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EXPOSITOR :EXPOSITOR :
ING. ANGEL HUANCA BORDAING. ANGEL HUANCA BORDA
METODO ESTANDAR DE ENSAYODE PENETRACION(SPT)
CAP I TU LO DE INGEN IERIA C IV I L -CD - I CA
INSTITUTO DE INGENIERIA PARA LA INVESTIGACION Y DESARROLLO
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INTRODUCCIONINTRODUCCION El ensayo de penetracin estndar (SPT),
desarrollado por Terzagui a finales de los aos 20, esel ensayo in situ ms popular y econmico para
obtener informacin geotcnica del subsuelo.
Se estima que el 85 % a 90 % de los diseos de lascimentaciones convencionales de Norte y Sur
Amrica se basan en los valores de N medidos en el
SPT
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ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)
NormasNormas :: NTP 339.133NTP 339.133 --ASTM D1586ASTM D1586FuncionesFunciones :: DeterminaciDeterminacin de la consistencia y resistencian de la consistencia y resistencia
cortante de los suelos en profundidad.cortante de los suelos en profundidad.
Procedimiento ampliamente utilizado para determinar
caractersticas de resistencia y compresibilidad de suelos.
Consiste en hincar un toma muestras, para obtener una
muestra representativa del Suelo y de manera determinar la
resistencia del suelo
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OBJETIVOS DE PRUEBA SPT
Obtener la medida de la resistencia a la penetracincon un muestreador
Tomar muestras representativas del suelo Hallar correlaciHallar correlacin entre:n entre:
El # de golpes, N, medido y la compacidad,El # de golpes, N, medido y la compacidad,
El # de golpesEl # de golpes y ely el
y la resistencia a la comprensiy la resistencia a la comprensinnsimple por medio de tablas osimple por medio de tablas o bacos ya existentes.bacos ya existentes.
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Este ensayo es uno de los ms antiguos en geotecnia, y su uso
universal y durante dcadas, en todo tipo de terrenos, hapermitido establecer numerosas correlaciones con otrosparmetros geotcnicos, as como la difusin de frmulasempricas para clculos directos de capacidad portante y
asentamientos, entre otros
J. H. Schmertmann (1980) de University of Florida impuls, el
uso y mejoramiento del SPT en Norteamrica, asi como los
procedimientos e interpretacin de los resultados ycorrelaciones.
El ensayo SPT, originalmente muy popular, sin embargo a
medida que avanzaba el estado del arte, se fue volviendo
menos popular, debido a que se le consideraba un ensayo
barato pero inexacto.
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C.R.I. Clayton (2001) de University of Southampton ha
investigado sobre los mtodos de exploracin, concluye que:
A pesar de los mtodos sofisticados que existen actualmente
para la exploracin del subsuelo (diferentes del SPT), y los
avances en los mtodos de anlisis de la mecnica de suelos,
las predicciones del comportamiento de los sistemas suelo-
estructura que se hacen durante los estudios geotcnicos sonaun pobres.
Es asi que con el avance posterior del estado de arte, el ensayo
SPT, empieza a cobrar su popularidad inicial nuevamentedebido en parte a su gran versatilidad, rapidez y economa.
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Muchas veces en los estudios geotcnicos los errores son
imputados al ensayo SPT; sin embargo en la mayora de loscasos tales errores estn asociados a que no se identifica
adecuadamente la conformacin geotcnica en el estado inicial
del ensayo (dificultades de interpretacin); emplendose
correlaciones errneas.
Suelos Adecuados para la Ejecucin del Ensayo
--ArenososArenosos-- Limo ArenososLimo Arenosos--Areno LimososAreno Limosos
--Areno ArcillososAreno Arcillosos--ArcillasArcillas-- LimosLimos
Suelos poco adecuados para el Ensayo--AluvionalesAluvionales
--Suelos Gravosos y HeterogSuelos Gravosos y Heterogneos con bolones y piedrasneos con bolones y piedras
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PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL ENSAYO
Ejecucin del ensayo
Se realiza con un muestreador de caa partida o cono de
PeckREGISTRO DE PENETRACIN
Resistencia a la penetracin: golpes necesarios para hincar
30 cm de un total de 45 cm.
PROCEDIMIENTO
Hincar el muestreador o cono con golpes del martillo de140 lb. y contar el numero de golpes.
Cada golpe del martillo se produce, a 30 (0.76 m) de
cada.
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Martillo
Gua dehinca
Cabezal dehinca
Trpode de Tubo de
dimetro
2 1/2
1 1/2
Cuchara
Cadena defierro
Gua
CUCHARA 2 - 4 1/2
MARTILLO
COMPONENTES DEL EQUIPO SPT
yunque
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MARTILLO DE PENETRACION SPT
(140 LIBRAS)
POLEA
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PENETROMETRO ABIERTO Y CERRADO
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CABEZAL Y PUNTA DEL CONO DE PECK
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CORRELACIONES
El presente mtodo es utilizado extensamente en una gran
variedad de proyectos geotcnicos de exploracin.
Existen disponibles muchas correlaciones locales y
correlaciones extensamente publicadas que relacionan el
valor de N, con el comportamiento ingenieril deestructuras de tierra y cimentaciones.
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RELACIONES ENTRE EL NUMERO DE GOLPESRELACIONES ENTRE EL NUMERO DE GOLPES NN DEL SPT, DENSIDADDEL SPT, DENSIDAD
RELATIVARELATIVA DRDR Y ANGULO DE FRICCION INTERNA (Y ANGULO DE FRICCION INTERNA ())
Correlaciones N - DR y N - ( Aporte de Terzaghi y Peck)
36
DR (%)50
40
0
0
10
N
20
30
50
60
70
10 20 30 40
28 30 32 34 44
7060
DR
80 90
4038 42
100
46
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Efecto de la presin de sobrecarga paraarena gruesa seca o hmeda (Aporte de Gibbs y Holtz)
0 4020 60 DR (%)80 100
0psi
10ps
i20
psi
40
psi
Terzaghi
Peck
20
0
40
80
60
100
N
RELACIONESRELACIONES ENTREENTRE NN ,, DrDr yy vv
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Correlaciones NCorrelaciones N -- DR y NDR y N -- (( MeyerhofMeyerhof))
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
DR (%)
0
10
20
30
40
50
60
7028 30 32 34 36 38 40 42 44 46
DR
N
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Arcilla )cm/kg(8Nq 2u= Terzaghi
Arcilla limosa )cm/kg(5
Nq
2u= Terzaghi y Peck
Arcilla areno limosa )cm/kg(8
Nq
2u= Terzaghi y Peck
Para todas las arcillas )/(33.1 2cmkgNqu= Graux
RELACIONES ENTRE EL NUMERO DE GOLPESRELACIONES ENTRE EL NUMERO DE GOLPES NN
Y LA CONSISTENCIA DE LAS ARCILLASY LA CONSISTENCIA DE LAS ARCILLAS
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Correlacin N - qu y consistencia para arcillasTerzaghi y Peck
30
25
20
15
10
5
0 1 2 3 4
A: Muy BlandaB: BlandaC: Medianamente CompactaD: CompactaE: Muy Compacta
F: Dura
A B C D E F
qu (Kg/cm2)
Nq =u 8
N
NUMERO DE GOLPES DEL ENSAYO SPT (N)NUMERO DE GOLPES DEL ENSAYO SPT (N)
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A pesar de que el ensayo se estandariz desde 1958 como elASTM D-1586, y que se han venido realizando revisiones
peridicamente, las evaluaciones realizadas en Norteamricaindican que son muchas las variables que influyen en losvalores de N
Entre otras:
El tipo y estado de los equipos de perforacin
La destreza de los operadores
El tipo y estado de las cucharas muestreadoras La dimensin y estado del varillaje
La forma y tamao del cabezote
etc..
NUMERO DE GOLPES DEL ENSAYO SPT (N)NUMERO DE GOLPES DEL ENSAYO SPT (N)
N corregido, Ponderado
NUMERO DE GOLPES DEL ENSAYO SPT (N)NUMERO DE GOLPES DEL ENSAYO SPT (N)
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FACTORES DE CORRECCION PARA N medidos en el SPT (Seed
et. al , 2001)
NmNm NNmero de golpes medidos en el ensayomero de golpes medidos en el ensayo
CCNN Factor de correcciFactor de correccin por sobrecarga diferente de 100n por sobrecarga diferente de 100 kPakPa
CCEE Factor de correcciFactor de correccin por variacin por variacin en la energn en la energ aa
CCRR Factor de correcciFactor de correccin por variacin por variacin en la longitud de gun en la longitud de guaa
CCSS Factor de correcciFactor de correccin por sistema de muestreon por sistema de muestreo
NUMERO DE GOLPES DEL ENSAYO SPT (N)NUMERO DE GOLPES DEL ENSAYO SPT (N)
N corregido, Ponderado
N =N = NNmm . C. CNN . C. CEE . C. CRR . C. CSS
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CN = Factor de correccin por sobrecarga (diferente de 1 kg/cm2)
5.0
=
vo
a
N
PC
Liao y Whitman, 1986
a
voN
P
C
= 2.1
2.2
Kayen et al, 1992
Pa = Presin atmosfrica
0.21
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segn la Norma UNE-EN es de 1,0
para tensiones verticales efectivas, alnivel del punto ensayado, de 100 kPa
(1,0 kg/cm2), aumentando hasta 1,5 en
ensayos con tensiones menores, y
disminuyendo hasta 0,4-0,5 a
profundidades que generen tensiones
verticales efectivas de 400 kPa (4,0
kg/cm2)
0.21
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CCEE Factor de correcciFactor de correccin por energn por energa aplicadaa aplicada
El SPT original proporciona el 60% de la energa.Los SPT modernos dan mayor energa : N60= N Er/60
Er = porcentaje de energa de golpeo obtenida con los mtodos
automticos
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Factores de incidencia: martillo, poleas, enganches
Se recomienda control s istemtico ASTM D-1586-99.
Martillo cilndrico: CE = 0.60 1.00
Martillo de seguridad : CE = 0.70 1.2
Martillo automtico-cilndrico : CE = 0.80 1.3
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A partir de la medicin de la energa real de 42 ensayos SPT en
dos sondasRolatec RL- 400 yRL-48 se ha estimado que el
factor de correccin por energa a aplicar sobre el valor
N de campo obtenido con las citadas sondas es :
-Er/60 = 80/60 = 1,33 N,
- para ensayos SPT a partir de 10 m de profundidad.
-Er/60 = 75/60 = 1,25 N,
- para ensayos SPT entre 6 m y 10 m de profundidad.
-Er/60 = 65/60 = 1,10 N,
- para ensayos SPT entre 2 m y 6 m de profundidad.
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CCRR = Factor de correcci= Factor de correccin por longitud de varillajen por longitud de varillaje
Alternativamente, puede aplicarse la correccin
con el factor multiplicador mximo de 1,33 y a
continuacin imponer la correccin por longitud de
varillaje inferior a 10 m, tal como especifica la norma:
Longitud de varilla Factor de correccin a
>10 m 1,0
6 a 10 m 0,954 a 6 m 0,85
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RR p g jp g jLONGITUD FACTOR
< 3 m 0.75
3 a 4 m 0.80
4 a 6 m 0.85
10 a 30 m 0.95
> 30 m 1.00
6 a 10 m.
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APLICACIONES DEL ENSAYO DE PENETRACION ESTANDARAPLICACIONES DEL ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR
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COEFICIENTE DE BALASTO
APLICACIONES DEL ENSAYO DE PENETRACION ESTANDARAPLICACIONES DEL ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR
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PresiPresin Admisiblen Admisible10N
adm=
ANGULO DE FRICCION
= 27.1 + 0.3 N corregido 0.00054 N2
corr
(Peck, Hanson y Thornburn,1974)
= (20 N corr)1/2 + 20
(hanataka y Uchida,1996)
APLICACIONES DEL ENSAYO DE PENETRACION ESTANDARAPLICACIONES DEL ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR
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DeterminaciDeterminacin de la Capacidad Portanten de la Capacidad Portante
La presiLa presin admisiblen admisible ser la menor de la que seobtenga mediante:
a) La aplicacin de las ecuaciones de capacidad de
carga por corte afectada por el factor de seguridadcorrespondiente
b) La presin que cause el asentamiento admisible.
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a) CAPACIDAD DE CARGA POR CORTE
qult1
2Ancho B
DfNivel de
Cimentacin
ultult ==
cNcN
CCSS
CC ++
11DD
ffNN
qq + 0.+ 0.
5B5B
22NNSS
Terzaghi 1943
C C ti (L/B 5) C t G l
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B
d
Q
qNqNBc
cNqult
++= 2
1
+=
+=
=
1953)Kerisel,y(Caquot
)1(2
)2
45(
)1(cot
2
NqtgN
tgeNq
Nqgc
N
tg
B
qult
q = d
C, , suelo
Carga Continua (L/B>5) Corte General
La resistencia al corte en suelos granulares, es usualmente alta, por lo que la
presin admisible en la practica resulta controlada por los asentamientos.
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Procedimientos usado comnmente para investigarlos depsitos de arena en funcin de N .
b) PRESION ADMISIBLE POR ASENTAMIENTOb) PRESION ADMISIBLE POR ASENTAMIENTO
Terzaghi, relaciono los asentamientos de cimentaciones
reales en arenas, con ensayos de pruebas de carga, los
comparo con los ensayos del SPT y obtuvo las
ecuaciones:
Para B 1.20 m.
qadm = (0.0864 N 0.108)(B + 0.30)2 *fE* fNF * f * f Df
B
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2
28.3
128.399.7
+= B
BNq coradm
Asimismo Meyerhof, (1965)planteo las siguientes
ecuacines:
+=
4.2528.3
128.399.7
2
ecoradm
SFd
B
BNq
33.133.01 +=B
DfFd
Bowles, (1977) corrigi la ecuacin a:
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Para B < 1.20 m.
Segn Terzaghi:
qadm = (0.135 N 0.169) *fE* fNF * f * f Df
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corradm Nq 98.11=
33.133.01 +=B
DfFd
=
4.2516.19 ecoradm
SFdNq
Segn Bowles:
Segun Meyerhof:
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Consistencia del (N)
Suelo SPT zap.cuadrada zap. continua
Muy blando 0-2 0.00 0.30 0.00 0.22Blando 2-4 0.30 0.60 0.22 0.45
Mediano 4-8 0.60 1.20 0.45 0.90
Compacto 8-15 1.20 2.40 0.90 1.80
Muy compacto 15-30 2.40 4.80 1.80 3.60Duro >30 Mayor que 4.80 Mayor que 3.60
Capacidad de Carga Admisible
(T/pie2)
Relaciones entre qadm
, N y la Consistencia para SuelosFinos (Terzaghi y Peck)
CONCLUSIONES
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CONCLUSIONES
Debido a que los proyectos exigen rapidez en la
exploracin, se espera el incremento generalizado del
uso del SPT.
En medicina, el mtodo de los Rayos X (de finales del
siglo XIX) sigue teniendo total aceptacin como un
mtodo de exploracin del cuerpo humano, rpido ybarato, a pesar de los mtodos sofisticados y costosos
que se han desarrollado recientemente.
En los ltimos aos, diversos autores han trabajado en
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En los ltimos aos, diversos autores han trabajado en
mejorar los equipos, el procedimiento de ejecucin,
procesamiento de datos e interpretacin de los resultados
Es necesario calibrar el equipo SPT; debido a la variabilidad de
la eficiencia, ajustando la energa a la altura de cada delmartillo segn tipo de maquina, sobrecarga, longitud de varilla,
etc. De esta manera reducir los riesgos geotcnicos imputables
al SPT.
Este ensayo se debe realizar mximo hasta los 50 golpes, ya que,
despus de este lmite, introducir el equipo de perforacin dentro
del estrato puede causar daos al mismo. Cuando tenemos este
caso, se dice que existe RECHAZO (roca o suelo muy bueno).
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PENETROMETRO LIGERO
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DINAMICO- DPL -
ENSAYO PENETROMETRO LIGERO DINAMICO (DPL)ENSAYO PENETROMETRO LIGERO DINAMICO (DPL)
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NormaNorma :: N.T.PN.T.P. 339.159. 339.159 --DIN 4094DIN 4094
FuncionesFunciones :: DeterminaciDeterminacin deln del anguloangulo de friccide friccin, consistencian, consistencia
y resistencia cortante de los suelos.y resistencia cortante de los suelos.
Suelos Adecuados para la Ejecucin del Ensayo--ArenososArenosos-- Limo ArenososLimo Arenosos--Areno LimososAreno Limosos--ArcillasArcillas
Suelos Inadecuados para el Ensayo
--AluvionalesAluvionales--AluvialesAluviales--Suelos GravososSuelos Gravosos
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EQUIPO DPLEQUIPO DPLN.T.PN.T.P. 339.159. 339.159
DIN 4094DIN 4094
PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL ENSAYO
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PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL ENSAYO
Ejecucin del Ensayo
Se realiza con un cono del tipo Peck
REGISTRO DE PENETRACINResistencia a la penetracin: golpes necesarios para hincar
10 cm.
PROCEDIMIENTO
Hincar el cono con golpes del martillo de 10 Kg y contar el
numero de golpes.Cada golpe del martillo se produce, a 0.50 m. de cada.
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CABEZAL, MARTILLOCABEZAL, MARTILLOY GUIA DEL DPLY GUIA DEL DPL
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EJECUCION DE LA PRUEBA DPLEJECUCION DE LA PRUEBA DPL
Procedimiento utilizado para determinar caractersticas de
resistencia y compresibilidad de suelos.
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CONCLUSIONES
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- Siempre que sea posible se deben realizar excavaciones a
cielo abierto, para visualizar en forma directa la estratigrafa
del terreno y extraer muestras disturbadas e inalteradas paraensayos de laboratorio.
- El ensayo DPL debe ejecutarse en todos los terrenos donde
pueda ser factible de realizar.
- Existen diversas correlaciones entre el nmero de golpes N
y parmetros del suelo.
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- El ensayo DPL, debe utilizarse como complemento del
ensayo SPT. La desventaja de este ensayo es la noextraccin de muestras del terreno, por lo que se debe
complemetar con calicatas.
- El equipo DPL debido a su gran versatilidad y peso ligero
viene siendo utilizado en forma masiva, siendo necesario
calibrar sus resultados con los del ensayo SPT, de acuerdo
al tipo de suelo.
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FIN DE LA EXPOSICION
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