UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL TEMA: Ensayo de Penetración Estándar SPT ALUMNOS ASIGNATURA - : : MECÁNICA DE SUELOS II CHAVEZ PAREJA WILHOME YOJEN GALLEGOS CCAHUANTICO PATRICIA GONZALES VENGOA WILFREDO JUAN RIVERA MUÑOZ ALDAIR DOCENTE: Ing. Jorge Enrique Barrios Carrasco CUSCO – PERÚ 2014 111833 110567 111115 110576 CONTENIDO: PAGINA 1. GENERALDADES…………………………………………………………………………………………............03 2. INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………………………………..04 2.1. MARCO TEÓRICO……………………………………………………………………………………………………04 3. DESCRIPCIÓN BREVE DEL ENSAYO …………………………………………………………………………..09 3.1. INSTRUMENTOS…………………………………………………………………………………………………….09 3.2. REALIZACION DEL ENSAYO SPT………………………………………………………………………………10 a) Instalar el trípode ……………………………………………………………………………………….10 b) Colocar el motor………………………………………………………………………………………….10 c) Colocar el molde su placa base y su collarín de extensión ……………………………11 d) Perforación (hincado): ………………………………………………………………………………..11 e) Procedimiento para toma de datos ……………………………………………………………..12 f) Toma de muestra12 4. EJEMPLO DE PRESENTACION DE RESULTADOS……………………………………………………….15 5. CONCLUSIONES ……………………………………………………………………………………………………….16 6. REGISTRO FOTOGRÁFICO …………………………………………………………………………………………………………17 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de 1. GENERALDADES Ensayo de Penetración Estándar SPT NORMA: ASTM D 1586 OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: a) Objetivo General: Llegar a tener el conocimiento práctico y teórico de todo lo referente a la práctica de S.P.T. para poder tener resultados óptimos. b) Objetivos específicos: Aprender a manipular de manera correcta los equipos y materiales utilizados en esta práctica. Obtener la medida de la resistencia a la penetración con un muestreador en un suelo no cohesivo. Determinar la distribución estratificada del suelo. Tomar muestras representativas del suelo Hallar correlación entre: El número de golpes, N, medido y la compacidad, y la resistencia a la comprensión simple por medio de tablas o ábacos ya existentes Determinar en el campo el método exploratorio para determinar los parámetros del suelo, necesarios para diseñar la cimentación de las construcciones verticales. Obtener muestras representativas de suelo, para identificación y ejecución de ensayos en laboratorio. UBICACIÓN: DEPARTAMENTO : Cusco PROVINCIA : Cusco DISTRITO : Wanchaq LUGAR : Ciudad universitaria de Perayoc, específicamente en el terreno libre situado al costado de la Facultad de Ingeniería Civil (UNSAAC). FECHA DE LA PRÁCTICA: lunes 17 de noviembre del 2014 FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: lunes 24 de noviembre del 2014 INTEGRANTES: CHAVEZ PAREJA WILHOME YOJEN 111833 GALLEGOS CCAHUANTICO PATRICIA 110567 GONZALES VENGOA WILFREDO JUAN 111115 RIVERA MUÑOZ ALDAIR 110576 3 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de 4 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT 2. asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de INTRODUCCIÓN 2.1. MARCO TEÓRICO El SPT (standard penetración test) o ensayo de penetración estándar, es un tipo de prueba de penetración dinámica, que es empleado para realizar ensayos en terrenos que se requiere realizar un reconocimiento geotécnico. El método de prueba in situ más ampliamente utilizado es el de penetración ya que Las pruebas de campo adquieren una gran importancia en los suelos muy susceptibles a la perturbación y cuando las condiciones del terreno varían en sentido horizontal y vertical. OBJETIVOS DEL ENSAYO S.P.T.: Determinar la Compacidad y la Capacidad de Soporte del suelo no cohesivo Tomar muestras representativas del suelo Hallar correlación entre: o El número de golpes, N, medido y la compacidad o y la resistencia a la compresión simple por medio de tablas o ábacos ya existentes PRINCIPIO DEL ENSAYO: El ensayo SPT se realiza en el interior de sondeos durante la perforación, consiste básicamente en contar el número de golpes (N) que se necesitan para introducir dentro de un estrato de suelo, un toma muestras (cuchara partida hueca y cilíndrica) de 30 cm de largo, diámetro exterior de 51mm e interior 35mm, que permite realizar tomas de muestra naturalmente alterada en su interior, a diferentes profundidades (generalmente con variación de metro en metro). El peso de la masa esta normalizado, así como la altura de caída libre, siendo éstos respectivamente 63.5 kg y 76.2 cm. PROCEDIMIENTO: El método de Penetración Estándar es el más ampliamente usado para la exploración de suelos, y comprende dos etapas: EL SONDEO: Consiste en hacer una perforación con barreno, inyección de agua o sondeo rotatorio usando un taladro con movimientos 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). 5 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de EL MUESTREO: Se realiza el sondeo hasta la profundidad establecida, y a continuación se lleva al fondo de dicha perforación una cuchara normalizada que se hinca 15 cm (6’’). en la capa a reconocer, a fin de eliminar la zona superficial parcialmente alterada, por efectos del procedimiento utilizado durante la ejecución del sondaje. Se hace una señal sobre el varillaje y se cuenta el número de golpes (N) necesarios para hincar de nuevo la cuchara, la profundidad de 30 cm (12’’). Utilizando la pesa de 63.5 kg con una altura de caída de 76.2 cm. Entonces el parámetro medido será: N=N1+N2, donde: N1: Es el número de golpes necesarios para hundir el toma muestras 15cm. N2: Es el número de golpes que se necesita para hundir los 15 cm. restantes del toma muestras. Si por algún motivo el número de golpes necesarios para hincar cualquier intervalo de 15 cm es superior a 50, entonces el resultado del ensayo deja de ser la suma que se indica. Las muestras recuperadas en el penetrómetro que mantienen su forma cilíndrica pueden ser usadas para pruebas de compresión sin confinamiento. Se recomienda que las muestras recuperadas del suelo se introduzcan en unos recipientes herméticos, en los que se fijaran unas etiquetas donde mencionen: localización, denominación del sondeo, fecha, numero de muestra, profundidad de ensayo, resistencia a la compresión del terreno. 6 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de CALCULOS: N=N1+N2 Donde: N1: Número de golpes necesarios para hincar el toma-muestras 15cm. N2: Número 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: - Presión Admisible: - En nuestra práctica el valor de la resistencia a la compresión simple qu es: 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 RELATIVA DE LA ARENA RESISTENCIA DE LOS SUELOS COHESIVOS 7 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de INFLUENCIA DEL NIVEL FREATICO: La cuchara normalizada, puede variar en la arena fina, según la situación del nivel freático. Si llamamos N’ al número de golpes registrados en un ensayo realizado por debajo del nivel freático, el valor equivalente N que debe considerarse en el cálculo que está dado por la expresión siguiente debida a Terzaghi y Peck. Entre los factores importantes que pueden afectar a los resultados del SPT, Fletcher señala además: La variación de altura de caída de la maza. El empleo de varillaje más pesado que el previsto. La elevada longitud de varillaje (por encima de 15 cm.). La caída libre de la masa obstaculizada por cualquier causa. El descuido en el número de golpes o en la medida de la penetración. APLICACIÓN: Este ensayo tiene como principal utilidad la caracterización de: suelos granulares (arenas o gravas arenosas) en las que se hace muy difícil o imposible obtener muestras inalteradas para los ensayos en el laboratorio. VENTAJAS Se obtiene suelo y un número. Sencillo y de bajo costo. Funciona en muchos tipos de suelo. 8 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de Se puede utilizar en rocas blandas. Disponible en todo el mundo. DESVENTAJAS Muestra alterada (solo para caracterización) Número muy crudo para el análisis. No aplicable en arcillas blandas y limos. Variabilidad e incertidumbre. 3. DESCRIPCIÓN BREVE DEL ENSAYO 3.1. INSTRUMENTOS Para determinar la resistencia a la penetración in situ es necesario disponer del siguiente instrumental: Equipo de perforación. Puede aceptarse cualquier equipo de perforación e hincado y accesorios que permitan una limpieza adecuada del pozo, de tal manera que no altere el suelo antes de la inserción del muestreador. Muestreado o tubo partido. Debe tener las características y dimensiones indicadas en la figura. La punta de hincado debe ser de acero duro (acero al cromo tungsteno) y el cabezal de ensamble debe tener dos o cuatro orificios de ventilación. Dispositivo para aplicación de la carga. Debe tener características tales que la carga pueda aplicarse en forma dinámica, sin que pierda su energía, y estará constituido de: a) un martinete de 65 kg de masa total; b) una barra rígida de acero que sirve de guía en la caída del martinete; 9 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de c) un vástago ensanchado o cabeza de golpe, constituido de acero duro (acero al cromo tungsteno); d) un dispositivo para accionar el martinete; y, e) barras de conexión del diámetro AW o similar. Para profundidades mayores de 15 m, se recomienda de diámetro BW o similar. 10 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de 3.2 PREPARACION PREVIA AL ENSAYO SPT a) Instalar el trípode de carga e un suelo estable, verificando que cada una de sus patas no se encuentre suelta. b) Colocar el motor sobre la pata más gruesa, en la cual se apoyará para levantar el peso o martillo. 11 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de c) Colocar el molde su placa base y su collarín de extensión d) Perforación (hincado): Se ejecuta un taladro hasta la cota deseada y en el fondo del mismo se introduce el tomamuestras de dimensiones estándar .Teniendo la torre (trípode) para colocar el penetrometro, y con una polea y el motor en la pata del trípode se efectúa los golpes con un martinete; que a su vez es guiado por dos cuerdas 1. Se deja caer libremente el martinete desde una altura. 2. Se repite el paso 1 hasta obtener un el numero de golpes para que muestreador penetre hasta la profundidad requerida. 12 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de e) Procedimiento para toma de datos Se hinca el tomamuestras en el terreno 60 cm, contando en número de golpes necesarios para hincar tramos de 15 centímetros. La hinca se realiza mediante la maza de 63,5 kg (140 libras) que cae desde una altura de 76 cm (30 pulgadas) en una cabeza de golpeo o yunque, lo que corresponde a un trabajo teórico de 0,5 kJ por golpe. La lectura del golpeo del primer y último tramo no se tiene en cuenta, por posible alteración del suelo o derrumbes de las paredes del sondeo en el primer caso y por posible sobrecompactación en el segundo. Se contabiliza y se anota el número de golpes necesarios para hincar la cuchara los primeros 15 centímetros ( ). o Posteriormente se realiza la prueba en sí, introduciendo otros 30 centímetros, anotando el número de golpes requerido para la hinca en cada intervalo de 15 centímetros de penetración ( y ). o El resultado del ensayo es el golpeo SPT o resistencia a la penetración estándar: o = + Cuando el terreno es muy resistente se detiene la prueba para un determinado número de golpes (rechazo, R), anotando la penetración realizada. Por ejemplo la norma ASTM D1586-84 indica que la prueba se puede dar por finalizada: 1. Cuando se aplican más de 50 golpes para un tramo de 15 cm. 2. Cuando se aplican 100 golpes en total. 3. Cuando no se observa penetración alguna para 10 golpes o f) Toma de muestra: Efectuado la perforación y alcanzado la profundidad a la que se va a realizar el ensayo, se limpia el pozo, cuidando que el material a muestrear no resulte alterado por dicha operación. 13 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de Él toma muestras permite por otro lado recoger una muestra alterada del suelo que posibilita su identificación. 14 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de Normalmente esta muestra se introduce en un recipiente o bolsa en los que se indican en una etiqueta, además de los datos de la obra, sondeo, profundidad, fecha, etc., los valores de golpeo obtenidos, por ejemplo: • 5/7/6/8 • 12 / 13 / 21 / R: 50/5 cm El valor del parámetro Nspt será 7+6 = 13 en el primer caso y 13+21 = 34 en el segundo. Asimismo, para este segundo ejemplo se ha llegado al rechazo (50 golpes en un tramo de 15 cm) habiendo penetrado sólo 5 centímetros. 15 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de 4. EJEMPLO DE PRESENTACION DE RESULTADOS - ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) ENSAYO : STANDARD TEST PENETRATION (SPT) CALICATA : POZO Nº 1 PROFUNDIDAD : 5.70 m UBICACIÓN : CIUDAD UNIVERSITARIA DE PERAYOC-CUSCO -CUSCO FECHA : 6 DE JULIO DEL 2014 16 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de 17 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de ESQUEMA GENERAL 5.40-5.55 4.95-5.10 4.50-4.65 4.05-4.20 D A3.60-3.75 D I 3.15-3.30 D N2.70-2.85 U F O2.25-2.40 R P1.80-1.95 1.35-1.50 0.90-1.05 0.45-0.60 0.0-0.15 0 5 10 15 20 25 30 35 40 N° DE GOLPES 5. CONCLUSIONES El ensayo de penetración estándar es en una herramienta muy útil para el ingeniero ya que la mayoría de las construcciones se basan en los valores de N medidos en el SPT. En el ensayo SPT tiene la ventaja de proporcionar además la información de la naturaleza de las capas atravesadas gracias a la muestra que se extrae. Para cada tipo de suelo el número de golpes es distinto puesto que se debe a los asentamientos de muchos años (compacidad). Como se ensayó en un suelo arcilloso; decimos que este tiene una consistencia mediana. Para suelos arenosos o granulares utilizamos el término de compacidad en función del número de golpes proporcionados. Para suelos arcillosos, el término a emplearse en función del número de golpes es de consistencia. Debemos tener en cuenta también que existen muchos factores que pueden causar variaciones en los resultados de este ensayo que debemos tomar en cuenta para evitar errores. 18 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de También podemos rescatar que el ensayo de penetración estándar (SPT) nos es de mucha utilidad ya que por ser un método indirecto nos brinda la oportunidad de sacar muestras para luego poder analizarlas en el laboratorio podiendo estimar la densidad relativa y otros parámetros de resistencia y deformación que nos serán de mucha ayuda en el reconocimiento del terreno. FUENTE BIBLIOGRAFICA: o o o o o Normas ASTM D1586 y AASHTO T206. Manual de ensayo de materiales (EM 2000)- MTC. Guía de cimentaciones en obras de carretera, Dirección General de Carreteras, España. Ángel Muelas Rodríguez- Manual de Mecánica del Suelo y Cimentaciones. Juárez Badillo y otros. Mecánica de Suelos. Ed.Limusa in situ. 19 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de 6. REGISTRO FOTOGRÁFICO Instalación del equipo de SPT Colocado del tubo muestreador Perforación e inicio del ensayo SPT hasta alcanzar la profundidad requerida. Muestra extraída 20 Universidad nacional de san Antonio abad del cusco II Facultad de ingeniería civil SPT asignatura: mec. de suelos tema: ensayo de 21
