Standard Penetration Test (SPT)_final
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Standard penetration
test (SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR
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.
PR
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BA
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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.
“
”
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)
• 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
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
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.
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.
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.
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.
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
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
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
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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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
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.
• 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.
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
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
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
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
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.
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
4. DIAGRAMA DE RESISTENCIA EN CAPAS
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
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).
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).