INGENIERIA CIVIL

ENSAYO DE PENETRACION ESTANDARStandard Penetration Test

ASTM D 1586

DESCRIPCIÓN:

Las pruebas de campo adquieren una gran importancia en los suelosmuy susceptibles a la perturbación y cuando las condiciones delterreno varían en sentido horizontal y vertical. El método de pruebain situ más ampliamente utilizado es el de penetración.

El SPT (standard penetration test) o ensayo de penetración estándar,es un tipo de prueba de penetración dinámica, que es empleado pararealizar ensayos en terrenos que se requiere realizar unreconocimiento geotécnico.

OBJETIVOS DEL ENSAYO S.P.T.:

- Determinar la Compacidad y la Capacidad de Soporte del suelono cohesivo

- Tomar muestras representativas del suelo- Hallar correlación entre:

El número de golpes, N, medido y la compacidad 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 laperforación, consiste básicamente en contar el número de golpes (N)que se necesitan para introducir dentro de un estrato de suelo, untoma muestras (cuchara partida hueca y cilindrica) de 30 cm delargo, diámetro exterior de 51mm e interior 35mm, que permiterealizar tomas de muestra naturalmente alterada en su interior, adiferentes profundidades (generalmente con variación de metro enmetro).

El peso de la masa esta normalizado, así como la altura de caídalibre, siendo éstos respectivamente 63.5 kg y 76.2 cm.

DONDE SE REALIZA:

Este ensayo se realiza en depósitos de suelo arenoso y de arcillablanda; no es recomendable llevarlo a cabo en depósitos de grava,roca o arcilla consolidada, debido a los daños que podría sufrir elequipo de perforación al introducirlo dentro de dichos estratos.

EQUIPO:

INGENIERIA CIVIL Pesa 63.5 kg con una altura de caída de 76.2 cm Barras y brazos de perforación Toma muestra o tubo partido con las siguientes

dimensiones:- Largo: 50 cm- Diámetro exterior: 51 mm- Diámetro interior: 35 mm- Peso total 70N (16 lb.)

Trípode de carga Flexómetro Fundas de plástico Tarjetas de identificación

Trípode de carga; toma muestras

PROCEDIMIENTO:

El método de Penetración Estándar es el más ampliamente usado parala exploración de suelos, y comprende dos etapas:

EL SONDEO:

Consiste en hacer una perforación con barreno, inyecciónde agua o sondeo rotatorio usando un taladro con movimientos derotación de alta velocidad y circulando agua para extraer losdetritos.

En los suelos firmes el sondaje se mantiene abierto por laacción del arco del suelo; en las arcillas blandas y en lasarenas situadas debajo del nivel freático, el sondaje semantiene abierto hincando un tubo de acero (tubo de entibado ocamisa).

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Penetrómetro en el barreno utilizado como camisa derevestimiento

EL MUESTREO:

Se realiza el sondeo hasta la profundidad establecida, y acontinuación se lleva al fondo de dicha perforación una cucharanormalizada que se hinca 15 cm (6’’). en la capa a reconocer, afin de eliminar la zona superficial parcialmente alterada, porefectos del procedimiento utilizado durante la ejecución delsondaje.

Se hace una señal sobre el varillaje y se cuenta el númerode golpes (N) necesarios para hincar de nuevo la cuchara, laprofundidad de 30 cm (12’’). Utilizando la pesa de 63.5 kg conuna 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 tomamuestras 15cm.

N2: Es el número de golpes que se necesita para hundir los15 cm. restantes del toma muestras.

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Si por algún motivo el número de golpes necesarios para hincarcualquier intervalo de 15 cm es superior a 50, entonces el resultadodel ensayo deja de ser la suma que se indica anteriormente paraconvertirse en RECHAZO, teniéndose que anotar la longitud hincada enel tramo en el cuál se han alcanzado los 50 golpes. El ensayo se dapor finalizado cuando se alcanza este valor.

Finalmente se abre la cuchara partida y se toma la muestra desu interior, para realizar los ensayos correspondientes, (contenidode humedad, granulometría, límites de consistencia, pesoespecífico).

Las muestras recuperadas en el penetrómetro que mantienen suforma cilíndrica pueden ser usadas para pruebas de compresión sinconfinamiento.

Se recomienda que las muestras recuperadas del suelo seintroduzcan en unos recipientes herméticos, en los que se fijaranunas etiquetas donde mencionen: localización, denominación delsondeo, fecha, numero de muestra, profundidad de ensayo, resistenciaa la compresión del terreno.

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CALCULOS:

El valor de N (Número de golpes necesarios para hincar un toma-muestras de 30 cm. de longitud en un estrato de suelo, unaprofundidad que generalmente varía de metro en metro) sedetermina sumando los valores de N1 + N2, entonces:

N=N1+N2

Donde:

N1: Número de golpes necesarios para hincar el toma-muestras15cm.

N2: Número de golpes necesarios para hincar el toma-muestrasotros 15 cm.

A partir del N del ensayo S.P.T. se pueden determinarla Resistencia a la Penetración y la Presión Admisible.

- Resistencia a la Penetración:Rp=Nx4

- Presión Admisible:

σadm=N8kg /cm2

INGENIERIA CIVIL- En nuestra práctica el valor de la resistencia a la

compresión simple qu es:

σadm=(N1+N2+N3)

8kg/cm2

Otro parámetro que se puede determinar a partir del Nobtenido y de la clasificación posterior del suelo, esel Grado de Compacidad en caso de suelos arenosos y laconsistencia en caso de suelos arcillosos, estomediante tablas que relacionan los mencionados valores:

COMPACIDAD(SueloGranular)

Grado deCompacidad

N(S.P.T.)

Resistencia aLaPenetraciónEstática

φ

Muy suelta < 0.2 < 4 < 20 < 30

Suelta 0.2 – 0.4 4 – 10 20 – 40 30 –35

Compacta 0.4 – 0.6 10 –30 40 – 120 35 –

40

Densa 0.6 – 0.8 30 –50 120 – 200 40 –

45

Muy Densa > 0.8 > 50 > 200 > 45

CONSISTENCIA(SuelosCohesivos)

N(S.P.T.)

qu (kg/cm2)Resistencia a laCompresión Simple

Muy blanda < 2 < 0.25

Blanda 2 - 4 0.25 – 0.50

Mediana 4 - 8 0.5 – 1

Compacta 8 - 15 1 – 2

Muycompacta 15 - 30 2 – 4

Dura > 30 > 4

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INFLUENCIA DEL NIVEL FREATICO: La cuchara normalizada, puede variaren la arena fina, según la situación del nivel freático.

Si llamamos N’ al número de golpes registrados en un ensayorealizado por debajo del nivel freático, el valor equivalente N quedebe considerarse en el cálculo que está dado por la expresiónsiguiente debida a Terzaghi y Peck.

N=15+12

(N'−15 )

CAUSAS DEL ERROR.- es evidente que las relaciones anteriormenteseñaladas solamente son aproximadas. En efecto, pueden influir enlos valores de N muchos factores y particularmente:

El estado de la superficie inferior y exterior de lacuchara, que si están oxidadas o abolladas puedenmodificar considerablemente el rozamiento en las capasatravesadas.

La posición del nivel freático respecto del ensayo. La forma y la superficie de los orificios o ventanas de

expulsión del agua. La posición relativa del fondo del taladro con respecto

al límite inferior del entubado al comienzo de lahinca.

El tiempo transcurrido entre la perforación del taladroy la ejecución del ensayo SPT propiamente dicho.

Por último, la flexibilidad del varillaje que absorbeuna parte de la energía. En el caso de sondeos muyprofundos, Camnefort ha propuesto eliminar esteinconveniente utilizando en la hinca una destiladora.

Entre los factores importantes que pueden afectar a los resultadosdel 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.

INGENIERIA CIVILEs fundamental no sobre valorar la significación del calificativoStandard. Efectivamente, las características de los aparatos no sonuniformes en los distintos países, e incluso dentro de un mismopaís, como en Estados Unidos o en el Brasil, por ejemplo donde hayvarios tipos de SPT.

APLICACIÓN:

Este ensayo tiene como principal utilidad la caracterización desuelos granulares (arenas o gravas arenosas) en las que se hace muydifícil o imposible obtener muestras inalteradas para los ensayos enel laboratorio.

El valor de los golpes obtenidos en un ensayo de penetración es undato indicativo de la consistencia que posee un terreno susceptiblede su utilización para la caracterización o diseño geotécnico.

Cuando el terreno que se estudia es grava, la cuchara no puedehincarse en el terreno, pues se dobla, por lo que usualmente susustituye por una punta maciza de la misma sección (no normalizada).Por ende en éste caso el ensayo no proporciona muestra y el golpeteoque se obtiene debe corregirse dividiendo por un factor que seconsidera del orden de 1.5.

La frecuencia habitual para la realización del SPT a lo largo delsondeo es de un ensayo de 2 a 5 metros, o incluso mayor, en

función de las características del terreno.

VENTAJAS

Se obtiene suelo y un número. Sencillo y de bajo costo. Funciona en muchos tipos de suelo.

INGENIERIA CIVIL 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.

EJEMPLO

Con los siguientes datos obtenidos de un ensayo S.P.T.,determinar:- El número de golpes N- La resistencia a la penetración- La presión admisible del suelo y el grado de compacidad.

Con los valores de N obtenidos del S.P.T. obtengo undiagrama graficando dichos valores y uniendo los puntosque estos generan con líneas.

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25 30 35 40 45 500123456789

Z vs N

En el diagrama, podemos observar que existen dos partesdiferentes bien definidas. A partir de estaconsideración existen dos estratos, cada uno condiferente grado de compacidad. El N promedio para cadaestrato es precisamente el promedio de los diferentesvalores de N obtenidos para cada profundidad.

Seguidamente determinar el Grado de Compacidad de cada estrato mediante la tabla que corresponde a la relaciónexistente entre este parámetro y el N del S.P.T.

La resistencia a la penetración se puede calcular como semencionó anteriormente, con la siguiente expresión:

Rp=Nx4Finalmente obtenemos la Presión Admisible, que se puedecalcular mediante la expresión anteriormente mencionada:

σadm=N10

Z(m)

N(S.P.T.)

10 20 30 40 50NpromedioEstrato

Grado deCompacidad

Rp(kg./cm2)

σadm(kg./cm2)

TipodeSuelo

Símbolo

1 39

35 0.65

156 3.9 SP-SM

2 32 128 3.2 SP-SM

3 35 140 3.5 SP-SM

4 43 44 0.74 172 4.3 SP-SM

5 44 176 4.4 SP-SM

6 46 184 4.6 SP-SM

INGENIERIA CIVIL7 42 168 4.2 SP-SM

8 43 172 4.3 SP-SM

CONCLUSIONES

El ensayo de penetración estándar es una herramienta útil y practicapara determinar la capacidad de soporte del suelo. La capacidad desoporte es utilizada en el dimensionamiento de los cimientos de unaestructura. Además de obtener la capacidad de soporte, el ensayopermite obtener muestras de suelos para la realización de otrosensayos que permiten cuantificar la propiedad índice y deresistencia de un suelo.

En el Ensayo de Penetración Estándar, las causas de error que sonconsiderablemente más importantes que aquellos inherentes en elensayo mismo son los que ocurren debido a un manejo inapropiado delas herramientas y el equipo al realizar el sondeo.

Se llega a la conclusión de que se pudo cumplir satisfactoriamentecon el objetivo pretendido que era aprender un método sencillo paradeterminar la resistencia de un suelo a la penetración expresada porel número de golpes necesarios para penetrar 30 cm.

En el ensayo SPT tiene la ventaja de proporcionar además lainformación de la naturaleza de las capas atravesadas gracias a lamuestra que se extrae.

Para cada tipo de suelo el número de golpes es distinto puesto quese debe a los asentamientos de muchos años (compacidad).

BIBLIOGRAFIA

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

LABORATORIO DE MATERIALES Y SUELOS

Proyecto : ____________________________________________________________________

Localización :__________________________________________________ Sondeo N°:_______

INGENIERIA CIVILElevación : __________________________________Fecha de Inicio: ____________

Nivel Freático : __________________________________ Fecha deFinalización: ____________

Profundidad

(pies)

Muestra

N°

Clasificación deCampo

N° deGolpes Recobro

(pulg)1 2 3 N

0.0 – 1.5 1

1.5 – 3.0 2

3.0 – 4.5 3

4.5 – 6.0 4

6.0 – 7.5 5

7.5 – 9.0 6

9.0 –10.5 7

10.5 –12.0 8

12.0 –13.5 9

13.5 –15.0 10

15.0 –16.5 11

16.5 –18.0

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