FLNV-POP-Ab-001 Ensayo Normal de Penetración SPT ASTM D 1586

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA TRANSPORTE TERRESTRE FUNDACIN LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD FUNDALANAVIAL

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

FLNV-POP-ab-001

MTODO PARA DETERMINAR LAS CARACTERSTICAS, LA ESTRATIFICACIN Y CONOCER LA RESISTENCIA A LA PENETRACIN DE LOS SUELOS

4ta Revisin Marzo 2009

ENSAYO NORMAL DE PENETRACIN

S.P.T. A.S.T.M. D 1586

IMPORTANTE: TODA COPIA IMPRESA ES UNA COPIA NO CONTROLADA



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1 OBJETIVO El objetivo de este ensayo es determinar las caractersticas, espesor y estratificacin de los materiales del subsuelo, as como conocer la resistencia a la penetracin.

2 ALCANCE Determinar las propiedades fsicas y mecnicas del suelo.

3 DURACIN La duracin del ensayo depende de la profundidad del sondeo y el tipo de suelo.

4 EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS

Fig. 1 Equipos y Materiales utilizados

Equipo de perforacin que consta de: Brocas tipo cola de pescado, cincel, estrella, barrenas de espiral continas.

Martillo de percusin de 140 lb y 300 lb.



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Muestreadores tipo cuchara partida (2 pulg y 3 pulg de dimetro). Winche motorizado. Tubera para forros. Tubera para muestreo con uniones para conectar el muestreador de cuchara partida. Cabezal y eje acoplado, por el cual deslizara el martillo. Trpode con polea doble. Llave de ojo, inglesas, cestas retenedoras, pescante de barras, mecate. Frascos, esptulas, marcadores, tiza encerada, cinta mtrica, mecate. Nivel o plomada.

5 CONDICIONES AMBIENTALES

Este ensayo debe realizarse sin que la accin de la lluvia influya.

6 INTRODUCCIN

Este procedimiento describe el ensayo de penetracin estndar, el cual permite conocer a travs del nmero de golpes, la densidad relativa de los diferentes extractos de suelo, como mtodo directo de exploracin permite obtener muestras de suelo. Este es un mtodo sencillo para determinar las caractersticas, espesor y estratificacin de los materiales del subsuelo, as como conocer la resistencia a la penetracin. Este mtodo constituye una forma rpida y barata de establecer el nivel de un estrato bien definido que puede ser reconocido "al tacto" por los tubos de perforacin. Esta perforacin tiene la ventaja de que la estructura o la densidad del suelo debajo del fondo de la excavacin no se altera por el empuje de las herramientas de perforacin, aunque este mtodo no se puede usar en reas extensas de grava o en suelos con pedregones. Es ms adecuado para arenas uniformes o arcilla, suelos granulares medios y finos. Este procedimiento de perforacin permite un rpido avance en prcticamente todo tipo de depsito de suelo, salvo en los estratos excepcionalmente duros o compactos, en donde el avance puede volverse muy lento.



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7 DEFINICIONES

7.1 ESTRATO Es cada una de las capas en que se presentan divididos los sedimentos, las rocas sedimentarias y las rocas metamrficas que derivan de ellas, cuando esas capas se deben al proceso de sedimentacin.

7.2 ESTRATIFICACIN Disposicin de las capas o estratos de un terreno.

8 RESPONSABILIDAD

El Responsable del Laboratorio debe velar por la aplicacin, seguimiento y continuidad de este procedimiento, as como garantizar la ejecucin del ensayo slo por el personal debidamente calificado segn lo descrito en el procedimiento FLNV-POP-a-003 Autorizacin de Ejecucin de Ensayos. As mismo, el tcnico laboratorista previamente autorizado segn su grado de dificultad de ejecucin tiene como responsabilidad la aplicacin del presente mtodo.

9 PROCEDIMIENTO

9.1 INSTALACIN DEL EQUIPO DE PERFORACIN

Antes de comenzar cualquier perforacin, se debe:

Revisar que el equipo se encuentre en condiciones operativas y que ningn implemento presente defectos que afecten los trabajos de perforacin.

Localizar previamente por tanteo u otros medios (informacin de la empresa u organismo al que pertenezcan los servicios) cualquier cable subterrneo, tuberas de gas, agua u otros servicios pblicos cercanos al lugar de la perforacin.



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Fig. 2 Trpode

9.1.1 Una vez ubicado el sitio de perforacin se levanta el trpode, con la polea acoplada a l.

9.1.2 La separacin entre las patas del trpode debe ser equidistante, de aproximadamente 4,30 m para que alcance una altura de 5 m aproximadamente. Con un nivel o plomada verifique la nivelacin del equipo.

9.1.3 Se hace pasar el mecate por el canal de la polea y se sujeta, enrollndolo en el cilindro rotatorio de la mquina.

Existen dos formas de enrollar el mecate en el cilindro rotatorio:

9.1.3.1 Aproximadamente de vueltas en el sentido inverso a las agujas del reloj.



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Fig. 3 Enrollado de de vuelta del mecate al cilindro rotatorio

9.1.3.2 Aproximadamente 2 de vueltas en Sentido de las agujas del reloj.

Fig. 4 Enrollado de 2 de vuelta del mecate al cilindro rotatorio

9.1.4 Se ensambla el tubo de perforacin, el muestreador y se acopla al cabezal del martinete (vase figura 5).



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Fig. 5 Ensamblado de los accesorios

9.1.5 Una vez ensamblado el equipo (Ver figura 6), se sealar el sitio donde se comenzar el sondeo, se pone en funcionamiento el motor; se suspende el martillo con el mecate hasta una altura aproximada de 1 m, dejndose caer libremente sobre la superficie del terreno.

Fig. 6 Ensamblado del equipo



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9.1.6 En el crculo interior de la huella dejada por el martillo se abre un hoyo de 15 cm de profundidad y 10 cm de dimetro. Esto, se hace con el fin de eliminar la capa de material suelto o la capa vegetal (Vase figura 7).

Fig. 7 Penetracin del taladro

9.2 MUESTREO Y EJECUCIN DE ENSAYO

Despus que se haya limpiado la capa vegetal y el material suelto, se prepara el muestreo, con la secuencia de operaciones que se indica:

9.2.1 Sobre el muestreador se marca con tiza encerada la longitud a penetrar, en este caso se harn 3 marcas de 15 cm cada una, que corresponde a los 15 cm de separacin y los 30 cm de penetracin normal, como se aprecia en la figura 8.



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Fig. 8 Marcado de longitud a penetrar.

9.2.2 Se coloca en el sitio a perforar el conjunto de muestreador, barra y cabezal, en posicin vertical y se comienza a ejecutar los golpes con el martillo, suspendindolo hasta una altura de 30 pulg (0,76 m) y dejndolo caer libremente sobre el cabezal.

Precaucin: Se recomienda que el operador del martillo se encuentre a una distancia prudente del mecate, ya que en caso de resbalarse, no se enrolle en la pierna o brazo, causando daos fsicos a quien lo opera.

9.2.3 Con el fin de que la tubera se mantenga vertical, se recomienda sujetarla con un sostenedor tipo abierto, como se ilustra en la figura 9.



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Fig. 9 Sujecin de la tubera.

9.2.4 Se debe contar el nmero de golpes aplicados a cada incremento de 0,15 m hasta que ocurra una de las siguientes condiciones:

Se haya aplicado un total de 50 golpes en cualquiera de los tres incrementos de 0,15 m. Se haya aplicado un total de 100 golpes para 0,30 m. No se observe avance del muestreador mediante la aplicacin de 10 golpes sucesivos del martillo. El muestreador avance 0.45 m completos, sin alcanzar las cuentas lmites de golpes, descritas

anteriormente.

NOTA 1: Cuando el nmero de golpes para penetrar el saca muestras, sea mayor de 80, se pueden producir roturas y la prdida del saca muestras, sobre todo cuando se utiliza el de tipo cuchara partida. En este caso es recomendable continuar la perforacin de avance por lavado, la cual produce un ablandamiento del estrato resistente.



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NOTA 2: Los primeros 15 cm de perforacin son registrados como de preparacin en el formulario.

9.2.5 En el formulario de perforacin, FLNV-FOP-ab-001 Registro de Perforacin a Percusin (SPT) se debe anotar el nmero de golpes requeridos para efectuar cada 0,15 m de penetracin o de la fraccin correspondiente. La suma del nmero de golpes requeridos para el segundo y el tercer avance de 0,15 m de penetracin, se llama Resistencia a la Penetracin Normal o valor N.

Completada la operacin anterior, se retira el saca muestra con ayuda del winche motorizado.

Precaucin: Muchas veces, es utilizado el cilindro rotativo y el mecate para suspender barras y muestreador, lo que ocasiona con frecuencia rotura de la cadena del engranaje y prdida del macate, ya que ste, casi siempre se quema por accin de la friccin, es por ello que se recomienda al ayudante del operador permanecer alejado.

9.2.6 Una vez retirado el saca muestra este se desacopla de la barra y luego se abre si es del tipo de cuchara partida, como se aprecia en la figura 10.

Fig. 10 Saca muestra

9.2.7 Se mide el porcentaje de recuperacin o longitud de la muestra recuperada, como se aprecia en la figura 11.



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Fig. 11 Medida de la longitud de la muestra

NOTA 3: Si el saca muestra usado es de tipo liso con membrana recuperadora, la muestra se obtiene desacoplando la punta y sacando la membrana (Vase figura 12).

Para obtener la humedad (w) de la muestra, se recomienda utilizar el medidor de humedad ( Speedy).

Fig. 12 Desacople de la punta del saca muestra

9.2.8 La muestra es introducida en un recipiente de plstico, el cual deber estar previamente identificado con el formulario FLNV-FOP-ab-028 Etiqueta de Perforacin, la cual contiene entre otros los siguientes datos:



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Nombre de la obra. Lugar de muestreo. Fecha del muestreo. N de la perforacin. N de la muestra. Profundidad.

9.2.9 El envase deber estar sellado de manera tal que la muestra no pierda humedad. Los frascos con las muestras, se deben colocar en las cajas de muestras en un lugar fresco o cubrirse con paos hmedos, para evitar la perdida de humedad (Vase figura 13).

Fig. 13 Envases sellados con las muestras

9.2.10 En caso de muestrear arena gruesa, gravillas u otros materiales no consolidados debe colocarse la cesta retenedora en el muestreador (Vase figura 14), la cual impide que los materiales se salgan del muestreador, mientras se ejecutan las maniobras para sacar la tubera de perforacin.



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Cesta Retenedora

Fig. 14 Cesta retenedora.

9.2.11 La perforacin se contina, repitiendo las operaciones descritas anteriormente, hasta haber completado el sondeo.

9.3 I NFORME

La muestra recuperada se analiza visualmente, anotando las caractersticas en el formulario FLNV-FOP-ab-001 Registro de Perforacin a Percusin (SPT) siguientes:

Longitud de la muestra. Condiciones meteorolgicas. Profundidad. Descripcin del suelo. Cambios de estratos dentro de la muestra. Grado de humedad. Contenido de materia orgnica. Color y olor.

Si la muestra exhibe caractersticas de mediana a alta plasticidad, (limos arcillosos o arcillas) deber ensayarse inmediatamente con un penetrmetro de bolsillo.



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Presencia de talco, mica, concreciones ferrosas, y todas aquellas caractersticas que puedan ser de importancia, debern ser anotadas como observaciones.

Finalizado cada sondeo se debern registrar en el formulario FLNV-FOP-ab-001 Registro de Perforacin a Percusin (SPT), entre otros los siguientes datos:

Nombre y localizacin de la obra. Nombre de la persona que realiza la perforacin (Ingeniero, Laboratorista, operador, ayudantes). Descripcin del equipo de perforacin (tipo, marca). Fecha de ejecucin de las perforaciones. N de perforacin y su localizacin (croquis con eje de referencia). Localizacin de los cambios de estratos. Nivel fretico. En caso de utilizar revestimientos, indicar hasta que profundidad se utiliz. Tipo de muestreador, su longitud, dimetro.

Existen otros mtodos de perforacin por percusin que pueden ser utilizados dependiendo de ciertas caractersticas que presenten los materiales, como lo son:

a) Perforacin a percusin con avance contino

Cuando se penetre con el muestreador hasta 0,30 m y el nmero de golpes N sea menor de 80, se tomarn muestras, con avance continuo, hasta completar la perforacin.

Este tipo de perforacin tiene la ventaja de que diferentes estratos del que pueda estar compuesto el subsuelo, son determinados con mucha precisin.



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La desventaja de emplear este tipo de perforacin es desde el punto de vista econmico, ya que se requiere de un avance lento, siendo recomendado, solo cuando se quiere realizar un estudio de investigacin, sobre todo cuando el subsuelo esta compuesto por materiales blandos. Es obligatorio emplear este tipo de perforacin cuando se analizan taludes fallados.

b) Perforacin a percusin de avance por lavado

Este tipo de perforacin se recomienda usarla cuando el nmero de golpes N, requerido para penetrar el muestreador es mayor de 80.

La inyeccin de agua permite un ablandamiento del estrato resistente. Generalmente se emplea como mtodo auxiliar de avance rpido en otros mtodos de perforacin.

Las muestras obtenidas por lavado son tan alteradas que no se consideran representativas para realizar pruebas de laboratorio.

Este mtodo consiste en inyectar agua en la perforacin, una vez hincado el ademe, la cual forma una suspensin en el suelo en el fondo del pozo y sale al exterior a travs del espacio comprendido entre el ademe y la tubera de inyeccin; una vez que el agua y el sedimento estn fuera, el ltimo es recogido en un recipiente, en el cual se analizan.

Terminado el lavado se coloca nuevamente el saca muestras a las barras, y se lleva a la cota de lavado, se avanzan 15 cm con golpes del martillo, los cuales son considerados como de preparacin y no se toman en cuenta en el nmero de golpes para efectos del ensayo de penetracin, ya que por lo general el material puede haberse perturbado por agua de lavado o haberse mezclado con el material que se derrumba de las paredes del hoyo.



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9.4 PRECISIN Y TOLERANCIA

a) La variabilidad en los valores de N producidos por diferentes equipos de perforacin y operadores, puede evaluarse midiendo la parte de energa del martillo liberada sobre la tubera de perforacin del muestreador, y ajustando el valor de N sobre la base de energas comparativas.

b) Opiniones actuales, basadas en experiencias de campo, indican que cuando se utiliza un mismo equipo de perforacin, el valor de N, en el mismo tipo de suelo puede ser reproducido con un coeficiente de variabilidad de alrededor del 10%.

c) El uso de equipos defectuosos como por ejemplo un cabezote extremadamente pesado o daado, un tambor de rotacin empolvado y de baja velocidad, una manila muy gastada, un cable viejo aceitoso, poleas pobremente lubricadas, etc., pueden contribuir significativamente a diferencias en los valores del N, obtenidos con el mismo operador y el mismo sistema de aparejo de perforacin .

9.4.1 Correlaciones empricas mediante el S.P.T.

Las correlaciones con el S.P.T han sido de mucha utilidad y validez general o local entre los resultados de campo y los resultados de laboratorio sobre diferentes tipos de suelo.

Esto permite relacionar directamente resultados de ensayo in situ con propiedades fsicas del subsuelo, lo cual es necesario para la seleccin y el diseo de fundaciones.

Terzaghi y Peck (1967), propusieron la siguiente relacin entre la Densidad Relativa (Dr) y el nmero de golpes N del S.P.T. La utilidad de esta correlacin es la de servir como gua muy preliminar para formarse un concepto sobre la compacidad natural in situ de los depsitos de suelos granulares sin cohesin:



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N de golpes Densidad relativa (Dr) 0 - 4 Muy suelta

4 - 10 Suelta a 10 - 30

30 - 50

Mediana

Densa

Mayor a 50 Muy densa

Tabla 1. Valores empricos entre el nmero de golpes N y la Densidad Relativa (Dr)

Esta correlacin para las arenas, con frecuencia es lo suficientemente segura para permitir el uso de los valores de N en el proyecto de las cimentaciones.

Sin embargo, se recomienda para las Arenas finas o limosas, compactas o muy compactas que se utilicen e interpreten estos valores conservadoramente, debido a la tendencia de estos materiales a dilatarse cuando se deforman bajo esfuerzos cortantes en condiciones no drenadas.

Adems en el valor de N de los suelos sin cohesin, influye en cierto grado la profundidad a la que se hace la prueba, debido al confinamiento producido por la presin de sobrecarga. Los valores de N al aumentar la profundidad pueden indicar compacidades mayores que las que realmente existen.

Las Tablas 2-A y 2-B muestran una relacin aproximada entre la consistencia de las arcillas y el nmero de golpes N (Tabla 2-A), as como tambin valores aproximados de Resistencia a la Compresin (qu) Tabla 2-A, sin embargo debe tenerse mucho cuidado con su empleo, ya que las correlaciones para las arcillas slo pueden considerarse como una aproximacin tosca.



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N de golpes Consistencia 0 - 2 Muy blanda

2 - 4 Blanda

4 - 8 Media 8 - 15

15 - 30

Consistente

Muy consistente

> 30 Dura

N de golpes qu (kg/cm2) 0 - 2 0 0,25

2 - 4 0,25 0,50

4 - 8 0,50 1,00

8 - 15 1,00 2,00

15 - 30 2,00 4,00

> 30 > 4,00

Tabla 2-A. Consistencia de las arcillas vs. Nmero de Golpes N

Tabla 2-B. Valores empricos de Resistencia a la Compresin (qu) relacionados con el Nmero de Golpes (N)

10 CLCULOS

No aplica.

11 REFERENCIA NORMATIVA

NORMA A.S.T.M D 1586 - 1999 Standard Test Method for Penetration Test and Split-Barrel Sampling of Soils.



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12 FORMULARIOS ASOCIADOS

FLNV-FOP-ab-001 REGISTRO DE PERFORACIN A PERCUSIN (SPT).

FLNV-FOP-ab-028 ETIQUETA DE PERFORACIN.

13 ANEXOS

ANEXO A: ESQUEMA DEL EQUIPO DE PERFORACIN S.P.T.

ANEXO B: FLNV-FOP-ab-001 REGISTRO DE PERFORACIN A PERCUSIN (SPT).

ANEXO C: FLNV-FOP-ab-028 ETIQUETA DE PERFORACIN.



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ANEXO A ESQUEMA DEL EQUIPO DE PERFORACIN S.P.T



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(1) OBRA: (2) N DE CAMPO: (3) FECHA:

(4) USO: (5) N CONT. DE SERV: (6) PROGRESIVA:

(7) PROCEDENCIA: (8) PESO DEL MARTILLO (Kg): (9) ALTURA DE CADA (m):

(11) TIPO DE SACAMUESTRA:

(15) AVANCE DE

GOLPES GOLPES GOLPES TOTAL SACAM.DE A (15 cm) (15 cm) (15 cm) (45 cm) (cm) (cm)

REALIZADO: REVISADO:NOMBRE Y APELLIDO: NOMBRE Y APELLIDO:C.I.: C.I.:

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(13) INTERVALO (16) LONGITUD

RECUPERADA

(20) OBSERVACIONES:

(19)

DESCRIPCIN DE LA MUESTRA(18) NIVEL FRETICO

(17) (%) (EN SITIO)

(10) DESCRIPCIN DE LA MQUINA DE PERFORACIN:

DE TOMA (m) (12)

N DE PERFORACIN

(14) RESISTENCIA A LA PENETRACIN

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA TRANSPORTE TERRESTRE FUNDACIN LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDADFUNDALANAVIAL

REGISTRO DE PERFORACIN A PERCUSIN (SPT)

ANEXO B FLNV-FOP-ab-001 REGISTRO DE PERFORACIN A PERCUSIN (SPT)



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MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA TRANSPORTE TERRESTREFUNDACIN LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDADFUNDALANAVIAL

(1) Obra:

(3) Fecha: (4) Lugar: (5) Cota:

(6) Tipo de perforacin: (7) N Perforacin:

(8) N Muestra: (9) Nivel fretico:

(11) Profundidad: (12) Progresiva:

(13) Perforador: (14) Peso del martillo:

(2) N Contrato de Servicio:

(10) N de golpes:

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(15) Observaciones:

ETIQUETA DE PERFORACIN

FLNV-FOP-ab-028

Revisin 04 Febrero 2012

ANEXO C FLNV-FOP-ab-028 ETIQUETA DE PERFORACIN

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