la consistencia y la capacidad de carga admisible (FS = 3) de suelos arcillosos. Al aplicar estas relaciones no se tiene un control sobre la magnitud de los asentamientos y en consecuencia deben ser efectuados por algún método en particular.

TABLA No. IV RELACIONES ENTRE qadm, N, Y LA CONSISTENCIA PARA SUELOS FINOS (TERZAGHI Y PECK)

Consistencia del Suelo

N (SPT)

Capacidad de Carga Admisible (T/pie²) Zapatas Cuadradas

Zapatas Continuas


Muy blando Blando Mediano Compacto Muy compacto Duro

0- 2 2- 4 4- 8 8 - 15 15 - 30 30

0,00 - 0,30 0,30 - 0,60 0,60 - 1,20 1,20 - 2,40 2,40 - 4,80 mayor que 4,80

0,00 - 0,22 0,22 - 0,45 0,45 - 0,90 0,90 - 1,80 1,80 - 3,60 mayor que

7. APLICABILIDAD DEL MÉTODO SPT: De acuerdo a lo informado en sobre trabajos realizados in situ y las investigaciones llevadas a cabo en laboratorio, la aplicabilidad del método SPT en relación con los parámetros del subsuelo se describen en la tabla II:

Las referencias sobre la aplicabilidad son las siguientes: A: Aplicabilidad alta. B: Aplicabilidad moderada. C: Aplicabilidad limitada. N: Aplicabilidad nula.

RECOMENDACIONES: 

Anticipar el ensayo conociendo el terreno



No forzar el proceso de ensayo



Valerse de una empresa o un ingeniero de confianza.


Ø 2°

30°

32°

30°

38°

36°

40°

42°

70

80

70 60

50 40 Ø

30

DR 20 10 0 10

0

20

30

40

50

60

90

100

DR (%) FIG N°5 CORRELACIONES N-DR Y N-Ø (TERZAGHI PECK)


100

80

40 psi

60 N 40

20 psi 10 psi 20

0 psi 0 0

20

40

60

80

100

FIG N° 6 Efecto de la presión de sobre carga para arena fina seca

DR(%)


100

80

40 psi

60 N 40

20 psi 10 psi 20

0 psi 0 0

20

40

60

80

DR(%)

100

FIG N° 6 Efecto de la presión de sobre carga para arena fina seca

100

40 p i 80

20 psi

60 N

10 psi

40

0 psi

20

0 0

20

40

60

80

100

FIG N° 7 Efecto de la presión de sobrecarga para arena gruesa seca o humeda

DR(%)


SPT CORRECTION FACTOR CN

0 F S T v S S E R T S N E D R U B R E V O E V I T C E F F E

0.5

1.0

1.5

SPT CORRECTION FACTOR CN

2.0

0

2.5

0

1

1.5

2.0

0 BAZARAA (1967)

TOKIMATSU AND YOSHIMI (1983) (DASHED LINE)

PECK, HANSEN AND THORNBURN (1974)

1 F S T v

2

3

1.0

0.5

2 S S E R T S N E D R U B R E V O

SEED (1976 ) BAZARAA (1967)

4

E V I T C E F F E

TENG (1962) 5

3

4

SEED (1979 ) Dr=40 - 60%

Dr=60 - 80%

BAZARAA (1967)

5

FIGURA No. 11 Comparison and Published Corrections Factors: (a) Inconsistent Correction factors; (b) Consistent Correction Factors


A : muy blanda B : blanda

35

C : medianamente compacta D : compacta E : muy compacta

30

F : dura

25

N

20 q= u

15 10

N B

2.5


A : muy blanda B : blanda

35

C : medianamente compacta D : compacta E : muy compacta

30

F : dura

25

N

20 q= u

15

N B

10 5

0

2

1 A B

C

D

qu

4 3 qu (kg / cm2) E

F

FIGURA No. 12 Correlación N-qu y consistencia para arcillas (Terzaghi y Peck)


1.0

1.0

0.5

0.5

0.9

0.9 w ' R

w R0.7

0.7 0.6

0.6

0.5

0.5

0

0.2

0.4 0.6 0.8 1.0

0

0.2

0.4 0.6 0.8

da/D

db/B

FIGURA No. 13 Factores de corrección por posición de la napa

B D

1.0

h NF

7

da 6

B

m

db NF

y compact

5

N=50 " 1 = x a m

4

compacta

e u q 3 l a t , ) 2 m c 2 / g K ( s q

N=30

media

1

N=10 suelta 0 0

1.5

3.0

4.5

ancho de la zapata (m)

FIG. N° 14:

Relación Δ qs - N para zapatos en arenas (TERZAGHI PECK)

6.0

SPT

Recommend Documents