ESTADO DEL ARTE DEL USO DEL ENSAYO SPT-T … · ADHESIÓN-FRICCIÓN DEL SUELO – MUESTREADOR: consiste en la fuerza de fricción lateral entre el suelo y muestreador obteniéndose

ESTADO DEL ARTE DEL USO DEL ENSAYO SPT-T Y LAS CORRELACIONES OBTENIDAS PARA LOS PARÁMETROS DEL MODELO MOHR-COULOMB

DIANA MAYERLY ARGÜELLO ROMERO LEIDY ALEXA CALDERÓN GOYENECHE

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C.

2014

ESTADO DEL ARTE DEL USO DEL ENSAYO SPT-T Y LAS CORRELACIONES OBTENIDAS PARA LOS PARÁMETROS DEL MODELO MOHR-COULOMB

DIANA MAYERLY ARGÜELLO ROMERO LEIDY ALEXA CALDERÓN GOYENECHE

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil

Director JUAN CARLOS RUGE CÁRDENAS

Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C.

2014

Nota de aceptación ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________

Director de Investigación Ing. Juan Carlos Ruge Cárdenas

______________________________________

Asesor Metodológico Ing. Saieth Cháves Pabón

______________________________________ Jurado Bogotá D.C., junio de 2014

AGRADECIMIENTOS

Las autoras expresan sus agradecimientos a: Gracias a Dios por ser mi fortaleza, igualmente mis padres Cenen Calderón y Ana Ins Goyeneche, por su apoyo incondicional y sus sabios consejos, a mis hermanos Yuly y Omar Calderón por estar conmigo en todo mi proceso de formación universitaria.

LEIDY ALEXA CALDERÓN GOYENECHE Ante todo gracias a Dios por permitirnos levantarnos cada día y por sus bendiciones, a mis padres Álvaro Argüello y Alicia Romero por ofrecerme el mejor consejo que he recibidos el cual fue proyectarme como Ing. Civil, a mi hermana Karen Argüello al apoyarme en todo momento.

DIANA MAYERLY ARGÜELLO ROMERO Agradecemos a los profesores de la universidad Católica de Colombia, los cuales fueron nuestros guías y apoyo para el desarrollo personal y en la formación académica adquirida a lo largo de estos 5 años de estudio. Al ingeniero Juan Carlos Ruge, tutor de este proyecto de grado quien con su apoyo guio para direccionar y culminar el trabajo en que se representa nuestra formación. En general a todos los que se vieron involucrados con este trabajo, les agradecemos profundamente por su apoyo y compromiso.

CONTENIDO

pág. INTRODUCCIÓN 14 1. OBJETIVOS 15 1.1 OBJETIVO GENERAL 15 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 15 2. JUSTIFICACIÓN 16 3. ANTECEDENTES 17 4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 18 4.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 18 4.2 FORMULACION DEL PROBLEMA 18 5. METODOLOGIA 19 5.1 TIPO DE ESTUDIO 19 5.1.1 Revisión bibliográfica 19 5.1.2 Recopilación de información existente 19 6. MARCO REFERENCIAL 20 6.1 MARCO CONCEPTUAL 20 6.1.1 Modelo Mohr-Coulomb 20 6.1.2 Ensayo SPT (Standard Penetration Test) 25 6.1.2.1 Objetivo 25 6.1.2.2 Descripción 25 6.1.2.3 Equipos 25 6.1.2.4 Técnica del ensayo 26 6.1.2.5 Cálculos 27 6.1.3 Ensayo de veleta 28 6.1.3.1 Objeto 28 6.1.3.2 Descripción del ensayo 28 6.1.3.3 Equipos 29 6.1.3.4 Técnica del ensayo 31 6.1.3.5 Cálculos 32 6.2 MARCO TEÓRICO 33 6.2.1 Ensayo SPT Torque 33 6.2.1.1 Historia 33 6.2.1.2 Correlaciones del ensayo SPT-T 35 6.2.1.3 Métodos basados en SPT-T 36 6.2.1.4 Recopilación y análisis de datos existentes 40 6.2.1.5 Uso SPT-T 40

pág. 6.2.1.6 Relaciones T/N 41 6.2.1.7 Análisis de datos 41 6.2.1.8 Pruebas realizadas en campos experimentales en Brasil 44 6.2.1.9 Pruebas realizadas en otros campos 56 6.2.1.10 Sugerencia de normalización 58 6.2.1.11 Equipos de campo 60 6.2.1.12 Prueba de ejecución 60 7. CORRELACIONES ENTRE LOS PARÁMETROS 62 7.1 COMPARACIÓN ENSAYO SPT (STANDARD PENETRATION

TEST), ENSAYO VELETA Y ENSAYO DE SPT-T (STANDARD PENETRATION TEST –TORQUE) 62

8. CONCLUSIONES 64 BIBLIOGRAFIA 65

LISTA DE TABLAS

pág. Tabla 1. Parámetros del modelo Mohr- Coulomb 23 Tabla 2. Relación de valores para los parámetros de compacidad 28 Tabla 3. Relación de valores de los parámetros de consistencia 28 Tabla 4. Dimensiones de veleta 30 Tabla 5. Valores de la constante K 32 Tabla 6. Clasificación de suelos basados en el valor de T/N 36 Tabla 7. Relación T/N de acuerdo con la clasificación de los suelos 43 Tabla 8. Resultados de las pruebas para la caracterización - Campinas 45 Tabla 9. Resultados de las pruebas de resistencia - Campinas 46 Tabla 10. Análisis de resultados - Campinas 47 Tabla 11. Resultados de las pruebas para la caracterización - Lavras 48 Tabla 12. Resultados de las pruebas de resistencia - Lavras 48 Tabla 13. Análisis de resultados - Lavras 49 Tabla 14. Resultados de las pruebas de resistencia – San Carlos 50 Tabla 15. Análisis de resultados – San Carlos 51 Tabla 16. Resultados de las pruebas para la caracterización – Bauru 52 Tabla 17. Resultados de las pruebas de resistencia – Bauru 53 Tabla 18. Análisis de resultados – Bauru 54 Tabla 19. Resultados de las pruebas para la caracterización – Isla 55 Tabla 20. Resultados de las pruebas de resistencia - Isla 55 Tabla 21. Análisis de resultados – Isla 56

LISTA DE CUADROS

pág. Cuadro 1. Comparación entre ensayo de veleta, SPT y SPT-T 62

LISTA DE FIGURAS

pág. Figura 1 Metodología de proyectos de grado . 19 Figura 2. Respuesta experimental del suelo en ensayos triaxiales

drenados y formulación básica del método elastoplástico perfecto Mohr - Coulomb 20

Figura 3. Superficie de fluencia de Mohr - Coulomb 21 Figura 4. Definición del módulo de rigidez 24 Figura 5. Ensayo SPT 26 Figura 6. Tipos de veleta 30

GLOSARIO ADHESIÓN-FRICCIÓN DEL SUELO – MUESTREADOR: consiste en la fuerza de fricción lateral entre el suelo y muestreador obteniéndose a través de la expresión. ARCILLA (CLAY): el término arcilla que se considera y define de muchas maneras, es variable y difícil de precisar. En edafología y sedimentología frecuentemente se usa como un tamaño de 0,002 mm que identifica un material heterogéneo, compuesto de minerales propios de la arcilla y otras sustancias, incluyendo fragmentos de roca, óxidos hidratados, geles y sustancias orgánicas. Petrográficamente se llama arcilla a una gran cantidad de materiales sedimentarios, de granulometría fina y mineralógicamente poco definidos.1 CORRELACIONES: la correlación es la forma numérica en la que la estadística ha podido evaluar la relación de dos o más variables, es decir, mide la dependencia de una variable con respecto a otra variable independiente. ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA (UNCONFINED COMPRESSION TEST): determina la resistencia a la compresión inconfinada de suelos cohesivos bajo condiciones inalteradas o remoldeadas, aplicando carga axial, usando cualquiera de los métodos de resistencia controlada o deformación controlada. Este ensayo se emplea únicamente para suelos cohesivos, ya que en un suelo carente de cohesión no puede formarse una probeta sin confinamiento lateral. Este ensayo no es un sustituto del ensayo de compresión triaxal no consolidado no drenado descrito en la norma INV E-153. La anterior definición no referenciada es tomada de la Norma INV E -152-07. ENSAYO DE CORTE CON VELETA (VANE SHEAR TEST): el ensayo de corte con veleta consiste básicamente en colocar una veleta de cuatro hojas dentro del suelo inalterado, y en girarla desde la superficie para determinar la fuerza de torsión necesaria para lograr una superficie cilíndrica sea cortada por la veleta; con esta fuerza de corte se halla, entonces, la resistencia unitaria de dicha superficie. Es de importancia básica que la fricción de la varilla de la veleta y la del aparato sean tomadas en cuenta porque de otra manera, la fricción sería inadecuadamente registrada como resistencia del suelo. La anterior definición no referenciada es tomada de la Norma INV E-170-07. ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR (STANDARD PENETRATION TEST): este método describe el procedimiento generalmente conocido como ensayo de penetración normal (Standard Penetration Test – SPT), para penetrar un muestreador de tubo partido con el fin de obtener una muestra representativa del suelo y una medida de la resistencia de dicho suelo, a la penetración del

1 BESOAIN, Eduardo. Mineralogía de arcillas de suelos. Chile: IICA, 1985. p. 8.

muestreador. La anterior definición no referenciada es tomada de la Norma INV E-111-07. ENSAYO DE VELETA: se puede utilizar durante la operación de perforación para determinar in situ la resistencia cortante no drenada (cu) de suelos arcillosos, en particular arcillas blandas. ENSAYO IN SITU (IN SITU TEST): son ensayos que se realizan en el sitio, y que califican el suelo de una forma directa, el más destacado es el ensayo de penetración estándar (SPT). ENSAYOS DE CAMPO: el ensayo de campo consiste en la aplicación de los ensayos que se realizan in situ, que se realizan para tomar la muestra de suelo o los datos necesarios para realizar el respectivo análisis de resistencia. ESFUERZO DE TORSIÓN MÁXIMO: es el punto de esfuerzo de torsión máximo necesario para hacer girar el muestreador, ya que es un parámetro de resistencia lateral. En este trabajo se concluyó, que esta medida se obtiene en general de la aplicación de la toma de muestras que registra la varilla siempre antes de completar la primera vuelta. ESQUEJES: Los esquejes o gajos son fragmentos de plantas separados con una finalidad reproductiva. Pueden cortarse fragmentos de tallo e introducirlos en la tierra, para producir raíces. Las plantas enraizadas de esta manera serán idénticas a sus progenitoras, es decir, formarán con ellas un clon. ESTRUCTURA DEL SUELO: la estructura de un suelo puede definirse como la forma que tienen los elementos minerales y orgánicos del suelo, para ordenarse en agregaos o estructuras estáticas. Condiciona diversas propiedades del suelo como por ejemplo: porosidad, permeabilidad, profundidad de las raíces. GEOTECNIA: es una de las ramas más relevantes dentro de la ingeniería civil. Entre sus aplicaciones principales se encuentran el diseño de las cimentaciones y taludes, control de las napas freáticas, diseño de túneles, puentes y presas. La geotecnia está íntimamente vinculada a cualquier tipo de construcción o edificación ya que es el terreno (en la mayoría de los casos) donde se asientan las cimentaciones, bases de sustentación de las construcciones en general. Esta disciplina abreva en otras fuentes que le sirven para el estudio específico del terreno de cimentación, algunas son: la geología y la topografía. También se vale de la física, hidráulica y la teoría de resistencia de los materiales. GRANULARES: Son los suelos que no poseen ninguna cohesión, y consisten en rocas, gravas, arenas y limos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Plantae

http://es.wikipedia.org/wiki/Reproducci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Tallo

http://es.wikipedia.org/wiki/Ra%C3%ADz_(bot%C3%A1nica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Clon

SONDEO SIMPLE PARA EL RECONOCIMIENTO MEDIANTE MEDICIÓN DE LOS PARES: sondeo realizado de acuerdo con la NBR 6484 (1980) en el que tras la finalización de rematar el muestreador cada metro, una llave del par se adapta al ritmo de la cabeza a e inmediatamente se hace girar, permitiendo de este modo la lectura de dos parámetros: el esfuerzo máximo y el esfuerzo de torsión residual. SUELOS TROPICALES (TROPICAL SOILS): los suelos tropicales se pueden comprender por medio de análisis, pero lo verdaderamente único y especial es la forma en que los suelos se comportan y se manejan dentro del ambiente tropical, por esta razón es importante saber sobre los ambientes tropicales. Las tierras tropicales son muy complejas geológica y geomorfológicamente, más o menos un 77% pueden clasificarse como tierras bajas.2 TORQUE RESIDUAL: momento de torsión residual que se mantiene constante después de interrupción del martillo lateral entre el suelo y el muestreador. Se obtiene esta medida durante la rotación continua de la llave de torsión. Se recomienda en este trabajo que se tome la lectura una vez completada la segunda ronda de pruebas.

2 SÁNCHEZ, Pedro A. y CAMACHO, Edilberto. Suelos del trópico, características y manejo. Caracas: IICA, 1981. p. 1.

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INTRODUCCIÓN En este trabajo de investigación se pretende realizar una búsqueda de información sobre los avances que se han desarrollado acerca de del ensayo SPT-T con fines de poder encontrar los parámetros de resistencia del suelo en clima tropicales aplicando este tipo de ensayos in situ, el cual consiste en la combinación del ensayo de penetración estándar convencional (SPT) y el ensayo de veleta (VST). Con fines de correlación de parámetros de Mohr-Coulomb. En el ámbito de la geotecnia existen diferentes ensayos de campo, los cuales mediante algunas correlaciones pueden dar una idea aproximada de los parámetros de resistencia del suelo, en especial del modelo constitutivo Mohr Coulomb. El ensayo de Penetración Estándar convencional (SPT-Standard Penetration Test), el cual fue creado inicialmente para suelos granulares presenta una correlación aceptable del ángulo de fricción drenado. Por otra parte el ensayo de Veleta (VST-Vane Shear Test) permite obtener la cohesión no drenada de un suelo arcilloso de manera acertada, mediante la aplicación de un esfuerzo de torsión sobre el suelo. El ensayo SPT-T (Ensayo de Penetración Estándar con Torque) combina las ventajas de ambos ensayos, permitiendo obtener los parámetros de resistencia mencionados mediante la aplicación de un solo ensayo. Este ensayo ha sido desarrollado y normalizado en varios lugares del mundo siendo de gran utilidad por el plus que ofrece e ingresado en las normas técnicas de varios países, entre ellos Brasil. En Colombia actualmente no han sido realizadas investigaciones relevantes sobre el tema, por lo cual es un campo poco explorado, garantizando así la generación de nuevo conocimiento en el país de este. Mediante la realización de ensayos que impliquen esta técnica se empleara inicialmente para las arcillas de Bogotá para lograr una correlación apropiada de parámetros de resistencia del suelo, aplicable en la consultoría y como soporte de guía.

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1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL. Realizar un estado del arte de los avances del ensayo de penetración estándar con torque (SPT-T) con fines de aplicación en el contexto colombiano. 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Recopilar información existente del ensayo SPT-T en países donde se halla desarrollado este ensayo con morfología similar al suelo colombiano. Realizar una comparación de parámetros entre los ensayos de veleta, SPT y SPT-T. Fundamentar las bases teóricas para la aplicación de este ensayo en la segunda parte del proyecto.

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2. JUSTIFICACIÓN En Colombia los registros del ensayo de SPT-T son nulos o simplemente no han sido reportados en la literatura. Es evidente que los ensayos de campo como el SPT y VST son ampliamente utilizados por los proyectistas geotécnicos en la ciudad para obtener de primera mano datos aproximados de los parámetros geotécnicos de la arcilla de Bogotá y están presentes en cualquier estudio geotécnico realizado por un profesional especializado en este tema. En la actualidad se realizan para la exploración de suelos ensayos como lo son: el ensayo de penetración estándar (SPT) siendo uno de los más comunes y económicos para suelos arenosos y el ensayo de veleta, entre otros. Debido a que en Colombia no se ha desarrollado este tipo de ensayo in situ con el cual se espera mejorar los parámetros de correlación del modelo Mohr-Coulomb según el tipo de suelo, se espera investigar la aplicación del ensayo SPT-T en Brasil con el fin de poder tener información adecuada para así poder implementar el ensayo en Colombia.

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3. ANTECEDENTES El primer investigador en proponer este ensayo in situ fue Ranzini, en 1988. El ensayo consiste en la ejecución convencional del ensayo SPT, normalizado por la norma INVIAS INVE-111-07 y por la Asociación Brasilera de Normas Técnicas (NBR6484/80), después de finalizada la penetración del muestreador (split-spoon) se aplica una rotación al muestreador con la ayuda de un torcómetro. Durante la ejecución de la rotación, se registra el valor del esfuerzo de torsión máximo necesario para romper la adhesión entre el suelo y el muestreador, permitiendo obtener la fricción lateral de la interface entre el suelo y el muestreador. En la práctica actual en los países donde se usa el SPT-T, existen dos corrientes de aplicación para el ensayo: una es la obtención de relación T/N (valor del torcómetro/número de golpes) para cálculo de los parámetros geotécnicos y la otra es la corrección entre el valor N (número de golpes) del SPT y la estimación de la fricción lateral a través de la consecución de la adhesión-fricción del suelo y el muestreador. Después de la idea inicial de Razini en donde él evidenció que los perforadores en el momento de retirar el muestreador (split-spoon) generaban un giro con una llave inglesa, para removerlo más fácil decidió instalar un torcómetro y medir el valor del esfuerzo de torsión generado. De acuerdo a esta experiencia a comienzos de los 90 en Brasil ya algunos proyectistas comenzaron a usar la medida del torque como complemento al SPT. A partir de esto y como ya se mencionó anteriormente, se encausaron dos corrientes de aplicación: una relacionada con la corrección del valor N usando el torque como referencia y otra utilizando la adhesión entre el suelo y el muestreador como factor en el cálculo de capacidad de carga por fricción en cimentaciones profundas como pilotes. Decourt fue el primero en usar la medida del torque sugiriendo la relación T/N como forma de estandarizar el valor de N y también como parámetro de clasificación geotécnica de suelos. Urbano continúo la propuesta original de Ranzini, la cual consistió en utilizar el torque para el diseño a fricción de pilotes. A finales de los 90’s, Lutenegger & Kelley, adoptaron la idea brasileña de agregar el torque al ensayo SPT y ejecutaron pruebas de carga a compresión y tracción en el muestreador estimando una ecuación para el cálculo de la fricción lateral.

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4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 4.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Debido a que en Colombia se han realizado ensayos de campo convencionales se cuestionara alternativas para determinar los parámetros de resistencia del suelo implementando un método que tal vez sea más certero para obtener resultados óptimos. 4.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ¿La correlación de parámetros de resistencia del suelo actualmente utilizado en la academia y la consultoría, realmente son acertadas para las complejas condiciones geológico-geotécnicas de los suelos tropicales propios de nuestro medio? Para solucionar la incógnita eje central del proyecto se tendrá en cuenta la realización de laboratorios y la obtención de material necesario, con el fin de realizar los diferentes ensayos, complementando con bibliografía académica sobre el método de Mohr-Coulomb y ensayo de SPT –T (con torque).

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5. METODOLOGÍA 5.1 TIPO DE ESTUDIO Para el desarrollo del proyecto de investigación se tendrá en cuenta los siguientes pasos según la figura 1, estos se explicaran seguidamente: Figura 1. Metodología de proyectos de grado.

Fuente: Autores 5.1.1 Revisión bibliográfica. Se construirá un estado del arte relacionado con el tema, mediante un marco teórico y conceptual, aprovechando la literatura que se encuentra sobre el tema. 5.1.2 Recopilación de información existente. De acuerdo al lugar de análisis se realizará un estudio preliminar de las condiciones geológico-geotecnias del sitio y los posibles datos preexistentes que puedan servir a la hora de caracterizar el lugar para el estudio.

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6. MARCO REFERENCIAL 6.1 MARCO CONCEPTUAL 6.1.1 Modelo Mohr-Coulomb. El modelo constitutivo Mohr-Coulomb es con-siderado como una aproximación de primer orden al comportamiento no lineal del suelo. Se trata de un modelo elastoplástico perfecto (isotrópico) desarrollado a partir de la composición de la ley de Hooke y la forma generaliza del criterio de falla Mohr-Coulomb. Puede simular el comportamiento de suelos granulares sueltos o finos normalmente consolidados y se debe tener en cuenta que no representa el comportamiento elastoplástico progresivo (figura 2a) sino que es un modelo elástico y luego plástico perfecto (figura 2b). Su formulación involucra dos elementos generales: la elasticidad perfecta y la plasticidad asociada al desarrollo de deformaciones plásticas o irreversibles. Figura 2. Respuesta experimental del suelo en ensayos triaxiales drenados y formulación básica del modelo elastoplástico perfecto (Mohr-Coulomb)

Fuente: NIETO LEAL, Andrés, CAMACHO TAUTA, Javier Fernando y RUIZ BLANCO, Edwin Fernando. Manual de modelos materiales. En: Revista ingeniería Universidad de Medellín, vol. 8, no. 15, (julio-diciembre, 2009), p. 4. Para evaluar si la plasticidad ocurre o no en un análisis específico, el modelo Mohr-Coulomb involucra un conjunto de funciones de fluencia f (yield functions) que definen el límite entre el comportamiento elástico y plástico del material. La representación gráfica de la funciones (cono hexagonal) en el espacio de los esfuerzos principales constituye un contorno o superficie de fluencia fija, como se muestra en la Figura 3. De esta manera, para diversos estados de esfuerzos representados dentro de la superficie, el comportamiento es puramente elástico, y todas las deformaciones son reversibles. Cuando los esfuerzos igualan o superan la frontera definida por esta superficie, se presentan deformaciones tanto elásticas como plásticas.

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Figura 3. Superficie de fluencia de Mohr-Coulomb.

Fuente: NIETO LEAL, Andrés, CAMACHO TAUTA, Javier Fernando y RUIZ BLANCO, Edwin Fernando. Manual de modelos materiales. En: Revista ingeniería Universidad de Medellín, vol. 8, no. 15, (julio-diciembre, 2009), p. 5. Este criterio de fluencia es una extensión de la ley de fricción de Coulomb para un estado general de esfuerzos, y es definido a partir de seis funciones formuladas en términos de esfuerzos principales.

El comportamiento elastoplástico perfecto en el modelo es formulado a partir de la

relación entre los dos tipos de deformaciones (tasas de deformación elásticas y plásticas) mediante la aplicación de la ley de Hooke en su forma clásica:

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Donde D e es la matriz de rigidez (elástica) del material. No obstante, la teoría de plasticidad asociada relativa a esta relación básica tiende a una sobreestimación del fenómeno de dilatancia en el suelo, para lo cual el modelo Mohr-Coulomb en adición a la función de fluencia f, incorpora una función de potencial plástico g, que en el caso particular g ≠ f describe plasticidad no asociada. De esta manera, y en adición a las funciones de fluencia, un grupo de funciones de potencial plástico g son definidas para el modelo:

A partir de esta consideración, las deformaciones plásticas son expresadas como:

Donde el multiplicador plástico λ define el tipo de comportamiento del material (λ = 0, para comportamiento netamente elástico; y λ > 0 en el caso de comportamiento plástico). Las ecuaciones anteriores componen la relación fundamental del modelo Mohr-Coulomb entre esfuerzos efectivos y deformaciones para elastoplasticidad:

De esta forma, la formulación del modelo exige cinco parámetros básicos de entrada: el módulo de Young E, la relación de Poisson υ, la resistencia por

cohesión del suelo c, el ángulo de fricción interna ϕ, y el ángulo de dilatancia ψ, (tabla 1). Dado que los ingenieros están por lo general familiarizados con los cinco parámetros anteriores y ocasionalmente disponen de información adicional acerca de otros parámetros del suelo, el modelo Mohr- Coulomb es el modelo básico más utilizado en la práctica geotécnica, a pesar de su incapacidad para reproducir

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adecuadamente los cambios de rigidez del suelo y modelar situaciones donde diferentes trayectorias de esfuerzos son experimentadas. Tabla 1. Parámetros del modelo Mohr-Coulomb.

PARÁMETRO DESCRIPCIÓN

C Cohesión

Ángulo de fricción

Ángulo de dilatancia

Módulo de Young

Relación de Poisson

Fuente: Autores Se definen como parámetros de resistencia el ángulo de fricción, ángulo de dilatancia y cohesión. Estos se describen a continuación. Ángulo de fricción: El ángulo de fricción es uno de los parámetros más comunes en la mecánica de suelos y es utilizado para numerosos procedimientos

de diseño de fundaciones y otras estructuras geotécnicas. En general, el ángulo hace referencia a la medida de la resistencia cortante debida a la fricción mecánica directa entre las partículas de suelo. El valor del ángulo de fricción caracteriza notoriamente a cada tipo de suelo y puede ser determinado a partir de procedimientos de laboratorio y de campo, a través de correlaciones y gráficos; y si no se cuenta con ninguna otra información puede obtenerse a partir de tablas. En este sentido, la prueba triaxial es uno de los ensayos más adecuados para evaluarlo mediante la representación gráfica del criterio de falla Morh-Coulomb. Ángulo de dilatancia: El ángulo de dilatancia puede tener una influencia significativa en la modelación del comportamiento del suelo, especialmente en arenas densas y arcillas altamente sobreconsolidadas. En el caso de las arenas este parámetro puede ser determinado mediante la evaluación de las deformaciones unitarias volumétricas en un ensayo triaxial drenado, considerando de manera particular la variación del parámetro con el grado de sobreconsolidación (OCR) del suelo. Dado que de manera general la dilatancia corresponde a un fenómeno particular de suelos granulares y por tratarse de especímenes de suelo con comportamiento normalmente consolidado es recomendable usar el valor de cero grados para este parámetro. Cohesión: La resistencia por cohesión es definida como la medida de las fuerzas que cementan las partículas de suelo. La cohesión del suelo puede ser establecida a partir de variados procedimientos; sin embargo, a partir de la información disponible de los ensayos triaxiales ejecutados y del trazado de la envolvente de falla del suelo, esta puede ser determinada como el intercepto de la línea de falla con el plano vertical.

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Son considerados parámetros de elasticidad el módulo de Young y la relación de poisson, los cuales consisten en: Módulo de Young: el módulo de Young como un módulo de rigidez y dado el comportamiento no lineal típico de los suelos normalmente consolidados, no es conveniente usar el módulo de rigidez tangente a la parte inicial de la curva esfuerzo deformación (zona elástica) sino que se recomienda usar el módulo de rigidez correspondiente a la pendiente de la recta entre el origen y el punto correspondiente al 50% de la resistencia máxima como se presenta en la figura 5. Este módulo de Young es denotado como E50 y es el más indicado para representar dicha respuesta. Figura 4. Definición del módulo de rigidez secante E50.

Fuente: NIETO LEAL, Andrés, CAMACHO TAUTA, Javier Fernando y RUIZ BLANCO, Edwin Fernando. Manual de modelos materiales. En: Revista ingeniería Universidad de Medellín, vol. 8, no. 15, (julio-diciembre, 2009), p. 9. Para verificar la suficiencia de la determinación de este parámetro mediante el procedimiento gráfico y comprobar la validez de algunas correlaciones disponibles para suelos arcillosos, se evaluaron los valores del módulo de Young E’ utilizando la siguiente relación: Donde E’ es el módulo de Young efectivo, el módulo de corte, es el módulo de Young no drenado, es la resistencia la corte no drenada y el índice de plasticidad.

Relación de poisson: Se trata de uno de los parámetros más difíciles de evaluar en el contexto de la mecánica de suelos, pero al mismo tiempo, de particularmente

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en el modelo Mohr-Coulomb. Normalmente, la relación de Poisson efectiva puede ser evaluada a través de la realización de un ensayo triaxial drenado, midiendo las distintas variables de deformación unitaria.3 6.1.2 Ensayo SPT (Standard Penetration Test). 6.1.2.1 Objetivo. Determinar la compacidad y la capacidad de soporte del suelo. 6.1.2.2 Descripción. Consiste básicamente en contar el número de golpes (N) que se necesitan para introducir dentro un estrato de suelo, un toma-muestras (cuchara partida) de 45 a 60 cm aproximadamente. De largo, a diferentes profundidades (generalmente con variación de metro en metro). Él toma-muestras es golpeado bajo energía constante, con una maza en caída libre de 140 lb. (33.5 Kg) y una altura de caída de 30 plg. (76,2 cm.). Este ensayo se realiza en depósitos de suelo arenoso y de arcilla blanda; no es recomendable llevarlo a cabo en depósitos de grava, roca o arcilla consolidada, debido a los daños que podría sufrir el equipo de perforación al introducirlo dentro de dichos estratos. 6.1.2.3 Equipos. Los equipos a utilizar son los siguientes. Pesa de 140lb, con una altura de caída de 30 plg. Barras y brazos de perforación Muestreador o tubo partido con las siguientes dimensiones: largo: 50cm, diámetro exterior: 51mm, diámetro interior: 35mm Peso total: 16lb Trípode de carga Flexómetro Parafina sellante Fundas de plástico Tarjetas de identificación.

3 NIETO LEAL, Andrés, CAMACHO TAUTA, Javier Fernando y RUIZ BLANCO, Edwin Fernando. Manual de modelos materiales. En: Revista ingeniería Universidad de Medellín, vol. 8, no. 15, (julio-diciembre, 2009), p. 3-10.

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Figura 5. Ensayo SPT.

Fuente: ARGENTINA WAREZ. Ensayos de suelos. [En línea]. Disponible en Internet: <http://www.argentinawarez.com/ebooks-gratis/1031351-descargar-libros-y-material-sobre-mecanica-de-suelos-gratis.html>. [Citado: 18, mar., 2014].

6.1.2.4 Técnica del ensayo. El ensayo se ejecuta de una manera universal como la que se describe a continuación: En primer lugar se realiza un sondeo hasta la profundidad establecida, y a continuación se lleva al fondo de dicha perforación una cuchara normalizada que se inca 15cm en la capa a reconocer, a fin de eliminar la zona superficial parcialmente alterada. 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 un pie (30cm). Como se mencionó anteriormente, la masa que se utiliza para la hinca pesa 140lb y su altura de caída es de 30 pulgadas, lo que corresponde a una altura de 0.5kj por golpe, aproximadamente. Entonces el parámetro medido será: N = N1 + N2, en donde N1 corresponde a el número de golpes necesarios para hundir él toma-muestras 15 cm y N2 es en número de golpes que se necesita para hundir los 15 cm. Restantes del toma-muestras.

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Finalmente se abre la cuchara partida y se toma la muestra de su interior, para realizar los ensayos correspondientes (Contenido de Humedad, Granulometría, Límites de Consistencia, Peso Específico). Este ensayo se debe realizar máximo hasta los 50 golpes, ya que, después de este límite, introducir el equipo de perforación dentro del estrato puede causar daños al mismo. Cuando tenemos este caso, se dice que existe RECHAZO (roca o suelo muy bueno). 6.1.2.5 Cálculos. Las siguientes son las ecuaciones a utilizar: El valor de N (número de golpes necesarios para hincar un toma-muestras de 30 cm. De longitud en un estrato de suelo, una profundidad que generalmente varía de metro en metro) se determina, como se mencionó anteriormente, sumando los valores de N1 + N2, entonces: Donde: N1: Número de golpes necesarios para hincar él toma-muestras15 cm. N2: Número de golpes necesarios para hincar él toma-muestras otros 15 cm. A partir del N del ensayo SPT se pueden determinar la resistencia a la penetración y a la presión admisible.

Donde: Rp: resistencia a la penetración N: número de golpes Donde:

σadm: carga admisible N: número de golpes 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*:

* Resumen de la ASTM D 1586.

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Tabla 2. Relación de valores para los parámetros de resistencia.

Fuente: ASTM INTERNATIONAL. Standard Test Method for Standard Penetration Test (SPT) and Split-Barrel Sampling of Soils: ASTM D 1586. New York: ASTM, 1996. p. 3. Tabla 3. Relación de valores para los parámetros de resistencia.

Fuente: ASTM INTERNATIONAL. Standard Test Method for Standard Penetration Test (SPT) and Split-Barrel Sampling of Soils: ASTM D 1586. New York: ASTM, 1996. p. 4.

6.1.3 Ensayo de veleta. 6.1.3.1 Objeto. Establecer el procedimiento del ensayo de veleta en el terreno, en suelos cohesivos blandos y saturados. Es necesario conocer la naturaleza del suelo en el cual se ha de efectuar cada ensayo, para asegurarse de su aplicación e interpretación. 6.1.3.2 Descripción del ensayo. El ensayo de corte con veleta consiste básicamente en colocar una veleta de cuatro hojas dentro del suelo inalterado, y en girarla desde la superficie para determinar la fuerza de torsión necesaria para lograr que una superficie cilíndrica sea cortada por la veleta; con esta fuerza de corte se halla, entonces la resistencia unitaria de dicha superficie. Es de importancia básica que la fricción de la varilla de la veleta y la del aparato sean tenidas en cuenta porque de otra manera, la fricción sería inadecuadamente registrada como resistencia del suelo. Las medidas de fricción bajo condiciones

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que no implican carga, como cuando se emplea un vástago liso en lugar de la veleta o una veleta que permita alguna rotación libre de la varilla antes de someterla a carga, son satisfactorias únicamente cuando el giro sea aplicado mediante un momento balanceado que no se traduzca en empuje lateral. A medida que las fuerzas de torsión se hagan más grandes durante un ensayo, un empuje lateral en el instrumento se traducirá en un incremento de fricción no considerado en las iniciales sin carga. No se recomiendan instrumentos que produzcan empuje lateral. La varilla de la veleta debe tener suficiente rigidez para que no sufra torsión bajo condiciones de carga plena, de lo contrario, se deberá hacer una corrección al dibujar las curvas de Momento vs. Rotación. 6.1.3.6 Equipos. Los equipos a utilizar son los siguientes. Varillas de extensión – La veleta se deberá operar desde la superficie conectándola con varillas de torsión, de acero. Estas varillas deberán ser de un diámetro tal, que no sea excedido su límite elástico cuando la veleta sea sometida a su capacidad plena. Si es necesario determinar curvas de momento vs. Rotación, es esencial calibrar las varillas de rotación antes de emplearlas. La magnitud del giro de la varilla (si lo hubiera) se deberá establecer en grados por metros por unidad de momento. Esta corrección se hace progresivamente más importante a medida que aumenta la profundidad; la calibración se deberá efectuar por lo menos hasta la profundidad máxima esperada, para el ensayo. Veleta: En la figura 6 se muestran los dos tipos de veletas normalizadas por este ensayo. Cada una tendrá cuatro hojas perpendiculares entre sí, su altura será el doble del diámetro. Las dimensiones de la veleta deberán ser las especificadas en la Tabla 4. Teniendo en cuenta que no se altere el ángulo de 90° comprendido entre ellas.

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Figura 6. Tipos de veleta.

Fuente: INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Ensayo de corte sobre suelos cohesivos en el terreno usando la veleta: I.N.V. E - 170 - 07. [En línea]. Disponible en Internet: <ftp://ftp.unicauca.edu.co/Facultades/FIC/IngCivil/Especificaciones_Normas_INV-07/Normas/Norma%20INV%20E-170-07.pdf>. [Citado: 18, mar., 2014]. Tabla 4. Dimensiones de veletas.

Fuente: INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Ensayo de corte sobre suelos cohesivos en el terreno usando la veleta: I.N.V. E - 170 - 07. [En línea]. Disponible en Internet: <ftp://ftp.unicauca.edu.co/Facultades/FIC/IngCivil/Especificaciones_Normas_INV-07/Normas/Norma%20INV%20E-170-07.pdf>. [Citado: 18, mar., 2014].

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6.1.3.4 Técnica del ensayo. Se realiza el siguiente procedimiento: Cuando se emplee revestimiento para la veleta, se deberá avanzar con ella hasta una profundidad no menor de cinco veces el diámetro del revestimiento, por encima de la profundidad deseada para la punta de la veleta. Cuando no se utilice revestimiento, se deberá suspender la perforación a una profundidad tal que la punta de la veleta pueda penetrar dentro del suelo inalterado, una profundidad de, por lo menos, cinco veces el diámetro d la perforación. Se deberá penetrar la veleta desde el fondo del agujero o de su revestimiento, mediante un empuje simple, hasta la profundidad a la cual se va a efectuar el ensayo, cuidando que no se aplique torsión durante dicho empuje. Con la veleta en posición, se deberá aplicar el giro a una velocidad que no exceda de 0.1°/segundo. Generalmente se requieren para la falla, entre 2 y 5 minutos, excepto en arcillas muy blandas en las cuales el tiempo de falla puede elevarse a 10 ó 15 minutos. En materiales más duros, que alcanzan la falla con una deformación pequeña, se puede reducir la rata del desplazamiento angular de tal manera que se pueda obtener una determinación apreciable de las propiedades esfuerzo-deformación. Durante la rotación de la veleta, se deberá mantener ésta a una altura fija. Se deberá registrar el momento máximo. Con aparatos de transmisión, es aconsejable anotar los valores intermedios del momento obtenido en ese instante, a intervalos de 15 segundos o menores, si es requerido. Después de determinar el máximo momento, se rota rápidamente la veleta un mínimo de 10 revoluciones; inmediatamente después se determinará la resistencia remoldeadas, en todos los casos dentro del minuto siguiente al remoldeo. En los casos en los cuales el suelo esté en contacto con la varilla de giro, se determina la fricción entre la varilla y el suelo por medio de ensayos de giro efectuados con varillas similares a profundidades equivalentes, sin la veleta colocada. Se debe efectuar el ensayo de fricción de la varilla por lo menos una vez en cada sitio. Para determinar la magnitud de la fricción de los cojinetes o guías, en aparatos en los cuales la varilla de giro esté completamente aislada del suelo, se deberá realizar un ensayo de fricción con una varilla lisa al menos una vez en cada sitio. En dispositivos de veleta que funcionen adecuadamente, esta fricción deberá ser despreciable. Se deberán efectuar ensayos con veleta únicamente en suelos cohesivos, inalterados o remoldeados. No se deben realizar en ningún suelo que permita el drenaje o que se dilate durante el período del ensayo, como en arenas o limos o en suelos en los cuales la veleta encuentre piedras que puedan influir en los

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resultados. Se recomienda no hacer ensayos de veleta con espaciamientos menores de 0.76 m entre ellos. Este espaciamiento se podrá variar cuando sea requerido con la autorización y responsabilidad del especialista a cargo. 6.1.3.5 Cálculos. Se calcula la resistencia al corte del suelo mediante el empleo de la siguiente expresión.

Donde: T = momento de giro, en N-m (lb-pie), s = resistencia al corte de la arcilla, en kPa (lb/pie²), y K = constante que depende de las dimensiones y de la forma de la veleta m3 (pies3), tal como se indica en Tabla 5. Tabla 5. Valores de la constante k (m3-ft3).

Fuente: INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Ensayo de corte sobre suelos cohesivos en el terreno usando la veleta: I.N.V. E - 170 - 07. [En línea]. Disponible en Internet: <ftp://ftp.unicauca.edu.co/Facultades/FIC/IngCivil/Especificaciones_Normas_INV-07/Normas/Norma%20INV%20E-170-07.pdf>. [Citado: 18, mar., 2014].

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6.2 MARCO TEÓRICO 6.2.1 Ensayo SPT torque. 6.2.2.1 Historia. El SPT-T4 fue propuesto por Ranzini en 1988. Esta prueba se llevo a cabo mediante el ensayo SPT, estandarizado por la Asociación Brasileña de Normas Técnicas (NBR 6484/80), se aplica la rotación de la varilla de toma de muestras con la ayuda de una llave de torsión. Durante la rotación, la lectura tiene el esfuerzo máximo requerido para romper la adhesión entre el suelo y la toma de muestras, lo que permite obtener la fricción lateral muestreador-suelo. Los estudios relacionados con la prueba existen desde 1902, cuando Charles R. Gow introdujo el proceso de prensar una varilla de 2,54 cm, con un martillo de 50 kg reemplazando así el sistema para la obtención de la muestra de suelo por la perforación con agua. A principios de 1940, esta prueba fue introducida en Brasil por el Sr. Odair Grilloen el año 1945 con el Ing. Milton Vargas presentaron el trabajo sobre: “La exploración subterránea para los fines de Estudios de Fundaciones”. La falta de estandarización condujo a la aparición de diversos equipos, así fueron adoptados como procedimientos diferentes. Estos hechos causaron una gran diversidad de resultados, por lo que es difícil correlacionar los resultados de SPT con otros parámetros de prueba. Por lo tanto la sonda aprobó un período de descrédito. Ranzini propone una ligera modificación en el procedimiento normal en la dinámica de la prueba de penetración estándar (SPT), para obtener un valor de fricción lateral. De hecho no sería un cambio, pero si una pequeña continuación del juicio hasta su finalización, sin cambiar en nada el procedimiento para obtener el índice de resistencia a la penetración N. Además considera una variación en el esfuerzo cortante lineal desde cero al centro de la base de la toma de muestras, hasta una tensión máxima en la superficie lateral cilíndrica, a través del paso vástago cónico de la zapata de corte, sin tener en cuenta la diferencia entre la fricción interna del suelo y las paredes laterales del resto de la superficie. Esta fórmula se corrigió después de seis años por Ranzini. Después de prensar el extremo de la toma de muestras para facilitar su eliminación, el operador por lo general debe aplicar un esfuerzo de torsión a la varilla con una llave inglesa. Según Manzini, el operador podría usar una llave de torsión, que proporcionan una medida del momento de torsión máximo necesario; para el giro de la toma de muestras el valor podría ser utilizado, por ejemplo, en la

4 PALCHECO PIEXOTO, Anna Silvia. Estudo do ensaio SPT-T e sua aplicação na prática de engenharia de fundações. Trabajo de grado (Doutor em Engenharia Agrícola). Campinas: Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola – FEAGRI, 2001. p. 16-25.

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evaluación la tensión lateral estimado en estacas a través de la fricción desarrollada en el sistema de suelo-muestreador. Basándose en su experiencia, Smith enumeró algunas ventajas y limitaciones de SPT-T. Ventajas:

Medición simultánea de estática, resistencia a T y la medición dinámica N.

La evaluación del valor N.

No hay necesidad de cargar la reacción o anclaje temporal, facilitando la ejecución.

Mayor similitud con la condición al aplicar un movimiento de corte en el suelo. Limitaciones:

Causa la torsión de varillas.

Requiere mucho esfuerzo físico por parte de los operadores cuando se ejecuta en suelos que ofrecen mayor resistencia. Aumenta el tiempo de prueba, dependiendo de la resistencia ofrecida por el suelo. Sin embargo, en los ensayos realizados en este estudio, el momento de la adición al esfuerzo de torsión medido fue de uno a dos minutos, mientras que se encuentra en desacuerdo con la declaración Soares (1999). Por otro lado, se sabe que las pruebas eléctricas como CPT son mucho más rápidos, mientras que un SPT-T toma un día entero para hacer una muestra de quince metros, el CPTtarda alrededor de dos horas. En la práctica brasileña de ingeniería de cimentaciones, se usan generalmente los resultados de los ensayos SPT y CPT para el diseño de pilotes y cimentaciones superficiales, basados en correlaciones empíricas establecidas entre la resistencia de penetración y la capacidad portante. Ranzini propuso la prueba SPT-T que básicamente consiste en la medición del torque necesario para romper la interacción suelo-cuchara después de su penetración. Después de esto, muchos ingenieros brasileros han usado el ensayo SPT-T en la práctica de cimentaciones.

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Todas las predicciones son comparadas con los resultados de pruebas de carga instrumentadas, realizadas en varios tipos de pilotes instalados en seis campos experimentales, existentes en el sur-este de Brasil.5 6.2.1.2 Correlaciones del ensayo SPT-T. Los estudios en esta área comenzaron con Decourt Cuaresma y Son en 1991, ya que mostraron las correlaciones de losesfuerzos obtenidos del SPT-T y N72 en suelos sedimentarios y residuales. Hay que aclarar que N72 es el valor de N para prensar una eficiencia del 72% que corresponde a la energía media obtenida con el equipo utilizado en Brasil, es decir que se utiliza el 72% del equipo, no el 100% como es convencional6.

Presentaron los siguientes análisis para diferentes TxN72 de acuerdo al tipo de suelo: Suelos terciarios de la cuenca de São Pablo: T = 1,2N72. Los valores no son válidospara suelos con presencia de cantos rodados.

Los suelos residuales de granito y migmatita: T = 1.84N72.

Arenas finas, casi puras: por encima de la capa freática T ≅ N72, por debajo de

la capa freática con N72 superior a 20, T entre N72 y 0.5N72, paraN72 inferior de 20 mayores dispersiones; Las arcillas blandas (sedimentos cuaternarios): la relación Neq/N72 muestra una buena correlación con la sensibilidad obtenida a partir de la prueba de paletas: T = 0.4z relación obtenida estadísticamentedonde z es la profundidad a la que se realiza el ensayo. Un año más tarde Decourt evidencio la gran ventaja de la medida del esfuerzo de torsión sobre el valor N dentro del SPT, ya que la primera es una medida estática, mientras que el segundo es una medida dinámica. Otra ventaja es que aunque durante el SPT la estructura del suelo se rompe dentro de la toma de muestras, la medición del esfuerzo de fricción lateral en una región que aunque parcialmente se encuentra perturbada tras el debido proceso aún conserva la estructura

5 RUGE CÁRDENAS, Juan Carlos y PINTO DA CUNHA, Renato. Determinación de parámetros geomecánicos en suelos metaestables, mediante el uso de ensayos de campo. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://200.115.181.62/file/pre-til/determinacion.pdf>. [Citado: 18, mar., 2014]. 6 PALCHECO PIEXOTO, Anna Silvia. Op. Cit., p. 32-35.

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original. Asimismo los suelos mas estructurados tienden a tener valores de T/N mayores de acuerdo con el siguiente cuadro según Decourt en 1998. Tabla 6. Clasificación de suelos basados en el valor de T/N según Decourt.

TIPO DE SUELO T/N

Arenas sedimentarias, capas inferiores 0,3

Suelo de cuencas sedimentarios 1,2

Suelos saprofitos 2,0

Arcillas porosas colapsables 2,5 / 5,0

Arenas sedimentarias, capas superiores 10

Fuente: PALCHECO PIEXOTO, Anna Silvia. Estudo do ensaio SPT-T e sua aplicação na prática de engenharia de fundações. Trabajo de grado (Doutor em Engenharia Agrícola). Campinas: Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola – FEAGRI, 2001. p. 38. Para completar el estudio de la clasificación del suelo de acuerdo con las medidasdelesfuerzo de torsión y el índice de resistencia, Alonso aporto un estudio de la medida del esfuerzo de torsión a los suelos de Santos-Brasil,observando que la dispersión de los valores medidos para la fricción lleva a la conclusión de que la relación T*N no es universal. 6.2.1.3 Métodos basados en SPT-T. Mayne7 investiga como precisamente un número (valor de N), es suficiente para calcular un gran número de parámetros diferentes del suelo y aboga por el empleo de pruebas in situ con mecanismos heterogéneos. En Brasil el SPT se usa normalmente en la práctica de Ingeniería de Cimentaciones desde 1944; Ranzini sugirió complementar el convencional SPT con la medida del torque requerido para voltear la cuchara partida después de que sea hundida. Esta es llamada prueba de penetración estándar con la medida del torque (SPT-T). El mismo Ranzini, sugirió la posibilidad de usar este valor para obtener la resistencia lateral del pilote y presentó la siguiente ecuación:

Donde: fT = adherencia muestreador suelo (el kPa)

7 ATALA ABAD, César Augusto. Estudio experimental sobre correlaciones en suelos granulares finos (arenas) compactados, usando equipos de penetración. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://cybertesis.uni.edu.pe/handle/uni/848>. [Citado: 18, mar., 2014].

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T = medida del torque (m.kN) h = longitud de penetración del muestreador (m). Hoy en día, existen cuatro métodos que predicen la capacidad portante de pilotes basados en los métodos de SPT-T.: Decourt, Alonso, Carvalhoet y Peixoto. Una serie de ensayos in situ se han desarrollado para medir la puesta a punto que se puede realizar dentro de un programa de exploración de subsuelo. Una de estas pruebas es SPT-T, se considera que puede ofrecer la combinación más desfavorable de la aplicabilidad de los resultados, facilidad y sencillez al realizarla, sin contar con el costo del equipo. Sin embargo la instrumentación no se ha desarrollado formalmente para su aplicación comercial. En investigaciones anteriores en otros países se concentraron en realizar pruebas que van desde varias horas a varias semanas, llegando a conclusiones donde requirieren de intervalos de tiempo considerablemente más cortos como lo son dentro de una hora o menos (cabe aclarar que si el ensayo es para ser incluido en un programa de exploración típica).Pero hay escepticismo con respecto al corto plazo debido a que diferentes pruebas y expertos aseguran que no es práctico ni mucho menos económico. El ensayo SPT-T se realiza sobre una muestra, midiendo la resistencia a la torsión de la cizalla lateral del suelo (corte directo). La prueba se lleva a cabo girando las barras de perforación y fractura–cuchara de la superficie y la grabación del esfuerzo y ángulo de giro necesario.8 El ensayo SPT-T, introducido por Ranzini, trajo la posibilidad de obtener un parámetro importante para el cálculo de las fundaciones, desde entonces, muchos investigadores la han estado utilizando en la práctica de la ingeniería. Inicialmente se han utilizado datos de encuesta de ejecutores de SPT-T, lo que resulta en aproximadamente siete mil pares de datos (T, N) asociados con suelos respectivos clasificados por el sistema táctil-visual. Una ventaja es la de no verse afectado el esfuerzo de las fuentes conocidas por errores del valor tradicional de SPT (cuentan número de golpes, caída de altura, peso bajar de peso, fricción tallos, mal estado de la zapatilla de corte, poleas, cuerdas, etc). Otra ventaja de este procedimiento es la posibilidad de obtener un valor más fiable de la tensión lateral a través del SPT y por un muy pequeño costo adicional. Otra medida que se puede obtener es el esfuerzo de torsión residual que es seguir girando el muestreador hasta que la lectura sigue siendo constante, posteriormente se realiza una segunda medida. La estandarización del ensayo SPT- T es de vital importancia para tener un conocimiento profundo de los factores que intervienen en la prueba SPT, ya estudiados por varios autores. Básicamente en la práctica real hay dos flujos de

8 Ibíd.

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aplicación para SPT -T: primero es el estudio de la T/N para obtener parámetros geotécnicos y fijar el valor de N del SPT y la segunda se refiere a obtener la fricción lateral de pilotes mediante la obtención de la adhesión-fricción del muestreador de suelos. Una vez que el equipo se encuentra listo, probado y calibrado, se realizaron pruebas SPT- T con el esfuerzo de medidas por el equipo eléctrico y analógico simultáneamente. Estas pruebas se realizaron en siete lugares diferentes: Experimental campo de la universidad de Ingeniería Agrícola (Feagri), Unicamp, Campinas (SP ) Campo Experimental de la Universidad Federal de Lavras ( UFLA ), Lavras (MG) Campo Experimental de la Escuela de Ingeniería de São Carlos (CESE), USP,São Carlos (SP) Experimental campo de la universidad de Ingeniería y Tecnología (FET), UNESP, Bauru (SP) Campo Experimental de la Facultad de Ingeniería de la Isla Individual (DIA-F), UNESP, Isla Simple (SP) Campo Experimental de la Escuela Politécnica (EP), USP, São Paulo (SP) Highway Piaçaguera / Guaruja, el 79,7 km, Guarujá (SP). A partir de los resultados de estas pruebas se llevaron a cabo los siguientes estudios:

El análisis de la curva de esfuerzo motor en función del ángulo de rotación, lo que permitió la definición Tmáximo/Tres y el estudio de la influencia del tipo de suelo en la forma de la curva

Análisis de la T/N para diferentes tipos de suelo

Análisis de la relación Tmáximo / Tres de los diferentes tipos de suelo

Comparación de los parámetros obtenidos a partir de la CPT con los obtenidos por SPT- T

Estimar la carga de capacidad de corte a través de los parámetros obtenidos SPT -T de prueba.

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Método Ranzini. En marzo de 2000 Ranzini, dio una conferencia en el instituto de ingeniería de São Pablo, presentando una metodología para calcular la capacidad de carga de los cortes a partir de la medición de la fricción lateral SPT-T. El autor solicitó el uso exclusivo de fT, sin el uso del N y sin la descripción del tipo de suelo:

Donde: T: Es el esfuerzo de torsión aplicado a las barras, dada en (m.kgf) H: Es la altura total de la penetración de la toma de muestras en (cm) Ft: Es la tensión obtenida en la fricción lateral (kPa) Para la capacidad de carga de estacas es usual del conteo de las parcelas de fricción lateral y la punta:

Donde: PR: Es la ruptura de carga o poder de carga PL: Es la parte transmitida por la fricción lateral PP: Es la parte transmitida a través de la punta Manzini sugirió que este cálculo puede ser extendido para el corte de pequeño diámetro, porque la superficie de ruptura es menor y debe estar contenido dentro de la gama de un metro por encima y un metro por debajo de la base de la pila. La determinación de los valores de los coeficientes empíricos, sλ y SP sería más apropiada si se obtiene mediante pruebas de carga instrumentado. Debido a que esta práctica no es usual, el autor estableció dichos coeficientes a través de consideraciones o criterios adicionales. Para el caso específico de la hélice de corte continuo, el autor admitió que propulsor de la barrena helicoidal durante la estaca de la ejecución, debe crear una condición similar a la creada por la rotación de la toma de muestras en la interfaz con el suelo, aunque hay una diferencia entre el erizado del muestreador y la perforación.9 Método Decourt y Cuaresma (1978), revisado en 1996. Estos autores presentaron un método para evaluar la capacidad de carga en función de tubos sin soldadura y posteriormente se ajustaron al SPT-T.

9 PALCHECO PIEXOTO, Anna Silvia. Op. Cit., p. 36-37.

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Para el tradicional N, Decourt y Cuaresma consideran los esquejes de rotura, TH, lo que corresponde a un desplazamiento de carga en la parte superior de la pila de 10% del diámetro para suelos de arcilla y 30% del diámetro para suelos arenosos. Las ecuaciones propuestas por este método son:

Qu = α * qp * Ap + β * qλ* Aλ

Método Alonso. Alonso mostró una expresión matemática para predecir la adhesión en diversos tipos de pilas de fricción lateral obtenidos por el SPT-T, lo que sugiere que la porción de la punta se calculó de acuerdo Decourt y Cuaresma (1978). En un artículo Alonso presenta una metodología para la capacidaddecarga, en el que el autor sugiere que la porción de la punta se calculó de acuerdo Decourt y Cuaresma (1978).Otro artículo Alonso presentó una metodología para la capacidad decarga que sugiere utilizar un esfuerzo de torsión tanto como para la fricción lateral como para la parte de la punta. Método Carvalho et al. Carvalho analizó los resultados de los ensayos llevados a cabo de acuerdo con la NB 6484 (1980) y a través de las muestras obtenidas compararon la adherencia por fricción obtenida a partir de la ecuación de Ranzini, Decourt y Cuaresma, sugerido a los suelos porosos de la región, los riesgos de escala se podrían hacer a través de la siguiente expresión:

PR = PP + (U* L * fT * αT ) Donde: PP: Parcelas de punta calculados por Decourt y Cuaresma (1978) teniendo en cuenta los coeficientes propuestos por Roberts et al (1998) U: corte transversal del perímetro L: longitud de la pila FT: Promedio de adhesión a lo largo de la longitud de la pila αT: coeficientes para el cálculo de la parte lateral 6.2.1.4 Recopilación y análisis de datos existentes. Tanto los documentos como datos existentes referentes al ensayo se encuentran disponibles en empresas extranjeras tales como: Eng Engesolos de Suelos y Fundaciones Ltda., Sondasa Eng y Geotecnia y Cimientos Ltda., Granja Experimental de la USP - São Pablo, USP - São Carlos, UNESP – Ilha Simple, UNESP - Bauru y UNICAMP - Campinas. 6.2.1.5 Uso SPT-T. Inicialmente se calculó la capacidad de carga de las pilas a través de los métodos ya establecidos por Decourt en la práctica brasileña y Cuaresma (1978), Aoki y Velloso (1975) y Philiponnat (1978), además de los métodos existentes utilizando la SPT-T:

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Decourt Método y Cuaresma y revisado en Decourt Hachich en 1996. Alonso, en 1996. Carvalho et al., en 1998. Después se hizo un estudio para obtener los coeficientes empíricos sλ y sp, sugerida por Ranzini para finalmente realizar los ajustes necesarios en las metodologías para proponer un método con el cual se pretenda acumular la experiencia ya existente con el valor del nuevo parámetro y N sugerido por Ranzini. Prey presentó una breve revisión de la literatura sobre el tema, haciendo relevante el fomento del uso del ensayo SPT-T en Brasil. El autor hace hincapié en la importancia del conocimiento de la energía utilizada y el uso del parámetro de la adhesión de fricción lateral sugerido por Ranzini. Por lo tanto con el fin de evaluar la capacidad de funcionamiento y obtener parámetros de diseño de las fundaciones a través del ensayo SPT-T Soares (1999) llevo a cabo una campaña de prueba la cual tomó nota de los factores que influyen:10 Estado de conservación de varillas. Necesidad de utilizar un centralizador para mantener las varillas en vertical. La llave de torsión de la velocidad de rotación debe ser constante. La llave de torsión debe ser utilizada en una posición horizontal para que no afecte la medición del esfuerzo de torsión. La falta de atención del operador al llevar acabo el ensayo puede presentar errores en la lectura y no se restablecerá la llave de torsión antes de la rotación. Se debe tomar un rango de lectura de las llaves de torque. 6.2.1.6 Relaciones T/N. La relación T/N ha sido utilizada por algunos ingenieros como parámetro de clasificación del suelo. Por lo tanto, es necesario un estudio detallado de este parámetro con el fin de discutir la viabilidad de la utilización de pruebas SPT –T. Para ello se deben analizar los diferentes datos experimentales obtenidos ya sean de empresas extranjeras que hallan implementado el ensayo en diferentes pruebas, como de diferentes universidades que tengan este tipo de ensayos dentro de sus procesos de investigación. 6.2.1.7 Análisis de datos. Los valores de T/N presentados se refieren a la unidad de esfuerzo de torsión en kgf.m dividido por el número de golpes necesarios para penetrar en el suelo, representados por el índice N. El análisis se hace posible al

10 Ibíd., p. 35.

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evaluar la variación de T/N para cada tipo de suelo de acuerdo con la geología, la profundidad y la presencia de nivel de agua. Para permitir mejor visión del análisis de suelos, fueron divididos en: Suelos colapsables. En el análisis de T/N de los suelos colapsables, se ha utilizado los datos obtenidos de estudios realizados en Brasil considerando una profundidad máxima de hasta 6,0 metros y siempre por encima del nivel del agua. Los suelos fueron separados en cuencas sedimentarias del suelo de Sao Pablo - Brasil. Por ejemplo en el campo experimental de la Universidad Estatal de Londrina (UEL ) y según Massad la arcilla roja porosa que cubre las partes altas de la ciudad de São Pablo son los suelos de laterita, debido a la alta porosidad, colapsabilidad. Para suelos en Sao Pablo (suelos arenosos) se determinó valores de T/N de 2,2, con un intervalo de confianza de 95 % entre 2,03 y 2,33 aunque la desviación estándar es de 0,92. Por otro lado, los suelos arcillosos del campo experimental Feagr mostraron una relación T/N de 0,69 con un intervalo de confianza de 95% entre 0,51 y 0,85. Los análisis para los suelos arenosos de los campos experimentales Island y Bauru mostraron resultados promedio T/N igual a 0,67 y 0,75, respectivamente. Por otra parte, los análisis llevados a cabo con suelos arenosos mostraron una relación T/N igual a 1.73 con un promedio de confianza de rango de 95% entre 1,23 y 2,25. Los sitios tienen un tamaño de partícula similar. Suelos residuales. Los suelos residuales registrados en la base de datos de informes basados en campos experimentales internacionales como Brasil son en su mayoría suelos limosos. Para realizar el análisis se trató de dividir los datos por el tipo de suelo, la ubicación y la presencia del nivel de agua. Se realizaron cinco análisis teniendo en cuenta la granulometría y presencia del nivel de agua, los resultados de estos cinco análisis eran prácticamente iguales con Intervalos de confianza de 95%, tuvieron valores máximos de 2,0. En la ciudad de Guaruja - Brasil, por ejemplo los datos se analizaron areno arcilloso y arena limosa por debajo del nivel de agua, los promedios fueron 2,27 y 1,51 respectivamente, con coeficiente de la variación 68,3% y 47,7%, valores que son demasiado altos. Sedimentos marinos. Los informes en los que los suelos contenían conchas fueron descartados, debido a que estos materiales pueden distorsionar el valor de N. El coeficiente de T/N (kgf.m/número de golpes) mostró valores medios entre 1,2 y 1,6. Cuando se consideró sólo arcillas blandas y muy suaves, N<4.entó a valores de 1,4 a 1,8. A continuación se muestra una relación T/N de análisis en de acuerdo a la anterior clasificación:

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Tabla 7. Relación T/N de acuerdo con la clasificación de los suelos.

Fuente: PALCHECO PIEXOTO, Anna Silvia. Estudo do ensaio SPT-T e sua aplicação na prática de engenharia de fundações. Trabajo de grado (Doutor em Engenharia Agrícola). Campinas: Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola – FEAGRI, 2001. p. 49.

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6.2.1.8 Pruebas realizadas en campos experimentales en Brasil. Pruebas SPT-T se realizaron en diferentes campos y fundaciones experimentales. A continuación se presenta la caracterización geológica, geotécnica y análisis de los siete sitios y los resultados de las pruebas de SPT-T. Campo experimental de la Universidad de Ingeniería Agrícola - Campinas11. El Campo Experimental está situado junto al Laboratorio de Materiales de la Facultad de Ingeniería Agrícola. Esta zona está reservada para la investigación de mecánica de suelos y fundaciones y sin embargo tiene dos pozos de inspección para la extracción de muestras inalteradas, realización de ensayos in situ (SPT-T), CPT (punta de la fricción de tipo de cono eléctrico), ensayos de caracterización, pruebas de parámetros de resistencia y compresión y las pruebas de decarga instrumentado sobre pilotes prefabricados.

Caracterización geológica. La geología de la región se compone de rocas básicas pero la predominante es la diabasa.

CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA El perfil geotécnico del campo experimental se compone básicamente de una primera capa de seis a siete metros de arcilla arenosa de alta porosidad y por debajo el suelo residual es roca diabasa. El nivel del agua varía entre 12,80 y 15,30 metros de profundidad.

Pruebas de caracterización. Los resultados de las pruebas de caracterización, la máxima consistencia y tamaño de las partículas, son en la Tabla 8.

11 Ibíd., p. 37.

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Tabla 8. Resultados de las pruebas para la caracterización – Campinas.


Parámetros de la resistencia. Se muestran en la tabla 9 donde c, φ cohesión y ángulo de fricción, con respecto a la tensión total y tomado de ensayos triaxiales. El parámetro Rc es la resistencia a la compresión obtenido a partir de la prueba de compresión simple. Los resultados a profundidades de 9 metros se obtuvieron por medio del método de Giacheti y los correspondientes a 10, 12, 14 y 16 metros se obtuvo por el método de Albuquerque.

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Tabla 9. Resultados de las pruebas de resistencia – Campinas.


Resultados de la prueba SPT-T. Inicialmente cuatro pozos fueron ejecutados lo que represento un total de 89,57 metros. Tanto en este campo experimental como en otros, la profundidad de los sondeos varía dependiendo de la geología local, la disponibilidad de fondos tratando de respetar siempre la profundidad de por lo menos dos metros por debajo del borde de corte de la perforación más cercana. Se hicieron lecturas periódicas y se obtuvo el esfuerzo de torsión residual máximo. Se observó que la recuperación geológicamente de las muestras es diferente para los suelos y el ensayo SPT-T puede ser una herramienta para llevar a cabo este tipo de estudio.

Análisis. El suelo del campo experimental de Feagri el cual está formado básicamente por una capa de 6,0 m de espesor de arcilla porosa, limo, playa de arena y por debajo una capa de limo arcilloso arenoso. La primera capa cuyo valor de T/N es <1, en cambio con la segunda capa el valor de T/N tiende a valores >1.

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Tabla 10. Análisis de resultados – Campinas.

Fuente: PALCHECO PIEXOTO, Anna Silvia. Estudo do ensaio SPT-T e sua aplicação na prática de engenharia de fundações. Trabajo de grado (Doutor em Engenharia Agrícola). Campinas: Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola – FEAGRI, 2001. p. 38. Campo experimental de la Universidad Federal de Lavras.12

Caracterización geológica. La geología de esta región está compuesta por rocas metamórficas.

Caracterización geotécnica. El perfil geotécnico del campo experimental de la Universidad Federal de Lavras se compone básicamente de una primera capa (1 metro) de limo arcilloso, a continuación otra capa de limo arenoso. En 17 metros de profundidad no se ha encontrado el nivel de agua. Las pruebas de laboratorio se llevaron a cabo por Tan, se obtuvieron a partir de muestras tomadas de hasta 10,0 metros de profundidad.

12 Ibíd., p. 39-40.

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Pruebas de caracterización. Los resultados de las pruebas de caracterización: límites de consistencia y tamaño de las partículas, son en la tabla 11. Tabla 11. Resultados de las pruebas para la caracterización – Lavras.


Parámetros de la resistencia. Los resultados mostrados en la tabla 12se obtuvieron en las pruebas triaxiales rápido y de corte directo. Tabla 12. Resultados de las pruebas de resistencia – Lavras.


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Resultados de la prueba SPT-T. Dos agujeros fueron hechos en el terreno de la Universidad Federal de Lavras, aunque las bases en este campo experimental son relativamente poco profundas (4,5 metros)y pilotes de 10 metros de profundidad, se optó por realizar las ensayos de hasta 17 metros, la temperatura media durante este período de 27,5 °C.

Análisis. El perfil del sub-suelo del campo experimental de la Universidad Federal de Minas se compone básicamente de dos capas: limo arcilloso y limo arenoso. Tabla 13. Análisis de resultados - Lavras

Fuente: PALCHECO PIEXOTO, Anna Silvia. Estudo do ensaio SPT-T e sua aplicação na prática de engenharia de fundações. Trabajo de grado (Doutor em Engenharia Agrícola). Campinas: Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola – FEAGRI, 2001. p. 39. Campo Experimental de Ingeniería Escuela de San Carlos - USP13. El campo experimental del Departamento de Escuela de Ingeniería de San Carlos, ha pasado por tres etapas: la primera etapa de pilotes perforados mecánicamente secos, instrumentados, con una longitud de 10 metros y un diámetro de 0,35 m a 0,50 m probaron la compresión y se estudiaron resistencia a la tracción; en la segundaetapa se estudiaron los tipos de perforación con un diámetro de 0,25 m y una longitud de 6 m, dispuestos en grupos de dos, tres y cuatro estacas, y también aislados, se estudió la colapsabilidad del efecto; y por último la tercera etapa se están investigando con la instrumentación para el control de la presión de succión.

Caracterización geológica. La región de San Carlos se sientan suelos constituidos por areniscas y rocas basálticas efusivas, por encima de estas

13 Ibíd., p. 42-43.

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piedras aparecen conglomerados y areniscas y poco despuésse encuentran los sedimentos del Cenozoico.

Caracterización geotécnica. El perfil geotécnico se compone básicamente de dos capas de arena fina y mediana, ligeramente arcilloso limoso y separados por la línea de piedras de aproximadamente 6,50 m. La primera capa se caracteriza por sedimentos del Cenozoico y el segundo como la piedra arenisca. Las pruebas de laboratorio se llevaron a cabo por Mehta, Carvalho y Giacheti hace varios años. Los resultados de estas pruebas se obtuvieron a partir de muestras deformadas y sin deformar tomada de un pozo, bajo tierra desde 1,30 m hasta 10,30 m.

Parámetros de la resistencia. Los parámetros de resistencia que se presentan en la Tabla 14 corresponden a resultados de ensayos triaxiales de tipo denso rápido, los ensayos triaxiales tipo drenado, y la compresión simple. Los resultados se presentan en términos de tensiones efectivas. Tabla 14. Resultados de las pruebas de resistencia – San Carlos.


Resultados de la prueba SPT-T. Cinco pozos de sondeo se realizaron para un total de 87,82 metros, con un rango de temperatura entre 20 ° C y 34 ° C. Los sondeos se realizaron a profundidades ligeramente muy grandes.

Análisis. Es básicamente arena, con aproximadamente un 23% de arcilla y 12% de limo, con muy baja actividad coloidal. En la primera capa la relación de T/N tiene un promedio de 1,8 disminuyendo a 1,5 en la segunda capa.

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Tabla 15. Análisis de resultados – San Carlos.

Fuente: PALCHECO PIEXOTO, Anna Silvia. Estudo do ensaio SPT-T e sua aplicação na prática de engenharia de fundações. Trabajo de grado (Doutor em Engenharia Agrícola). Campinas: Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola – FEAGRI, 2001. p. 42. Campo experimental de la Universidad de Ingeniería y Tecnología - UNESP – BAURU.14

Caracterización geológica. Está compuesta principalmente de sedimentos que cubren las rocas volcánicas que afloran hacia el valle del río Tietê. La geología del campo experimental es el mismo que se vive en la ciudad de Bauru - Brasil. A través de un tubo de pozo, abierto a 100 metros del lugar, se puede ver una primera capa de Masilia (la formación consta de areniscas, conglomerados y lutitas intercaladas entre ellas) y luego Adamantina (consta de areniscas de grano

14 Ibíd., p. 44.

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fino a medio, limolita arenosa, micácea, areniscas, lutitas micáceos y areniscas conglomeraditas).

Caracterización geotécnica. La caracterización de la subsuperficie de la Campo Experimental, a una profundidad de 20 metros, es un rojo, arcilloso residual de arena fina, piedra arenisca.

Pruebas de caracterización. Los resultados de las pruebas de caracterización: límites de consistencia y tamaño de las partículas, se pueden evidenciar en la siguiente tabla: Tabla 16. Resultados de las pruebas para la caracterización – Bauru.


Parámetros de la resistencia. Los parámetros que se indican en la Tabla 17 se refieren a las pruebas realizadas en tres lugares en la región de Bauru y son representativos de campo experimental.

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Tabla 17. Resultados de las pruebas de resistencia - Bauru


Resultados de la prueba SPT-T. Cinco pozos de sondeo SPT-T se realizaron para un total de 75,26 metros. La temperatura media durante este período fue de 23,8 ° C.

Análisis. El sótano de la Estación Experimental de Bauru se encuentra a una profundidad de 20,0 m, en donde es predominante la arena y el porcentaje de arcilla es entre el 15% y 21%.

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Tabla 18. Análisis de resultados – Bauru.

Fuente: PALCHECO PIEXOTO, Anna Silvia. Estudo do ensaio SPT-T e sua aplicação na prática de engenharia de fundações. Trabajo de grado (Doutor em Engenharia Agrícola). Campinas: Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola – FEAGRI, 2001. p. 44. Campo experimental de la Universidad de Ingeniería Isla Sola.15

Caracterización geológica. La ciudad de la isla sola está constituida por areniscas y rocas basálticas efusivas. Por encima de estas formaciones aparecen conglomerados y areniscas y poco después los sedimentos del Cenozoico.

Caracterización geotécnica. Los resultados de las pruebas de laboratorio se obtuvieron de Menezes y Segantini, que llevó a cabo los ensayos en colaboración con el Laboratorio Central de Ingeniería Civil CESP, LCECC.El campo experimental de la Facultad de Ingeniería de la isla de Soltero se compone de una primera capa de tierra arenosa coluvial, (aproximadamente 11 pies), seguido de otra capa (alrededor de 6 pies) de tierra aluvión.

Pruebas de caracterización. Los resultados de las pruebas de caracterización: límites de consistencia y tamaño de las partículas se pueden evidenciar en la siguiente tabla:

15 Ibíd., p. 48.

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Tabla 19. Resultados de las pruebas de caracterización - Isla.


Parámetros de la resistencia. En la siguiente tabla se evidencian los resultados de la compresión simple, Rc, y los resultados en términos de esfuerzo efectivo para ensayos triaxiales drenados y de corte directo. Tabla 20. Resultados de las pruebas de resistencia – Isla.

Fuente: Estudio de prueba spt-t y su aplicación en Ingeniería de la práctica de las fundaciones, Universidad Estatal de Campinas – Facultad de Ingeniería Agrícola

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Resultados de la prueba SPT-T. Cuatro encuestas SPT-T, SP01, SP02, SP03 y SP04 con longitudes de 15,45 m, 16,45 m, 16,45 m y 12,45 m, respectivamente, se llevaron a cabo, por un total de 60,80 metros, temperaturas entre 20 ° C y 40 ° C. Los agujeros SP01 y SP02 comprenden áreas de pilotes prefabricados 12 pies de largo, SP03 y SP04 y los agujeros de pilotes de hormigón y suelo-cemento con la punta a 10 metros de profundidad.

Análisis. A través de pruebas de laboratorio, se sabe que el perfil de campo es de arena con aproximadamente el 29% de arcilla, esta inactivo en todo su espesor. Los resultados de la relación T/N en promedio es menor que uno. Tabla 21. Análisis de resultados – Isla.


6.2.1.9 Pruebas realizadas en otros campos. El ensayo SPT - T es una prueba de campo de exploración bastante simple que se puede realizar usando un equipo típico de exploración del subsuelo. El ensayo SPT-T se realiza sobre una muestra dividida y mide la resistencia a la torsión de cizalla lateral del suelo. La prueba se realiza girando las barras del taladro y el split-sponn de la superficie, grabando la torsión requerida y ángulo de rotación. Mediante la realización de la prueba en diferentes momentos y después de la penetración se puede determinar los valores del torque residual. Sin embargo la instrumentación requerida para el ensayo SPT-T no ha sido formalmente sostenida (es decir, no se ha mantenido formalmente para su uso, ni

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desarrollado para aplicación comercial). De acuerdo con ello, los resultados de la prueba SPT- T que se han correlacionado con la medición del suelo/pila pero son muy limitados y ninguna. Además, investigaciones anteriores se ha concentrado en pruebas SPT-T con duraciones de tiempo desde varias horas hasta varias semanas. Tales requisitos de tiempo es probable que imposibilitara la incorporación de la prueba SPT-T en un programa típico de exploración del subsuelo. Este proyecto de investigación se inició en octubre de 2003. Las pruebas de campo SPT-T se realizaron en noviembre de 2003. El proyecto de informe fue presentado en mayo de 2005. Se recibieron comentarios en agosto de 2005 y este informe final se publicó en septiembre de 2005. No parece haber ninguna correlación entre los valores de configuración de corta duración (1 hora o menos) de las pruebas SPT- T y los valores de configuración de unidades obtenidas a largo plazo. Resultados negativos en muchas pruebas SPT -T a corto plazo seguidas de positivas contribuye al escepticismo de utilizar este procedimiento como una herramienta en la estimación de puesta a punto. Por lo tanto, a corto plazo el ensayo SPT -T no parece ser un método práctico y económico. Investigación de la utilización de corto plazo del ensayo SPT- T. Las correlaciones entre los resultados de los ensayos SPT- T y los datos obtenidos a través de los programas de pruebas de pilotes a escala de producción se han establecido en muchas investigaciones incluyendo Rausche (1996), McVay (1999), Bullock (1999), y Schmertmann (2003). Un método similar que incluye un par de torsión de varillas de acero hincados en lugar de la toma de muestras de división de barriles SPT fue investigado por Axelsson y Westin (2000). Metodología de prueba. El objetivo principal del programa de pruebas fue evaluar la relación entre los resultados de la prueba SPT- T y suelo / pila puesta a punto. Además, la relación entre las pruebas por etapas (en el que se llevaron a cabo más de dos ensayos de esfuerzo) y pruebas no escénicas (en la que sólo se realizaron dos ensayos de esfuerzo), y la relación entre el uso de un muestreador de SPT enchufado (manteniendo el desplazamiento uniforme del suelo). Estas relaciones fueron abordadas mediante la realización de pruebas de SPT -T en series. Cada prueba consistió en múltiples aplicaciones de ensayos en diferentes momentos después de la penetración de muestras y cada conjunto de pruebas fue diseñado para comparar ya sea por etapas. Las pruebas por etapas se llevaron a cabo en general en 4, 8, 15, 30, 60, y 120 minutos después de la penetración, se realizaron con un muestreador. SPT- prueba T para datos. Trata sobre las tendencias en los datos de la prueba SPT- T, que comparan los datos de SPT -T por el tipo de suelo, tapados frente a

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muestras y la frecuencia de las mismas. También se discute la relación entre la rotación angular y la resistencia del eje pico. Las comparaciones por tipo de suelo se discuten a continuación:

Arcilla Orgánica: dados los bajos golpes SPT en arcilla orgánica (que varió de 0 a 2 golpes por 18 pulgadas), bajas resistencias eje se espera de las pruebas SPT -T. Sin embargo, resistencias iniciales desde el eje del pico fueron considerables, que van desde 950 a 1400 libras por pie cuadrado. Estas magnitudes son similares, y en algunos casos considerablemente mayores que las pruebas realizadas en los más densos suelos de los estratos de arcilla limosa.

Arcilla limosa: resistencia eje Unidad se espera normalmente a aumentar con la resistencia del suelo. Dado el aumento general de la SPT "N" y los valores de resistencia a compresión simple con la profundidad en Boring, los aumentos correspondientes tuvieron resistencias iniciales desde el eje de la unidad de prueba. Esta tendencia no fue aparente en los datos de la mayoría de los ensayos SPT -T realizados en suelos cohesivos. Resistencias de eje del pico inicial variaron desde 703 hasta 1238 libras por pie cuadrado, que en general era un poco más alto de lo que se encontró en la arcilla orgánica y un poco a mucho menor que lo que se encuentran en los suelos granulares subyacentes. No se observaron diferencias significativas en la resistencia inicial de eje de la unidad entre las porciones superior e inferior del estrato de arcilla limosa.

Arena limosa: resistencias desde el eje del pico inicial en las pruebas realizadas en arena limosa variado considerablemente desde 966 a 4.382 libras por pie cuadrado. Teniendo en cuenta cantidad de golpes (requerido para la penetración muestreador de 18 pulgadas) fue de 11 a 59, se podía esperar tal variabilidad. Aunque se podría esperar que las resistencias de los ejes iniciales en suelos granulares normalmente aumentan con el SPT "N" de valor, esta tendencia no fue aparente en los datos de la prueba SPT -T.

Las pruebas de SPT- T en suelos granulares varió ampliamente, variando desde 163 hasta 1348 libras por pie cuadrado; Sin embargo la mayoría de los valores de configuración de la unidad eran por lo general más altos que en los suelos cohesivos. 6.2.1.10 Sugerencia de normalización. Se presenta una sugerencia de contexto general para el reconocimiento del ensayo con el objetivo proporcionar a los ejecutores un procedimiento para la aplicación del mismo, para mejorar la calidad de los datos obtenidos. El contexto que se presentara a continuación tiene prácticamente los mismos elementos que el Manual de Especificaciones y Productos ABEF (1998), por lo tanto, los siguientes elementos se abordarán:

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Equipo, herramientas y accesorios. De acuerdo con la norma Brasileña NBR 6484 (1980) y el Manual de Especificaciones y Productos Procedimientos ABEF (1998), se relacionara el equipo necesario y las herramientas específicas para la medición del torque.

Sampler: es un muestreador recomendado por la norma brasileña NBR 6484 (1980), es de tipo Raymond con diámetro exterior de 50,8 mm y 35 mm de diámetro interior.

Tallos: Los tallos deben tener 3,23 kg/m, con un diámetro interior de 25mm y el diámetro exterior de 32,8 mm,

Cabeza a tiempo: un tamaño de cabeza a ritmo normal, se debe utilizar, con los medios de 3,5 kg, con una ligera modificación en el orificio central donde pasa el martillo perno de guía.

Pin-adaptador: adaptador para conectar la cabeza con la llave de torsión. El adaptador de contactos debe tener unas dimensiones que permitan el complemento seguro, sin espacio libre entre la llave de torsión y la cabeza.

Disco centralizador bipartido: es un disco de acero que tiene como objetivo mantener el conjunto centralizado de barras con respecto a la capa de guía del tubo de perforación. El uso de dos modelos son recomendables: uno para ser utilizado cuando se realiza por el proceso de lavado y otro cuando la perforación es realizado con el tipo de pala barrena. El disco debe tener un orificio para permitir colocar el conjunto de varillas. Las dos mitades deben estar conectadas por un sistema de elementos de fijación que permita una tramitación rápida y fácil.

Dinamómetro: herramienta para la medición de torque. Se recomienda el uso de tres llaves : Llave dinamométrica con capacidad mínima de 60 kN.m (6kgf.m) y máximo 270kN.m (27kgf.m) Torque mínimo de 100kN.m (10kgf.m) y máximo 480kN.m (48kgf.m) Torque mínimo de 170kN.m (17kgf.m) y máximo 800kN.m (80kgf.m). Estudios llevados a cabo en otras investigaciones señalaron el hecho de que la diferencia de resultados entre los dispositivos y los equipos analógicos eléctricos fue menor cuando se utiliza la llave de torsión con la capacidad adecuada. Por lo tanto es importante medir el esfuerzo y la capacidad del equipo. Para facilitar la medición del esfuerzo máximo es preferible utilizar llaves con puntero de arrastre.

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La llave de torsión debe ser calibrada periódicamente y siempre que por accidente sufriera algún impacto o cuando exceda la capacidad máxima durante la prueba. 6.2.1.11 Equipos de campo. La composición del equipo de campo deberá seguir las mismas recomendaciones propuesto por las especificaciones Brasileñas del manual Productos y Procedimientos ABEF es decir, el campo de estudio deber tener al menos un auxiliar, un ayudante, entre otros, todo supervisado por un geólogo o ingeniero geotécnico. Perforador: debe ser geólogo y/o ingeniero para realizar la prueba geotécnica para la medición de torque, además de conocer cómo elegir la llave de torsión más apropiada para cada ensayo. Es su responsabilidad leer el esfuerzo durante la ensayo. Ayudante: oficial en formación que debe ayudar en todos los pasos de la prueba. 6.2.1.12 Prueba de ejecución. Conforme a la aplicación de la prueba SPT- T, se considera lo siguiente: Prueba de SPT –T: para calcular la longitud de las barras de tal manera que después de prensar y acoplar la llave de torsión este a la altura del operador del abdomen facilite la lectura del medidor. Aunque a primera vista esto puede parecer de control depende del tamaño del operador durante la prueba. Después de clavar el muestreador se suma el número de golpes para obtener el valor N y anotar en el informe del trabajo de campo. El operador elige la llave de esfuerzo que tenga la capacidad más adecuada. Mientras tanto el ayudante coloca el disco centrado en el conjunto de las barras y comprueba si no hay ranuras donde hay contacto con la varilla. Se recomienda grasa para la colocación así con el objetivo de disminuir la fricción entre el disco centralizador y la varilla. El asistente aplica el esfuerzo de torsión y el perforador observa la pantalla analógica. La rotación debe realizarse con comodidad del operador, se propone que la rotación se realiza en una velocidad de 5 r.p.m... El perforador dice en voz alta el valor de esfuerzo máximo y continúa leyendo la reloj con el fin de observar el momento de la lectura de la torsión sea constante, esta lectura coincide con el esfuerzo de torsión residual. En ese mismo instante el auxiliar escribe en el informe del campo el número correspondiente al esfuerzo máximo. La Helper sigue girando sin interrupciones. Se obtiene el esfuerzo de

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torsión residual cuando completa dos vueltas con la llave de torsión aun moviéndose. Al terminar la lectura deben escribir los valores de los esfuerzos máximos y residuales en el informe. El ayudante debe retirar la llave de torsión y guardarlo en una caja en la sombra, luego dar continuar con el ensayo SPT. Esta operación debe repetirse cada metro.

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7. CORRELACIONES ENTRE LOS PARÁMETROS 7.1 COMPARACIÓN ENSAYO SPT (STANDARD PENETRATION TEST), ENSAYO VELETA Y ENSAYO DE SPT-T (STANDARD PENETRATION TEST –TORQUE) En el siguiente cuadro se hace una comparación entre el ensayo de veleta y el ensayo SPT, este cuadro se analizara con los parámetros de Mohr-Coulomb y SPT-T. Viendo así que parámetros se relacionan entre los tres ensayos y el modelo de Mohr-Coulomb. Cuadro 1. Comparación entre ensayo de veleta, SPT y SPT-T.

ENSAYO DE VELETA ENSAYO SPT

(standard penetration test)

El procedimiento consiste en colocar una veleta de cuatro hojas dentro del suelo inalterado, y en girarla desde la superficie para determinar la fuerza de torsión necesaria para lograr que una superficie cilíndrica sea cortada por la veleta16. Se emplea básicamente para suelos compuestos de arcillas saturadas sin fisuras y limos saturados (suelos cohesivos blandos y saturados)., pero no suelos fisurados o secuencias de microestratos. Determina el parámetro de

resistencia al corte no drenado de un suelo. Una venta es que puede ser aplicado directamente en campo evitando el transporte de la muestra de suelo. Los ensayos de veleta pueden realizarse en el fondo de excavaciones pre-perforadas o empujando la veleta en el suelo desde la superficie hasta la profundidad requerida. Pero es difícil de realizar en suelos residuales (poseen un comportamiento complejo al cortante y es difícil obtener unos parámetros de

El procedimiento consiste en hincar un toma muestras partido de 18" (45cm) de largo colocado al extremo de una varilla AW, por medio de un peso martillo de 140lb (63.5kg) que se deja caer libremente desde una altura de 30" (76cm), anotando los golpes necesarios para penetrar cada 6" (15cm).17 Se emplea básicamente en suelos arenosos y arcillas blandas, no es recomendable llevarlo a cabo en depósitos de grava, roca o arcilla consolidada, debido a los daños que podría sufrir el equipo de perforación al introducirlo dentro de dichos estratos. Correlación entre el número de golpes, N, medido y la compacidad, y Angulo

de fricción y la resistencia a la comprensión simple por medio de tablas o ábacos ya existentes.18 La rigidez del suelo se mantiene constante con la profundidad o lo que es lo mismo con los niveles de tensiones que le induce la tapada.19 El procedimiento consiste en hincar un toma muestras partido de 18" (45cm) de largo colocado al extremo de una varilla AW, por medio de un peso martillo de 140lb

16 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Ensayo de corte sobre suelos cohesivos en el terreno usando la veleta: I.N.V. E - 170 - 07. [En línea]. Disponible en Internet: <ftp://ftp.unicauca.edu.co/Facultades/FIC/IngCivil/Especificaciones_Normas_INV-07/Normas/Norma%20INV%20E-170-07.pdf>. [Citado: 18, mar., 2014].

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ENSAYO DE VELETA ENSAYO SPT

(standard penetration test)

resistencia que sean confiables para los análisis de estabilidad).*

(63.5kg) que se deja caer libremente desde una altura de 30" (76cm), anotando los golpes necesarios para penetrar cada 6" (15cm).20 En la superficie se genera una fuerza de torsión necesaria para hallar la resistencia del suelo empleada por el torcometro. Se emplea básicamente en suelos de ambiente tropical como las arcillas, arenas y limos, no es recomendable llevarlo a cabo en depósitos de grava, roca o arcilla consolidada, debido a los daños que podría sufrir el equipo de perforación al introducirlo dentro de dichos estratos. Correlación entre el número de golpes N y el esfuerzo de torsión generado por el Torcometro T. Al realizar este ensayo, el costo económico en comparación con el ensayo SPT y el ensayo VST, se verá reducido debido a que simplifica los procedimientos para la obtención de los parámetros de cohesión no

drenada del suelo y el ángulo de

fricción ().

Fuente: Autores.

17 ASTM INTERNATIONAL. Standard Test Method for Standard Penetration Test (SPT) and Split-Barrel Sampling of Soils: ASTM D 1586. New York: ASTM, 1996. p. 4. 18 UNIVERSIDAD DEL CAUCA. Facultad de Ingenieria Civil. Departamento de Geotecnia. Ensayo de penetracion estandar (SPT). Popayán: Unicauca, 2006. p. 39. 19 LEONI, Augusto J. Investigaciones geotécnicas. La Plata (Argentina): Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://www.ing.unlp.edu.ar/constr/g1/Capitulo%207%20Investigaciones%20geotecnicas.pdf>. [Citado: 18, mar., 2014]. * Esfuerzo y resistencia al cortante 20 ASTM INTERNATIONAL. Op. cit., p. 6.

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8. CONCLUSIONES A través del número de estudios en los últimos años es evidente el interés de la comunidad geotécnica para el uso de la prueba SPT-T, pero es necesario realizar más investigaciones que permitan un buen desarrollo del ensayo, promoviendo la investigación de nuevos ensayos in situ en suelo colombiano. Mediante el estado del arte generado se fundamentó la primera fase de la investigación relacionada con la implementación de este tipo de ensayo en suelos de ambiente tropical. Se logró evidenciar los parámetros de resistencia del suelo que pueden ser obtenidos del ensayo SPT –T. Debido a la poca información que se encuentra sobre el ensayo SPT – T, se incentivo a la investigación de nuevos ensayos in situ, dejando así los primeros datos de referencia en nuestro país El ensayo SPT-T ayuda a reducir los costos y procedimientos para la obtención de los parámetros de resistencia del suelo, debido a que este implementa la combinación de dos ensayos in situ convencionales como lo son el SPT (estándar) y veleta. Durante la historia de la aplicación del ensayo SPT (estándar) se ha observado diversas modificaciones realizadas por diferentes autores. Debido a esto se pretende normalizar y estandarizar de manera universal un nuevo ensayo in situ que permita hallar los parámetros de resistencia del suelo en climas tropicales.

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ESTADO DEL ARTE DEL USO DEL ENSAYO SPT-T … · ADHESIÓN-FRICCIÓN DEL SUELO – MUESTREADOR: consiste en la fuerza de fricción lateral entre el suelo y muestreador obteniéndose