Fundaciones 2009-2

Aspectos generales sobre el ensayo de penetracin estndar SPT

Cristian Soriano

csoriano@javeriana.edu.co

Abstract: in the present work are presented some general topics related with the Standard Penetration Test

SPT. In first place is presented the general description of the test, the necessary instruments and it standard

dimensions according to the ASTM 1586-84 and the INVIAS E-111norm. Then is exposed the procedure and

some recommendations for the development of the test, the correction factors of the obtained results, by

energy and dept and the correlations between the design N and some soil properties such as the density and

consistency.

Key words: Soils, density, correlations, SPT.

1. Introduccin

El ensayo de penetracin estndar SPT es

ampliamente utilizado en exploracin geotcnica,

ya que existen diversas correlaciones con el

nmero de golpes del ensayo N, y algunas

propiedades del suelo que son de gran importancia

en el diseo de fundaciones. Este mtodo es

aplicable a prcticamente todos los tipos de

suelos, en suelos friccionantes la prueba permite

conocer la compacidad de los mismos y en suelos

plsticos la prueba permite adquirir una idea, si

bien tosca, de la resistencia a la compresin

simple. Adems el mtodo permite obtener

muestras alteradas representativas del sitio de

estudioi.

Algunos aspectos adicionales sobre la

aplicabilidad del ensayo, plantean que los

resultados del nmero 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

saturadosii

. Cuando el suelo es cohesivo y el

contenido de humedad es bajo, el ensayo puede

arrojar resultados no representativos del

comportamiento del suelo.

2. Descripcin del ensayo

2.1 Equipo necesarioiii

Un equipo de perforacin que permita avanzar

hasta la profundidad deseada para la ejecucin del

ensayo y la obtencin de la muestra, para tal fin se

pueden emplear brocas o puntas cola de pescado,

cincel, estrella, etc, con dimetros menores de 162

mm y mayores de 56 mm, con equipos de

perforacin o de percusin y lavado. Para evitar

una alteracin mayor del suelo subyacente, no se

permiten brocas de descarga de fondo y brocas de

descarga lateral. Se pueden emplear barrenas de

de espiral continua de vstago vacio con o sin

dispositivo de broca siempre y cuando stas

tengan los dimetros mencionados anteriormente.

El equipo para el muestreo y la ejecucin del

ensayo consiste en:

tubos de acero: que permiten conectar al

muestreador de tubo partido con el

cabezote y la gua sobre los que cae el

martillo.

muestreador de tubo partido posee las

dimensiones que se muestran a

continuacin:

Figura 1. Dimensiones del muestreador ASTM 1586-84

A= (25a 50) mm

B= (0.457 a 0.762) m

C= 34.93 mm

D= 38.1 mm

E= 2.54 mm

F= 50.8 mm

G= 16 a 23 Martillo y equipo de hincado: se utiliza

una maza de 140 lb (63.5 lb) que cae

desde una altura de 30 (762 mm) sobre

la cabeza de golpeo. Debe llevar una gua

que permita la cada libre del martillo.

Figura 2. Equipo de perforacin

Sistema de cada del martillo: se emplea

un malacate o tambor, un sistema de

cuerdas y poleas que permitan levantar al

martillo.

2.2 Ejecucin del ensayo

En primer lugar se ejecuta la perforacin, la cual

se realiza en intervalos, generalmente se avanza

cada 1.5 m o menos en suelos no tan homogneos.

El agujero de la perforacin que se obtenga debe

ser limpio y estable para poder insertar el

muestreador y as garantizar que el ensayo se esta

realizando sobre suelos relativamente inalterados.

Se pueden emplear los siguientes mtodos de

perforacin: mtodo de perforacin de orificio

abierto, mtodo de empleo de broca de espiral

continua con vstago vacio, mtodo de

perforacin con lavado, mtodo de empleo de

broca de espiral continua con vstago slido.

Una vez ejecutada la perforacin se debe conectar

la tubera 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 tubera y el

martillo. Una vez montado el equipo se marca la

tubera 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 nmero de golpes para cada avance de

0.15 m y para una altura de cada del martillo de

30 (0.76 m).

Hay que tener en cuenta que existen unas

condiciones de rechazo del ensayo que son las

siguientes:

1. Que de hayan alcanzado 50 golpes en

alguno de los incrementos de 6.

2. Cuando se hayan acumulado 100 golpes.

3. Cuando no se observa avance del

muestreador despus de aplicar 10

golpes.

Figura 3. Montaje del malacate y cuerdas.

Luego se registra el nmero de golpes que se

requieren para cada incremento de 6 , se

considera que las primeras 6 de avance son para

una penetracin de asentamiento. El nmero de

golpes N acumulado para los siguientes dos

incrementos se conoce como la resistencia a la

penetracin normal.

Sobre la cada del martillo, se puede mencionar

que se puede utilizar un sistema semiautomtico o

automtico que lo levante a la altura especificada,

igualmente se puede emplear un malacate con

cable, como se muestra en la figura 3.

Finalmente, cuando se saca el muestreador a la

superficie, es necesario anotar la longitud de la

muestra obtenida, una descripcin de la misma en

cuanto al color, composicin, estratificacin y

condicin.

Una observacin adicional es sobre el nmero 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 operacin puede

alterar el resultado en trminos de la correccin

que se debe hacer por energa.

3. Correcciones del ensayo

Los resultados del ensayo deben corregirse de

acuerdo con consideraciones que tienen en cuenta

la energaiv.

Para determinar el factor de correccin por

energa se ha establecido la relacin de energa a

la barra que es el rendimiento del impacto sobre la

cabeza de golpeo y que se define de la siguiente

manera:

(Relacin de referencia)

Donde:

Ei es la energa real entregada a la cabeza de

golpeo y E es la energa desarrollada en cada

libre terica.

Esta relacin define el nmero de golpes para una

energa del 60% que se conoce como N60.

Para suelos granulares es necesario aplicar un

segundo factor de correccin que esta dado por la

presin efectiva de sobrecarga:

Donde p es la presin efectiva de sobrecarga en

t/m2. El anterior factor de correccin tiene en

cuanta entonces el incremento de la profundidad

del ensayo, ya que a mayores profundidades se

obtienen valores de N mayores.

Por lo tanto en N de diseo, que en este caso es el

N60 se define de la siguiente forma:

Donde:

Em es la energa del martillo, Ef es la energa de

cada libre terica, Cn es el factor de correccin

por profundidad, N el nmero de golpes de campo

y Em/Ef es la relacin de energa que puede variar

dependiendo de lo equipos con los que se cuentev.

Tabla 1. Relaciones de energa para otros pases.

Existen otros factores de correccin que dependen

del dimetro de la perforacin, de la longitud de la

varilla de muestreo y del tipo de muestreados, que

se resumen a continuacin:

Tabla2. Otros factores de correccin

4. Aplicacin de los resultados del ensayo

Los parmetros ms importantes en geotecnia son

los siguientes:

Tabla3. Parmetros importantes en geotecnia

De los cuales el ensayo permite obtener algunos

mediante correlaciones experimentales.

De acuerdo con algunos autores, el mtodo tiene

la siguiente aplicabilidad en la obtencin de

parmetros:

Para suelos granulares las correlaciones han

permitido relacionar el resultado del ensayo con el

angulo de friccin del material y con la densidad

relativa, para arenas se ha determinado lo

siguiente:

Tabla 4. Correlacion del N del SPT con la densidad de la

arena. Terzaghi y Peck 1948.

Figura 4. Correlacion entre el N del SPT, la densidad

relativa y el angulo de friccin para arenas en otras

condiciones de humedad.

El anterior grafico relaciona en N del SPT con las

densidades relativas para arenas en distintas

condiciones de humedad y el ngulo de friccin.

Para suelos cohesivos el resultado del N se puede

relacionar con la consistencia y con la resistencia

a la compresin simple (aunque hay que tener en

cuenta que este parmetro se obtiene

preferiblemente del ensayo de corte directo):

Tabla 5. Correlacin entre en N del SPT, la consistencia y

la resistencia a la compresin para arcillas.

Referencias i Juarez Badillo-Rico Rodriguez Mecnica de suelos Tomo 1. Exploracin y muestreo de suelos. Noriega Editores ii ACSE Soil sampling Penetration resistance test and sampling with a split barrel sampler. iii Invias Norma E-111, Ensayo de penetracin normal iv Lpez Menardy DETERMINACION IN SITU DE PROPIEDADES INGENIERILES DE LOS SUELOS Y SU RELACION CON EL ENSAYO NORMAL DE PENETRACION Universidad Tecnolgica nacional. Argentina