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TOSHIBA I7 [Título del curso]

TRABAJO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR SPT

UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TEMA: Ensayo de Penetración Estándar SPT

ASIGNATURA: GEOTECNIA DOCENTE: ING.

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INDICE:

1.

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 3

2.1. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................ 3 2.

DESCRIPCIÓN BREVE DEL ENSAYO ............................................................................ 7 3.1. INSTRUMENTOS ............................................................................................................ 7 3.2 PREPARACION PREVIA AL ENSAYO SPT .................................................................. 8

3.

FACTORES DE CORRECCIÓN PARA LOS VALORES DE N MEDIDOS EN EL SPT........................... 12 3.2.-Corrección por Nivel Freático ........................................................................................... 14

4. CORRELACIONES ENTRE EL NÚMERO DE GOLPES (N) .............................................................. 15 4.1.-Densidad Relativa............................................................................................................ 15 4.2.Ángulo de fricción ............................................................................................................. 15 5.

EJEMPLO DE PRESENTACION DE RESULTADOS .................................................... 16

6.

CONCLUSIONES ............................................................................................................. 18

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1.

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 𝜑 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).

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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.

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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: 𝑅𝑝 = 𝑁𝑥4 - Presión Admisible: 𝑁 𝜎𝑎𝑑𝑚 = 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 8 - En nuestra práctica el valor de la resistencia a la compresión simple qu es: (𝑁1 + 𝑁2 + 𝑁3) 𝜎𝑎𝑑𝑚 = 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 8 

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

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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. 𝟏 𝑵 = 𝟏𝟓 + (𝑵′ − 𝟏𝟓) 𝟐

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.  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.

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2. 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: un martinete de 65 kg de masa total; una barra rígida de acero que sirve de guía en la caída del martinete; un vástago ensanchado o cabeza de golpe, constituido de acero duro (acero al cromo tungsteno); un dispositivo para accionar el martinete; y, barras de conexión del diámetro AW o similar. Para profundidades mayores de 15 m, se recomienda de diámetro BW o similar.

a) b) c) d) e)

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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.

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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 numero de golpes para que el muestreador penetre hasta la profundidad requerida.

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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.



o 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

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.

Él toma muestras permite por otro lado recoger una muestra alterada del suelo que posibilita su identificación.

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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.

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3.

FACTORES DE CORRECCIÓN PARA LOS VALORES DE N MEDIDOS EN EL SPT

Los resultados de la prueba de penetración estándar pueden correlacionarse aproximadamente con algunas propiedades físicas importantes del suelo, como se muestran en la tabla siguiente: Tabla 1: Correlación entre la resistencia a la penetración y las propiedades de los suelos a partir de la Prueba de Penetración Estándar

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Sin embargo, la variación de los resultados de un caso aislado en relación a los valores relativamente conservadores dados en la tabla pueden ser muy grandes, y es preferible hacer comparaciones directas con los resultados de otras pruebas apropiadas en cada caso. En las últimas dos décadas varios autores han recomendado los siguientes factores de corrección para los valores de N medidos en el Ensayo de Penetración Estándar (SPT).

p

Tabla 3: Relaciones empíricas para CN

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Peck y Bazaraa (1969) conceptuaron los valores de la corrección por influencia de la presión efectiva de sobrecarga y propusieron la curva Peck y Bazaraa. Peck, Hanson y thorbrn (1974), con base en el trabajo de Bazaraa (1967), propusieron la curva identificada como Peck, hanson y Thorburn.

Figura 1: Factor de corrección para valores N por influencia de la presión efectiva de sobrecarga.

3.2.-Corrección por Nivel Freático Si se permite que el nivel del agua en el sondeo sea inferior al freático, lo que fácilmente puede ocurrir cuando se saca rápidamente las barras de perforación, se crea un gradiente hidráulico ascendente en la arena que está debajo del sondeo. En consecuencia, la arena puede convertirse en movediza y su compacidad relativa puede reducirse bastante. Por lo tanto, el valor de N puede ser muy inferior al correspondiente a la compacidad relativa de la arena inalterada.

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4. CORRELACIONES ENTRE EL NÚMERO DE GOLPES (N) 4.1.-Densidad Relativa Tabla 5: Correlaciones para obtener la densidad relativa.

Presión portante admisible Presión admisible de carga en suelos granulares Meyerhof (1956) propuso una correlación para la presión de carga neta admisible en cimentaciones con la resistencia de penetración estándar corregida, N70c . La presión neta se define como De acuerdo con la teoría de Meyerhof, para 1 pulgada (25.4 mm.) de asentamiento máximo estimado Desde que Meyerhof propuso su correlación original han observado que sus resultados son algo conservadores. Posteriormente Meyerhof (1965) sugirió luego que la presión neta admisible de carga debía incrementarse en aproximadamente 50%. Bowles (1977) propuso que la forma modificada de las ecuaciones para la presión de carga se expresen como

4.2.Ángulo de fricción Tabla 8: Correlaciones para obtener el ángulo de fricción

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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 : UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO –SAN JERONIMO FECHA : 4 DE MARZO DEL 2019

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PROFUNDIDAD

ESQUEMA GENERAL 5.40-5.55 4.95-5.10 4.50-4.65 4.05-4.20 3.60-3.75 3.15-3.30 2.70-2.85 2.25-2.40 1.80-1.95 1.35-1.50 0.90-1.05 0.45-0.60 0.0-0.15 0

5

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20

25

30

35

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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.  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.

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FUENTE BIBLIOGRAFICA: o Normas ASTM D1586 y AASHTO T206. o Manual de ensayo de materiales (EM 2000)- MTC. o Guía de cimentaciones en obras de carretera, Dirección General de Carreteras, España. o Ángel Muelas Rodríguez- Manual de Mecánica del Suelo y Cimentaciones. o Juárez Badillo y otros. Mecánica de Suelos. Ed.Limusa in situ.

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