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S.P.T. LAB. MECANICA DE SUELOS II
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PRUEBA ESTANDAR DE PENETRACION
S.P.T.
1.- OBJETI VOS DE LA PRCTICA:
1.1. Objetivo General:
Determinar la capacidad portante de un suelo natural sin compactar por medio del
ensayo de S.P.T. (Penetracin Estndar)
1.1. Ob jet iv o Especfi co :
Clasificar una muestra del suelo sobre el que se realizo el ensayo a partir del
Anlisis granulomtrico y la determinacin de los lmites de Attenberg.
Obtener la carga admisible probable para el suelo mediante los bacos
correspondientes a partir de su clasificacin, numero de golpes de penetracin.
2.- FUNDAMENTO TEORICO.
Prueba de penetracin Estndar: La prueba
de penetracin estndar (ASTM D-1586) es el
mtodo mas ampliamente usado para las
exploraciones de suelos. Consiste en dos
etapas: perforar para abrir un agujero en el
suelo y tomar muestras en seco para obtener
una muestra intacta que sea apropiada para
la inspeccin visual y los ensayos de
humedad, clasificacin y hasta de compresin
sin confinar.
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La perforacin se hace con barrena, inyeccin de agua o
sondeo rotatorio usando un taladro giratorio de alta
velocidad y circulando agua para extraer los detritos, de
la misma manera que en el sondeo por inyeccin de
agua. En los suelos firmes el agujero se mantiene
abierto por la accin de arco del suelo; en las arcillas
blandas y las arenas debajo del nivel fretico, el agujero
se mantiene abierto hincando un tubo de acero (tubo de
entibacin o camisa) o preferiblemente rellenando el
hueco con un fluido viscoso que se llama lodo de
perforacin. Este, que usualmente es una mezcla de
arcilla bantontica y agua, tiene la ventaja de que soporta
las paredes y el fondo del agujero. El lodo tambin sirve
como lquido circulante en los sondeos por inyeccin y rotatorios y mantiene limpio el
agujero sacando al exterior la arena gruesa y la grava que tienden a acumularse en el
fondo.
El muestreador en la figura anterior, llamado tambin toma-muestras partido, es un tubo
de acero de paredes gruesas partido longitudinalmente. El extremo inferior est unido a
un anillo cortante y el superior a una vlvula y pieza de conexin a la barra de sondeo.
Los tamaos normales son de 3.50 a 3.70 cm de dimetro interior y 5.00 cm, de dimetro
exterior, pero tambin se usan ocasionalmente, muestreadores de 5.00 cm de dimetro
interior, por 6.30 cm de dimetro exterior y de 6.30 por 7.60 cm.
TIPOS DE MUESTREADORES
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Se hace el agujero como se ha descrito previamente, hasta que se observe un cambio en
el suelo. Se sacan las herramientas de perforar y se introduce el sacamuestras hasta el
fondo del agujero unindolo a las barras para el sondeo. Primero se hinca el muestreador
15 cm en el suelo para asegurarse que la zapata de corte se asienta en material virgen.
Despus se hinca 30 cm en incremento de 15 cm a golpes de un martillo que pesa 64 kg (
140 lb ) y cae de una altura de 76 cm (30 plg). Se anota el nmero de golpes que se
necesita para hincar el tomamuestras cada uno de los 15 cm. La resistencia a penetracin
estndar, N, del suelo es la suma de los golpes para los incrementos segundo y tercero.
La operacin de tomar la muestra en la prueba de penetracin estndar se indica mas
adelante.
La muestra se examina y clasifica por el tcnico de campo encargado del sondeo y
despus se introduce en un depsito de vidrio o plstico, que se sella y se enva al
laboratorio. La muestra conserva la humedad, la composicin y la estratificacin del suelo,
aunque puede haber una apreciable distorsin en la estructura. Las muestras buenas se
pueden usar para pruebas a compresin sin confinar, pero no tienen suficiente calidad
para pruebas triaxiales.
La resistencia a la penetracin es una indicacin de la compacidad de los suelos no
cohesivos y de la resistencia de los cohesivos, pues es, en efecto, un ensayo dinmico a
esfuerzo cortante in situ. Las tablas 3 y 4 se han preparado para describir la compacidad y
la resistencia, de acuerdo con los resultados de la prueba de penetracin estndar.
La resistencia a la penetracin medida con el muestreador de 5cm de dimetro interior y
6.30 cm de dimetro exterior, hincado con un martillo que pesa 136 Kg y cayendo de 45
cm de altura, como se especifica en algunos cdigos de construcciones, es prcticamente
equivalente a la medida por la prueba estndar.
La prueba de penetracin estndar es el mtodo ms ampliamente usado para obtener
datos con respecto a la profundidad, espesor y composicin de los estratos de suelo y
una informacin aproximada de la resistencia de los suelos. El mtodo es econmico,
rpido y aplicable a la mayora de los suelos ( excepto grava gruesa ) y hasta a las rocas
blandas.
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Sondeos.- Cuando al sondear un suelo se encuentra un material tan duro que la
resistencia a penetracin excede de 100 golpes en la prueba estndar, es difcil o
imposible continuar la perforacin con el equipo de sondeo de suelo. A esta resistencia
se le llama rechazo y es indicacin de suelo muy compacto, boleo o roca.
COMPACIDAD RELATIVA DE LA ARENA (TABLA 3)
Nmero de gol pes Compacid ad Relativa
0-4 Muy suelta
5-10 Suelta11-20 Firme
21-30 Muy firme
31-50 Densa
ms de 50 Muy densa
*Medida con muestreado de 3.5 cm de dimetro interior y 5 cm de dimetro exterior,
hincando 30 cm con martillo de 64 Kg, cayendo 76cm de altura.
CONSISTENCIA DE SUELOS COHESIVOS (TABLA 4)
Nmero de golpes Consistencia
0-1 Muy blanda
2-4 Blanda
5-8 Firme
9-15 Consistente16-30 Muy consistente
ms de 30 Dura
*Medida con muestreador de 3.5 cm de dimetro interior y 5 cm de dimetro exterior,
hincando 30 cm con martillo de 64 Kg, cayendo 76cm de altura.
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El sondeo rotatorio se usa para perforar esos materiales duros y determinar si lo que
indicaba el rechazo era una lente dura, un boleo asentado sobre material blando o una
roca sana. Los agujeros de gran dimetro ( de 75 a 137 cm) perforados en roca le
permiten al ingeniero o al gelogo examinar los estratos en el lugar, pero el costo de la
perforacin es muy grande. Los testigos de pequeo dimetro que se extraen, permiten
determinar la composicin, la firmeza y los defectos de la roca a grandes profundidades y
a un costo moderado.
El sondeo con broca de diamantes es el mtodo ms comnmente usado para obtener
testigos de pequeo dimetro.
An cuando los procedimientos detallados se deben adaptar al tipo de roca y a la
distribucin de las facturas, la norma ASTM D-2113 se puede aplicar a una amplia
variedad de condiciones. El muestreador es un tubo de acero endurecido de 0.60 a 3.00m
de longitud con una broca unida a su parte inferior. La broca tiene corrientemente
diamantes negros, aunque a veces se usa, para perforar rocas blandas, carburo de
tungsteno u otros materiales duros y resistentes. Los seis tamaos estndar mas usuales
en los Estados Unidos de Amrica se dan en la tabla 5.
Para obtener buenas muestras en la roca blanda o fracturada es conveniente emplear el
tamao BX o uno mayor. Al sondear, la barra de perforacin y la broca giran y al mismo
tiempo se inyecta agua a alta presin a travs de la barra hacia el interior de la broca.
TAMAOS DE LAS BROCAS DE DIAMANTE (TABLA 5)
Tam ao Dimetr o ext eri o r
pulg. cm.
Dimetro de la m uest ra
pulg. cm.
EX 1 3.81 13/16 2.06
AX 1 15/16 4.92 1 3/16 3.02
BX 2 3/8 6.03 1 5/8 4.12
NX 3 7.62 2 1/8 5.39
2 x 3 7/8 plg 3 7/8 9.84 2 11/16 6.82
4 x 5 plg 5 13.97 3 15/16 10.00
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Los detritos de suelo molidos como polvo, son arrastrados por el agua y sacados del
agujero. La muestra de roca se introduce en el tubo a medida que se sondea. La razn
entre la longitud de muestra obtenida y la longitud perforada se conoce con el nombre de
recuperacin de muestra o razn de recuperacin y se expresa como un porcentaje. La
razn de recuperacin es una indicacin de la calidad de la perforacin y de la firmeza de
la roca. En una roca sana y homognea se puede esperar una recuperacin de ms del
90 por ciento; en rocas con vetas una recuperacin del 50 por ciento es tpica; sin
embargo en rocas, en rocas descompuestas la recuperacin puede ser muy pequea o
ninguna. Deere propuso una razn de recuperacin modificada RQD: La razn entre la
longitud total de las secciones mayores de 10 cm de roca intacta, de una muestra tomada
con varilla NX y la distancia perforada. Una razn de 90 por ciento o ms indica roca
excelente, 75 a 90 por ciento roca buena, 50 a 75 por ciento roca regular y 25 a 50 por
ciento roca mala.
En roca fracturada o blanda es esencial el muestreador de doble pared para obtener una
mejor recuperacin. En este muestreador se emplea un tubo de acero de pared delgada
que se ajusta bien alrededor de la muestra y que permanece estacionario mientras el tubo
exterior gira. Este tubo interior protege la muestra de la vibracin y de la erosin del agua
de perforacin.
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3.- MATERIALES Y EQUIPO:
Equipo para la Penetracin Estndar (S.P.T.)
Picota y pala
Bandejas
Taras
Horno
Tamices
Balanza electrnica
Aparato de Casa Grande y ranulador
Base de Vidrio y Vidrio de reloj
Hidrmetro Probeta de 1000 ml
Termmetro
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4.- PROCEDIMIENTO DE LA PRCTICA
En Campo:
Para empezar se debe analizar el lugar donde
se realizar el futuro proyecto y se buscar un
lugar adecuado para realizar el sondeo o la
excavacin del hueco.
La prctica se llev acabo en la rea ubicada
detrs del Laboratorio de Suelos, en donde se
escav un pozo a nivel de fundacin (1,50 m).
Dicha profundidad del sondeo se debe realizar
en funcin a la obra o estructura que se quiere
construir, con la finalidad de conocer la
capacidad portante o la carga admisible
mxima del suelo.
Una vez realizado el sondeo, se debe limpiar el
pozo hasta el nivel del muestreo, usando un
equipo que garantice que el material, cuya
muestra se desea obtener, no vaya a ser
perturbada o alterada durante la operacin.
El siguiente paso es el armado del equipo de
S.P.T., lo primero que se hace es juntar o unir los
tubos de perforacin y con la ayuda de llaves
ajustarlas, para que estas no se suelten durante
el ensayo. Luego con la ayuda de
aproximadamente 10 personas se procedi al
armado del trpode, primero se coloc la soga
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por medio de la polea que es la que sujeta el martinete, y luego se levant el trpode
de manera que las patas se encuentren separadas a una distancia equidistante para
lograr un buen equilibrio. Durante el ensayo, dos personas sujetaban cada pata, para
evitar que estas se deslicen.
Una vez armado el trpode, se procedi al colocado del martinete, este fue
ensamblado a un cable de acero que mediante un mecanismo de poleas fue elevado a
una altura de 75cm. y luego se lo dejo caer, cuidando que cada cada fuera en el
mismo lugar.
Conforme el martillo caa y la
punta penetraba el suelo, se fue
contabilizando el nmero de
golpes tomando como referencia 3
puntos previamente marcados en
el equipo a 15, 30 y 45 cm.
Una vez se alcanz los 45 cm de
penetracin, se retir el equipo del
hueco y se procedi a extraer una
muestra del suelo para su
posterior anlisis y clasificacin
En Laboratorio
Con la muestra extrada se procedi a realizar el Anlisis Granulomtrico, en este
caso tratndose de un suelo fino, se aplic el mtodo del lavado y la aplicacin del
Hidrmetro para la parte mas fina.
Tambin se realiz la determinacin de los Limites Liquido y Plstico, as como su
ndice de Plasticidad.
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5.- DATOS:
NO GOLPES PROFUNDIDAD
4 15 cm .
10 30 cm
15 45 cm
6.-CLCULOS:
Resistencia del suelo a la Comp resin mediante la correlacin por Terzagui y
Pech:
][8
2cm
kgNo
adm
215 5,08
4
cm
kgcm 230
25,18
10
cm
kgcm
230 875,18
15
cm
kgcm
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CONTENIDO DE HUMEDAD NATURAL DEL SUELO:
ANLISIS GRANULOMETRICO:
De la muestra inicial extrada en campo de 1000 gramos se tom una muestra inicial
de 300 gramos
N TaraPeso de la
Tara [gr]
Peso Tara +
Suelo
Hmedo [gr]
PesoTara +
Suelo
seco [gr]
PesoSuelo
Hmedo
[gr]
PesoSuelo
Seco
[gr]
contenidode
Humedad
[%]
1 21,30 gr 41,80 gr 39,40 gr 20,50 gr 18,10 gr 4,35 %
2 21,50 gr 45,40 gr 43,10 gr 23,90 gr 21,60 gr 4,75 %
3 19,70 gr 38,90 gr 41,60 gr 22,10 19,70 4,55 %
HumedadMedia
4,55 %
Anlisis Granulomtrico
Peso Total
de la
Muestra
Inicial
300,00
TAMIZ
Peso
Bandeja
[gr]
Peso bandeja +
Suelo seco [gr]
Peso Suelo
Seco
Retenido
[gr]
Peso
Acumulado
[gr]
%
Retenido
% que
pasa
n 40 100,80 141,70 40,90 40,90 13,63 86,37
n 200 115,60 119,80 4,20 45,10 15,03 84,97
Base ---- --- 254,90 300,00 100,00 0,00
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HIDROMETRO:
Debido a la fineza del suelo extrado de la zona del ensayo, se procedi al anlisismediante Hidrmetro a partir de una muestra de 60 gr de suelo que pas el tamiz N200.
Tiempotranscurrido
en min.
Temperaturaen C
CtTemperatura
en CCorregida
LecturaRealRc.
Lecturacorregida
Rc.
Porcentajemas fino
Correccinpor
menisco
Ltabla
L/tK
tablaD
mm.
3 23 0,7 23,7 21,5 22,2 36,63 21,501 12,95 4,317 0,013 0,027010
5 23 0,7 23,7 17,5 18,2 30,03 17,501 13,5 2,700 0,013 0,021361
7 23 0,7 23,7 14 14,7 24,255 14,001 14 2,000 0,013 0,018385
9 23 0,7 23,7 12 12,7 20,955 12,001 14,3 1,589 0,013 0,016387
14 23 0,7 23,7 10 10,7 17,655 10,001 14,7 1,050 0,013 0,013321
20 23 0,7 23,7 8 8,7 14,355 8,001 15 0,750 0,013 0,011258
30 23 0,7 23,7 7 7,7 12,705 7,001 15,2 0,507 0,013 0,009253
50 23 0,7 23,7 5 5,7 9,405 5,001 15,5 0,310 0,013 0,007238
112 25 1,3 26,3 3 4,3 7,095 3,001 15.8 0,1411 0,0127 0,004771
442 22 1,3 23,3 3 4,3 7,095 3,001 15.8 0,0357 0,0131 0,002475
1425 23 0,7 23,7 0 0,7 1,155 0,001 16.3 0,0114 0,013 0,001390
0,00010,0010,010,1
%Q
UEPASA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Abertura (mm)
CURVA GRANULOMETRICA
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PLASTICIDAD:
Lim ite lqu ido:
Peso de
la taraN de golpes
Peso de la taramas suelohmedo
Peso de tara mas
suelo seco
Peso suelo
hmedo
Pesosueloseco
Peso del
agua
Porcentaje
de humedad
19,44 19 39,5 35,4 20,06 15,96 4,1 25,69
18,96 20 39,4 34,75 20,44 15,79 4,65 29,45
18,1 24 37,4 33,52 19,3 15,42 3,88 25,16
17,3 23 35,4 31,4 18,1 14,1 4 28,37
18,1 18 44,1 38,56 26 20,46 5,54 27,08
LL= 26,74
Lim ite plst ico:
Peso dela tara
Peso de taramas suelo
hmedo
Peso de la taramas rollitos
secos
Peso suelohmedo
Peso sueloseco
Peso delagua
Porcentajede
humedad
17,6 20,1 19,8 2,5 2,2 0,3 13,64
19,1 21,95 21,6 2,85 2,5 0,35 14,00
16,9 18,78 18,54 1,88 1,64 0,24 14,63
LP= 14,09
y = 29,396e-0,004x
R = 0,0235
25,00
25,50
26,00
26,50
27,00
27,50
28,00
28,50
29,00
29,50
30,00
30,50
31,00
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Porcentajedehumedad
N de golpes
Limite lquido
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nd ice de Plas ticid ad:
IP = LL LP
IP = 26,7414,09 %
IP = 12,65
Clasificacin ASSHTO
PASO N 1 DEFINIR EL GRUPO:
% N200 = 84.97% < 35% GRUPO DE LIMOS ARCILLOSOS
BASANDONOS EN LA PLASTICIDAD DECIMOS:
LIMITE LIQUIDO (LL ) 26,74 40 % SI
INDICE DE PLASTICIDAD (IP) 14,09 > 11 % SI
INDICE DE GRUPO:
IG =0.2*a + 0.005*a*c +0.01*b*d
INDICE DE GRUPO:
a = 75-35 = 40
b = 55 15 =40
c = 0
d = 0
Por tanto tenemos: IG =0.2*(40) + 0.005*(40)*(0) + 0.01*(40)*(0)
IG = 8
Segn estos parmetros podemos decir que es un suelo A-6
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A-6 8
El ndice de grupo es igual a 8 que es menor a 16, el limite mximo de este grupo, por lo
que se encuentra bien clasificado.
Clasif icacin del suelo:
Un suelo A -6 son suelos dond e predomin a la arci l la, mas del 75% pasa el tamiz
N200, este s uelo puede con tener p equeos por centajes de arena f ina y lim o, c uya
caracterstic as so n abso rbid as por el gran p orcen taje de arcil la.
Clasif icacin del suelo: SUCS
Datos: (pasan el tamiz)
% N 200 = 87.70
LL = 26,74 %
IP = 14,09 %
DEFINIENDO PORCENTAJE:
% Arcilla = % que pasa el N 200 = 84.97De donde predomina la arcilla con un 84.97 %
Sabiendo que es una arcilla procedemos a estudiar los LMITES:
Condicin 1.
Si el lmite en menor a 50 pertenece a las arcillas de media a baja compresibilidad
LIMITE LIQUIDO (LL) = 26,74 % < 50 SI
Cumple la condicin ahora sabiendo a qu tipo de arcilla pertenece comparamos
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EL INDICE DE PLASTICIDAD:
Cumple la condicin ahora sabiendo a qu tipo de arcilla pertenece comparamos
EL INDICE DE PLASTICIDAD
Condicin 2.
Abajo de la lnea A (IP 4) NO
Arriba de la lnea A (4 IP 7) NO TIPO DE SUELO CL
ARRIBA DE LA LINEA A (IP 7) SI
Para completar la clasificacin debemos encontrar el NOMBRE DEL GRUPO.
CONDICION:
Menos del 15% Ret en N 200 < 15 % = ARCILLA LIGERA
Ret en N 200
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Determinacin de los valores de cargas admisibles del suelo de acuerdo a la clasificacin
del suelo obtenido en gabinete y al nmero de golpes registrado en campo mediante el
uso de bacos:
Numero de Golpes Carga Admisible
4 0,25 kg/cm2
10 1,40 kg/cm
2
15 2,0 kg/cm2
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6.- CONCLUSIONES Y ANALIS DE RESULTADOS:
Analizando los resultados obtenidos y comparndolos con las tablas de valores comunes
para el tipo de suelo:
Correlacin para pruebas en Arc i l las
Consistencia N de Golpes
Resistencia a la
Compresin simple
(kg/cm2)
Muy blanda < 2 < 0,25
Blanda 2 - 4 0,25 0,50
Media 4 - 8 0,50 1,0Firme 8 - 15 1,0 2,0
Muy Firme 15 - 30 2,0 4,0
Dura >30 >4,0
Tomando en cuenta los tres datos obtenidos en campo y su anlisis por los bacos,
podemos ver que dichos valores son correctos y caen dentro de los lmites para el tipo de
suelos que analizamos y por lo tanto los valores de Resistencia a compresin podran ser
usados en el diseo estructural de una obra civil.
7. BIBLIOGRAFIA:
Gua de laboratorio. Mecnica de suelos
Mecnica de Suelos Jurez Bardillo
Fundamentos de Ingeniera Geotcnica Braja M. Das