“AÑO DE LAS CUMBRES MUNDIALES EN EL PERU”

UNIVERSIDAD NACIONAL

“SAN LUÍS GONZAGA”

Facultad de Ingenieria Civil

TRABAJO : INFORME DE ENSAYOS DE CORTE Y SPT

CURSO : GEOTECNIA

CICLO : VII “A”

DOCENTE: Ing. ANTONIO HERNANDEZ CASTILLO

ALUMNO:

- LÓPEZ HUIZA JUAN CARLOS

ICA-PERÚ

2008

Dedicatoria:

A nuestros padres, que con su esfuerzo y

dedicación en cada instante de nuestras

vida, han logrado fortalecer y enriquecer

nuestros conocimientos y sentimientos

para así alcanzar nuestras metas logradas.

INTRODUCCIÓN

  Un penetrómetro es un aparato que penetra en el suelo para recabar una serie de informaciones que nos ayudaran al conocimiento directo de propiedades físicas e indirectas de propiedades químicas en el laboratorio (SPT).

 A grandes rasgos podemos diferenciar dos tipos de ensayo de penetración uno el propio de los conos tanto estáticos como dinámicos y el otro referido al ensayo de penetración estándar (SPT)

  

Consiste en introducir un tomamuestras el interior de un sondeo realizado previamente determinando la resistencia del suelo a la penetración, al tiempo que permite obtener una muestra representativa para su identificación, aunque con su estructura determinada

Si el penetrómetro es estático las varillas serán empujadas a una velocidad constante mediante un aparato transmisor, si es dinámico se procederá al hinque y posterior sobrepresión sobre la cabeza.

 Se realizarán mediciones, de manera continua o a intervalos de profundidad determinados, de la resistencia a la penetración del cono.

 

 

 

ENSAYO DE PENETRACIÓN DINÁMICA.

 Consiste en una punta que es golpeada repetidamente para así penetrar en el suelo y conocer la resistencia de este a la penetración, dicha punta consta de

un cono cuyo ángulo suele ser de entre 60 y 90 grados que suele ser denominado puntaza.

En un principio estos penetrómetros fueron concebidos para apreciar la compactibilidad de los suelos sin cohesión, de los cuales era muy difícil tomar muestras inalteradas. Los resultados obtenidos se deben de tratar con mucho cuidado debido a que el suelo puede refluir por encima de la punta, por el agua intersticial en suelos poco permeables o por el rozamiento lateral.

El varillaje debe de ser de diámetro inferior a la base para así evitar todo lo posible el rozamiento lateral del tren de varillas

El golpeteo es producido por la caída guiada de una maza de peso variable según penetrómetro que golpea la cabeza de impacta y transmite el golpe a la punta que va atravesando el terreno según su dureza.

PRINCIPIO FÍSICO

Los penetrómetros se basan en el principio físico de la conservación de la cantidad de movimiento.

Se supone además que el choque de la maza con la cabeza de impacto es completamente plástico, es decir no se produce el rebote de la maza al impactar.

 Aplicando posteriormente otro de los principios de mecánica "La diferencia de energía cinética es igual al trabajo efectuado”. En este caso la maza pasa de poseer una energía potencial en el momento inicial a tener energía cinética en el momento final que e transmitirá finalmente al cono que penetrará en el suelo recibiendo de este una resistencia a la penetración que deriva de este concepto.

 

 

SPT (Standard Penetración Test)

El SPT determina la resistencia del suelo a una penetración de un tomamuestras tubular de acero, en el interior de un sondeo, al tiempo que permite la recolección de muestras alteradas en su estructura para su identificación.

La penetración del tomamuestras es producida por un una maza de 63'5 Kg que golpea repetidamente al caer desde una altura de 76,2 cm

 Ventajas del SPT

Una ventaja adicional es que al ser la cuchara SPT un tomamuestras, permite visualizar el terreno donde se ha realizado la prueba y realizar ensayos de identificación, y en el caso de terreno arcilloso, de obtención de la humedad natural.

El campo de aplicación.

 El ensayo de penetración estándar se emplea para evaluar la resistencia de un terreno y su deformabilidad, esta especialmente indicado para arenas en cambio para suelos arcillosos presenta bastantes dificultades de interpretación también en suelos que contengan gravas deberá de tenerse cuidado con la influencia que generen el tamaño de partículas del suelo.

Aplicaciones y correlaciones

El ensayo SPT tiene su principal utilidad en la caracterización de suelos granulares (arenas o gravas arenosas), en las que es muy difícil obtener muestras inalteradas para ensayos de laboratorio.

Al estar su uso muy extendido y dispone de una gran experiencia geotécnica en estas pruebas, se han planteado correlaciones entre el golpeo SPT y las características de los suelos arenosos, así como con diversos aspectos de cálculo y diseño geotécnico.

También existen correlaciones en el caso de que el terreno sea cohesivo, pero al ser un ensayo prácticamente instantáneo, no se produce la disipación de los incrementos de presiones intersticiales generados en estos suelos arcillosos por efecto del golpeo, lo que claramente debe influir en el resultado de la prueba.

Por ello, tradicionalmente se ha considerado que los resultados del ensayo SPT (y por extensión, los de todos los penetrómetros dinámicos) en ensayos cohesivos no resultan excesivamente fiables para la aplicación de correlaciones. En la actualidad, este criterio está cuestionado, siendo cada vez más aceptado que las pruebas penetrométricas pueden dar resultados igualmente válidos en todo tipo de suelo. En cualquier caso, al margen de la validez o existencia de correlaciones, el valor del golpeo obtenido en un ensayo de penetración simple es un dato indicativo de la consistencia de un terreno susceptible de su utilización para la caracterización o el diseño geotécnicos.

Cuando el terreno atravesado es grava, la cuchara normal no puede hincarse, pues su zapata se dobla. Con frecuencia se sustituye por una puntaza maciza de la misma sección (no normalizada). El ensayo SPT no proporciona entonces muestra. El golpeo así obtenido debe corregirse dividiendo por un factor que se considera del orden de 1'5.

Correlación entre el golpeo SPT y la consistencia del suelo atravesado

Existen diversas correlaciones entre el resultado del ensayo SPT y las características del terreno (compacidad, resistencia y deformabilidad), e incluso con dimensiones de la cimentación requerida para un valor del asiento que se considera admisible.

Sin embargo, las principales correlaciones que ligan el golpeo SPT con las características del terreno, lo hacen respecto a los parámetros ángulo de rozamiento e índice de densidad en las arenas (siendo el índice de densidad ID

= (emax − e) / (emax − emin)). En los terrenos cohesivos, aún cuando no son tan aceptadas, existen correlaciones respecto a la resistencia al corte sin drenaje cu.

El algunas ocasiones, el valor del golpeo SPT debe ser afectado por unos factores correctores para tener en cuenta la profundidad a la que se realiza el ensayo, y la influencia de la ubicación de dicho ensayo sobre la capa freática.

Hay que tener cuidado, ya que en terrenos por ejemplo con gravas o bolos o en arcillosos duros, podemos tener mayorado nuestro SPT, no siendo éste ensayo entonces representativo de las características del terreno.

Influencia de la profundidad

La penetración en las arenas depende de la resistencia del terreno, que a su vez es función del ángulo de rozamiento, o del índice de densidad, y del estado tensional en el que se encuentre el terreno haciendo de antemano los anteriores ensayos

Partes del SPT.

Tomamuestras. Es un tubo de acero endurecido, con superficies lisas tanto en el exterior como en el interior como en el exterior.

La cabeza de acoplamiento del tomamuestras dispone de una rosca para su unión con el varillaje. Tendrá cuatro orificios laterales de 13mm y una válvula de retención dicha bola y su asiento deberán de proporcionar un cierre estanco mientras se eleva el tomamuestras

 

Zapata Tubo partido Cabeza de acoplamiento

El tomamuestras consta de tres elementos fundamentales que son los siguientes, la zapata que tiene un filo cortante, el tubo partido en el cual se aloja la muestra alterada y la cabeza de acoplamiento con la que se sujeta al varillaje.

Tamaño del toma muestras en el ensayo de SPT definido por las normas UNE. 

Diámetro interior. 35 mm + 0’1

Diámetro exterior. 51 mm + 0’15

Diámetro de la válvula de bola 22 mm

Longitud del canto de corte. 19 mm + 1’0

Longitud de la zapata. 76 mm

Longitud del tubo partido. 457 mm

Longitud de la cabeza de acoplamiento. 152 mm

Ancho de filo de la zapata. 1,6 mm + 0’05 mm

 Procedimiento operatorio.

  El sondeo se realiza dé tal manera que se mantengan sus paredes estables, utilizando si es necesario tubería de revestimiento o lodos bentoníticos.

En caso de utilizar tubería de revestimiento, esta se mantendrá siempre por encima del nivel de inicio del ensayo.

El fondo del sondeo se limpiará para eliminar el sedimento que pudiera haberse depositado y así evitar que el suelo no se altere.

Cuando se trabaje bajo el nivel freático, el nivel del agua o del fluido de perforación se mantendrá siempre a suficiente altura por encima del nivel freático para evitar el sifonamiento.

 

 La penetración del asiento: Se hincará el tomamuestras una longitud de 150mm, anotando el numero de golpes necesarios, se seguirá hincando el tomamuestras hasta que penetre 30 cm más anotando el numero de golpes dados en cada intervalo de 15 cm. El número de golpes requerido para penetrar los 30 centímetros se denominara como la resistencia a la penetración estándar o N.

R sería la anotación a incluir en el registro cuando el número de golpes requerido para la penetración, o para cualquiera de los dos intervalos de 15 mm sea superior a 50 golpes.

En caso de alcanzar los 50 golpes durante la penetración o en uno de los intervalos de 15 cm se dará por terminado el ensayo y se pondrá como R en vez de como N. La frecuencia de los golpes no debe de ser de más de 30 por minuto.

  La recuperación de la muestra.

  Para sacar la muestra tras la realización del ensayo basta con girar dicho tomamuestras para arrancarla del terreno y se eleva a continuación. Según los ensayos que se vayan a realizar se parafinará para evitar cambios de humedad. 

Las muestras recuperadas de suelo se introducirán en unos recipientes herméticos, en los que se fijaran unas etiquetas con la siguiente información obligatoria: Localización, Denominación del sondeo, Fecha, Numero de Muestra, Profundidad de ensayo, Resistencia a la compresión del terreno.

 

Ensayo mediante SPT y sus correcciones.

En la realización del informe se deben anotar una serie de cosas importantes como:

La posición del nivel freático y nivel del lodo de perforación antes del ensayo, penetración inicial del tomamuestras frecuencia de golpeo, los números N y R, las condiciones meteorológicas.

 

Normalmente para este ensayo se considera que es equivalente al número de golpes que se da en el penetrómetro Borro N = NB

 Cuando el ensayo se realiza por debajo del nivel piezométrico (y en suelos no cohesivos según Celso Iglesias, arenas saturadas muy finas o limosas).

 Terzaghi y Peck para N >15 N2 = 15 +1/2 · (N - 15)

Bazaraa si N<15 N2= 0’6N

Seed N’ = CNN

Para N el número de golpes dados por el SPT

 

Corrección de N en suelos sobreconsolidados.

Según Bazaraa, Peck y Gibbs.

 

N2 = 4N/ (1+2p0) p0< 71’916 kPa (0’73kp/cm2)

N2 = 4N/ (3,25+0,5p0) p0< 71’916 kPa (0’73kp/cm2)

Observaciones:

1-      N2 aumenta respecto de N obtenido si la sobreconsolidación es p0< 71’916 kpa.

2-      N2 disminuye respecto a N cuando p0 > 71’916 kPa.

3-      Cuando N da un valor de ID (Dr) < 0,5 no deben usarse estas ecuaciones.

4-      No se debe de corregir la N2 a valores mayores de 2N

5-      Estas ecuaciones deben usarse con precaución

Según Turnbull y Kaugmann

N2 = N· (350 / (70+γD)) < 280 kN/m2

D es la profundidad en m. y γ la densidad en kN/m3

Existen unas reglas empíricas para utilizar los resultados de los ensayos de penetración SPT, a partir de la resistencia dinámica unitaria q y del número de golpes N.

Diseño del tomamuestras.

 

Para que no roce excesivamente con la camisa del tomamuestras durante la inca el diámetro de entrada De debe de ser algo inferior al interior del tubo Dm

(por eso se pone la zapata entre otras cosas).

 

Coeficiente de entrada es: Ci = Dm - De

De

Este coeficiente suele estar comprendido entre 0 y el 3%.

 Para disminuir la fricción exterior y facilitar así la penetración del tomamuestras, el diámetro exterior de la zapata Dz, suele ser mayor que el diámetro del tubo Dr.

 Coeficiente de salida es la relación. C0= Dz – Dt

Dt

 C0 no debe de ser mayor que Ct 

Relación de áreas Ca= Dz2 - D e

2

De2

 Que es la razón entre el volumen de suelo desplazado y el volumen de la muestra la relación no debe de ser inferior al 25%

 

Ensayo de penetración.

 Antes de la realización del ensayo se deberá comprobar que el tomamuestras este limpio tanto en su interior como en su exterior y que la zapata no presente daños u otros defectos.

Cuando se ha alcanzado la profundidad del ensayo mediante un sondeo se procederá a limpiar este y se bajara el tomamuestras acoplado al varillaje suavemente, esta parte es muy importante ya que si se deja caer bruscamente el ensayo que realizaremos quedará alterado.

 Una vez depositado el conjunto se anotará el descenso del propio aparato por su peso, si resultara que es superior a 45 cm, el ensayo se daría por terminado siendo la N = 0 ya que no se ha tenido que dar ningún golpe.

Procedimientos:

Primeramente se limpia las partes de todo el equipo para luego proceder a armarlo

se posiciona el trípode justo en el lugar donde se realizara la extracción de la muestra.

Se mueven las patas del trípode hasta que la soga coincida con el centro del hueco que se hizo con el barreno. se saca el suelo con el barreno y se hace un hueco,

- Se procede a colocar el motor cuidadosamente

- Se lubrica con hidrolina el tubo de penetración y se le une con el cono.

Se mide el tubo cada 30 cm desde el hueco del cono, esto se hace unas 6 veces y la punta del cono hasta el hueco mide 20 cm.

El martillo se le amarra con la soga, su peso es de 76.7 kg. Y se le une con el tubo de penetración.

se enciende el motor y se le da unos golpes iniciales para que penetre el tubo hasta el hueco del cono.

Se empieza a dar golpes hasta que llegue los primeros 30 cm dando:

En el primer tramo 42 golpes, En el segundo tramo dio 70 golpes Y en el tercer tramo dio 66 golpes.

CUADRO DE CLASIFICACIÓN DE SUELO SEGÚN NÚMERO DE GOLPESCon este cuadro se clasificará el tipo de suelo según su número de golpes obtenidos mediante el ensayo de SPT.

Dr (%)Descripción del suelo

Ø (grados)Número de golpes SPT (N)

0 - 15 muy suelto 28 0 - 416 - 35 suelto 28 - 30 05 -- 1036 - 65 semidenso 30 - 36 11 -- 3065 - 85 denso 36 - 41 31 - 5085 - 100 muy denso > 41 > 50

ENSAYO CORTE DIRECTO

El ensayo de corte directo consiste en hacer deslizar una porción de suelo, respecto a otra a lo largo de un plano de falla predeterminado mediante la acción de una fuerza de corte horizontal incrementada, mientras se aplica una carga normal al plano del movimiento.

Los aspectos del corte que nos interesa cubrir pueden dividirse en cuatro categorías:

a. Resistencia al corte de un suelo no cohesivo (arenas y gravas) que es prácticamente independiente del tiempo.

b. Resistencia al corte drenado para suelos cohesivos, en que el desplazamiento debe ser muy lento para permitir el drenaje durante el ensayo.

c. Resistencia al corte residual, drenado, para suelos tales como arcillas en las que se refieren desplazamientos muy lentos y deformaciones muy grandes.

d. Resistencia al corte para suelos muy finos bajo condiciones no drenadas en que el corte es aplicado en forma rápida.

Este ensayo impone sobre un suelo condiciones idealizadas, o sea indica la ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado. Sobre este plano actúan dos fuerzas, una normal por una carga vertical aplicada y un esfuerzo cortante debido a la acción de una carga horizontal. Como el esfuerzo cortante y el esfuerzo normal tienen el mismo significado en la construcción del Círculo de Mohr, en lugar de resolver una serie de ecuaciones para c y tan f, es posible dibujar en un

plano de ejes coordenados estos valores para los diferentes ensayos y proponer promedio del valor de la cohesión en el corte en Y y f por la pendiente de esta recta. En este ensayo también se puede obtener los parámetros de resistencia residual cR y fR . 

Normalmente el ensayo se realiza sobre tres probetas de un mismo suelo, sometida cada una de ellas a una presión normal diferente, obteniéndose la relación entre la tensión tangencial de rotura y la tensión normal aplicada. 

Para determinar los parámetros resistentes, c y f de un suelo, se utiliza un equipo de corte directo en el que una probeta de suelo de forma cilíndrica o rectangular que se encuentra restringida lateralmente por una pared rígida, se corta a lo largo de un plano horizontal mientras se encuentra sometida a una presión normal a dicho plano.

CORTE DIRECTO

En esta figura muestra los principales detalles del aparato de corte directo.

Maquina de Corte Directo

ELABORACIÓN Y PREPARACIÓN DEL ESPÉCIMEN

Se obtiene la muestra del suelo a analizar.

se le obtiene su contenido de humedad (ω%),

se parafina un pedazo de suelo para obtener su densidad (γ).

Escogemos una cantidad de muestra y lo llevamos al horno por 24 horas.

Contenido Húmedo (ω%):

Peso de tara : 43.24

Peso de tara + M.H : 81.44

Peso de tara + M.S.: 80.95

Densidad (γ):

1 era muestra:

W. de muestra: 89.5 gr.

W. de muestra + parafina: 103.1 gr.W. de muestra + parafina (sumergido): 27.5 gr.

Empuje = W. real – W. sumergido

Vol. cuerpo x γ del agua = W. real – W. sumergidoVol. cuerpo x 1 gr/cm3 = 103.1 – 27.5Vol. cuerpo x 1 gr/cm3 = 75.6Vol. cuerpo = 75.6 cm3

Parafina (p.e.): 0.95

W. parafina: W. de muestra + parafina - W. de muestraW. parafina: 103.1 - 89.5 = 13.6 gr.

γ = W / volumen

0.95 = 13.6 / volumenVolumen = 14.32 cm3

Vol. del suelo = Vol. cuerpo – Vol. parafina

Vol. del suelo = 75.6 – 14.32Vol. del suelo = 61.28 cm3

Densidad de suelo = W / volumen

Densidad de suelo = 89.5 / 61.28 cm3

Densidad de suelo = 1.46 gr./ cm3

2 da muestra:

W. de muestra: 53.9 gr.

W. de muestra + parafina: 62.7 gr.W. de muestra + parafina (sumergido): 16.0 gr.

Empuje = W. real – W. sumergido

Vol. cuerpo x γ del agua = W. real – W. sumergidoVol. cuerpo x 1 gr/cm3 = 62.7 – 16.0 Vol. cuerpo x 1 gr/cm3 = 46.7Vol. cuerpo = 46.7 cm3

Parafina (p.e.): 0.95

W. parafina: W. de muestra + parafina - W. de muestra W. parafina: 62.7 - 53.9 = 8.8 gr.

γ = W / volumen

0.95 = 8.8 / volumenVolumen = 9.26 cm3

Vol. del suelo = Vol. cuerpo – Vol. parafina

Vol. del suelo = 46.7 – 9.26Vol. del suelo = 37.44 cm3

Densidad de suelo = W / volumen

Densidad de suelo = 53.9 / 37.44 cm3

Densidad de suelo = 1.44 gr./ cm3

Densidad de suelo promedio: 1.45kg/cm3

3.- Luego seleccionamos una cantidad de muestra y con el contenido de humedad obtenemos la cantidad de agua que se debe verter para darle al suelo las condiciones naturales iniciales.La cantidad de agua se obtiene de la siguiente manera:

Peso de la muestra seca (W) = 500 gr.Contenido de humedad (ω%) = 1.3%ω% = W. del agua / W. del suelo seco1.3% = W. del agua / 500 gr.W. del agua = 6.5 gr.

4.- Se halla la cantidad de muestra que se necesita para introducirlo en la caja de corte, para eso se la densidad del suelo y el volumen de la caja de corte.

Volumen de la caja de corte = 72 cm3 Densidad del suelo = 1.45 gr./ cm3

γ = W / volumen

1.45 = W / 72W = 104.4 gr.

5.- Luego se mezcla el suelo y el agua obtenida en el punto 5, de este amasijo se extrae los 104.4 gramos que se necesitan para remoldear la muestra para el ensayo de corte.

Se unta la caja de corte con un lubricante para evitar que se adhiera el suelo al molde, para este caso petróleo.

Se pesa esa cantidad de suelo y se echa en la caja, se compactará con golpes, con la ayuda del pisón de madera y el martillo de goma sin tener un número de capas o número de golpes definido, la única guía será una marca en el pisón que será el límite para dar la compactación.

PREPARACIÓN DEL EQUIPO:

• Limpiar y engrasar las paredes del anillo y las superficies de corte• Anotar las dimensiones y pesos de los componentes de la célula• Ajustar posiciones de los tornillos y comprobar el mecanismo

PROCEDIMIENTO DE PRUEBADespués de preparar la caja de corte con la muestra, se introduce la caja al “Equipo para Ensayo de Corte Directo”.

Se acomoda la caja de corte en el recipiente, se coloca el puente y se nivelan los manómetros de manera provisional, se aplica el peso que hará de carga vertical, que para este ensayo es de 2 kilos, seguido se nivela el brazo (palanca) con la manivela hasta que este horizontal, la nivelación se hace con ayuda de la regla de nivel. Luego se aseguran todos los manómetros del equipo todos en lectura 0 (de carga vertical, deformímetro, y de carga horizontal). Se suelta la manivela de la palanca, se podrá ver como los manómetros cambian de lectura, nuevamente se ajustan estos medidores. Se retiran los tornillos de sujeción de la caja de corte, se enciende el equipo y se apreta el botón

Rápidamente esto hará que la caja de corte se acomode, luego se apretará el botón RUN para iniciar el ensayo.

Se tomarán los valores del desplazamiento vertical y desplazamiento horizontal, por cada 10 divisiones de la deformación. Se detiene el ensayo cuando los valores de desplazamiento horizontal se repiten.

4.- Finalmente se obtienen los datos que luego serán procesados para obtener el ángulo de fricción y la cohesión del suelo.

Deformación div.Desplazamiento vertical

Desplazamiento horizontal

(divisiones) (divisiones)0 108 0

10 131 15

20 132 24

30 130 28

40 126 31.5

50 121 33

60 116 35

70 110 36

80 105 37

90 96 37.5

100 90 38

110 86 38.5

120 80 39.5

130 76 40

140 70 41

150 68 41

CONCLUSIONES

Ensayo de SPTSi vemos los resultados del ensayo de SPT el nuecero de golpes son altos, según esto se puede decir que es un suelo muy denso y que el ángulo de fricción es mayor a 41º

Ensayo de Corte DirectoDebido a que se realizo un solo ensayo de corte directo no se puede definir exactamente el ángulo de fricción ni la cohesión del suelo, ya que un solo ensayo puede llevarnos a errores.

BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_Penetraci%C3%B3n_Est%C3%A1ndar"

Fundamentos de ingeniería geotécnica Braja M. Das