Standard Penetration Test (SPT)_final

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Standard penetration test (SPT) ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR

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Standard penetration

test (SPT)

ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR

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Una de las ventajas de la prueba es que se lleva a cabo en pozos de exploración de rutina de diámetros variables, no hay necesidad de traer un equipo especial para el

sitio.

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PR

UE

BA

DE

PE

NE

TR

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ION

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ST

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DA

R (

ST

P)

La prueba de penetración estándar se introdujo en 1947

SPT inicialmente surgió de objetivo de obtener informacion por medios

economicos

La prueba aún no está totalmente normalizado

El SPT proporciona un método simple, no sofisticado

Las diferencias en equipo y procedimiento de la prueba hacen

variable el valor SPT N.

La prueba tiene suficiente versatilidad que puede proporcionar información

sobre suelo.

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Prueba de exploración genera un indicador de la densidad y compresibilidad

de los suelos granulares.

la consistencia de los suelos cohesivos rígidos o pedregosos y rocas débiles.

Estimación del potencial de licuación de suelos granulares saturados para el

diseño en sismo se basa a menudo en estas pruebas. Métodos de diseño

disponibles tanto para cimentaciones superficiales y profundas dependen en

gran medida en los resultados del SPT.

EVOLUCION DEL STP

1947

• El periódico de Terzaghi

en una conferencia

en Texas

1948• En Mecánica de Suelos en la

Práctica de Ingeniería de

Terzaghi y Peck.

1958•ASTM

Designación D1586-84

1967•BS 1377: 1967 (Determinación de la penetración resistencia usando

el muestreador dividida barril)

1988• El

procedimiento de prueba de

referencia internacional

(ISSMFE)

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• una prueba SPT debe darse por concluido cuando cualquier incremento de 75 mm de penetración no se puede lograr después de 100 golpes o donde el total número de golpes, con exclusión de la unidad de estar, llega a 200, donde la penetración bajo el peso muerto de las barras y martillo excede 450 mm, la N valor se registra como cero.

1995 GEO

Term Contract

Specification

for SPT

• un requisito para perforar por lo menos 1 m antes de llevar a cabo un SPT un retorno a un 63,5 kg (140 lb) de peso en coche la especificación de una masa yunque entre 15 kg y 20 kg un peso especificado máximo global para el conjunto de la unidad (o viaje martillo) de 115 kg la introducción de un peso máximo de varilla de 10 kg / m la especificación de una curvatura máxima permitida para las barras dobladas, en el forma de una desviación relativa de 1/1000.

BS 1377:1990

• dimensión de la cuchara fractura controlada, sólido cono de 60 grados permite en suelos gravetly(SPT) 63.5kg de peso de buceo, con 760 mm de altura libre conducir la cabeza a pesar entre 15 y 20 kg peso total conjunto de accionamiento no superior a 115 kg varillas deben ser AW o más rígido Para agujeros más profundos que el uso de varillas 20m BW o tamiz Varillas más pesados que el 20m utilizan carreteras BW, o sitfler Carreteras Bent (relativa alcalde deflexión 1/10000 no permited)

British standard

requirements for

the SPT

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El nivel del fluido de perforación dentro

del sondaje o barrenos de eje

hueco, deberá ser mantenido al nivel o por encima del nivel freático del terreno en todo momento

durante la perforación,

remoción de varillas de perforación y

muestreo.

Proporcione una cavidad

razonablemente limpia y estable

antes de introducir el

muestreador y asegure que el

ensayo se realiza en suelo

esencialmente inalterado.

Típicamente los intervalos

seleccionados son de 5 pies

(1.5 m) o menos en estratos

homogéneos con ensayos y muestreos a

cada cambio de estrato.

PROCESO DE

PERFORACION

Se tendrá la profundidad predeterminada, se retirar

herramientas de perforación.

El muestreador baja al fondo del agujero, se hinca en el suelo con golpes de martillo en parte. Sup. De

varilla de perforación.

El numero de golpes requeridos para la

penetración del muestreador de 3 intervalos de 152.4mm

es registrado.

El numero de golpes requeridos en los dos

últimos intervalos se suman para dar el numero de

penetración estándar a esa profundidad. Llamado N

Luego se sacara el muestreador la zapata y copla se retiran también.

Finalmente se tendrá una muestra colocada en una

botella de vidrio y transportada a laboratorio.

PROCEDIMIENTO DE

MUESTREO Y ENSAYO

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La norma ASTM para el SPT se utiliza ampliamente.Unprocedimiento de prueba de referencia internacional

(IRTP). Todas las pruebas de STPs deben, idealmente, se ajustan a los elementos esenciales de la IRTP, y estos

aspectos del SPT deben ser informado cada vez que se publican los resultados del SPT.

Hay muchas variaciones en la práctica internacional SPT, que dan lugar a diferencias en las resistencias de penetración determinado de tipos de suelo similares.

Las principales variaciones se encuentran:

• En los métodos de perforación y apoyar el agujero.

• Los tamaños de los mecanismos de martillo y varilla empleada.

• También hay pequeñas variaciones en la geometría split-cuchara y el método de la prueba.

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FACTORES IMPORTANTES EN EL PROCESO DE

APLICACIÓN DEL STP.

• Procedimiento de prueba

• Unidad de estar

• Tasa de aplicación de

golpes.

• Equipo de prueba SPT

• Diseño Martillo

• Tamaño de Rod

• Diseño de Split-cuchara

• Perforación o técnica

• Método del apoyo agujero

• Método de avanzar en el

agujero

• Tamaño del orificio

Las diferencias en la técnica de perforación producen las mayores diferencias en resistencia a la penetración en suelos granulares. En este sentido, el perforador juega el papel más importante; la destreza manual y la atención

que él utiliza, mientras que el método de perforación puede tener tan gran influencia en la resistencia a la penetración como el suelo mismo.

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Se resume los efectos de la perforación, equipos de prueba y

procedimiento de prueba en la penetración

resistencia.

En suelos granulares, y la tiza, la perturbación causada por la

perforación, el uso de un cono sólido en lugar de la cuchara

Genera una gran perturbación causada por la perforación tiene el

mayor efecto, generando bajo nivel de confiabilidad de resultados.

En arcillas, perturbación de perforación es generalmente

pequeño, y por lo tanto los resultados de la SPT son relativamente

confiable.

Resultados del SPT se utilizan en los cálculos empíricos, ypor lo tanto la prueba es la base sobre la cual la experienciase transfiere de un sitio a otro, y de ingeniero a ingeniero. Esta

Sección ha demostrado que, en determinadas circunstancias, la

prueba puede ser muy afectada por factores ajenos a la

suelo.

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INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES DEL TERRENO EN RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN

La resistencia a tierra se proporciona por la fricción en el exterior y en el interior de la cuchara, y por-cojinete

del extremo. Así, el valor N los resultados de una prueba en un volumen relativamente pequeño de tierra, que

se realiza de forma dinámica y de forma intermitente, al fracaso, y más allá, en las condiciones que pueden ser

o bien sin escurrir o parcialmente drenado.

El grado de alteración de la muestra de suelo es usualmente expresado como:

Donde: 𝐴𝑅 % =

𝐷𝑜2 − 𝐷𝑖

2

𝐷𝑖2 ∗ 100

𝐴𝑅 = 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑎

𝐷𝑜2 = 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑒𝑎𝑑𝑜𝑟.

𝐷𝑖2 = 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑒𝑎𝑑𝑜𝑟.

Obs. Cuando la relación de área es de 10% o menor, la muestra se considera generalmente como inalterada.

Cuando la muestra encontrada es arena (fina debajo del nivel freatico), la obtención de muestra por medio del

penetrómetro es difícil. En tal caso se empleara un dispositivo conocido como extractor de núcleos de

resorte se coloca dentro del penetrómetro estándar.

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EL SPT EN SUELOS GRANULARES - FACTORES DE INFLUENCIA

vacío de radio: la disminución de vacío de radio aumenta

resistencia a la penetración.

tamaño medio de partícula: el aumento de la resistencia

coeficiente de uniformidad: exposición uniforme del suelo

resistencia a la penetración más baja

presión de poros: Dense dilatan suelo fino para aumentar la

resistencia a la penetración: muy floja

suelos finos pueden licuarse durante la prueba

angulosidad de partículas: angulosidad incresed da

resistencia a la penetración incresed

cementación: cementación aumenta la resistencia a la

penetración.

niveles de esfuerzos actuales:

aumento de tensión vertical da

aumento de la resistencia a la penetración

aumento de los esfuerzos horizontales

aumento de la resistencia de penetración

aumento de la edad conduce a una mayor penetracion

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La relación entre la resistencia al corte sin

drenaje de suelo cohesivo y SPT N es

controlado por un número de factores:

• Plasticidad

• Sensibilidad

• fisuración

EL SPT EN SUELOS ARCILLOSOS -

FACTORES DE INFLUENCIA

El SPT ofrece una de las pocas técnicas

mediante las cuales se puede obtener

información sobre las propiedades de masa

de rocas débiles y erosionadas.

Algunos factores de influencia en la

penetración son:

• fuerza de la roca intacta

• porosidad de la roca intacta

• espaciamiento de las articulaciones

• abertura y la estanqueidad de las

juntas

• la presencia de inclusiones duras

(tales como el pedernal o piedra

central).

Una alta porosidad permite la roca

fracturada que se hizo a un lado; una baja

resistencia hace que sea más fácil para la

cuchara de división para fracturar la roca.

EL SPT EN SUELOS ROCAS DEBILES Y

RIGIDAS- FACTORES DE INFLUENCIA

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MEDICIÓN SOBRE ENERGÍA SPT

La energía transmitida por un sistema de martillo y varilla en particular

podría afectar significativamente la resistencia a la penetración. Las

mediciones de energía se pueden hacer con el uso de un analizador de

hincado de pilotes (PDA) siguiendo la norma ASTM D4633-86.

La energía transferida al SPT

varillas E de principio t0 a t1 es:

La energía potencial sera:

𝐸𝑅𝑟 es relación entre energía que

es capturada por PDA y energía

proveniente de energía potencial

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CORRECCIÓN N , SPT PARA

PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

Las variaciones en el procedimiento de prueba pueden ser al

menos parcialmente compensado por la conversión de ti midió

N a N 60 de la siguiente manera (Skempton 1986):

Los datos de SPT también debe ajustarse utilizando

una corrección de la sobrecarga que compensar la

tensión efectiva. La corrección sobrecargar ajusta los

valores de medición N a lo que habría sido si el σ

tensión efectiva vertical "fue de 100 kPa.

• Liao y Whitman (1985) propone:

=valor corregido para el procedimiento de

campo y el esfuerzo de sobrecarga

= Tensión efectiva vertical en el lugar de la

prueba

= Valor SPT N corregido para

procedimiento de campo

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RE

SU

LT

AD

OS S

TP

En su forma más simple, se trata de un muestreador de baja calidad.

En su forma más útil que es una prueba rápida, barata, cualitativa .

La primera solicitud, la predicción de la presión permisible de cimentaciones

superficiales en la arena.

El aumento del uso de la prueba y luego llevó a los intentos de correlacionar sus resultados

con otras características geotécnicas.

De las secciones anteriores se puede observar que el SPT aporta datos que son, en cierta medida, afectado por factores ajenos a las

condiciones del suelo. Los resultados no son de gran sutileza y precisión..

APLICACIONES INDIRECTAS_

DETERMINACION DE

PARAMETROS GEOTECNICOS.

Angulo de friccion efectivo de arena

Fuerza de corte no drenada de la

arcilla

Fuerza de compresión de rocas

débiles no confinada.

Modulo de Young equivalente para

suelos granulares

Modulo de corte máximo Gmax.

APLICACIONES DIRECTAS/

diseño y cálculos

liquidación de zapatas corridas en la

arena

presión de apoyo admisible de zapatas

en la arena

presión de apoyo admisible de balsas

en la arena

licuefacción potencial de arenas

eje y la resistencia final de pilotes

licuación de arenas

tablestacas facilidad de conducción

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PERFILES• Perfilado se lleva a cabo durante el

estudio del suelo con el fin deestablecer límites entre diferentes sueloo roca penetrómetros dinámicos dediferentes tamaños se utilizan parahacer estimaciones de crudo deresistencia a la penetración a diferentesprofundidades y localizaciones a travésde un sitio.

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• Perfilado se lleva a cabo durante elestudio del suelo con el fin deestablecer límites entre diferentes sueloo roca penetrómetros dinámicos dediferentes tamaños se utilizan parahacer estimaciones de crudo deresistencia a la penetración a diferentesprofundidades y localizaciones a travésde un sitio.

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Consiste en dividir suelo y roca en un número limitado de

grupos, cada uno de los cuales contiene materiales espera que

tengan un comportamiento similar en términos generales de

ingeniería.

Los parámetros de ingeniería Importancia en la estimación de

la conducta son tracción, compresión y permeabilidad y el

ritmo de la consolidación.

La descripción de la muestra, contenido de humedad y la prueba de plasticidad (para

suelos cohesivos) y el tamaño de partícula distribución (para

suelos granulares).

Clasificación con el SPT se hace posible porque la prueba combina un muestreador

(aunque de muy mala calidad y no pueden muestrear suelos

gruesos granulares) y un penetrómetro.

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USOS DE DISEÑO DIRECTOS

• El diseño puede proceder directamente

a partir del valor SPT N como

parámetro de entrada en el valor que se

calcula (por ejemplo, pila

capacidad) sin proporcionar estimaciones

de suelo

parámetros.

• Ejemplos para ilustrar

Diseño de pilotes

Potencial de licuefacción en suelos

granulares

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El Penetrómetro Dinámico de Cono (PDC) mide la penetración dinámica por golpes, a través del terreno natural o

suelo fundación, levemente cementados.

Es un método no destructivo capaz de medir la capacidad estructural in situ del suelo de fundación.

El equipo puede ser utilizado en: Identificación de tramos homogéneos, control de la construcción de las distintas

capas de pavimento y determinación de la eficiencia de equipos de compactación, evaluación de un suelo

colapsable, estabilidad de taludes etc

CONCEPTOS

El modelo consta de una varilla de acero de penetración de 16mm. de diámetro.

En su extremo inferior un cono de acero temperado de 60 grados y 20mm. de diámetro.

El PDC es introducido en el suelo por un martillo deslizante de 8Kg que cae desde una altura de 575mm.

Para realizar las lecturas posee una regla de medición sujeta al instrumento por dos soportes, un soporte superior

unido al yunque que sirve de referencia para las lecturas y un soporte inferior fijo a la regla y unido a la barra de

penetración.

DESCRIPCION

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PROCEDIMIENTO

Una vez ubicado el lugar de ensayo, se ubica el equipo PDC verticalmente sobre un nivel de terreno donde no se encuentre directamente con piedras que

obstaculicen el ensayo.

El ensayo de PDC necesita de tres operarios, uno se encarga de mantener la verticalidad y el

soporte del equipo, un segundo se encarga del golpe con el martillo y

el tercero observa y apunta las medidas

Al iniciar el ensayo con el penetrómetro se introduce el cono

asentándolo 2" en el fondo para garantizar que se encuentre completamente confinado.

En los formatos de apuntes de las medidas de penetración se indica

la profundidad de rechazo del equipo.

El proceso de golpe con el martillo es levantarlo hasta la

parte superior del eje de recorrido y dejarlo caer, no debe golpearse

la parte superior, tampoco impulsar el martillo hacia abajo.

1

2

3

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FORMAS DE EVALUACION DE LOS RESULTADOS DEL ENSAYO PDC

1. NUMERO DE GOLPES VS PROFUNDIDAD O CURVA PDC

Cada capa homogénea de suelo da

lugar a una recta cuya pendiente

recibe el nombre de índice de

penetración o número PDC,

indicando una medida de su

resistencia

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FORMAS DE EVALUACION DE LOS RESULTADOS DEL ENSAYO PDC

2. DIAGRAMA ESTRUCTURAL

Relaciona el número de PDC con la profundidad. La constancia en dicho numero implica uniformidad en el material.

Y su variación indica modificaciones en las características de humedad, densidad o bien un cambio de estrato de suelo.

Este tipo de evaluación nos puede mostrar el cambio que puede adoptar un suelo cuando se estabiliza o la sectorización del tramo en estudio.

Si se presentara el caso de variaciones continuas se traza una recta vertical, de tal manera se mantenga el promedio en el espesor de una capa.

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3.CURVA DE BALANCE ESTRUCTURAL

Relaciona el porcentaje de golpes requeridos para penetrar

cierta profundidad, respecto del numero total de golpes

necesario para penetrar la profundidad evaluada

Normalmente la capacidad de soporte de un pavimento

decrece con la profundidad y si dicha disminución es uniforme

se considera que el pavimento se encuentra estructuralmente

equilibrado

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4. DIAGRAMA DE RESISTENCIA EN CAPAS

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La relación entre la resistencia a la penetración por punta y la

profundidad de hinca se puede expresar por medio de la

ecuación dinámica de Hiley la cual, con alguna

simplificación, se reduce a:

Donde :

R = Resistencia a la penetración

W1 = Peso de la masa de impacto

W2 = Peso muerto del aparato, excluída la masa

h = Altura de caída libre de la masa

D = Profundidad de penetración e = Coeficiente de

restitución.

Según la expresión, la resistencia es una función inversa de la

penetración, es decir:

Donde :

R = Resistencia a la penetración

W1 = Peso de la masa de impacto

W2 = Peso muerto del aparato, excluída la masa

h = Altura de caída libre de la masa

D = Profundidad de penetración e = Coeficiente de restitución

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Si asumimos que el CBR es función de R, se puede decir que:

Siendo A una constante.

En esta última expresión se supone que el sistema es 100% eficiente y que no hay

pérdidas de energia, hecho que no corresponde a la realidad, por cuanto dichas

pérdidas se producen a causa de la compresión de la varilla del penetrómetro, la

compresión elástica delsuelo y otros factores de más imprecisa determinación.

En tal virtud, la expresión teórica debe sufrir una modificación:

Donde:

B : Es un coeficiente que debe ser mayor que la unidad.

D : Es la penetración media de la varilla dentro del suelo a causa de los impactos de la

masa (mm/golpe).

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En las últimas décadas se han

desarrollado diferentes

investigaciones para correlacionar

el valor DCP con otras

características físico-mecánicas de

los suelos; la selección apropiada

de este tipo de correlaciones está

relacionada con el juicio del

profesional en el área y las

especificaciones del equipo DCP.

La Tabla 1 resume las expresiones

más trascendentales obtenidas

con el uso del DCP (equipo

normado según ASTM).