UNIVERSIDAD TECNOLGICA NACIONAL

77

EL ENSAYO DE PENETRACION ESTANDARStandar Penetration TestIng. William Rodriguez S.

VOLUCIN HISTRICA.-En el ao 1902 Charles R. Gow desarroll la prctica de hincar en el suelo un tubo de 1 pulgada de dimetro exterior, para obtener muestras, marcando el inicio del muestreo dinmico de los suelos.En 1922, su empresa se transform en una subsidiaria de Raymond Concrete Pile, la que difundi esa nueva metodologa de estimar la resistencia del material en base al trabajo de hinca del tubo.La cuchara partida de 2 pulgadas de dimetro exterior fue diseada en el ao 1927, basndose en el trabajo de campo realizado en Philadelphia por G. A. Fletcher y el desarrollo de investigaciones realizadas por H. A. Mohr (gerente regional de Gow Company en Nueva Inglaterra, U.S.A.). En 1930 comenz a reglamentarse el mtodo de ensayo con la realizacin de mediciones de la resistencia a la penetracin de una cuchara partida (de 2 pulgadas) bajo una carrera de 12 pulgadas, empleando una maza de 63,5 kg. que caa desde 76,2 cm. de altura.En su trabajo titulado Exploration of soil conditions and sampling operations publicado por la Universidad de Harvard en el ao 1937, H. A. Mohr, reporta que el mtodo de exploracin del suelo y su muestreo se estableci en febrero de 1929, fecha del primer informe del ensayo de penetracin, realizado por la Gow, Divisin de Raymond Concrete Pile.Segn Fletcher, en aquel momento la tcnica de la perforacin, era el principal obstculo para la normalizacin del mtodo. Ni Fletcher ni Mohr dieron muchos detalles del diseo de la cuchara partida de 2 de dimetro externo, pero si lo hizo Hvorslev en 1949 en su reporte clsico sobre exploracin y muestreo del subsuelo.En la 7ma. Conferencia de Texas sobre Mecnica de Suelos e ingeniera de las fundaciones, en el cual fue presentado el trabajo titulado Nuevas tendencias en la exploracin del Subsuelo se citan las primeras referencias concretas sobre el mtodo al que le dieron el nombre de Standard Penetration Test, (Ensayo Normal de Penetracin). En el primer libro de texto donde se hace referencia al ensayo descrito es la edicin de Mecnica de Suelos en la Ingeniera Prctica de Terzaghi y Peck en 1948.

2. DESCRIPCION.-

Fig(1). Equipo de penetracin estndar (SPT).Es ejecutado in situ, se requiere para este ensayo, de trpode, motor, polea, martillo, cuerda, caas gua y partida.Consiste en determinar el nmero de golpes (N), que se requieren para que una barra vertical (llamada caa), penetre una longitud de un pie (30 cm), dentro del suelo, por medio de un golpe de martillo de 140 libras de peso, levantado y soltado desde una altura de 76 cm.

Fig(2). Detalles del equipo de penetracin estndar. El martillo golpea a la caa, a travs de un tope, para que penetre 30 cm.

Fig. 2.1 Martillo.

Con el valor de N se puede determinar, la resistencia a compresin, el mdulo de elasticidad, el coeficiente de balasto, el coeficiente de variacin volumtrica y la capacidad portante Hay que hacerle algunas correcciones, pero que hacen variar ligeramente el valor de NF de campo. Al valor nuevo se le llama N corregido, estndar (Ns) o N60

Ns, N60 = NF * CN * h1 * h2 *h3 * h4 * h5

N 60 se interpreta aqu como la energa que llega a la cabeza de golpeo cuando ERs = 60 %

CN = Correccin por sobre-capan1 = Factor de ajuste = ER / ERs ERs es aproximadamente = 60 % (USA)n2 = Factor de ajuste por longitud de las barras de perforacin n3 = Factor de ajuste por el revestimiento del toma-muestrasn4 = Factor de ajuste por el dimetro del toma-muestras.N5 = Factor de ajuste por nivel fretico

Correccin por sobrecapa, CN.-En la determinacin de la resistencia a penetracin de una arena, influye la profundidad a la cual se practica el ensayo, debido al confinamiento producido por la presin de la sobrecarga. Puede ocurrir que al aumentar la profundidad exhiba valores mayores de densidad relativa que la real. Si se considera normal el valor de N a una profundidad que corresponde a una presin efectiva de sobrecarga de 10 t/m2, el factor de correccin CN que hay que aplicar a los valores de N para otras presiones efectivas diferentes est dado por las expresiones: Peck-Hanson-Thornburn

. p = presin vertical efectiva en t/m2 15, entonces:

Si N 1,2.

Para plateas cimentadas sobre arenas: C = 2 * C (Se acepta el doble de esfuerzo, ya que en plateas es menor el dao por asentamiento, que en las zapatas).

5= 1,20 m

3.2 Correlaciones para otros parmetros geotcnicos de las arenas.-Los resultados del SPT pueden correlacionarse con algunas propiedades mecnicas de los suelos, y en especial en lo referente a las arenas. Las primeras referencias sobre el uso del SPT en arenas estn citadas en (Terzaghi y Peck) y representadas en una tabla que correlaciona el valor de N con la densidad relativa en arenas.

La densidad relativa (Dr) de una arena, tiene una influencia importante en el ngulo de friccin interna (), en su capacidad de carga y en el asentamiento de fundaciones que se apoyan sobre este material. Por ejemplo si una arena sumergida es muy suelta, un choque brusco puede producir una potencial licuefaccin del material (suspensin). En estado denso la misma arena es insensible a los choques y por lo tanto adecuada como base de las estructuras ms pesadas. De all la importancia de la densidad relativa frente a las dems propiedades a excepcin de la permeabilidad.

Una correlacin muy utilizada que relaciona el, valor N, Dr, y sobrecarga efectiva, es la familia de curvas desarrolladas y estudiadas por Gibbs y Holtz, basadas en una serie de ensayos de laboratorio. Esta correlacin la utilizaron muchos ingenieros en todo el mundo para estudios de rutina in situ y otros lo hicieron para predecir la potencial licuefaccin en suelos no cohesivos.

Fig. 5.

Fig. 6.Angulo de friccin interna de las arenas.-La figura (7) muestra la correlacin entre los valores de N con el esfuerzo vertical efectivo sv, los valores del ngulo de friccin interna (), obtenida por Schmertmann, y que se obtiene de la ecuacin:

Donde:NF = Nmero de golpes del equipo del SPT en el xampo.sv = Presin efectiva de sobrecargaPa = presin atmosfrica en las mismas unidades que Sv = ngulo de friccin interna del suelo.

Fig.(7). Correlacin entre la resistencia a la penetracin Np, la presin vertical efectiva de sobrecapa sv, y el ngulo de friccin interna, y el ngulo de friccin interna, para suelos granulares, segn Shmertmann (1975)

Peck, Hanson y Thornburn obtuvieron:

F(grados) = 27,1 + 0,3Ncorreg. + 0,00054 (Ncorreg.)2

Hatanaka y Uchida en 1996 obtuvieron: _________ F(grados) = 20 *Ncorreg. + 20

RESUMEN DE PROPIEDADES EN ARENAS.-

Mdulo de deformacin (Es).-

Mdulo de rigidez al cortante Go.-

3.2 SUELOS COHESIVOS.-CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE EN ARCILLAS.-De la Ec. De Terzaghi:

Para f = 0, entonces Nq = 1, Ng = 0

Como: FS = 3, y:

Resulta:

Donde:

Para zapata continua:Cuando f = 0, de la grfica de Terzaghi, para suelos cohesivos, resulta Nc = 5,70

De la figura 18.2, dada por Skempton se obtiene:Para cimiento en faja: 5,14