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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFacultad de Ingeniera, Ciencias y Administracin

Departamento de Obras CivilesIngeniera en Construccin

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ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR

SPT

Asignatura: Mecnica de Suelos II.

Docente: Sr. Mauricio Hermosilla

Alumnos: Sr. Ricardo Contreras

Sr. Mauricio Escobar

Sr. Pedro Painemal

Sr. Francisco Nieto

Fecha: 07 de mayo de 2012.

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INDICE

1.- INTRODUCCIN ............................................................................................... 3

2.- ASPECTOS GENERALES SOBRE LAS TECNICAS DE ENSAYO IN SITU ..... 4

2.- DESCRIPCIN .................................................................................................. 5

3.- EVOLUCION HISTORICA DEL ENSAYO NORMAL DE PENETRACION ......... 6

4.- DEL ENSAYO. ................................................................................................... 6

4.1 Cmo y dnde se realiza? ........................................................................... 6

4.2 Con qu frecuencia se ejecuta un SPT? ..................................................... 6

4.3 Procedimiento normalizado del SPT .............................................................. 7

4.3.1 El Sondeo ................................................................................................ 7

4.3.2 El Muestreo ............................................................................................. 7

4.4 Aplicacin .................................................................................................... 10

4.5 De los resultados del SPT ........................................................................... 12

4.5.1 Suelos friccionales no cohesivos........................................................... 12

4.5.2 Suelos cohesivos .................................................................................. 14

5.- QU ELEMENTOS AFECTAN EL DESARROLLO DE UN ENSAYO SPT? .. 15

6.- CULES SON LAS VENTAJAS DE LA APLICACIN DE LA TCNICA? ..... 15

7.- CONCLUSIONES ............................................................................................ 16

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1.- INTRODUCCIN

En el presente informe, trata sobre la evolucin del ensayo de penetracin

para la determinacin de las propiedades ingenieriles de los suelos y suaplicacin a los problemas geotcnicos.

En especial de las tcnicas conocidas internacionalmente, se estudia en

este trabajo la metodologa que incluye la penetracin dinmica de un

elemento captor (cuchara partida), el cual debidamente normalizado y

calibrado permite determinar algunas propiedades mecnicas de los suelos.

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2.- ASPECTOS GENERALES SOBRE LAS TECNICAS DE ENSAYOIN SITU

Las investigaciones del subsuelo son importantes al momento de conocer laresistencia, deformabilidad y permeabilidad de los materiales que componen elterreno.

Pero, todo ello slo puede ser posible, conociendo a travs de perforacionessuperficiales o profundas en el substrato, los parmetros denominadosgeotcnicos que determinan el comportamiento geo-mecnico del terreno.

Las exploraciones de los suelos, tienes tres ejes de accin, tal cual se mencionaanteriormente, es decir, la resistencia, deformabilidad y permeabilidad de losmateriales que componen el suelo.

En cuanto a la determinacin de la resistencia, es posible realizar distintosensayos en los suelos, los cuales se clasifican en:

1) Ensayos de Penetracin Estndar (SPT)

2) Ensayos de Penetracin Dinmica

3) Ensayos de Penetracin Esttica

4) Ensayos de Molinete (Vane Test)

5) Esclermetro o martillo Schmidt

6) Ensayos de carga puntual.

La aplicabilidad de los distintos mtodos de ensayos in situ es relativasegn los parmetros mecnicos que se pretendan obtener. La siguiente tablanos resume las propiedades ms solicitadas por los ingenieros:

Propiedades ingenieriles de uso frecuente

Angulo de friccin interna

Resistencia al corte no drenada Su

Mdulo de deformabilidad E

Coeficiente de consolidacin cv

Relacin de preconsolidacin OCR

Relaciones tensin- deformacin -

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A continuacin se detalla el ensayo de Penetracin Estndar (SPT), el cual pordiversas razones, es uno de los mtodos ms difundido y frecuentemente usadoen el mundo, de un bajo costo, rpidos de realizar, verstil, y no exige unacompleja tecnificacin para su aplicacin.

2.- DESCRIPCIN

El SPT (standard penetration test) o ensayo de penetracin estndar, es un tipo deprueba de penetracin dinmica, que es empleado para realizar ensayos enterrenos que se requiere realizar un reconocimiento geotcnico.

Es la prueba o el ensayo que mas se utiliza para realizar sondeos y se realiza enel fondo de la perforacin.

ste consiste bsicamente en medir el numero de golpes necesarios para que seintroduzca a una determinada profundidad una cuchara (hueca y cilndrica) queposee un dimetro exterior de 51 mm e interior 35mm, que permite realizar tomasde muestra naturalmente alterada en su interior.

El peso de la masa esta normalizado, as como la altura de cada libre, siendostos respectivamente 63,5 kg (622.72 N) y 76,2 cms.

(a)Barra estndar; (b)Extractor de material.

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3.- EVOLUCION HISTORICA DEL ENSAYO NORMAL DEPENETRACION

El ensayo de penetracin estndar (SPT), desarrollado por Terzagui a finalesde los aos 20, es el ensayo in situ ms popular y econmico para obtenerinformacin geotcnica del subsuelo.

Se estima que el 85 % a 90 % de los diseos de las cimentacionesconvencionales de Norte y Sur Amrica se basan en los valores de N medidosen el SPT.

4.- DEL ENSAYO.

4.1 Cmo y dnde se realiza?

Este ensayo de penetracin dinmica se realiza en el interior de sondeosdurante la perforacin. Permite obtener un valor de N de resistencia a lapenetracin, correlacionable con parmetros geotcnicos como la densidadrelativa, el ngulo de rozamiento, la carga admisible y los asientos en los suelosgranulares. En el ensayo tambin se obtiene una muestra alterada, para realizarensayos de identificacin en laboratorio.

El ensayo SPT puede ejecutarse prcticamente en todo tipo de suelos, inclusoen roca muy alterada, aunque es en los suelos granulares donde se realizapreferentemente; la dificultad de obtener muestras inalteradas en este tipo desuelos aade relevancia al SPT.

4.2 Con qu frecuencia se ejecuta un SPT?

La frecuencia habitual para la realizacin del SPT a lo largo del sondeo es de unensayo de 2 a 5 metros, o incluso mayor, en funcin de las caractersticas delterreno.

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4.3 Procedimiento normalizado del SPT

El mtodo de Penetracin Estndar es el ms ampliamente usado para la

exploracin de suelos, y comprende dos etapas:

4.3.1 El Sondeo

Que consiste en hacer una perforacin con barreno, inyeccin de agua o sondeorotatorio usando un taladro con movimiento de rotacin de alta velocidad, ycirculando agua para extraer los detritos.

En los suelos firmes el sondaje se mantiene abierto por la accin del arco delsuelo; en las arcillas blandas y en las arenas situadas debajo del nivel fretico, el

sondaje se mantiene abierto hincando un tubo de acero (tubo de entibado ocamisa) o preferiblemente rellenando el hueco con un fluido viscoso llamado "Lodode perforacin". Este que usualmente es una mezcla de arcilla bentontica y agua,tiene la ventaja de que soporte las paredes y el fondo de la perforacin.

4.3.2 El Muestreo

Que se realiza con una toma muestras partido denominado tambin "CucharaNormal" que est formado por un tubo de acero de paredes gruesas partidolongitudinalmente. El extremo inferior est unido a un anillo cortante, y el superiora una vlvula y pieza de conexin a la barra de sondeo.

Una vez efectuada la limpieza correspondiente de la perforacin de sondeo, sehinca el tomamuestras 15 cm en el suelo para asegurarse que la zapata de cortese asiente en material virgen.

Luego se hinca 30 cm. en incrementos de 15 cm a golpes de un martinete quepesa 64 kilos (140 libras) y cae de una altura de 76 cm. Se anota el nmero degolpes que se necesita para hincar el tomamuestras cada uno de los 15 cm.

El Registro de Penetracin o ndice de Penetracin "N" se obtiene al considerarlos golpes necesarios para penetrar los ltimos 30 cm (12") de un total de 45 cm (

y ). (18") de la Cuchara Muestreadora; los primeros 15 cm (). (6") no se consideran, dado que el suelo podra estar alterado por efectos delprocedimiento utilizado durante la ejecucin del sondaje.

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El resultado que se obtiene del ensayo SPT es:

= +

Si por algn motivo el numero de golpes necesarios para hincar cualquier intervalode 15 cm es superior a 50, entonces el resultado del ensayo deja de ser la sumaque se indica anteriormente para convertirse en rechazo, tenindose que anotar lalongitud hincada en el tramo en el cul se han alcanzado los 50 golpes. El ensayose da por finalizado cuando se alcanza este valor.

(Por ejemplo, si se ha llegado a 50 golpes en 120 mm en el intervalo entre 15 y 30

centmetros, el resultado debe indicarse como en 120 mm, R).

Como la cuchara suele tener una longitud interior de 60 cm, es frecuente hincar atravs de golpes hasta llegar a esta longitud, con lo que obtiene un resultado que

es adicional al resto que corresponde al nmero de golpes .

Este ltimo no est normalizado por lo cual no constituye un resultado del ensayo,solo tiene una funcin indicativa.

Luego la muestra es examinada, clasificada por el tcnico de campo encargadodel sondeo, guardndose posteriormente en un depsito de vidrio o plstico, quese sella y se enva al laboratorio.

Las muestras recuperadas en el penetrmetro que mantienen su forma cilndrica

pueden ser usadas para pruebas de compresin sin confinamiento.Se recomienda que las muestras recuperadas del suelo se introduzcan en unosrecipientes hermticos, en los que se fijaran unas etiquetas donde mencionen:localizacin, denominacin del sondeo, fecha, numero de muestra, profundidad deensayo, resistencia a la compresin del terreno.

La resistencia a la Penetracin es un indicador de la compacidad de los suelos nocohesivos y de la resistencia de los suelos cohesivos, pues es, en efecto unensayo Dinmico de Esfuerzo Cortante In-Situ.

Las tablas I y II reflejan la compacidad y la resistencia de acuerdo con losresultados de la prueba de Penetracin Estndar.

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Se recomienda que las muestras recuperadas del suelo se introduzcan en unosrecipientes hermticos, en los que se fijaran unas etiquetas donde mencionen:localizacin, denominacin del sondeo, fecha, numero de muestra, profundidad deensayo, resistencia a la compresin del terreno.

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4.4 Aplicacin

Este ensayo tiene como principal utilidad la caracterizacin de suelos granulares

(arenas o gravas arenosas) en las que se hace muy difcil o imposible obtenermuestras inalteradas para los ensayos en el laboratorio.

Al ser su uso tan masivo en estos das se han planteado algunas relaciones entreel ensayo SPT y las caractersticas de los suelos arenosos, as como con diversosaspectos de clculo y diseo geotcnico.

Tambin existen correlaciones en el caso de que el terreno sea cohesivo, pero alser un ensayo prcticamente instantneo, no se produce la disipacin de losincrementos de presiones intersticiales generados en estos suelos arcillosos porefecto del golpeo, lo que claramente debe influir en el resultado de la prueba.

Por este motivo se considera que los resultados del ensayo SPT, en ensayoscohesivos no resultan lo suficientemente fiables para la aplicacin decorrelaciones.

En la actualidad este criterio esta cuestionado, siendo cada vez mas aceptado losensayos penetromtricos que pueden dar resultados igualmente validos en todotipo de suelos.

En cualquiera de los casos la existencia de correlaciones, el valor de los golpes

obtenidos en un ensayo de penetracin es un dato indicativo de la consistenciaque posee un terreno susceptible de su utilizacin para la caracterizacin o diseogeotcnico.

Cuando el terreno que se estudia es grava, la cuchara no puede hincarse en elterreno, pues se dobla, por lo que usualmente su sustituye por una punta macizade la misma seccin (no normalizada). Por ende en ste caso el ensayo noproporciona muestra y el golpeteo que se obtiene debe corregirse dividiendo porun factor que se considera del orden de 1,5.

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Las siguientes imgenes nos muestran la ejecucin de este ensayo, en terreno.

Dispositivo de perforacin Cabeza de Golpeo

Dispositivo para ejecutar elSPT

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4.5 De los resultados del SPT

4.5.1 Suelos friccionales no cohesivos

Los resultados del SPT pueden correlacionarse con algunas propiedadesmecnicas de los suelos, y en especial en lo referente a las arenas. Lasprimeras referencias sobre el uso del SPT en arenas estn citadas en (Terzaghiy Peck, ref. 29, 31) y representadas en una tabla que correlaciona el valor de Ncon la densidad relativa en arenas, (tabla V).

La densidad relativa (Dr) de una arena tiene una influencia importante en el

ngulo de friccin interna (), en su capacidad de carga y en el asentamiento defundaciones. Por ejemplo si una arena sumergida es muy suelta, un choquebrusco puede producir una potencial licuefaccin del material (suspensin).En estado denso la misma arena es insensible a los choques y por lo tantoadecuada como base de las estructuras ms pesadas. De all laimportancia de la densidad relativa frente a las dems propiedades a excepcinde la permeabilidad.

A

renas

de golpes/30 cm Densidad

0-4

Muy suelta

4-10

Suelta

10-30

Medianamente densa

30-50

Densa

+ de 50 Muy densa

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Se debe tener cuidado en el uso de la correspondencia entre N y la densidadrelativa y siempre y cuando el ensayo de penetracin se haya realizadoresponsablemente.

Una correlacin muy utilizada que relaciona el, valor N, Dr ,y sobrecargaefectiva, es la familia de curvas desarrolladas y estudiadas por Gibbs y Holtz,basadas en una serie de ensayos de laboratorio.

En la figura siguiente se indican las curvas de diversos autores que correlacionanlos valores de N con Dr y por otro la que relaciona N con los valores del ngulode friccin interna ().

Relacin general entre Resistencia a Penetracin y la densidad relativa y elngulo de friccin interna en arenas.

En la determinacin de la resistencia a penetracin de una arena influye laprofundidad a la cual se practica el ensayo, debido al confinamiento producidopor la presin de la sobrecarga. Puede ocurrir que al aumentar la profundidadexhiba valores mayores de densidad relativa que la real.

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4.5.2 Suelos cohesivos

La consistencia de las arcillas y de otros suelos cohesivos se describe con lostrminos: Muy blando, blando, medianamente compacto, compacto, muycompacto y duro. La medicin cuantitativa bsica de la consistencia es laresistencia a la compresin simple (qu). Esta resulta representativa en los suelosarcillosos saturados uniformes, en el caso de las arcillas marinas, mientras queen el caso de suelos arcillosos de origen residual, elico, fluvial, los cualesposeen una falta de uniformidad en su masa y pueden desarrollarmicrofisuras, el valor de la resistencia a la compresin simple tienevacilaciones importantes. En este caso la metodologa ms adecuada para

medir la resistencia al corte en el laboratorio es por medio de ensayos triaxiales.

Arcillas

(N)

Consistencia Resistencia a

compresin simple (qu)

(kg/cm)

- de 2 Muy blanda - de 0,25

2-4

Blanda

0,25-0,50

4-8 Medianamente

compacta

0,5-1,0

8-15 Compacta 1,0-2,0

15-30 Muy compacta 2,0-4,0

+ de 30 Dura + de 4,0

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7.- CONCLUSIONES

El ensayo de penetracin estndar es una herramienta til y practica para

determinar la capacidad de soporte del suelo. la capacidad de soporte es utilizadaen el dimensionamiento de los cimientos de una estructura. Adems de obtener lacapacidad de soporte, el ensayo permite obtener muestras de suelos para larealizacin de otros ensayos que permiten cuantificar la propiedad ndice y de

resistencia de un suelo.

En el Ensayo de Penetracin Estndar, las causas de error que sonconsiderablemente ms importantes que aquellos inherentes en el ensayo mismoson los que ocurren debido a un manejo inapropiado de las herramientas y el

equipo al realizar el sondeo.

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