empleo del esnayo spt ventajas y limitaciones

EMPLEO DEL ENSAYO SPTVENTAJAS Y LIMITACIONES

ALVARO J. GONZLEZ GARCAALVARO J. GONZLEZ GARCAIngeniero Civil UN-Ingeniero Civil UN- Master of Science Master of Science ( (HonsHons) - DIC) - DICCatedrtico Emrito- Universidad Nacional de ColombiaCatedrtico Emrito- Universidad Nacional de ColombiaSocio y Gerente AGC Socio y Gerente AGC LtdaLtdaExPresidenteExPresidente- Sociedad Colombiana de - Sociedad Colombiana de GeotecniaGeotecnia

CURSO DE EXPLORACIN Y CARACTERIZACIN DELSUBSUELO CON TCNICAS AVANZADAS

BOGOT D.C., MAYO 07 DE 2015BOGOT D.C., MAYO 07 DE 2015

EL ENSAYO SPT


AJGG-SPT- 01AJGG-SPT- 01

I - CARACTERSTICAS YCORRECCIONES

EL ENSAYO SPTEl ensayo de penetracin estndar SPT (Standard PenetrationTest) es el mtodo ms conocido y usado en la exploracin desuelos, tal vez por su sencillez de ejecucin. Tambin esprobablemente el mtodo ms antiguo de exploracin geotcnica ypor lo mismo sobre l existe una literatura muy abundante.

El mtodo fue iniciado en 1902 por el Coronel Charles R. Gow,propietario de Gow Construction en Boston. Luego, de 1920 a1930, fue estandarizado por el Ing. Harry Mohr, uno de losingenieros de Gow Co, entonces absorbida por Raymond Pile Co.,quien luego en 1947 hizo la primera correlacin con K. Terzaghipara capacidad portante.

El SPT ha sido estandarizado desde 1958, con varias revisiones(ASTM D-1586)





EL ENSAYO SPTEl ensayo de penetracinestndar SPT consiste en hincarun tomamuestras (cucharapartida) de 2 de dimetro ( 5cm)y 18" ( 45cm) de largo colocadoal extremo de una varilla AW, pormedio de un peso (martillo) de140 lb ( 63.5kg) que se deja caer"libremente" desde una altura de30" ( 76cm) anotando los golpesnecesarios para penetrar cada 6"( 15cm) hasta penetrar todo eltomamuestrasEl valor del ensayo N es la sumade los golpes de las ltimas 12( 30cm) y se da en golpes/pie. Seconsidera rechazo cuando N>100


AJGG-SPT- 03aAJGG-SPT- 03a

EL ENSAYO SPT



ENSAYO SPT- MARTILLOS

A) Martillo convencional

B) Martillo de seguridad

C) Martillo anular (donut)

D) Martillo automtico



ENSAYO SPT- VARIABILIDADAunque se llama "estndar", el ensayo tiene variantes e incertidumbres,en especial para la energa que llega al tomamuestras (Bowles, 1996):1) Equipos producidos por diferentes fabricantes2) Configuraciones del martillo de hinca, de las cuales hay 4 comunes3) La forma de control de la altura de cada: (a) si es manual, el control dela caida y (b) si es con la manila en la polea del equipo depende de: eldimetro y condicin de la manila, el dimetro y condicin de la polea, delnmero de vueltas de la manila en la polea y de la altura real de cada dela pesa.4) Si hay o no revestimiento interno en el tomamuestras, el cualnormalmente no se usa.5) La cercana del revestimiento externo al sitio de ensayo, el cual debeser estar alejado.6) La longitud de la varilla desde el sitio de golpe y el tomamuestras.7) El dimetro de la perforacin8) La presin de confinamiento efectiva al tomamuestras, la cual dependedel esfuerzo vertical efectivo en el sitio del ensayo.



ENSAYO SPT- CORRECCIONESPor todo lo anterior hay factores de correccin a la energaterica de referencia Er y el valor de N de campo debecorregirse de la siguiente forma (Bowles, 1996):

Ncrr = N Cn 1 2 3 4 (1)Ncrr = valor de N corregidoN = valor de N de campoCn = factor de correccin por confinamiento efectivo1 = factor por energa del martillo (0.45 1 1)2 = factor por longitud de la varilla (0.75 2 1)3 = factor revestimiento interno tomamuestras (0.83 1)4 = factor por dimetro de la perforacin (4 > 1 paraD>5, 4 = 1.15 para D = 8")



ENSAYO SPT- CORRECCIONESDe todos los factores de correccin indicados, para efectosprcticos los que tienen mayor incidencia real son:

Ncrr = N 1 Cn (1a)

1 = factor por energa del martillo (0.45 1 1)Cn = factor de correccin por confinamiento efectivo

Y entonces se adoptan, para dimetro constante D= 2 (5cm) 2 = 3 = 4 = 1.0con lo cual la Ecuacin 1 queda como

Por otro lado, usualmente no se tienen datos para calcularcorrectamente 2 o 3



Se considera que el valor de N es inversamente proporcionala la energa efectiva aplicada al martillo y entonces, paraobtener un valor de Ne1 a una energa dada "e1", sabiendo suvalor Ne2 a otra energia "e2" se aplica sencillamente larelacin:

Ne1 = Ne2 x (e2 / e1) (2)

Se considera que para martillo convencional e = 45% y paramartillo de seguridad y automtico e = 70%-100%. EnEstados Unidos se considera e = 55% a 60% (martillo anular)como valor representativo mientras que para Japn e = 72%puede ser adecuado. Para Colombia y, salvo mediciones alrespecto, se aconseja tomar, conservativamente, e = 45%

ENSAYO SPT-CORRECCIN ENERGIA MARTILLO1



Este factor ha sido identificado desde hace tiempo (Gibbs yHoltz, 1957) y se hace por medio del factor Cn :

Ncorr1 = N1 = N x Cn (3)

Cn se ha estandarizado a un esfuerzo vertical de referenciavr = 1 kg/cm2 1 atmsfera = pa , como funcin delparmetro Rs, definido por:

ENSAYO SPT- CORRECCIN POR CONFINAMIENTOCn

Cn = f (Rs) (5)

Rs = v / pa (4)



ENSAYO SPT- CORRECCIN CONFINAMIENTO Cn

Peck Cn= log(20/Rs)/log(20) (5a) Seed Cn= 1.0- 1.25 log(Rs) (5b) Meyerhof-Ishihara Cn= 1.7 / (0.7+Rs) (5c) Liao-Whitman Cn= (1/Rs)0.5 (5d) Skempton Cn= 2 / (1+Rs) (5e) Seed-Idriss Cn= 1- K log (Rs) (5f) K=1.41 (Rs 1) Schmertmann Cn= 32.5/(12.2+20.3*Rs) (5g) Logaritmo (AJGG) Cn= log (10 / Rs) (5h)

Hay varias propuestas para este factor Cn :

En general se recomienda Cn 2.0, por lo cual la formulacinde Skempton es la nica que cumple exactamente estarecomendacin para Rs = 0.



ENSAYO SPT- CORRECCIN CONFINAMIENTO CnCORRECCION DE SPT - VALORES DE Cn EN N1=Cn*N

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

0.1 1 10

Rs = ESFUERZO VERTICAL EFECTIVO / PRESION ATMOSFERICA

V

A

L

O

R

E

S

D

E

C

n

Peck Seed MeyerhofLiao-Whitman Skempton Seed-Idriss (Marcuson)Logaritmo Schmertmann Promedio



1) Las variaciones respecto del promedio son grandes2) La mayor variacin por exceso la tiene la relacin de Liao-Whitman para Rs < 1 y para 5 < Rs < 103) Le sigue la relacin de de Peck para 1 < Rs < 5,4) Por defecto las que ms se apartan son las relaciones dePeck para Rs < 1 y la de Seed para Rs > 15) Para algunas relaciones Cn puede llegar a Cn < 0

ENSAYO SPT- CORRECCIN CONFINAMIENTO CnDe la Figura anterior se observa para Cn:

FORMULACIN VALOR DE RSPARA CN=0

Peck Rs > 20

Seed Rs > 6.31

Seed-Idriss Rs > 12.22

Logartimo (AJGG) Rs > 10



ENSAYO SPT- CORRECCIN CONFINAMIENTO CnCORRECCION DE SPT

VALORES DE Cn EN N1=Cn*N

0.01

0.1

1

10

100

P

e

c

k

S

e

e

d

M

e

y

e

r

h

o

f

-

I

s

h

i

h

a

r

a

L

i

a

o

-

W

h

i

t

m

a

n

S

k

e

m

p

t

o

n

S

e

e

d

-

I

d

r

i

s

s

(

M

a

r

c

u

s

o

n

)

L

o

g

a

r

i

t

m

o

S

c

h

m

e

r

t

m

a

n

n

[

(

C

n

/

C

n

p

r

o

m

-

1

)

2

]

0

.

5

(0.1-1.0)Pa (1.0-5.0)Pa (5.0-10.0)Pa(0.1-5.0)Pa (0.1-10.0)Pa Suma (0.1-1.0-5.0-10.0)



1) Las variaciones de la raiz de la suma de las diferencias alcuadrado respecto del promedio son grandes2) Las formulaciones que menos se apartan del promedio yson las recomendadas, en su orden, son las siguientes:a) Seed-Idriss Cn= 1- K log (Rs)

K=1.41 (Rs 1)b) Meyerhof - Ishihara Cn= 1.7 / (0.7+Rs) c) Schmertmann Cn= 32.5/(12.2+20.3*Rs) d) Skempton Cn= 2 / (1+Rs)

De la Figura anterior se observa para la variacin de Cn:ENSAYO SPT- CORRECCIN CONFINAMIENTO Cn

Con las dos correcciones entonces la nomenclatura es p.ej. N155 = NSPT para e=55% y corregido por confinamiento



EL ENSAYO SPT

II - CORRELACIONES PARARESISTENCIA

(Gonzlez, 1999)



ENSAYO SPT-DEDUCCIN RESISTENCIA EFECTIVA

Existen numerosas correlaciones entre N y ', pero, antes demencionar algunas de ellas, es conveniente discutir cualvalor de ' es el que se est obteniendo.Dado que la mayor parte de estas correlaciones fueronobtenidas con materiales granulares, para los cualesusualmente c' = 0, lo que realmente se obtiene es la relacionentre esfuerzos cortantes y esfuerzos normales efectivos, esdecir:

' SPT = eq = arctan ( /') (6)


AJGG-SPT- PAG 18AJGG-SPT- PAG 18


eq eqcc

y y eq eq



ENSAYO SPT-DEDUCCIN RESISTENCIA EFECTIVA FUNCIONES

sptspt = f(N1er) N1er = = f(N1er) N1er = Cn Cn**NerNerCn Cn = f(= f(RsRs)) Rs Rs = = v/pav/pa

HIPOTESIS BASICAHIPOTESIS BASICAsptspt = = eqeq = = arctan arctan ((//))

CONCLUSIONCONCLUSION = = tantan eqeq = = c c + + tan tan (7)(7)



ENSAYO SPT-DEDUCCIN RESISTENCIA EFECTIVA () = f (N1er)

Peck = 28.5 +0.25*N145 (8a) Peck, Hanson et al. = 26.3*(2- exp(-N145/62) (8b) Kishida = 15 +(20*N172)0.5 (8c) Schmertmann = arctan[(N160/32.5)0.34] (8d) JNR = 27 + 0.30*N172 (8e) JRB = 15 + (15*N172)0.5 (8f)

RELACIONES ENTRE N Y - ORIGINALES



ENSAYO SPT-DEDUCCIN RESISTENCIA EFECTIVA () = f (N1er)

Peck = 28.5 +0.25*N145 (8a) Peck, Hanson al. = 26.3*(2- exp(-N145/62) (8b) Kishida = 15 +(12.5*N145)0.5 (8c) Schmertmann = arctan[(N145/43.3)0.34] (8d) JNR = 27 + 0.1875*N145 (8e) JRB = 15 + (9.375*N145)0.5 (8f)

RELACIONES ENTRE N Y - PARA e =45%



ENSAYO SPT-DEDUCCIN RESISTENCIA EFECTIVARESISTENCIA DE SPT- RELACIONES N1- 'eq

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

N1)45 - golpes/pie

'

e

q

(

)

Peck Peck et al Kishida Schmertmann JNR JRB PROMEDIO

Se observa que la relacin que ms se aparta del promediopor exceso es la Schmertmann y por defecto la da la JRB



ENSAYO SPT-DEDUCCIN RESISTENCIA EFECTIVARESISTENCIA DE SPT - RELACIONES N1- 'eq

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

P

e

c

k

P

e

c

k

,

H

a

n

s

o

n

.

e

t

a

l

K

i

s

h

i

d

a

S

c

h

m

e

r

t

m

a

n

n

J

N

R

J

R

B

[

(

'

e

q

/

'

e

q

p

r

o

m

-

1

)

2

]

0

.

5

N1=0 a 50 N1=50 a 100 N1=0 a 100 SUMA (0-50-100)

La variacin de la raz del cuadrado de las desviaciones paratodos los intervalos, se puede decir que las formulacionesque menos se apartan del promedio son, en su orden:

A) Kishida = 15 +(20*N172)0.5B) Peck et al = 26.3*(2- exp(-N145/62)C) Peck = 28.5 +0.25*N145




a) Obtener el valor de N (golpes/pie) en campo, con la profundidadrespectiva e identificar el tipo de suelo en el cual se hizo el ensayo.

b) Colocar al ensayo la profundidad media entre las dos lecturas degolpes que se usen

c) Obtener o estimar el valor del peso unitario total de la muestra,preferentemente en el sitio. Esta se puede obtener de la muestra de lacuchara perdida, corrigiendo el rea por la compresin que sufre lamuestra al entrar al muestreador.

d) Obtener lo ms fiablemente posible la posicin del nivel piezmetricoe) Calcular el valor de los esfuerzos totales verticales (), la presin de

poros (u) y los esfuerzos efectivos verticales ( = - u) para toda lacolumna de ensayo. Hay que tener en cuenta que el material puedeestar saturado y la presin de poros puede ser negativa hasta la alturade capilaridad.

PROCEDIMIENTO (1)



ENSAYO SPT-DEDUCCIN RESISTENCIA EFECTIVAPROCEDIMIENTO (2)

f) El valor de N45 para Colombia se corrige por confinamiento con laformulacin de Cn de Seed-Idriss, teniendo cuidado que Cn < 2.

g) Se obtiene el valor de eq con la frmula de Kishida (8c).h) Se calcula el valor de = tan(eq)i) Se agrupan los valores de y por tipos de materialesj) Se hace la regresin vs ' para cada tipo de material y se obtienen

c' y tan . Si en la regresin resulta c' < 0, se obliga a la regresin apasar por cero.

k) Se puede obtener el mnimo de cada material haciendo mnimo =eq mnimo

l) Se colocan los resultados en un diagrama c' - tan ' y si sonmateriales del mismo origen geolgico, los puntos nomalmente sealinean en forma aproximada.



ENSAYO SPT-DEDUCCIN RESISTENCIA EFECTIVALIMITACIONES

El mtodo sin duda es aproximado Y til para estimativos, pero, en loposible, debe siempre ser comprobado con otros ensayos

1) El resultado normalmente, pero no siempre, es conservativo (c', tan menores que los reales)

2) El mtodo tiende a subestimar el valor de c', en especial paramateriales arcillosos cohesivos.

3) En materiales granulares pueden resultar valores de c irreales queson aproximacin a una posible envolvente curva (p.ej = A b )

4) Una sobreestimacin de los valores de dar valores de c' y tan inferiores y una subestimacin de , valores superiores. Estoinvolucra los valores usados de pesos unitarios, profundidades ypresiones de poros.

5) Se ha asumido conservativamente que en Colombia la energa del SPTes 45%, pero si se hacen calibraciones (p.ej. Villafae et al, 1997), sedebe usar la energa calibrada.



ENSAYO SPT-DEDUCCIN RESISTENCIA EFECTIVAEJEMPLO

CARRETERA ANSERMA -SPT - LIMO ARENOSO HABANO (6)

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00

ESFUERZO NORMAL EFECTIVO (ton/m2)

E

S

F

U

E

R

Z

O

C

O

R

T

A

N

T

E

(

t

o

n

/

m

2

)

C'=0.17 PHI'=28.07 PHI'mn=22.77



ENSAYO SPT-DEDUCCIN RESISTENCIA EFECTIVACOMPROBACIN

Tesis de Maestra de F. Montenegro- UNal 2014eq = 13.738 + (25.858 N172) 0.5

211 datos -Suelos limoarcillosos delos Llanos

Calibracincon cortesdirectos



EL ENSAYO SPT

III - OTRAS CORRELACIONESY USOS



ENSAYO SPT- MODULOS DE DEFORMACIN Es

Bowles, 1996

Es = A+ B N55

Usar N55 sin Cn



ENSAYO SPT- LICUACIN

Idriss y Boulanger, 2008



ENSAYO SPT- RESISTENCIA NO DRENADA qu = 2su

Bowles, 1996Usar N170

OJO!!- CORRELACIN POCO CONFIABLE



ENSAYO SPT- RESISTENCIA DE CONO qc

Robertson et al, 1983 en Bowles, 1996Usar N55 sin Cn



ENSAYO SPT- DENSIDAD RELATIVA Dr

Bowles, 1996Usar N170



ENSAYO SPT- PESO UNITARIO t

y = 1.59308x0.05720

R2 = 0.53493

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

0.01 0.1 1 10 100 1000

SPT-N45 (golpes/pie)

P

E

S

O

U

N

I

T

A

R

I

O

G

a

m

T

(

t

o

n

/

m

3

)

AGC, 2012 =>



ENSAYO SPT- VELOCIDAD DE CORTANTE Vs

Hasancebi y Ulusay, 2007Escoger N adecuado



EL ENSAYO SPT

IV- VARIANTES



ENSAYO SPT- VARIANTESENSAYO SPT- T

Luego del ensayo SPT se hace un ensayode torsin similar a la veleta para estimarel intercepto de cohesin

Renzini, 1988- BRASIL

Requiere adaptadoresy casi no ha sido

utilizado en Colombia



ENSAYO SPT- VARIANTESENSAYO BPT- BECKER PENETRATION TEST

Ensayo de gran dimetro (6.6 17cm) para gravas yque usa un martillo de hinca de pilotes.Se usa poco o nada en Colombia



EL ENSAYO SPT

V- VENTAJAS Y DESVENTAJAS



ENSAYO SPT- VENTAJAS

1) ES EL NICO METODO DE ENSAYO IN-SITU QUERECUPERA MUESTRAS DEL SUELO, AS SEANALTERADAS

2) El mtodo es sencillo y no se requiere muchoentrenamiento para usarlo.

3) Los equipos pueden ser livianos y se pueden emplear encasi cualquier sitio

4) El ensayo se usa ampliamente y seguramente hay datoslocales previos que sirven para un proyecto.

5) Hay numerosas correlaciones que permiten predecirpropiedades geomecnicas y se pueden producir nuevas,con los datos del sitio.



ENSAYO SPT- DESVENTAJAS

1) DIFICIL REPRODUCIBILIDAD DE LOS RESULTADOS DELOS ENSAYOS

2) Lo anterior se debe a las diferencias considerables en elaparato y el procedimiento que causan una variabilidadsignificativa de la resistencia medida a la penetracin, enespecial por los esfuerzos de confinamiento, la energaque llega al tomamuestras, el diseo de este y la influenciadel operador

3) No siempre se tiene muestreo continuo4) El SPT es ms lento que otros ensayos, por el muestreo.5) No siempre la interpretacin de los resultados es la

correcta, lo que lleva a errores.



MIL GRACIAS

empleo del esnayo spt ventajas y limitaciones

Documents