MECÁNICA DE SUELOS II AYUDANTÍA N°1 - 1°S 2013 (EXPLORACIONES Y ENSAYO SPT)

Prof.: José Campaña Z. Ayud.: A.S. Bezmalinovic

RESÚMEN

1. CALICATAS Excavación abierta mediante métodos mecánicos/manuales. Profundidad máxima z = 4-5m. Para todo tipo de suelo (cohesivos principalmente). Muestras alteradas o inalteradas (congelamiento). Bajo costo (c/r a sondajes). Expedita realización. Visualización directa de estratigrafía. Variaciones litológicas (color, olor, origen), estructura,

discontinuidades, etc. Evaluación cualitativa de compacidad (s. granulares) y consistencia (s. finos). La presencia de NF limita su utilidad.

2. SONDAJES Perforación sobre el terreno mediante medios manuales/mecánicos. De pequeño diámetro y gran

profundidad. Recomendado para z > 15m. Reconocimiento del terreno bajo nivel de NF. Atravesar manto rocoso o suelos muy duros. Permite la obtención de testigos (alterados) y realización de ensayos in-situ en el interior.

A rotación:

Máquina de perforación con trépano (cabeza de perforación, ej: Tricono). Trépano↔tubo muestreador, posibilitando la extracción de testigos.

Estabilización de paredes y recortes a superficie utilizando Lodo Bentonítico.

Para todo tipo de suelo, incluso roca. Tipo Auger:

Barrena Helicoidal con varillaje interior↔muestreador (testigos). Perforación mediante rotación.

Aplicabilidad a suelos finos principalmente.

A Percusión:

Tubo de acero es hincado al suelo mediante golpeteo periódico de una masa de 120kg que cae desde altura de 1m.

Permite realizarse junto a ensayos SPT y evaluar Compacidad del terreno.

Aplicabilidad a todo tipo de suelo, sin bolones importantes.

Buen muestreo (directo). Aire Reverso:

Aire/ agua ingresa a alta velocidad por un sistema interno de doble pared, perimitiendo recuperación de cuttings y evitando contaminación común en sistemas de percusión/rotación.

Extracciones suelen destinarse para análisis químicos y al estudio litológico, mineralógico, RQD, etc. Martillo de Fondo:

Mediante aire comprimido, se transmite energía cinética a un martillo de perforación. Evacuación de detritus por aire inyectado.

No recomendado en suelos muy fracturados o de alto NF.

3. ENSAYO SPT Barra normalizada impactada a golpes contra el terreno. NSPT=N2+N3: n° de golpes para penetrar 30cm (1pie). Ni: n° de golpes para penetrar 15cm (lectura 'i'). (N1)E: n° de golpes/pie normalizado a S.C equivalente de 1kg/cm2 y porcentual 'E' de energía teórica. Terminado el ensayo, es posible la extracción de muestra alterada.

Correlaciones:

Densidad relativa (Dr).

Razón de presonsolidación (OCR).

Ángulo de fricción interna (υ).

Resistencia al corte no-drenado (Su).

Resistencia al corte cíclica (τCICL).

Capacidad última de pilotes (Pu) y de fuste (fs).

Módulos de corte máximo (G0) y deformación (Es).

Capacidad de soporte admisible (qadm) del terreno.

Velocidad de ondas S, de corte (Vs).

Factores de corrección:

1 2 3 4 5SPT NEN N C

o CN ← Normalización de sobrecarga a 1kg/cm2. o η 2 ← Longitud de barras. o η 3 ← Tipo muestreador. o η 4 ← Diámetro perforación. o η 5 ← Ensayo bajo NF (ya no se utiliza).

Ejercicio 1. Se realiza un ensayo SPT en un depósito de arena saturado, cuyos resultados se muestran en la tabla

adjunta. Mediante el uso de correlaciones, se pide determinar lo siguiente:

Perfil de densidades relativas (Skempton). Perfil de ángulos de fricción interna (Japanese Railway Standard, caso puentes). Perfil de módulos de deformación.

Nota: (Asumir lo siguiente) Energía entregada por el equipo corresponde al 50% de la teórica.

η 2= η 3= η 4= η 5=1.0 γsat=2ton/m

3

Use corrección de Ishihara para determinar CN.

¿Qué recomendaría Ud. para validar los resultados obtenidos mediante correlaciones? Explique.

Ejercicio 2.

En un depósito de arena limosa se realiza una campaña de exploraciones consistente en: 1 sondaje con medición de SPT, calicata a 3m de profundidad (entibada) y mediciones de densidad in-situ superficiales. Si el sello de fundación de la obra de ubica a la cota -9, determinar para ese nivel: la densidad relativa, el án- gulo de fricción interna y el módulo de deformación estimado para efectos de diseño.

Sondaje S-1

emáx=0.943 emin=0.233 Gs=2.7

z(m) NSPT

0-1 4

1-2 6

2-3 8

3-5 10

5-7 12

7-10 12

10-13 18

13-18 20

18-23 25

23-28 28

28-33 33

Z(m) NSPT

1 4

2 6

3 8

4 9

5 10

6 12

7 12

Calicata C- 1

Z(m) e υ(°)

1 0.421 33

3 0.393 32

Solución ejercicio 1:

' *;v sat w z ' 2

'

1,7[kg/cm ]

0,7N v

v

C

1/2

1 '70

'[kPa];

32 0,288v

v

NDR

1/2

1 7018 15;N 55250 15SE N (Arena saturada)

Solución ejercicio 2:

1m

3m

2,71,90

1 0,421;

2,711,94

1 0,421

d z

Sd

d z

G

e

Se elije: 31,90 1,941,92[ton/m ]

2d

2,7 0,120,796 ( 80%)

S

S ew S

G e

, con:

0,421 0,3930,407

2e

(S<100%)

31 1,92 1 0,12 2,15[ton/m ]d w

Considerando 60SPTN N , CN (Ishihara), DR (Skempton, COCR=1), υ (J.R.S, edificios) y ES (A.N.C):

Calibrando los datos del SPT versus los de S-1, se estiman gráficamente propiedades para z=-9m:

DR~45%; υ~32°; ES~15000kPa

Z(m) Z*(m) Nspt=N50 σv' (ton/m2) σv' (kg/cm2) CN (N1)50 (N1)70 σv' (kPa) DR(%) υ (deg) N55 ES (kPa)

0-1 0,5 4 0,5 0,05 2,27 9 6 4,9 44,03 26 4 4659

1-2 1,5 6 1,5 0,15 2,00 12 9 14,7 48,63 27 5 5114

2-3 2,5 8 2,5 0,25 1,79 14 10 24,5 51,16 29 7 5568

3-5 4 10 4 0,4 1,55 15 11 39,2 50,49 29 9 6023

5-7 6 12 6 0,6 1,31 16 11 58,9 47,85 29 11 6477

7-10 8,5 12 8,5 0,85 1,10 13 9 83,4 40,97 28 11 6477

10-13 11,5 18 11,5 1,15 0,92 17 12 112,8 42,80 30 16 7841

13-18 15,5 20 15,5 1,55 0,76 15 11 152,1 37,74 29 18 8295

18-23 20,5 25 20,5 2,05 0,62 15 11 201,1 35,04 29 23 9432

23-28 25,5 28 25,5 2,55 0,52 15 10 250,2 31,71 29 25 10114

28-33 30,5 33 30,5 3,05 0,45 15 11 299,2 30,07 29 30 11250

Z(m) Nspt=N60 σv' (ton/m2) σv' (kg/cm2) CN (N1)60 (N1)70 σv' (kPa) DR(%) υ (deg) N55 ES (kPa)

1 4 2,15 0,215 1,86 7 6 21,1 40,90 29 4 9682

2 6 4,3 0,43 1,50 9 8 42,2 41,86 30 7 10773

3 8 6,45 0,645 1,26 10 9 63,3 41,54 30 9 11864

4 9 8,6 0,86 1,09 10 8 84,4 38,64 30 10 12409

5 10 10,75 1,075 0,96 10 8 105,5 36,28 30 11 12955

6 12 12,9 1,29 0,85 10 9 126,5 35,83 30 13 14045

7 12 15,05 1,505 0,77 9 8 147,6 32,62 30 13 14045