Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Los mejores documentos en venta realizados por estudiantes que han terminado sus estudios
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Descubre las mejores universidades de tu país según los usuarios de Docsity
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
Tipo: Monografías, Ensayos
1 / 37
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
Convenio entre las cátedra de Geotecnia de la Universidad Tecnológica Nacional, Unidad Académica Concordia y Facultad Regional Buenos Aires.
Agradecimiento:
Esta publicación ha sido posible en el marco de un convenio entre las cátedras de Geotecnia de la Universidad Tecnológica Nacional, Unidad Académica Concordia y la Facultad Regional Buenos Aires.
A los integrantes de las cátedras:
Profesor titular: Ing. C. A. Micucci
Jefe de Trabajos Prácticos U.A.C.: Ing. O. Rico.
Jefe de Laboratorio F.R.B.A. : Ing J. Converti
Jefe de Trabajos Précticos F.R.B.A.: Ing. A. Sabelli.
Ayudantes Diplomados F.R.B.A.: Ing. E. Rodríguez.
Ing. W. Rago.
el autor les agradece cordialmente su intervención.
Se extiende el agradecimiento a la Ing. V. Sevilla Bär (Universidad Tecnológica Nacional).
Buenos Aires, Septiembre de 2003
R. E. López Menardi
R. E. López Menardi, Ingeniero Civil (UBA)
Este trabajo comprende un análisis actualizado de los puntos más importantes que se asocian con el Ensayo Normal de Penetración.(SPT). La metodología por la cual se hinca un sacamuestras en el subsuelo ,entregándole una cierta energía es sin duda la más extendida en la disciplina geotécnica, para la determinación” in situ” de algunas propiedades ingenieriles de los suelos de fundación ó de construcción. Se examinan en detalle las técnicas de ejecución del ensayo y del sacamuestras correspondiente, como también los apartamientos del método original. Se evalúan los factores de corrección para comparar los resultados de la resistencia a penetración (N) con los valores supuestamente normalizados ( N60). Al final del informe se hace referencia a un procedimiento de cálculo basado en N para estimar la capacidad de carga admisible y los asientos de cimentaciones en arenas. Se ha consultado y evaluado, un número importante de referencias bibliográficas internacionales ,las que han sido utilizadas para la preparación de este artículo.
Este trabajo examina la evolución del ensayo de penetración para la determinación de las propiedades ingenieriles de los suelos y su aplicación a los problemas geotécnicos. En especial de las técnicas conocidas internacionalmente, se estudia en este trabajo la metodología que incluye la penetración dinámica de un elemento captor (cuchara partida), el cual normalizado y debidamente calibrado permite cuantificar algunas propiedades mecánicas de los suelos. La aplicabilidad de los distintos métodos de ensayos in situ es relativa según los parámetros mecánicos que se pretendan obtener. Indudablemente las propiedades más apreciadas por los ingenieros son las que se exhiben en la tabla siguiente:
Tabla I Propiedades ingenieriles de uso frecuente
Angulo de fricción interna Φ Resistencia al corte no drenada Su Módulo de deformabilidad E Coeficiente de consolidación cv Relación de preconsolidación OCR Relaciones tensión- deformación σ-ε
Se estudia en detalle la metodología conocida internacionalmente como Ensayo Normal de Penetración o SPT que ciertamente no cubre en forma efectiva todos los parámetros del listado propuesto.
Este trabajo concluye con recomendaciones en base a la interpretación de los resultados del SPT para su empleo normalizado en la República Argentina.
Dentro de la numerosas técnicas existentes a la fecha se mencionan a continuación las de mayor difusión internacional.
Ensayo Normal de Penetración (SPT).
Ensayos dinámicos de conos.
Ensayos estáticos de cono (CPT, CPTU)
Presiómetros.
Dilatómetros.
La metodología propuesta por Flechter exhibía las siguientes tareas: Ejecutar una perforación en la zona donde se analizaba el subsuelo, la cual se limpiaba por medio de inyección de agua hasta la profundidad a la que se deseaba extraer la muestra, luego se bajaba la cuchara partida enroscada al extremo de las barras de sondeo. Una vez que la cuchara llegaba al fondo de la perforación, comenzaba el ensayo de penetración propiamente dicho, materializado por medio de un dispositivo que dejaba caer libremente una maza de 140 libras (63,5 kg), figura 2, desde una altura de 30” (762 mm) sobre la cabeza de golpeo de las barras de sondeo para que el sacamuestras penetrara primero 6”(15 cm). A continuación se lo hincaba 12”(30 cm) más. Se anotaba entonces el № de golpes necesarios para cada 6” (15 cm) de carrera. Las primeras 6” de penetración, se denominaban “hinca de asiento”, (ref 3, 15). El № de golpes necesarios para la hinca de las restantes 12”, se llamó resistencia normal a penetración (N). Una vez finalizada la hinca, se extraía la muestra, abriendo longitudinalmente la cuchara, se la colocaba en un recipiente hermético y se la etiquetaba indicando: Obra,
Figura 1: Cuchara partida (ref. 11)
№ de sondeo, № de muestra, profundidad y el valor (N). En todo momento las muestras debían estar al resguardo de heladas o el sol hasta su llegada al laboratorio para la determinación de los parámetros correspondientes.
La documentación fotográfica que se incorpora , ilustra sobre el método del ensayo.
Figura 2: Maza (ref. 11)
Dispositivo de perforación
Cabeza deGolpeo
Cabeza de golpeo
cm. y se bisela el extremo inferior de los mismos. Sin embargo este análisis escapa a los alcances del método SPT y por consiguiente al presente trabajo.
NORMALIZACIÓN DEL MÉTODO SEGÚN NORMA ASTM 1856 (ref. 2, 3)
La primera descripción de la ASTM sobre el SPT fue publicada en abril de 1958 y se denominó “Método tentativo de ensayo de penetración y toma de muestras del suelo con tubo testigo hendido longitudinalmente”. En 1967 la ASTM lo transformó en método normalizado. La normalización actual D 1586 – 84 (reaprobada 1992) no contiene grandes cambios desde sus ediciones originales. Los elementos y las características relevantes del método propuesto por la ASTM son las siguientes:
Figura 3, Sacamuestra partido ASTM D1586-84 (Ref. 2)
El rechazo se define de acuerdo a las siguientes alternativas: 1) total de 50 golpes aplicados en cualquiera de las tres carreras de 6” ; 2) cuando se han acumulado un total de 100 golpes ; 3) cuando no se observa ningún avance del sacamuestras durante la aplicación de 10 golpes sucesivos del martinete.
Aplicabilidad del método SPT:
De acuerdo a lo informado en (ref. 5, 13) sobre trabajos realizados in situ y las investigaciones llevadas a cabo en laboratorio, la aplicabilidad del método SPT en relación con los parámetros del subsuelo se describen en la tabla II:
Tabla II: Aplicabilidad del SPT (ref. 5) Parámetros del subsuelo Aplicabilidad del SPT Tipo de suelo B Perfil estratigráfico B Densidad relativa (Dr) B Angulo de fricción (ф) C Resistencia al corte. UU C Presión neutra (U) N Relación de preconsolidación N Módulos E y G ) N Compresibilidad (mv & cc) C Consolidación cv) N Permeabilidad (k) N Curva–(σ-ε) N Resistencia a la liquefacción A
Las referencias sobre la aplicabilidad son las siguientes:
A: Aplicabilidad alta. B: Aplicabilidad moderada. C: Aplicabilidad limitada. N: Aplicabilidad nula.
El rechazo se define como sigue: cuando bajo 50 golpes del martinete el sacamuestras no ha penetrado los 30 cm. finales se toma nota de la penetración real del mismo, y posteriormente se convierte el número de golpes equivalente al que correspondería a una penetración de 30cm.
Sobre el método original
El ensayo de penetración original, tal como fue descripto por Fletcher (ref. 11) ver figuras 2 y 3, informaba sobre la hinca de un tubo de 2” (pulgadas) de diámetro externo por 1 3/8” (pulgadas) de diámetro interno, que penetraba 12” (pulgadas) bajo la acción de una maza de 140 libras que caía libremente desde 30” (pulgadas) de altura. Es obvio que la maza, la cual puede observarse en la figura 2, no adquiría una velocidad teórica de caída libre debido a los rozamientos del sistema. El número de golpes para penetrar entre 6” y 18” del tubo partido sobre una longitud de 18” se denominó N, RESISTENCIA A PENETRACIÓN. J. Parsons (1954) propuso que la penetración de 18” se dividiera en tres tramos de 6” cada uno y se definiera como N la suma de los golpes de dos hincas parciales cuyo resultado fuese el menor valor. Esta modificación no fue considerada satisfactoria debido a la falta de relación existente entre la primera carrera de asiento del sacamuestras y las dos que le siguen.
Las modificaciones posteriores
La enorme difusión que adquirió el método alrededor del mundo provocó sucesivas alteraciones con respecto al original, tales como cambios en la geometría de los martinetes, disparidad en la energía entregada a la cabeza de golpeo y diámetro del sacamuestras.
Es pertinente citar aquí el título de la ref. 15; “ENSAYO DINAMICO DE PENETRACIÓN: UNA NORMA QUE NO ESTA NORMALIZADA”. Se examina en consecuencia algunos factores que influyen sobre el valor de N y que han generado una gran vacilación en la interpretación de los resultados del ensayo.
Energía entregada al sacamuestras
Este aspecto es muy conflictivo a raiz de las prácticas locales. Una cuestión es evidente: entre la supuesta energía potencial de un martinete preparado para ser liberado en caída libre (4200 lb-in) tal como se preconizaba en sus orígenes y la energía de la onda inicial de compresión que recibe el sacamuestras hay una importante diferencia. En principio resulta razonable suponer que diferentes tipos de liberación de energía, distintas barras de perforación y distintas cabezas de golpeo conduzcan a diferentes energías entregadas al sacamuestras propiamente dicho. Un grupo de investigadores tales como B. Seed (ref. 26), Schmertmann y Palacios (ref. 25, 26), Kovacs (ref. 18, 19) y otros (ref. 1, 32) han llegado a conclusiones aceptables con respecto a la relación entre la energía que puede liberar un martinete de caída libre teórica y la que realmente llega al sacamuestras. Un ejemplo que da una idea de lo que sería una caída libre es el dispositivo con disparador de la figura 5
Relación de energía a la barra (ER)
En principio según Seed, debido a la constumbre adoptada en EEUU de emplear un malacate para izar y liberar el martinete con la ayuda de una soga que envuelve el tambor, naturalmente genera una importante pérdida de energía respecto a la caída libre teórica. Estos dispositivos de malacate y soga se observan en la figura 4 El rendimiento del impacto sobre la cabeza de golpeo se denomina ER (relación de energía a la barra). Dicho autor ha establecido que esta relación (o rendimiento) es en EEUU y otros países de América:
ER = Ei /E*^ ~ 60 %
Donde Ei = Energía real entregada a la cabeza de golpeo. E*^ = Energía desarrollada en caída libre teórica (42oo lb-in)
Si en la figura 6, siguiendo la costumbre de EEUU, se eligen dos vueltas de soga, una altura de caída de 76 cm. (30”) se obtiene:
vm²/vt² = (290 cm/s)²/(387 cm/s)² ~ 56%
Solo por razones de uso y costumbre se adoptó en EEUU como ENERGÍA DE REFERENCIA Ei = 60% E*
El número de golpes o Resistencia a penetración para la carrera usual de 12”, con una energía Ei = 60% ER se denomina internacionalmente como
Figura 5 : Maza con disparador (ref. 15)
Altura - Velocidad de caida (Maza)
Altura de caída (cm)
Velocidad de caida (cm/seg)
a- Caída libre Teórica b- 1 vuelta de soga c- 2 vueltas de soga d- 3 vueltas de soga
Obviamente, según se explicó, no todos los países emplean en sus ensayos SPT una energía Ei = 60% E*, pero si es cierto que la comparación de valores de N suele hacerse contra N 60 Hecha esta salvedad, la primera corrección de energía para un determinado sistema de golpeo podría escribirse nuevamente como
ER = Ei /E*
En la figura 7 tomada de Skempton (ref. 27) se propone la corrección ER en función de la forma de liberación de energía del martinete. Obsérvese que para disparadores manuales, la energía de liberación es muy cercana a la de caída libre teórica (ER~ (90-95)%).
Figura 6: Relación entre el № de vueltas de la soga en el tambor y la velocidad de caída del martinete (ref. 18)
a
b c d
Pérdida de energía en la cabeza de golpeo
0,
0,
0,
0,
0,
1
0 5 10 15 20 Peso cabeza de golpeo (Kg)
Ec
Tokimatsu Skempton (límite superior) Tokimatsu Skempton (límite inferior) Tokimatsu Skempton (valores medios)
Pérdida de energía por reflexión (El)
Según Seed (ref. 26) cuando la longitud de las barras de perforación es inferior a 3 m hay una reflexión en las mismas que reduce la energía disponible que le llega al sacamuestras para generar su penetración. La reflexión entonces genera un aumento de la resistencia a penetración. Esta reducción de energía según Decourt, se evalúa a través de la relación:
El = f (Mr/Mh)
Donde M r = peso de las barras Mh = peso del martinete. Según este autor, la energía que transmiten las barras sólo se transfiere totalmente al sacamuestras cuando Mr/Mh > 1. La figura 9 muestra la corrección El como función de Mr/Mh. Se debe calcular la inversa del valor K2 para obtener El.
Figura8: Relación de la energía que absorbe la cabeza de golpeo durante el impacto. (ref. 7)
Pérdida de energía por reflexión
1
1,
2
2,
3
0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1, Mr/Mh
K2= 1/El
Nota: Para un conjunto : Barra Ax, de 14 m. de longitud y martinete de 70 kg. de peso, entonces Mr/Mh = (5,15 kg/m. 14 m)/ 70 kg ~ 1,03, es decir que para una barra de 14 m. la corrección El = 1. Sin embargo conviene recordar que esta corrección El = 1 sería aceptable hasta longitudes del orden de 110 ft (34 m). ( Ref.24) Barras de gran longitud probablemente absorban una parte de la energía que les llega a las mismas con lo que N se incrementaría.
Otros factores de corrección de N
Correcciones de menor importancia se han investigado en relación con los diámetros de
El = 1/K
Figura 9: Corrección E (^) l en función de Mr/Mh. (ref. 7)
