Informe de STP

S

INFORME DE ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR

CURSO

:

MECANICA DE SUELOS III

DOCENTE

:

ING. WILLIAM RODRIGUEZ RODRIGU EZ SERQUEN

ALUMNO

:

NECIOSUP NECIOSUP, JORGE ARMANDO

CODIGO

:

120474 - K

CICLO

:

2017 - I

Lambayeque, Julio del 2017 2017

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo Facultad de Ingeniería Civil, de Sistemas y Arquitectura Escuela Profesional de Ingeniería Civil Mecánica de Suelos III

I.

INTRODUCCION

El ensayo de penetración estándar SPT es ampliamente utilizado en exploración geotécnica, ya que existen diversas correlaciones con el número de golpes del ensayo N, y algunas propiedades del suelo que son de gran importancia en el diseño de fundaciones. Este método es aplicable a prácticamente todos los tipos de suelos, en suelos friccionantes la prueba permite conocer la compacidad de los mismos y en suelos plásticos la prueba permite adquirir una idea, si bien tosca, de la resistencia a la compresión simple. Además el método permite obtener muestras alteradas representativas del sitio de estudio. Algunos aspectos adicionales sobre la aplicabilidad del ensayo, plantean que los resultados del número de golpes se pueden asociar con propiedades de arenas gruesas y finas, de gravas finas con varios contenidos de humedad y para suelos cohesivos saturados o parcialmente saturados. Cuando el suelo es cohesivo y el contenido de humedad es bajo, el ensayo puede arrojar resultados no representativos del comportamiento del suelo. El ensayo de penetración estándar de siglas SPT (Standar Penetration Test) consiste en contar el número de golpes que se necesitan para introducir dentro del suelo, un tubo partido a diferentes profundidades, en este caso con variaciones de medio metro y se lo utiliza especialmente en terrenos que requieran realizar un reconocimiento geotécnico. Él toma muestras es golpeado con una energía constante, con una masa en caída libre de 145 lb (63.5Kg) y una altura de caída de 76.2cm.

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II.

MARCO TEÓRICO

A. SOBRE LAS TECNICAS DE ENSAYO IN SITU Las investigaciones del subsuelo son importantes al momento de conocer la resistencia, deformabilidad y permeabilidad de los materiales que componen el terreno. Pero, todo ello sólo puede ser posible, conociendo a través de perforaciones superficiales o profundas en el substrato, los parámetros denominados "geotécnicos" que determinan el comportamiento geo-mecánico del terreno. Las exploraciones de los suelos, tienes tres ejes de acción, tal cual se menciona anteriormente, es decir, la resistencia, deformabilidad y permeabilidad de los materiales que componen el suelo. En cuanto a la determinación de la resistencia, es posible realizar distintos ensayos en los suelos, los cuales son:

ENSAYOS DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR (SPT)

Ensayos de Penetración Dinámica

Ensayos de Penetración Estática

Ensayos de Molinete (Vane Test)

Esclerómetro o martillo Schmidt

Ensayos de carga puntual

La aplicabilidad de los distintos métodos de ensayos in situ es relativa según los parámetros mecánicos que se pretendan obtener. La siguiente tabla nos resume las propiedades más solicitadas por los ingenieros:

B. PROPIEDADES INGENIERILES DE USO FRECUENTE – ENCONTRADAS MEDIANTE SPT Angulo de fricción interna

ɸ

Resistencia al Corte no drenada (Cohesión)

Cu

Módulo de deformabilidad

E

Coeficiente de consolidación

Cv

Relación de Pre consolidación

OCR

Capacidades de Cargas admisibles

qu

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Indirectamente se puede obtener muchos más factores como: Módulo de Balasto

K

Esfuerzo admisible por fricción (Arenas)

fs

Además de propiedades físicas tanto de arenas como arcillas, clasificarlos, densidad relativa (arenas), compacidad relativa (arenas), consistencia (arcillas), etc. III.

DESCRIPCION DEL ENSAYO SPT

A. GENERALIDADES 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. Es la prueba o el ensayo que más se utiliza para realizar sondeos y se realiza en el fondo de la perforación. Éste consiste básicamente en medir el número de golpes necesarios para que se introduzca a una determinada profundidad una cuchara (hueca y cilíndrica) que posee un diámetro exterior de 51 mm e interior 35mm, que permite realizar tomas de muestra naturalmente alterada en su interior. El peso de la masa esta normalizado, así como la altura de caída libre, siendo éstos respectivamente 63,5 kg (622.72 N) y 76,2 cms.

B. EQUIPO NECESARIO Un equipo de perforación que permita avanzar hasta la profundidad deseada para la ejecución del ensayo y la obtención de la muestra, para tal fin se puede emplear brocas o puntas cola de pescado, cincel, estrella, etc, con diámetros menores de 162 mm y mayores de 56 mm, con equipos de perforación o de percusión y lavado. Para evitar una alteración mayor del suelo subyacente, no se permiten brocas de descarga de fondo y brocas de descarga lateral. Se pueden emplear barrenas de espiral continua de vástago vacío con o sin dispositivo de broca siempre y cuando éstas tengan los diámetros mencionados anteriormente. El equipo para el muestreo y la ejecución del ensayo consiste en:

1. Tubos de acero : que permiten conectar al muestreador de tubo partido con el cabezote y la guía sobre los que cae el martillo.

4


2. Muestreador de tubo partido posee las dimensiones que se muestran a continuación    

Largo: 50 cm Diámetro exterior: 51 mm Diámetro interior: 35 mm Peso total 70N (16 lb.)

3. Martillo y equipo de hincado: Se utiliza una maza de 140 lb (63.5 kg) que cae desde una altura de 30'' (762 mm) sobre la cabeza de golpeo. Debe llevar una guía que permita la caída libre del martillo. 4. Sistema de caída del martillo: Se emplea un malacate o tambor, un sistema de cuerdas y poleas que permitan levantar al martillo. 5. Trípode de carga: Se observa el trípode sobre el cual recae la polea

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C. PROCEDIMIENTO: El método de Penetración Estándar es el más ampliamente usado para la exploración de suelos, y comprende dos etapas: a. ARAMDO DEL TRIPODE: 1. Se arma el trípode de tal manera que formen un triángulo de 2,5m( entre los dos tubos de metal más delgados) 3.2 m y 3.2m (entre los tubos de metal más delgado con el mas grueso) 2. Se alza con mucho cuidado el martillo y se le estabiliza en el aire luego se proyecta el centro del martillo al suelo, para marcar donde será la perforación. 3. Con ayuda de una pasteadora perforamos 45 cm en donde hemos marcado. 4. Armamos la caña guía y la caña partida de la siguiente manera:

Contragolpe Caña guía Martillo Sufridera Caña guía Caña partida

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b. EJECUCION DEL ENSAYO En primer lugar se ejecuta la perforación la cual se realiza en intervalos, generalmente se avanza cada 1.5 m o menos en suelos no tan homogéneos. El agujero de la perforación que se obtenga debe ser limpio y estable para poder insertar el muestreador y así garantizar que el ensayo se está realizando sobre suelos relativamente inalterados. Se pueden emplear los siguientes métodos de perforación: método de perforación de orificio abierto, método de empleo de broca de espiral continúa con vástago vacío, método de perforación con lavado, método de empleo de broca de espiral continua con vástago sólido. Una vez ejecutada la perforación se debe conectar la tubería de acero con el muestreador de cuchara partida y se deja caer el muestreador suavemente hasta la profundidad del ensayo, luego se monta el cabezote en la parte superior de la tubería y el martillo. Una vez montado el equipo se marca la tubería en tres incrementos de 6" (0.15m), de tal forma que se pueda observar el avance del muestreador a medida que cae el martillo. Se cuenta el número de golpes para cada avance de 0.15 m y para una altura de caída del martillo de 30'' (0.76 m).

Hay que tener en cuenta que existen unas condiciones de rechazo del ensayo que son las siguientes: Que se hayan alcanzado 50 golpes en alguno de los incrementos de 6''(15cm) . Cuando se hayan acumulado 100 golpes. Cuando no se observa avance del muestreador después de aplicar 10 golpes.

Luego se registra el número de golpes que se requieren para cada incremento de 6 '', se considera que las primeras 6'' de avance son para una penetración de asentamiento. El número de golpes N acumulado para los siguientes dos incrementos se conocen como la ''resistencia a la penetración normal''. Finalmente, cuando se saca el muestreador a la superficie, es necesario anotar la longitud de la muestra obtenida, una descripción de la misma en cuanto al color, composición, estratificación y condición.

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Una observación adicional es sobre el número de vueltas del cable en el malacate, en el sentido de que se debe cumplir con lo que se encuentra en las normas, ya que una inadecuada operación puede alterar el resultado en términos de la corrección que se debe hacer por energía.

IV.

FACTORES DE CORRECION DEL ENSAYO SPT

Como se puede inferir del indicado en los párrafos precedentes, existen múltiples factores que hacen que el resultado del ensayo pueda ser cuestionable. Sin embargo, y con el propósito de establecer una base adecuada de comparación, se han propuesto diferentes factores de corrección o ajuste. La fórmula general de corrección es la siguiente:

•

Energía Erb

Existen diferentes propuestas respecto al valor al cual se debe normalizar los resultados del ensayo SPT. Por ejemplo, Schmertmann (1983) sugiere usar E55, es decir, suponer que la energía efectiva del ensayo es de un 55% de la teórica; Seed et al (1985) y Skempton (1986) proponen usar N60, por otra parte, Riggs (1986) y Bowles (1995) proponen usar N70. Afortunadamente, el hecho de usar una u otra base de energía no implica mayores inconvenientes. Para pasar de una base a otra, ésta realiza en forma proporcional, al ser la energía por número de golpes constante, es decir:

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De esta forma si se conoce la energía del equipo Er1 para el cual se registra N1, y se desea conocer el valor de N2 para una energía Er2, aplicando (2) se tiene:

En nuestro medio se usa el N60

Factores de corrección n1, n2, n3 y n4. Bowles (1995) basado en los trabajos de Riggs (1986), Skemptom (1986), Schmertmann (1978) y Seed et al (1985), propone utilizar los factores que se muestran en la tabla N°2, 3 y 4 respectivamente.

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V.

CORRELACIONES DE LOS RESULTADOS DEL SPT

A. CAPAIDAD DE CARGA ADMISIBLE A.1. SUELOS FRICCIONANTES (ARENAS) Al aplicar la fórmula de Terzaghi y Peck, en arenas (c=0)

 = ∗+  ∗ ∗+ 0.5 ∗ ∗ Β∗  =.∗ Se obtiene, que: Si se cimienta sobre arenas una platea:  =.∗

Se admite el doble de esfuerzo, ya que en las plateas el daño por asentamiento es menor

A.2. SUELOS COHESIVOS (ARCILLAS) Al aplicar la fórmula de Terzaghi y Peck, en arcillas (Ny = 0, Nq =1), además un factor de seguridad de 3

Se obtiene, que:

 = ∗+  ∗ ∗+ 0.5 ∗ ∗ Β∗  =.∗

Adicionalmente:

ó =.∗ (Importante para comparar los resultados

del ensayo de compresión unixial en arcillas con el resultado del SPT) APROXIMADAMENTE TANTO EN ARENAS COMO ARCILLAS SE PUEDE USAR

 =.∗

B. DENSIDAD RELATIVA (Dr) - ARENAS En arenas es importante ya que la clasificara según su compacidad relativa, además una arena man densa es insensible a los choques por tanto adecuada como base de las estructuras m{as pesadas. Tiene influencia sobre el ángulo de ricción interna ( ɸ).

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La fórmula de Marcuson y Bieganousky (1977)

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C. ANGULO DE FRICCIÓN INTERNA

Estas tablas es obtenida del libro de Crespo Villalaz, se observa que tambien se puede determinar el valor de modulo de elasticidad (E) tanto en arenas como arcillas. Cabe resaltar que el angulo de friccion toma importancia en Arenas

Peck, Hanso y Thornburn: Hatanaka y Uchida:

 = √  ∗+

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D. RESISTENCIA AL CORTANTE NO DRENADA – COHESIÓN (CU): ARCILLAS

  Segund  = 0.0 35  0.065 ∗   Stroud,1974

 ) =0.29∗ .7 (2 También podemos usar:

 ) =.∗ ≈ . ∗  ( Se obtuvo relacionando c=qu/2 y las expresiones anteriores

E. RELACION DE SOBRECONSOLIDACION (OCR)

. N =0.∗(σ) ,σ :ó    /2 Para utilizar los valores de N, se tendrá que corregir existen diversos autores que proponen formulas, las de RELACION DE SOBRE CONSOLIDACION, COHESIÓN

F. MODULO DE BALASTO

 =      . , =.∗∗.,      

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G. MODULO DE DEFORMACION (ES) Y CORTE MAXIMO (GO) La variable más importante para determinar el cambio volumétrico que experimentará un suelo sometido a una carga externa, es el Módulo de Deformación (Es). A continuación se muestran algunas de las correlaciones existentes, asociadas a grandes deformaciones. El módulo de corte máximo, Go, se ocupa para resolver problemas asociados a carga cíclica. Varios autores han propuesto correlaciones, cuyo rango de aplicación generalmente no se indica, las cuales han sido deducidas a partir de ensayos de laboratorio ó geofísicos. A continuación se muestran las correlaciones propuestas

H. VELOCIDAD DE ONDA DE CORTE, V s Como se indicó previamente, determinar el módulo de corte máximo, Go, es fundamental en el análisis de amplificación sísmica. Como es sabido a partir de la velocidad de onda de corte, Vs, es posible obtener el valor de Go mediante la siguiente

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VI.

Cálculos del ensayo realizado en la UNPRG

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 el toma-muestras 15cm. N2: Número de golpes necesarios para hincar el 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:



-

-

 =4 Presión Admisible:  = 8 /2 En nuestra práctica el valor de la resistencia a la compresión simple qu es:  = 1+2+3 /2 8 

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:

N= 5 golpes COMPACIDAD (Suelo Granular)

Grado de Compacidad

N (S.P.T.)

Muy suelta Suelta Compacta Densa Muy Densa

< 0.2 0.2 – 0.4 0.4 – 0.6 0.6 – 0.8 > 0.8

<4 4 – 10 10 – 30 30 – 50 > 50

Resistencia a La Penetración Estática < 20 20 – 40 40 – 120 120 – 200 > 200

 < 30 30 – 35 35 – 40 40 – 45 > 45 1 5


CONSISTENCIA (Suelos Cohesivos) Muy blanda Blanda Mediana Compacta Muy compacta Dura

VII.

N (S.P.T.) <2 2-4 4-8 8 - 15 15 - 30 > 30

 (kg/cm2)

Resistencia a la Compresión Simple < 0.25 0.25 – 0.50 0.5 – 1 1 – 2 2 – 4 >4

Conclusiones:



Se puede obtener muestras de suelos y una cantidad de golpes que multiplicado por una constante nos da una aproximación de qadmisible.



Es de bajo costo la realización del ensayo.



Se puede realizar dicho ensayo en la mayoría de los suelos y lugares que se necesita hacer el estudio.

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Informe de STP

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