ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)

INTRODUCCIONEl ensayo de penetracin estndar (SPT), desarrollado por Terzagui a finales de los aos 20, es el ensayo in situ ms popular y econmico para obtener informacin geotcnica del subsuelo. Se estima que el 85 % a 90 % de los diseos de las cimentaciones convencionales de Norte y Sur Amrica se basan en los valores de N medidos en el SPTENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)

A pesar de que el ensayo se estandariz desde 1958 como el ASTM D-1586, y que se han venido realizando revisiones peridicamente, las evaluaciones realizadas en Norteamrica indican que son muchas las variables que influyen en los valores de N

Entre otras:

El tipo y estado de los equipos de perforacinLa destreza de los operadoresEl tipo y estado de las cucharas muestreadorasLa dimensin y estado del varillaje La forma y tamao del cabezote etc..ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)

OBJETIVOS DE PRUEBA SPTObtener la medida de la resistencia a la penetracin con un muestreador en un suelo no cohesivo Tomar muestras representativas del suelo Hallar correlacin entre: El # de golpes, N, medido y la compacidad, y la resistencia a la comprensin simple por medio de tablas o bacos ya existentes. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)

EQUIPOEquipo de perforacionENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)Penetrmetro tubo partido Penetrmetro en el barreno utilizado como camisa de revestimiento

Varillas para muestreoENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)

Muestreador de tubo partidoENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)

Martinete de 140lbs, 63.5 kg. de peso con sistema de cadaENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)Equipo de perforacin: el martinete se encuentra en su mxima elevacin para ser accionadoEl martinete desciende para golpear el Penetrmetro que se encuentra dentro del pozo.

PROCEDIMIENTO DE ENSAYOEl 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 cada de 75 cm, contabilizndose el nmero de golpes N. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)

Para efectuar la prueba el muestreador se enrosca al extremo de la tubera de perforacin 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)

Se coloca el martillo en posicin guiado por la tubera de perforacin, elevndolo con un cable accionado manual o mecnicamente, el cual se encuentra suspendido del trpode con poleaENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)

Se marca el extremo superior de la tubera de perforacin en tres partes, cada una de 15 cm para la posterior observacin del avance del muestreador bajo el impacto del martillo. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)

Se deja caer el martillo sobre el cabezote de la tubera de perforacin y se contabiliza el nmero de golpes aplicado con la altura de cada 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 penetracin inicial al terreno. Se suman los golpes aplicados para que penetre el tubo en el segundo y tercer segmento, obtenindose as el valor de N. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)

Se lleva a la superficie el muestreador y se abre; debe registrarse la longitud de la muestra recobrada, su peso y describir sus caractersticas en cuanto a color, uniformidad etc.ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)Reptase los pasos anteriores cuantas veces sea necesario para determinar la variacin de los parmetros de resistencia con la profundidad o con el nmero de estratos.

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 fretico el valor de N debe corregirse pues resultara mayor que el dado por una arena seca, debido a la baja permeabilidad de sta, que impide que el agua emigre a travs de los huecos al producirse el impacto. Empricamente se ha encontrado que en estos casos el valor de N puede corregirse mediante la siguiente expresin aplicable cuando la penetracin sea mayor de 15 golpes en arenas finas y saturadas. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)Debe tenerse en cuenta lo siguiente:N = 15 + 1/2 ( N - 15 )N: valor corregido del ndice de penetracin y N: valor obtenido en el ensayo.

CORRECCIONESAunque se denomina "estndar", el ensayo tiene muchas variantes y fuentes de diferencia, en especial la energa que llega al tomamuestras, entre las cuales sobresalen (Bowles, 1988):Equipos producidos por diferentes fabricantesDiferentes configuraciones del martillo de hinca, de las cuales tres son las ms comunesEl antiguo de pesa con varilla de gua internaEl martillo anular ("donut") El de seguridadLa forma de control de la altura de cada: Si es manual, cmo se controla la caida Si es con la manila en la polea del equipo depende de: el dimetro y condicin de la manila, el dimetro y condicin de la polea, del nmero de vueltas de la manila en la polea y de la alturaSi hay o no revestimiento interno en el tomamuestras, el cual normalmente no se usa.La cercana del revestimiento externo al sitio de ensayo, el cual debe estar alejado.La longitud de la varilla desde el sitio de golpe y el tomamuestras.El dimetro de la perforacinLa presin de confinamiento efectiva al tomamuestras, la cual depende del esfuerzo vertical efectivo en el sitio del ensayo.

Para casi todas estas variantes hay factores de correccin a la energa terica 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 corregidoN = valor de N de campoCn = factor de correccin por confinamiento efectivoh1 = factor por energa 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 dimetro de la perforacin ( > 1 para D> 5'", = 1.15 para D=8")

Para efectos de este artculo se considerar que h2 = h3 = h4 = 1 y solamente se tendrn en cuenta los factores h1 y Cn.

Correccin por Energa (h1)

Se considera que el valor de N es inversamente proporcional a la energa efectiva aplicada al martillo y entonces, para obtener un valor de Ne1 a una energa dada "e1", sabiendo su valor Ne2 a otra energia "e2" se aplica sencillamente la relacin:

Ne1 = Ne2 x (e2/e1)

Correccin 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)Gonzlez (Logaritmo) Cn = log (10/Rs)Schmertmann Cn = 32.5/(10.2+20.3Rs)Se ha estandarizado a un esfuerzo vertical de referencia vr = 1 kg/cm2 = 1 atmsfera = pa ,como funcin del parmetro Rs, definido por:

Rs = v/ paEn general se recomienda que Cn 2.0, por lo cual la formulacin de Skempton es la nica quecumple exactamente esta recomendacin para Rs = 0.

CORRELACIONESENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)Est la ms antigua que relaciona los resultados del SPT y la resistencia a la comprensin simple dada en la tabla siguiente:

NCONSISTENCIAIDENTIFICACION EN EL CAMPOPsat ( Kn/m3)qu ( KPA)2Muy blandaPenetrable fcilmente varios centmetros con el puo 16-19252-4BlandaPenetra fcilmente el pulgar varios cm16-1925-504-8MediaSe requiere un esfuerzo moderado para penetrar varios cm con el pulgar 17-2050-1008-16RigidoSe identifica fcilmente con el pulgar 19-22100-20016-32Muy RigidoSe identifica con la ua del pulgar 19-22200-40032DuroDifcil de rayar con la ua del pulgar 19-22400

ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)RELACION EMPIRICA ENTRE EL SPT Y VARIAS PROPIEDADES DEL SUELO

ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)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)/ oDonde:N1= Numero de golpes corregidoN = Numero de golpes registrado en el campoCN= Factor de correcion o = presion vertical efectiva a la profundidad de la pruebaEsta ecuacion es valida para `o > 2.5 T/m2Para obtener la compacidad relativa y el angulo de friccion interna se pueden utilizar las siguientes tablasTabla. Correlacion para suelos no cohesivos entre Dr, compacidad y N (Hunt, 1984)

COMPACIDADDENSIDAD RELATIVA (Dr)N (SPT)Muy suelto< 0.15< 4Suelto0.15 0.354 10Medianamente duro0.35 0.6510 30Denso (compacto)0.65 0.8530 50Muy denso0.85 1.00> 50

ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)Tabla. Propiedades comunes de los suelos No cohesivos (Hunt, 1984)

materialcompacidadDr (%)N(1)Densidad secaIndice de poros (e)Angulo friccion internaGWDensaMedianamente densasuelta7550259055< 282.212.081.970.220.280.36403632GPDensaMedianamente densasuelta7550257050< 202.041.921.830.330.390.47383532SWDensaMedianamente densasuelta7550256535< 151.891.791.700.430.490.57373430SPDensaMedianamente densasuelta7550255030< 101.761.671.590.520.600.65363329SMDensaMedianamente densasuelta7550254525< 81.651.551.490.620.740.80353229MLDensaMedianamente densasuelta7550253520< 41.491.411.350.800.901.00333127