RESUMEN

El ensayo de penetración estándar o SPT (del inglés Standard Penetration Test), es un tipo de prueba de penetración dinámica, empleada para ensayar terrenos en los que se quiere realizar un reconocimiento geotécnico.

Es el ensayo más empleado en la realización de sondeos, y se lleva a cabo en el fondo de la perforación.

Consiste en medir el número de golpes necesario para que se introduzca una determinada profundidad una cuchara (cilíndrica y hueca) muy robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35 milímetros, lo que supone una relación de áreas superior a 100), que le permite tomar una muestra en su interior, naturalmente alterada. El peso de la maza y la altura de la caída libre, están normalizados, siendo de 63'5 kilopondios y 76 centímetros respectivamente.

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SUMMARY

The standard penetration test or SPT (Standard Penetration Test), is a type of dynamic penetration test, used to test land on which you want to perform a Geotechnical recognition.

It is the test used in conducting surveys, and is held in the downhole.

Consists in measuring the number of strokes required for a given depth is inserting a spoon ( hollow cylindrical ) very robust ( outer diameter of 51 mm and 35 mm inside , which is an area ratio greater than 100 ) , that It takes a sample therein naturally altered. The weight of the club and the free fall height, are standardized, being kiloponds 63.5 and 76 centimeters respectively.

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INTRODUCCION

Las pruebas de campo adquieren una gran importancia en los suelos muy susceptibles a la perturbación y cuando las condiciones del terreno varían en sentido horizontal y vertical. El método de prueba in situ más ampliamente utilizado es el de penetración.

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

El Standard Penetration Test (SPT) se realiza en el sondeo de puentes y muelles cuando las paredes son estables o después de haberlas revestido. Una vez alcanzada la profundidad a la que se quiere realizar el ensayo y, tras haber limpiado el fondo, se hinca en el fondo una tubería hueca con la punta biselada, a la que se conoce como cuchara SPT, con un diámetro exterior de 2’’ (51 mm) e interior 11/8’’ (35 mm) en materiales blandos y en gravas una puntaza ciega del mismo tamaño que la anterior, que consta de tres elementos: zapata, tubo bipartido y cabeza de acoplamiento con el varillaje.

El ensayo de penetración estándar es una herramienta útil y practica para determinar la capacidad de soporte del suelo. La capacidad de soporte es utilizada en el dimensionamiento de los cimientos de una estructura. Además de obtener la capacidad de soporte, el ensayo permite obtener muestras de suelos para la realización de otros ensayos que permiten cuantificar la propiedad índice y de resistencia de un suelo.

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INDICE

1. TITULO…………………………………………………………………………...… Pág. 012. RESUMEN……………………………………………………………………….… Pág. 023. INTRODUCCIÓN……………………………….…………………………………. Pág. 04

CAPITULO I1.1 HISTORIA DEL SPT…………...………………………………………………... Pág. 061.2 OBJETIVOS DEL ENSAYO…...………….………………………..…………... Pág. 081.3 DEFECTOS DEL ENSAYO…...………………………………………………... Pág. 08

CAPITULO II2.1 DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO.………………………………………………... Pág. 122.2 PRINCIPIO DEL ENSAYO….…………….………………………..…………... Pág. 122.3 EQUIPO…………………….…...………………………………………………... Pág. 082.4 PROCEDIMIENTO…..…….…...………………………………………………... Pág. 082.5 CALCULOS…………..…….…...………………………………………………... Pág. 162.6 VANTAJAS Y DESVENTAJAS..………………………………………………... Pág. 18

CAPITULO III3.1 DETERMINACION DE LA CAPACIDAD PORTANTE………………………. Pág. 203.2 APLICADO A PILOTES….….…………….………………………..…………... Pág. 21

CAPITULO IV4.1 APORTE DE TERZAGUI Y PECK…………………….………………………. Pág. 244.2 APORTE DE GIBBS Y HOLTS…………………….……………..……………. Pág. 244.3 APORTE DE PECK Y BAZARAA…………………….……………..…………. Pág. 244.4 APORTE DE MEYERHOF.….…………….………………………..…………... Pág. 25

5. CONCLUSIONES…………...……………………………………………...…...... Pág. 306. RECOMENDACIONES…....…………..…………………………………...…...... Pág. 317. BIBLIOGRAFIA…..……………………………………………………..…...…...... Pág. 32

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CAPITULO I

1.1.- HISTORIA DEL SPT

Los orígenes del ensayo SPT se remontan al año1902, cuando el Coronel Charles R. Gow desarrolló un muestreador de 25mm de diámetro, el cual se hincaba al suelo mediante un martillo de 50 kg en la base del sondaje. El muestreador de cuchara partida, similar al utilizado actualmente, debe su desarrollo a los trabajos efectuados por H.A. Mohr, Gerente de de Distrito de Gow Division en Nueva Inglaterra (USA)y a G.F.A. Fletcher de la Raymond Concrete PileCompany en 1927.

Fletcher y Mohr “estandarizaron” en 1930 el método de hincar una cuchara partida de 50 mm de diámetro usando una masa de 62.5 kg de peso que cae desde una altura de 760 mm, como lo describe Mohr en1937. Es interesante mencionar que Mohr en 1943declaró que el ensayo permite tener “una gruesa idea de las condiciones del suelo”. El término “Ensayo de Penetración Estándar” fue probablemente utilizado por primera vez por Terzaghi en 1947 en su artículo “Recent Trends inSubsoil exploration”, el cual fue presentado en la 7ªConferencia de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones efectuada en Texas, USA.

El uso del ensayo SPT en el diseño de zapatas superficiales y profundas se extendió rápidamente después de 1948, cuando la primera edición del libro “Soil Mechanics in Engineering Practice” deTerzaghi & Peck fue publicado; ya que en él se indicaba una correlación entre el número de golpes para penetrar 30 cm (Nspt) y la densidad relativa. Rápidamente el método fue adoptado por el US Corps of Engineers y el US Bureau of Reclamation.En 1953, Peck et al, propuso ábacos para el diseño de zapatas en arena, en donde la capacidad de soporte admisible fue relacionada con el número de golpes Nspt y un asentamiento total de 25mm.

El interés por estandarizar los métodos comunes de ensayos de penetración en suelos, se remontan a la 4th Conferencia Internacional de Mecánica de Suelos y Fundaciones realizada en Londres en 1957. En aquella ocasión se encargó a un subcomité la tarea de estudiar la posible estandarización de los métodos de penetración estáticos y dinámicos.

En el año 1958 la American Standard Testing Method(ASTM) publicó el documento denominado “Tentative method for penetration test and split barrel sampling of soils”. Sólo en el año 1967 alcanzó la categoría de norma (ASTM D1586).

La figura muestra en forma esquemática la ejecución del ensayo y en la figura Nº2 se muestran las características de la cuchara partida o muestreador utilizado.

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1.2.- OBJETIVOS DEL ENSAYO S.P.T.:

- Determinar la Compacidad y la Capacidad de Soporte del suelo no cohesivo

- Tomar muestras representativas del suelo- Hallar correlación entre:

El número de golpes, N, medido y la compacidad φ y la resistencia a la compresión simple por medio de tablas o

ábacos ya existentes

1.3.- DEFECTOS DEL ENSAYO

Tempranamente, en el año 1965 Fletcher y posteriormente Ireland et al en 1970, criticaron el ensayo por considerar que existía una gran cantidad de factores que pueden afectar los resultados. Adicionalmente, para muchos autores el término “Estándar” no debiera ser aplicable a este ensayo por las diferencias que han sido detectadas al comparar diferentes procedimientos de ejecución, en diferentes países, todos aparentemente regidos bajos los preceptos de la norma ASTM.

A continuación se enumeran algunas de las diferencias detectadas.

Tipo de martillo y Energía de Hincado

. La norma ASTM indica que se debe utilizar un martillo de 140lb (63.5 kg) y que debe dejarse caer desde una altura de 30 pulg (760mm). Sin embargo, se ha detectado diferencias en estos valores asociados quizás al tras paso a unidades métricas. A título de ejemplo, en Japón el martillo pesa 63.5 kg, pero la altura de caída es de 750 mm y, en la India, el peso del martillo es de65 kg y se deja caer desde una altura de 750 mm.

También existen diferencias en el tipo de martillo utilizado, los cuales aparentemente cumplen los requisitos de peso y altura de caída, pero se ha medido que la energía de hincado son distintas. En la figura Nº3 se muestran los tres tipos de martillo más comunes: martillo “aguja” (pinweight hammer), martillo de seguridad (safety hammer) y martillo tipo rosca (donut hammer).

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Kovacs y Salomone (1982) encontraron que la energía de hincado puede variar entre un 30 a un 80%de la energía teórica (475 J), Riggs et al (1983) obtuvieron variaciones de energía entre 70 a 100%. Además del tipo de martillo utilizado, las otras causas que interviene en las variaciones son:

- Algunos equipos presentan un sistema automático que controla la caída del martillo en un rango de ± 25mm,

- Otros equipos usan un sistema de polea-torno para levantar el martillo (ver figura Nº1), en cuyo caso la energía de hincado dependerá de: diámetro y condición de la polea, número de vueltas que se aplican para levantar la masa,

- Altura real de caída libre de la masa con el sistema polea-torno. Riggs (1986) postula que el operador comúnmente levanta un promedio de 50 mm más delo deseado, es decir, la altura real de caída en promedio sería de 810 mm,

• Muestreador de Cuchara Partida. En algunas ocasiones se utiliza una “camisa” al interior del muestreador cuchara partida, a objeto de mejorar la recuperación de la muestra. La presencia de esta camisa aumenta el roce lateral al hincado, aunque actualmente es común no utilizarlo. Los muestreadores que se utilizan en Norteamérica, tienen en general 3 mm más de diámetro interior en el cuerpo de la cuchara, que en el extremo inferior del muestreador (zapata); en cambio, en Asia y Europa el diámetro interior es el mismo en toda la longitud de la cuchara. Esta diferencia puede afectar la resistencia a la penetración entre un 10 a 30% (Seed et al. 1985),

Diámetro de la perforación. La importancia del diámetro de la perforación ha sido discutida por Fletcher (1965), quien propone que el diámetro máximo de la perforación debe ser de 100 mm. SenGupta y Aggarbal (1965) han reportado variaciones de hasta un 30% en el valor de la resistencia por efecto del diámetro de la perforación,

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Técnicas de perforación: Granger (1963) ha postulado que el uso de lodos para estabilizar las paredes durante la perforación incrementa la resistencia a la penetración en forma significativa.

El nivel de agua al interior del sondaje debe ser igual al nivel freático, de modo de no generar una sub presión en el fondo del sondaje que suelte el suelo y con ello disminuya la resistencia a la penetración.

También una inadecuada limpieza del fondo del sondaje, antes de efectuar el ensayo, puede incidir a que éste se realice en suelo perturbado. Utilizar como técnica de perforación “lanza de agua”, puede hacer que se perturbe más allá de lo deseado el fondo de la excavación, afectando con ello el resultado del ensayo.

Longitud de barras de perforación.

Gibbs y Holtz(1957), McLean et al. (1957) y otros, han demostrado que el valor de la resistencia a la penetración es inferior a la real, cuando la longitud de las barras es mayor a 10 m y el valor de Nspt es inferior a 30. Por otra parte, algunos autores postulan que la validez del ensayo es hasta 20 m de profundidad, ya que ha pro fundidades mayores, la transmisión de la energía a través de las barras se ve fuertemente afectada.

La tabla Nº1 ilustra los efectos de diferentes variables que han sido discutidas previamente. En esta tabla se muestra el posible rango de Nspt para los materiales usados como referencia, si se presentan errores en el ensayo.

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Examinando la tabla, se puede concluir que los efectos por perturbación durante la perforación pueden generar los mayores errores en la determinación de Nspt. Generalmente, tienden a subestimar el valor de la resistencia a la penetración, inclusive asignando valores de “cero” resistencia. En la figura Nº4 se muestra un ejemplo que ilustra las diferencias que se pueden manifestar al utilizar 2tipos de martillos distintos, en un mismo tipo de suelo.

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CAPITULO II

ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(Standard Penetration Test, ASTM D 1586)

2.1 DESCRIPCIÓN:

Las pruebas de campo adquieren una gran importancia en los suelos muy susceptibles a la perturbación y cuando las condiciones del terreno varían en sentido horizontal y vertical. El método de prueba in situ más ampliamente utilizado es el de penetración.

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.

Ensayo SPT

2.2 PRINCIPIO DEL ENSAYO:

El ensayo SPT se realiza en el interior de sondeos durante la perforación, consiste básicamente en contar el número de golpes (N) que se necesitan para introducir dentro de un estrato de suelo, un toma muestras (cuchara partida hueca y cilindrica) de 30 cm de largo, diámetro exterior de 51mm e interior 35mm, que permite realizar tomas de muestra naturalmente alterada en su interior, a diferentes profundidades (generalmente con variación de metro en metro).

El peso de la masa esta normalizado, así como la altura de caída libre, siendo éstos respectivamente 63.5 kg y 76.2 cm.

DONDE SE REALIZA:

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Este ensayo se realiza en depósitos de suelo arenoso y de arcilla blanda; no es recomendable llevarlo a cabo en depósitos de grava, roca o arcilla consolidada, debido a los daños que podría sufrir el equipo de perforación al introducirlo dentro de dichos estratos.

2.3 EQUIPO:

Pesa 63.5 kg con una altura de caída de 76.2 cm Barras y brazos de perforación Toma muestra o tubo partido con las siguientes dimensiones:

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

Trípode de carga Flexómetro Fundas de plástico Tarjetas de identificación

Trípode de carga toma muestras

2.4 PROCEDIMIENTO:

El método de Penetración Estándar es el más ampliamente usado para la exploración de suelos, y comprende dos etapas:

2.4.1 EL SONDEO:

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Consiste en hacer una perforación con barreno, inyección de agua o sondeo rotatorio usando un taladro con movimientos de rotación de alta velocidad y circulando agua para extraer los detritos.

En los suelos firmes el sondaje se mantiene abierto por la acción del arco del suelo; en las arcillas blandas y en las arenas situadas debajo del nivel freático, el sondaje se mantiene abierto hincando un tubo de acero (tubo de entibado o camisa).

Penetrómetro en el barreno utilizado como camisa de revestimiento

2.4.2 EL MUESTREO:

Se realiza el sondeo hasta la profundidad establecida, y a continuación se lleva al fondo de dicha perforación una cuchara normalizada que se hinca 15 cm (6’’). en la capa a reconocer, a fin de eliminar la zona superficial parcialmente alterada, por efectos del procedimiento utilizado durante la ejecución del sondaje.

Se hace una señal sobre el varillaje y se cuenta el número de golpes (N) necesarios para hincar de nuevo la cuchara, la profundidad de 30 cm (12’’). Utilizando la pesa de 63.5 kg con una altura de caída de 76.2 cm.

Entonces el parámetro medido será: N=N1+N2, donde:

N1: Es el número de golpes necesarios para hundir el toma muestras 15cm.N2: Es el número de golpes que se necesita para hundir los 15 cm. restantes del toma muestras.

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Si por algún motivo el número de golpes necesarios para hincar cualquier intervalo de 15 cm es superior a 50, entonces el resultado del ensayo deja de ser la suma que se indica anteriormente para convertirse en RECHAZO, teniéndose que anotar la longitud hincada en el tramo en el cuál se han alcanzado los 50 golpes. El ensayo se da por finalizado cuando se alcanza este valor.

Finalmente se abre la cuchara partida y se toma la muestra de su interior, para realizar los ensayos correspondientes, (contenido de humedad, granulometría, límites de consistencia, peso específico).

Las muestras recuperadas en el penetrómetro que mantienen su forma cilíndrica pueden ser usadas para pruebas de compresión sin confinamiento.

Se recomienda que las muestras recuperadas del suelo se introduzcan en unos recipientes herméticos, en los que se fijaran unas etiquetas donde mencionen: localización, denominación del sondeo, fecha, numero de muestra, profundidad de ensayo, resistencia a la compresión del terreno.

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2.5 CALCULOS:

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: Rp=Nx 4

- Presión Admisible:mσ adm=N8kg /cm2

- En nuestra práctica el valor de la resistencia a la compresión

simple que es: σ adm=(N 1+N 2+N 3)

8kg /cm 2

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:

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COMPACIDAD

(Suelo Granular)

Grado de

Compacidad

N (S.P.T.)

Resistencia a

La Penetración

Estática

φ

Muy suelta < 0.2 < 4 < 20 < 30

Suelta 0.2 – 0.4 4 – 10 20 – 40 30 – 35

Compacta 0.4 – 0.6 10 – 30 40 – 120 35 – 40

Densa 0.6 – 0.8 30 – 50 120 – 200 40 – 45

Muy Densa > 0.8 > 50 > 200 > 45

CONSISTENCIA

(Suelos Cohesivos)

N

(S.P.T.)

qu (kg/cm2)

Resistencia a la

Compresión Simple

Muy blanda < 2 < 0.25

Blanda 2 - 4 0.25 – 0.50

Mediana 4 - 8 0.5 – 1

Compacta 8 - 15 1 – 2

Muy compacta 15 - 30 2 – 4

Dura > 30 > 4

2.5.1 INFLUENCIA DEL NIVEL FREATICO: La cuchara normalizada, puede variar en la arena fina, según la situación del nivel freático.

Si llamamos N’ al número de golpes registrados en un ensayo realizado por debajo del nivel freático, el valor equivalente N que debe considerarse en el cálculo que está dado por la expresión siguiente debida a Terzaghi y Peck.

N=15+12

(N '−15 )

CAUSAS DEL ERROR.- es evidente que las relaciones anteriormente señaladas solamente son aproximadas. En efecto, pueden influir en los valores de N muchos factores y particularmente:

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El estado de la superficie inferior y exterior de la cuchara, que si están oxidadas o abolladas pueden modificar considerablemente el rozamiento en las capas atravesadas.

La posición del nivel freático respecto del ensayo.

La forma y la superficie de los orificios o ventanas de expulsión del agua.

La posición relativa del fondo del taladro con respecto al límite inferior del entubado al comienzo de la hinca.

El tiempo transcurrido entre la perforación del taladro y la ejecución del ensayo SPT propiamente dicho.

Por último, la flexibilidad del varillaje que absorbe una parte de la energía. En el caso de sondeos muy profundos, Camnefort ha propuesto eliminar este inconveniente utilizando en la hinca una destiladora.

Entre los factores importantes que pueden afectar a los resultados del SPT, Fletcher señala además:

La variación de altura de caída de la maza. El empleo de varillaje más pesado que el previsto. La elevada longitud de varillaje (por encima de 15 cm.). La caída libre de la masa obstaculizada por cualquier causa. El descuido en el número de golpes o en la medida de la

penetración.Es fundamental no sobre valorar la significación del calificativo Standard. Efectivamente, las características de los aparatos no son uniformes en los distintos países, e incluso dentro de un mismo país, como en Estados Unidos o en el Brasil, por ejemplo donde hay varios tipos de SPT.

2.5.2 APLICACIÓN:

Este ensayo tiene como principal utilidad la caracterización de suelos granulares (arenas o gravas arenosas) en las que se hace muy difícil o imposible obtener muestras inalteradas para los ensayos en el laboratorio.

El valor de los golpes obtenidos en un ensayo de penetración es un dato indicativo de la consistencia que posee un terreno susceptible de su utilización para la caracterización o diseño geotécnico.

Cuando el terreno que se estudia es grava, la cuchara no puede hincarse en el terreno, pues se dobla, por lo que usualmente su sustituye por una punta maciza de la misma sección (no normalizada). Por ende en éste caso el ensayo no proporciona

muestra y el golpeteo que se obtiene debe corregirse dividiendo por un factor que se considera del orden de 1.5.

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La frecuencia habitual para la realización del SPT a lo largo del sondeo es de un ensayo de 2 a 5 metros, o incluso mayor, en función de las características del terreno.

2.6 VENTAJAS

Se obtiene suelo y un número.

Sencillo y de bajo costo.

Funciona en muchos tipos de suelo.

Se puede utilizar en rocas blandas.

Disponible en todo el mundo.

2.7 DESVENTAJAS

Muestra alterada (solo para caracterización)

Número muy crudo para el análisis.

No aplicable en arcillas blandas y limos.

Variabilidad e incertidumbre.

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CAPITULO III

3.- ALGUNAS APLICACIONES DEL ENSAYO DE PENETRACION STANDARD (S.P.T)

3.1.- DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD PORTANTE

3.1.1.- Suelos Granulares

La capacidad de carga última (qult) de un suelo (Terzaghi y Peck) puede establecerse a partir de las siguientes relaciones:

qnet = 2NBR W + 6 (100 + N²) DRW (Zapatas cuadradas)

qnet = 3N² BR W + 5 (100 + N²) DRW (Zapatas continuas)

en la que:

(qult) capacidad de carga última (lb/pie²)

B = ancho de la fundación en pies

D = profundidad de la fundación (pies)

RW y R'W factores de corrección por la posición de la Napa Freática propuesto por TENG

Terzaghi y Peck han correlacionado el ancho de la fundación para que, con un valor de N dado, se obtenga una presión de contacto que produzca un asentamiento total máximo de 1", esta correlación se muestra en cuadro descrito anteriormente que es válida para arenas secas.

3.1.2.- Suelos Finos

El ensayo de Penetración Standar fue ideado predominantemente para ser usado en suelos granulares, sin embargo, en trabajos de pequeña envergadura, puede conseguirse una menor economía utilizando un diseño conservador basado en resultados del S.P.T.

La tabla No. IV proporciona una relación aproximada entre N, la consistencia y la capacidad de carga admisible (FS = 3) de suelos arcillosos. Al aplicar estas relaciones no se tiene un control sobre la magnitud de los asentamientos y en consecuencia deben ser efectuados por algún método en particular.

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3.2 .- CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO MEDIANTE EL ENSAYO SPT – APLICADO A PILOTESPara desarrollar la capacidad de carga deseada, un pilote de punta debe penetrar suficientemente el estrato denso de suelo o tener contacto suficiente con un estrato de roca. Este requisito no es siempre satisfecho hincando un pilote a una profundidad predeterminada debido a la variación de los perfiles del suelo, por lo que se han desarrollado varias ecuaciones para calcular la capacidad última de un pilote durante la operación. Las ecuaciones dinámicas son ampliamente usadas en el campo para determinar si el pilote ha alcanzado un valor satisfactorio de carga a la profundidad predeterminada. Una de las primeras de esas ecuaciones dinámicas, comúnmente llamada la fórmula del Engineering News Record (ENR), se deriva de la teoría del trabajo y la energía. Es decir, Energía impartida por el martillo por golpe = (resistencia del pilote) (penetración por golpe de martillo) De acuerdo con la fórmula ENR, la resistencia del pilote es la carga última Q, expresada como

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La penetración, S, del pilote se basa usualmente en el valor promedio obtenido de los últimos golpes del martillo. En la forma original de la ecuación se recomendaron los siguientes valores de C. Para martillos de caída libre: C =1 puig (si las unidades de S y h están en pulgadas) Para martillos de vapor: C = 0.1 puig (si las unidades de S y h están en pulgadas) Se recomendó también un factor de seguridad, FS, = 6, para estimar la capacidad admisible del pilote. Note que para martillos de acción simple y doble, el término WRh es reemplazado por EHE (donde E = eficiencia del martillo y HE = energía nominal del martillo). Entonces

La fórmula ENE ha sido revisada a lo largo de los años y también se han sugerido otras fórmulas de hincado de pilotes. Algunas están tabuladas en la tabla 9.11. El esfuerzo máximo desarrollado en un pilote durant.e la operación de hincado se estima con las fórmulas presentadas en la tabla 9.11. Como ilustración, usamos la fórmula ENR modificada:

En esta ecuación, S es igual a la penetración promedio por golpe de martillo, que también se expresa como

TABLA 9.11 Fórmulas para el hincado de pilotes

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Diferentes valores de N se suponen para un martillo y pilote dados y luego pueden calcularse Qu. El esfuerzo de hincado entonces se calcula para cada valor de N y Qu/Ap. Este procedimiento se muestra con un conjunto de valores numéricos.

CAPITULO III

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3.- RELACIONES ENTRE EL NUMERO DE GOLPES "N" DEL SPT, DENSIDAD RELATIVA Y ANGULO DE FRICCION INTERNA ( )

4.1 Aporte de TERZAGUI y PECK

Relacionan los valores de N-DR Y N-φ en forma independiente de la profundidad a la que se efectúa el ensayo, y por lo tanto de la sobrecarga efectiva en el nivel considerado (ver Fig. No. 5). Cuando el ensayo se efectúa en arenas finas o limosas bajo el nivel de la napa freática, debe reducirse el número de golpes a través de la siguiente relación:

4.2 Aporte de GIBBS y HOLTS

Proporciona correlaciones entre N, DR y la sobrecarga efectiva, tomando en consideración el grado de humedad y el tamaño de los granos. En la Fig. 6 se muestra la correlación entre "N" y la Densidad Relativa de una arena fina, seca, para diferentes valores de la sobrecarga efectiva. La Fig. 7 muestra la misma correlación para arenas gruesas, secas o húmedas. En las figuras mostradas se incluye la correlación de TERZAGHI y PECK a modo de comparación.

Las propiedades de las arenas utilizadas por GIBBS y HOLTZ en sus investigaciones se muestran en la Fig. 8.En todo caso, puede observarse que el hecho de utilizar la correlación de TERZAGHI y PECK, conduce a estimar una menor densidad relativa, y por ende a subestimar la capacidad de soporte del suelo, con excepción del caso de arenas secas o húmedas cuando "N" es aproximadamente mayor que 35 y la sobrecarga efectiva excede a 40 P.S.I. (2.8 Kg/cm²).

4.3 Aporte de Peck y Bazaraa

Relacionan la densidad relativa de la arena con el índice de penetración standard "N" y la presión de sobrecarga en el nivel donde se efectúa el ensayo, por medio de las siguientes relaciones:

En la que "N" es el valor del S.P.T. para una arena con una densidad relativa DR y bajo una presión de sobrecarga σ. La figura No. 9 representa esta correlación.

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3.4 Aporte de Meyerhof

En investigaciones realizadas entre 1953, 1954 y 1955 Meyerhof estableció una correlación entre N, DR, y φ, la cual es independiente de la presión de sobrecarga efectiva (ver figura No. 10).

Según el autor los valores de los ángulos son seguros para arenas limpias y uniformes, deben reducirse por lo menos 5 grados para el caso de arenas arcillosas en ausencia de ensayos de corte; para el caso de una mezcla de arenas con gravas pueden aumentarse hasta 5 grados.

Posteriormente en 1975 estableció una correlación en la cual se incluye el efecto de la presión de sobrecarga (σ) en el nivel donde se efectúa el ensayo, por medio de la siguiente relación.

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CONCLUSIONES

El ensayo de penetración estándar es una herramienta útil y practica para determinar la capacidad de soporte del suelo. La capacidad de soporte es utilizada en el dimensionamiento de los cimientos de una estructura. Además de obtener la capacidad de soporte, el ensayo permite obtener muestras de suelos para la realización de otros ensayos que permiten cuantificar la propiedad índice y de resistencia de un suelo.

En el Ensayo de Penetración Estándar, las causas de error que son considerablemente más importantes que aquellos inherentes en el ensayo mismo son los que ocurren debido a un manejo inapropiado de las herramientas y el equipo al realizar el sondeo.

Se llega a la conclusión de que se pudo cumplir satisfactoriamente con el objetivo pretendido que era aprender un método sencillo para determinar la resistencia de un suelo a la penetración expresada por el número de golpes necesarios para penetrar 30 cm.

En el ensayo SPT tiene la ventaja de proporcionar además la información de la naturaleza de las capas atravesadas gracias a la muestra que se extrae.

Para cada tipo de suelo el número de golpes es distinto puesto que se debe a los asentamientos de muchos años (compacidad).

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RECOMENDACIONES

Se debe tomar en cuenta la norma ASTM D1586-84 indica que la prueba se puede dar por finalizada cuando se aplican 50 golpes para un tramo de 15 cm al aplicar 100 golpes en total o cuando no haya penetración alguna durante 10 golpes

A pesar de ser un ensayo relativamente sencillo de ejecutar, es fundamental para la calidad final del ensayo que el sondaje que sirve de guía, sea de alta calidad, así como los operarios que lo ejecutan.

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BIBLIOGRAFIA

Normas ASTM D1586 y AASHTO T206.

Manual de ensayo de materiales (EM 2000)- MTC.

Guía de cimentaciones en obras de carretera, Dirección General de Carreteras, España.

Ángel Muelas Rodríguez- Manual de Mecánica del Suelo y Cimentaciones.

Juárez Badillo y otros. Mecánica de Suelos. Ed.Limusa in situ.

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