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spt
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ASIGNATURA
INGENIERÍA DE FUNDACIONES
POR
MARISOL SIERRA MARIN
BLADIMIR ZAPATA LOPEZ
ALEXANDER BEDOYA BUSTAMANTE
TRABAJO EXPOSICION
TEMA: SPT-T
DOCENTE
INGENIERO MANUEL BUILES BRAND
MEDELLÍN
AGOSTO DE 2015
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)
Standard Penetration Test
DESCRIPCIÓN:
Las pruebas de campo adquieren una gran importancia en los suelos muy
susceptibles a la perturbación y cuando las condiciones del terreno varían en
sentido horizontal y vertical. El método de prueba in situ más ampliamente
utilizado es el de penetración.
El SPT (standard Penetration test) o ensayo de penetración estándar, es un
tipo de prueba de penetración dinámica, que es empleado para realizar
ensayos en terrenos que se requiere realizar un reconocimiento geotécnico.
OBJETIVOS DEL ENSAYO S.P.T:
-Determinar la Compacidad y la Capacidad de Soporte del suelo no cohesivo -
Tomar muestras representativas del suelo -Hallar correlación entre:
El número de golpes, N, medido y la compacidad y la resistencia a la
compresión simple por medio de tablas o ábacos ya existentes
PRINCIPIO DEL ENSAYO:
El ensayo SPT se realiza en el interior de sondeos durante la perforación,
consiste básicamente en contar el número de golpes (N) que se necesitan
para introducir dentro de un estrato de suelo, un toma muestras (cuchara
partida hueca y cilíndrica) de 30 cm de largo, diámetro exterior de 51mm e
interior 35mm, que permite realizar tomas de muestra naturalmente
alterada en su interior, a diferentes profundidades (generalmente con
variación de metro en metro). El peso de la masa esta normalizado, así como
la altura de caída libre, siendo éstos respectivamente 63.5 kg y 76.2 cm.
DONDE SE REALIZA:
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.
EQUIPO:
Pesa 63.5 kg con una altura de caída de 76.2 cm
Barras y brazos de perforación tubería de alto impacto AW
Toma muestra o tubo partido con las siguientes dimensiones:
o Largo: 50 cm
o Diámetro exterior: 51 mm
o Diámetro interior: 35 mm
o Peso total 70N (16 lb.)
Trípode de carga
Flexómetro
Bolsas plásticas
Tarjetas de identificación
PROCEDIMIENTO:
El método de Penetración Estándar es el más ampliamente usado para la
exploración de suelos, y comprende dos etapas:
EL SONDEO:
Consiste en hacer una perforación con barreno, inyección de agua o sondeo
rotatorio usando un taladro con movimientos de rotación de alta velocidad y
circulando agua para extraer los detritos. En los suelos firmes el sondaje se
mantiene abierto por la acción del arco del suelo; en las arcillas blandas y en
las arenas situadas debajo del nivel freático, el sondaje se mantiene abierto
hincando un tubo de acero (tubo de entibado o camisa).
Penetrómetro en el barreno utilizado como camisa de revestimiento
EL MUESTREO:
Se realiza el sondeo hasta la profundidad establecida, y a continuación se
lleva al fondo de dicha perforación una cuchara normalizada que se hinca 15
cm (6’’) en la capa a reconocer, a fin de eliminar la zona superficial
parcialmente alterada, por efectos del procedimiento utilizado durante la
ejecución del sondaje.
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 30 cm (12’’).
Utilizando la pesa de 63.5 kg con una altura de caída de 76.2 cm. Entonces el
parámetro medido será: N=N1+N2, donde:
N1: Es el número de golpes necesarios para hundir él toma muestras 15cm.
N2: Es el número de golpes que se necesita para hundir los 15 cm. restantes
del toma muestras.
Si por algún motivo el número de golpes necesarios para hincar cualquier
intervalo de 15 cm es superior a 50, entonces el resultado del ensayo deja de
ser la suma que se indica anteriormente para convertirse en RECHAZO,
teniéndose que anotar la longitud hincada en el tramo en el cuál se han
alcanzado los 50 golpes. El ensayo se da por finalizado cuando se alcanza este
valor.
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).
Las muestras recuperadas en el penetrómetro que mantienen su forma
cilíndrica pueden ser usadas para pruebas de compresión sin confinamiento.
Se recomienda que las muestras recuperadas del suelo se introduzcan en
unos recipientes herméticos, en los que se fijaran unas etiquetas donde
mencionen: localización, denominación del sondeo, fecha, numero de
muestra, profundidad de ensayo, resistencia a la compresión del terreno.
CALCULOS:
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 sumando los valores de
N1 + N2, entonces:
N=N1+N2
Donde:
N1: Número de golpes necesarios para hincar él toma-muestras 15cm.
N2: Número de golpes necesarios para hincar él toma-muestras otros 15 cm.
A partir del N del ensayo S.P.T. se pueden determinar la Resistencia a
la Penetración y la Presión Admisible.
-Resistencia a la Penetración:
-Presión Admisible:
-En nuestra práctica el valor de la resistencia a la compresión simple qu es:
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:
INFLUENCIA DEL NIVEL FREATICO:
La cuchara normalizada, puede variar en la arena fina, según la situación del
nivel freático.
Si llamamos N’ al número de golpes registrados en un ensayo realizado por
debajo del nivel freático, el valor equivalente N que debe considerarse en el
cálculo que está dado por la expresión siguiente debida a Terzaghi y Peck.
CAUSAS DEL ERROR:
Es evidente que las relaciones anteriormente señaladas solamente son
aproximadas. En efecto, pueden influir en los valores de N muchos factores y
particularmente:
El estado de la superficie inferior y exterior de la cuchara, que si están
oxidadas o abolladas pueden modificar considerablemente el
rozamiento en las capas atravesadas.
La posición del nivel freático respecto del ensayo.
La forma y la superficie de los orificios o ventanas de expulsión del
agua.
La posición relativa del fondo del taladro con respecto al límite inferior
del entubado al comienzo de la hinca.
El tiempo transcurrido entre la perforación del taladro y la ejecución
del ensayo SPT propiamente dicho.
Por último, la flexibilidad del varillaje que absorbe una parte de la
energía. En el caso de sondeos muy profundos, Camnefort ha
propuesto eliminar este inconveniente utilizando en la hinca una
destiladora.
Entre los factores importantes que pueden afectar a los resultados del SPT,
Fletcher señala además:
La variación de altura de caída de la maza.
El empleo de varillaje más pesado que el previsto.
La elevada longitud de varillaje (por encima de 15 cm.).
La caída libre de la masa obstaculizada por cualquier causa.
El descuido en el número de golpes o en la medida de la penetración.
Es fundamental no sobre valorar la significación del calificativo Standard.
Efectivamente, las características de los aparatos no son uniformes en los
distintos países, e incluso dentro de un mismo país, como en Estados Unidos
o en el Brasil, por ejemplo donde hay varios tipos de SPT.
APLICACIÓN:
Este ensayo tiene como principal utilidad la caracterización de suelos
granulares (arenas o gravas arenosas) en las que se hace muy difícil o
imposible obtener muestras inalteradas para los ensayos en el laboratorio.
El valor de los golpes obtenidos en un ensayo de penetración es un dato
indicativo de la consistencia que posee un terreno susceptible de su
utilización para la caracterización o diseño geotécnico.
Cuando el terreno que se estudia es grava, la cuchara no puede hincarse en
el terreno, pues se dobla, por lo que usualmente su sustituye por una punta
maciza de la misma sección (no normalizada). Por ende en éste caso el
ensayo no proporciona muestra y el golpeteo que se obtiene debe corregirse
dividiendo por un factor que se considera del orden de 1.5.
La frecuencia habitual para la realización del SPT a lo largo del sondeo es de
un ensayo de 2 a 5 metros, o incluso mayor, en función de las características
del terreno.
VENTAJAS
Se obtiene suelo y un número.
Sencillo y de bajo costo.
Funciona en muchos tipos de suelo.
Se puede utilizar en rocas blandas.
Disponible en todo el mundo
DESVENTAJAS
Muestra alterada (solo para caracterización)
Número muy crudo para el análisis.
No aplicable en arcillas blandas y limos.
Variabilidad e incertidumbre.
EJEMPLO
Con los siguientes datos obtenidos de un ensayo S.P.T., determinar:
-El número de golpes N
-La resistencia a la penetración
-La presión admisible del suelo y el grado de compacidad.
Con los valores de N obtenidos del S.P.T. obtengo un diagrama
graficando dichos valores y uniendo los puntos que estos generan con
líneas.
En el diagrama, podemos observar que existen dos partes diferentes
bien definidas. A partir de esta consideración existen dos estratos,
cada uno con diferente grado de compacidad. El N promedio para cada
estrato es precisamente el promedio de los diferentes valores de N
obtenidos para cada profundidad.
Seguidamente determinar el Grado de Compacidad de cada estrato
mediante la tabla que corresponde a la relación existente entre este
parámetro y el N del S.P.T
La resistencia a la penetración se puede calcular como se mencionó
anteriormente, con la siguiente expresión:
Finalmente obtenemos la Presión Admisible, que se puede calcular
mediante la expresión anteriormente mencionada:
CONCLUSIONES
El ensayo de penetración estándar es una herramienta útil y practica para
determinar la capacidad de soporte del suelo. La capacidad de soporte es
utilizada en el dimensionamiento de los cimientos de una estructura. Además
de obtener la capacidad de soporte, el ensayo permite obtener muestras de
suelos para la realización de otros ensayos que permiten cuantificar la
propiedad índice y de resistencia de un suelo.
En el Ensayo de Penetración Estándar, las causas de error que son
considerablemente más importantes que aquellos inherentes en el ensayo
mismo son los que ocurren debido a un manejo inapropiado de las
herramientas y el equipo al realizar el sondeo.
Se llega a la conclusión de que se pudo cumplir satisfactoriamente con el
objetivo pretendido que era aprender un método sencillo para determinar la
resistencia de un suelo a la penetración expresada por el número de golpes
necesarios para penetrar 30 cm.
En el ensayo SPT tiene la ventaja de proporcionar además la información de
la naturaleza de las capas atravesadas gracias a la muestra que se extrae.
Para cada tipo de suelo el número de golpes es distinto puesto que se debe a
los asentamientos de muchos años (compacidad).
EMNSAYO SPT-T
Standard Penetration Test con torque
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.
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.
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.
El modelo constitutivo Mohr-Coulomb es considerado 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)
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.
Figura 3. Superficie de fluencia de Mohr-Coulomb.
BIBLIOGRAFIA
Normas ASTM D1586 y AASHTO T206.
Manual de ensayo de materiales (EM 2000)- MTC.
Guía de cimentaciones en obras de carretera, Dirección General de
Carreteras, España.
Ángel Muelas Rodríguez- Manual de Mecánica del Suelo y Cimentaciones.
Juárez Badillo y otros. Mecánica de Suelos. Ed.Limusa in situ.
