sábado, 4 de diciembre de 2010

Ensayo de Penetración Standard (SPT).


El Ensayo de Penetración Estándar (SPT, del inglés, standard penetration test) nace en el año 1927, desarrollado por un sondista de la Raymond Concrete Pile Co., quien propuso a Terzaghi contabilizar el número de golpes necesarios para hincar 1 pie (30 cm) el tomamuestras que solía utilizar para obtener muestras en terrenos sin cohesión (arenas).

De forma resumida, la realización del ensayo es la siguiente (ver esquema en la figura siguiente):


1. Se ejecuta un taladro hasta la cota deseada y en el fondo del mismo (una vez limpiado cuidadosamente) se introduce un tomamuestras de dimensiones estándar (Figura 1-2) que consta de tres elementos: zapata, tubo bipartido y cabeza de acoplamiento con el varillaje.


2. Se hinca el tomamuestras en el terreno 60 cm, contando en número de golpes necesarios para hincar tramos de 15 centímetros. La hinca se realiza mediante una maza de 63,5 kg (140 libras) que cae desde una altura de 76 cm (30 pulgadas) en una cabeza de golpeo o yunque. La lectura del golpeo del primer y último tramo no se tienen en cuenta, por posible alteración del suelo o derrumbes de las paredes del sondeo en el primer caso y por posible sobrecompactación en el segundo. Los valores de golpeo de los tramos centrales de 15 cm sumados conducen al parámetro N30 SPT o NSPT, denominado también resistencia a la penetración estándar. Cuando el terreno es muy resistente se detiene la prueba para un determinado número de golpes (rechazo, R), anotando la penetración realizada. 

Figura 1-2 Tomamuestras o cuchara SPT. UNE 103-800-92 – ASTM D 1586/84

La norma ASTM D1586-84 indica que la prueba se puede dar por finalizada:

1. Cuando se aplican 50 golpes para un tramo de 15 cm.
2. Cuando se aplican 100 golpes en total.
3. Cuando no se observa penetración alguna para 10 golpes.

El tomamuestras permite por otro lado recoger una muestra alterada del suelo que posibilita su identificación. Normalmente esta muestra se introduce en un recipiente o bolsa en los que se indican en una etiqueta, además de los datos de la obra, sondeo, profundidad, fecha, etc., los valores de golpeo obtenidos, por ejemplo:

• 5/7/6/8
• 12/13/21/R:50/5cm

El valor del parámetro NSPT será 7+6 = 13 en el primer caso y 13+21 = 34 en el segundo. Asimismo, para este segundo ejemplo se ha llegado al rechazo (50 golpes en un tramo de 15 cm) habiendo penetrado sólo 5 centímetros.

El ensayo SPT es por naturaleza simple y puede ser intercalado con facilidad en cualquier sondeo de reconocimiento. Puede ejecutarse en casi cualquier tipo de suelo, incluso en rocas blandas o meteorizadas. Los resultados de la prueba, difundida ampliamente en todo el mundo, se correlacionan empíricamente con las propiedades específicas in situ del terreno. Existe una abundante bibliografía a este respecto. La gran mayoría de datos y correlaciones corresponden a terrenos arenosos. La presencia de gravas complica la interpretación, cuando no impide su realización. En resumen, el ensayo resulta apropiado para terrenos en los que predomina la fracción arena, con reserva tanto mayor cuanto mayor es la proporción de la fracción limo-arcilla o de fracción grava.

Existen numerosas correlaciones empíricas con diversos parámetros geotécnicos. Debe entenderse claramente que estas relaciones son aproximativas y su uso resulta tanto más adecuado cuanto mayor sea la experiencia de quien las utiliza.

a). Correlaciones en suelos granulares

a.1) Densidad Relativa

Terzaghi y Peck (1948) publicaron la primera correlación entre NSPT y la Densidad Relativa (DR%), válida para arenas cuarzosas (ver figura adjunta).


En base a los valores de la DR%, Terzaghi y Peck establecieron lo que hoy es un clásico sistema de clasificación de las arenas según su compacidad. El índice SPT está relacionado con la compacidad de las arenas. Terzaghi y Peck propusieron la siguiente relación:


a.2) Angulo de Rozamiento Interno

Los datos que se obtienen del ensayo SPT permiten estimar el ángulo de rozamiento interno de los materiales granulares, bien indirectamente, deducido de los valores estimado de la densidad relativa, bien directamente a partir del valor NSPT (tendencia actual). En la Figura siguiente se presentan conjuntamente los ábacos propuestos por Meyerhof (1956) y Peck et al. (1974). 


Existen otras correlaciones directas entre el valor de NSPT y el ángulo de rozamiento interno. En la figura siguiente se presenta la correlación de De Mello (1971): 



Existe una correlación evidente entre el ángulo de rozamiento de los suelos granulares y el índice N (SPT). La de mayor difusión probablemente sea la definida por Schmertmann que puede aproximarse con la siguiente expresión analítica:


a.3) Deformabilidad

Existen numerosas correlaciones entre el valor de NSPT que permiten deducir reglas empíricas o semiempíricas a partir de las cuales se puede estimar los módulos de deformabilidad.

En general se utiliza el módulo confinado (edométrico), aunque muchas veces esto no queda claro en la literatura ya que muchos autores hacer referencia simplemente a un módulo de deformabilidad.

Mitchell y Gardner (1975) resumen una serie de trabajos publicados hasta esa fecha, detallando el tipo de suelo y la base de cada método. Estas correlaciones con el Módulo Confinado se presentan en la Figura siguiente. Se observa la enorme dispersión de los valores. De estas correlaciones, sólo la de Schultze y Meltzer (1965) tienen en cuenta la presión de confinamiento.

Las relaciones entre NSPT y Es, pueden expresarse de forma general mediante la relación lineal empírica:

ES = S1 NSPT + S2

Algunos valores de estas constantes se muestran en la tabla siguiente:



Como resumen, a continuación se incluye una tabla en la que se muestran una  serie de parámetros correlacionados con el valor NSPT para suelos granulares:


b). Correlaciones en suelos cohesivos

En los terrenos cohesivos las correlaciones basadas en los resultados del ensayo SPT sólo deben considerarse orientativas. La dispersión de las correlaciones en suelos cohesivos es mucho mayor que en los terrenos granulares. Las presiones insterticiales que se generan en el momento del golpeo y los rozamientos parásitos afectan substancialmente los resultados.

b.1) Resistencia a compresión simple

Muchos investigadores han intentado realizar correlaciones entre el valor de N
SPT y la resistencia a la compresión simple de suelos arcillosos. La dispersión de los resultados obtenidos es muy grande, como puede apreciarse en la Figura siguiente (NAVFAC, 1971). En la tabla incluida a continuación se presentan también correlaciones entre el golpeo NSPT , la densidad saturada y la resistencia a la compresión simple según la adaptación de Hunt (1984) a los trabajos de
Terzaghi y Peck (1948). 



Valores de la resistencia a compresión simple a partir de Nspt para suelos cohesivos de distinta plasticidad. NAVFAC, 1971


Finalmente, se incluye una tabla resumen con correlaciones orientativas del ensayo SPT con otros parámetros para suelos arcillosos. 

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