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!
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