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PRUEBA DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR
“Las propiedades de los materiales de
fundación no pueden ser especificadas,
tienen que ser deducidas mediante
exploración.” i
Objetivos típicos de una exploración
Determinar la ubicación y espesor de
los estratos de suelo.
Ubicar la napa de agua.
Determinar la profundidad de la roca
basal y sus características
Obtención de muestras para su
posterior caracterización.
Llevar a cabo ensayos en terreno y/o
en el laboratorio para estimar
propiedades de los distintos estratos
de suelo.
Definir problemas especiales que
puedan generarse durante o después
de la construcción.
La magnitud de la exploración
depende del tipo de proyecto.
Etapas típicas de una exploración
Estudio preliminar: Por lo general el
primer paso en la obtención de
información consiste en revisar
material ya publicado. Estos datos
permiten a menudo reducir la
extensión de la exploración
Reconocimiento del terreno: Consiste
en recorrer el sitio y evaluar
visualmente las condiciones locales.
Exploración: El objetivo es obtener el
perfil de subsuelo, tomar muestras de
suelo, realizar ensayos in-situ para
estimar parámetros de los materiales,
y determinar la profundidad de la roca
basal y el nivel freático si es
necesario. En exploraciones de poca
profundidad se recurre a calicatas y/o
zanjas; En exploraciones más
profundas se realizan perforaciones
Ensayos de laboratorio.
Interpretación y análisis.
Ensayos en terreno (In-situ)
Se utilizan cuando es difícil obtener
muestras inalteradas, en arenas por
ejemplo. Sirven para estimar propiedades
y parámetros del suelo.
Ensayos típicos en terreno son:
Ensayo de penetración estándar (SPT)
Ensayo de penetración de cono (CPT)
Placa de carga
Ensayo de corte in-situ (Vane shear
tests, VST)
Presiómetro
Dilatómetro
ENSAYO DE PENETRACIÓN
ESTÁNDAR (SPT)
El Ensayo de Penetración Estándar (spt,
del inglés, standard penetration test) nace
en el año 1927, desarrollado por un
sondista de la Raymond Concrete Pile
Co., quien propuso a Terzaghi
contabilizar el número de golpes
necesarios para hincar 1 pie (≈30 cm) el
tomamuestras que solía utilizar para
obtener muestras en terrenos sin cohesión
(arenas).
El ensayo de penetración estándar, es un
tipo de prueba de penetración dinámica,
empleada para ensayar terrenos en los que
queremos realizar un reconocimiento
geotécnico.
Constituye el ensayo o prueba más
utilizada en la realización de sondeos, y
se realiza en el fondo de la perforación.
Consiste en medir el número de golpes
necesario para que se introduzca una
determinada profundidad una cuchara
(cilíndrica y hueca) muy robusta
(diámetro exterior de 51 milímetros e
interior de 35 milímetros, lo que supone
una relación de áreas superior a 100), que
permite tomar una muestra, naturalmente
alterada, en su interior. El peso de la masa
está normalizado, así como la altura de
caída libre, siendo de 63'5 kilopondios y
76 centímetros respectivamente.
Su objetivo es el de obtener muestras
representativas del suelo para fines de
identificación y ejecución de ensayos en
laboratorio, además de medir la
resistencia a la penetración de la cuchara
normal de muestreo. Este ensayo se
utiliza para estimar parámetros como la
densidad relativa, ángulo de fricción y
Figura 1-1
Muestreador de tubo partido
cohesión. La muestra sin embargo es
alterada.
Su utilización no se limita a suelos
granulares, el ensayo también puede
ejecutarse en arcillas y rocas suaves.
Principio Y Realización Del Ensayo
De forma resumida, la realización del
ensayo es la siguiente (ver esquema en la
Figura 1- 1)
1. Se ejecuta un taladro hasta la cota
deseada y en el fondo del mismo se
introduce un tomamuestras de
dimensiones estándar (Figura 1-2) que
consta de tres elementos: zapata, tubo
bipartido y cabeza de acoplamiento
con el varillaje.
2. iiSe hinca el tomamuestras en el
terreno 60 cm, contando en número de
golpes necesarios para hincar tramos
de 15 centímetros. La hinca se realiza
mediante una maza de 63,5 kg (140
libras) que cae desde una altura de 76
cm (30 pulgadas) en una cabeza de
golpeo o yunque, lo que corresponde
a un trabajo teórico de 0,5 kJ por
golpe.
La lectura del golpeo del primer y último
tramo no se tiene en cuenta, por posible
alteración del suelo o derrumbes de las
paredes del sondeo en el primer caso y
por posible sobrecompactación en el
segundo.
Los valores de golpeo de los tramos
centrales de 15 cm sumados conducen al
parámetro N30spt o Nspt, denominado
también resistencia a la penetración
estándar.
Cuando el terreno es muy resistente se
detiene la prueba para un determinado
número de golpes (rechazo, R), anotando
la penetración realizada. Por ejemplo la
norma ASTM D1586-84 indica que la
prueba se puede dar por finalizada:
1. Cuando se aplican 50 golpes para un
tramo de 15 cm.
2. Cuando se aplican 100 golpes en total.
Figura 1-2: Tomamuestras o cuchara SPT. UNE 103-800-92 - ASTM D 1586/84
3. Cuando no se observa penetración
alguna para 10 golpesiii.
El tomamuestras permite por otro lado
recoger una muestra alterada del suelo
que posibilita su identificación.
Normalmente esta muestra se introduce
en un recipiente o bolsa en los que se
indican en una etiqueta, además de los
datos de la obra, sondeo, profundidad,
fecha, etc., los valores de golpeo
obtenidos, por ejemplo:
5/7/6/8
12 / 13 / 21 / R: 50/5 cm
El valor del parámetro Nspt será 7+6 = 13
en el primer caso y 13+21 = 34 en el
segundo. Asimismo, para este segundo
ejemplo se ha llegado al rechazo (50
golpes en un tramo de 15 cm) habiendo
penetrado sólo 5 centímetros.
Aplicabilidad De La Prueba
El ensayo SPT es por naturaleza simple y
puede ser intercalado con facilidad en
cualquier sondeo de reconocimiento.
Puede ejecutarse en casi cualquier tipo de
suelo, incluso en rocas blandas o
meteorizadas.
Los resultados de la prueba, difundida
ampliamente en todo el mundo, se
correlacionan empíricamente con las
propiedades específicas in situ del
terreno.
La gran mayoría de datos y correlaciones
corresponden a terrenos arenosos. La
presencia de gravas complica la
interpretación, cuando no impide su
realización.
En resumen, el ensayo resulta apropiado
para terrenos en los que predomina la
fracción arena, con reserva tanto mayor
cuanto mayor es la proporción de la
fracción limo-arcilla o de fracción grava.
Factores Del Sistema Que Afectan El
Resultado
1. Preparación del Sondeo
Una cuidadosa preparación del sondeo es
fundamental para garantizar la
representatividad del ensayo. El sondeo
debe realizarse de forma tal que sus
paredes se mantengan estables para lo
cual en muchas ocasiones es necesario
entubarlo utilizando tubería de
revestimiento o agregando lodos
bentoníticos al fluido de perforación.
2. Longitud del Varillaje y Diámetro del
Sondeo
La longitud del varillaje incide en el
hecho de que el peso del elemento
percutido aumenta con la profundidad al
añadir varillaje suplementario.
La relación Masa Percutiente / Masa
Percutida disminuye con la profundidad
del ensayo.
Se recomiendan la siguiente corrección de
los valores Nspt cuando se ensaya a más de
20 metros de profundidad:
N = N'- (1,06 - 0,003 l)
donde N' es el valor obtenido de Nspt y
‘l’ la longitud del varillaje en metros.
3. Dispositivo de Golpeo
El dispositivo de golpeo afecta de forma
rotunda el rendimiento de la energía
liberada en el golpe, puede darse por:
Equipos producidos por diferentes
fabricantes
El control de la altura de caída
Si hay o no revestimiento interno en
el tomamuestras
El diámetro de perforación.
4. Normalización por el Sistema de
Hinca
Los factores de variabilidad dependientes
de los distintos sistemas de hinca, se
pueden tente en cuenta:
1. Siguiendo el procedimiento de
referencia que definen exactamente
las características geométricas de
todo el sistema (maza, yunque,
varillaje, tomamuestras).
Especificaciones recogidas en casi todas
las normativas modernas. Con este
dispositivo se obtiene un valor medio del
rendimiento ERi próximo o ligeramente
superior al 60% (Cestari, 1990).
2. Midiendo el rendimiento del sistema
ERim, se determina el valor de N
referido a un rendimiento de
referencia del 60%:
Correcciones De Nspt
Existen otros factores, independientes del
propio sistema, que influencian el valor
de Nspt.
Figura 1-4 martillos automáticos mecánicos
1. Corrección por nivel freático
En arenas gruesas o con gravas, la
saturación del terreno no afecta los
resultados; en arenas finas y limos bajo el
nivel freático, Terzaghi y Peck
recomiendan corregir el valor obtenido, si
N>15, por la relación:
N=15+N ´−152
que traduce el debilitamiento de la
resistencia al corte bajo el efecto de las
presiones intersticiales en exceso que se
generan en el momento del golpeo.
2. Normalización por la Presión de
Confinamiento
El valor de N está influenciado por las
sobrecargas debidas al peso de las tierrasiv
y se puede normalizar refiriéndolo a un
valor unitario de la presión vertical
efectiva
σ ‘ v 0=1kp /cm2a fin de comparar
ensayos realizados a diferentes
profundidades:
N1 = CN ∗ N
donde CN es el coeficiente de corrección,
función de σ‘v0.
Ventajas de la Prueba de Penetración
Estándar
Sencillo y de bajo costo
Funciona en muchos tipos de suelo
Se puede utilizar en rocas blandas
Disponible en todo el mundo
Desventajas de la Prueba de
Penetración Estándar
Muestra alterada (Solo para
caracterización)
Número muy crudo para el análisis
No aplicable en arcillas blandas y
limos
Variabilidad e incertidumbre
i(Charles Dowding, 1979)
ii En suelos con gravas suele sustituirse la zapata por una puntaza cónica de 60o,maciza (“puntaza ciega”).
iii En estos casos resulta prudente insistir en el golpeo pues bien podría tratarse de un bolo o grava gruesa.
iv (Gibbs y Holtz, 1957)
