• Author / Uploaded
• Lizeth

Citation preview

2.2.4 Sondeo de penetración estándar El ensayo SPT o ensayo de penetración estándar se realiza en suelos o en rocas muy alteradas y meteorizadas en el interior de los sondeos durante la perforación. Es el ensayo más usado y extendido de los que se realiza en el interior de un sondeo, por tal razón el ensayo SPT

incluye

diversas

correlaciones

con

parámetros mecánicos del suelo en conjunto con datos y parámetros de laboratorio. El ensayo de penetración estándar o SPT (del inglés Standard Penetration Test), es un tipo de prueba de penetración dinámica, empleada para ensayar terrenos en los que se quiere realizar un reconocimiento geotécnico. Constituye el ensayo o prueba más utilizado en la realización de sondeos, y se realiza en el fondo de la perforación. Consiste en contar el número de golpes necesarios para que se introduzca a una determinada profundidad una cuchara (cilíndrica y hueca) muy robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35 milímetros, lo que supone una relación de áreas superior a 100... ¿?), que permite tomar una muestra, naturalmente alterada, en su interior. El peso de la masa está normalizado, así como la altura de caída libre, siendo de 63'5 kilogramos y 76 centímetros respectivamente Equipo utilizado 

Aparte del penetrómetro estándar, la ejecución de un SPT requiere la utilización del siguiente equipo:



Columna de Barras: El penetrómetro se acopla en la parte inferior de una columna de barras de acero BW.



Martinete Golpeador: El Penetrómetro se hinca mediante el golpeteo de un martinete de 63.5 Kg con una caída de 76 centímetros. Tiene además una varilla guía por medidas de seguridad.



Malacate: En el cual se enrolla un cable manila de 0.75 a 1 pulgada de diámetro, utilizado para levantar el martinete y dejarlo caer libremente.

Procedimiento de campo 1. Se hace un chequeo general de los niveles del motor de la perforadora. Esta actividad ha de realizarse diariamente al inicio de cada jornada. 2. Se ubica con exactitud el punto a perforar. 3. Se posiciona la perforadora, manejando el camión, de modo que el broquero en su movimiento vertical coincida con el punto a perforar. 4. Con los gatos laterales, se nivela la plataforma de la perforadora. Para ello, el operador debe guiarse con los niveles que están acoplados a la consola de operaciones. 5. Se levanta la torre de la perforadora con los controles ubicados en la consola de operaciones. 6. Se posiciona el cárcamo para la circulación del fluido de perforación, y se prepara lodo bentonítico (mezcla de agua y bentonita). 7. Se acopla manualmente el tubo partido a la cuerda del martinete. 8. Se levanta el martinete con el malacate y la soga, y se ubica el tubo partido sobre el punto a perforar. 9. Se aplican golpes con el martinete sobre el tupo partido, igualmente levantándolo con el cable manila, hasta que haya penetrado 60 centímetros. La operación debe detenerse si para un tramo de 15 centímetros se requieren más de 50 golpes, extrayendo la muestra que hasta ese punto haya recuperado el tubo partido. 10. Se retira el tubo partido del barreno y se desacopla manualmente del martinete, o en caso de ser necesario, utilizando llaves stillson. El tubo se

entrega al supervisor para que este extraiga, embolse y clasifique la muestra. 11. Se lava con broca tricónica de 2 15/16” hasta la profundidad del terreno natural, para eliminar azolve. Para ello, la mencionada broca se debe colocar en la parte inferior de la columna de barras de acero, la cual se debe acoplar al broquero. Si es necesario se deben acoplar varias barras, siempre sosteniendo las inferiores con llave stillson, y ajustando la parte superior con el torque del broquero. También se debe hacer circular lodo bentonítico con el empuje de la Bomba hidráulica dispuesta para tal fin. 12. Se retira la broca del barreno, desacoplando con llave stillson la columna de barras. Dicha columna de barras se levanta con un elevador deslizable atado a un cable de acero. 13. Se acopla manualmente el tubo partido a la columna de barras y se introduce con la ayuda del elevador deslizable y llaves stillson en el barreno. 14. Se repite el procedimiento de golpeteo con el martinete y extracción de la muestra, en todas las profundidades a estudiar, esto hasta que el sondeo se dé por terminado. 15. El lodo de perforación debe sustituirse cuando se torna muy espeso o tiene alto contenido de arena, o si este se pierde por fracturas en el barreno. Lo anterior queda a juicio del operador.

Aplicaciones y correlaciones El ensayo SPT tiene su principal utilidad en la

caracterización

de

suelos

granulares

(arenas o gravas arenosas), en las que es muy difícil obtener muestras inalteradas para ensayos de laboratorio. Al estar su uso muy extendido y dispone de una gran experiencia geotécnica en estas pruebas, se han planteado correlaciones entre el golpeo SPT y las características de los suelos arenosos, así como con diversos aspectos de cálculo y diseño geotécnico. También existen correlaciones en el caso de que el terreno sea cohesivo, pero al ser un ensayo prácticamente instantáneo, no se produce la disipación de los incrementos de presiones intersticiales generados en estos suelos arcillosos por efecto del golpeo, lo que claramente debe influir en el resultado de la prueba. Por ello, tradicionalmente se ha considerado que los resultados del ensayo SPT (y por extensión, los de todos los penetrómetros dinámicos) en ensayos cohesivos no resultan excesivamente fiables para la aplicación de correlaciones. En la actualidad, este criterio está cuestionado, siendo cada vez más aceptado que las pruebas penetrométricas pueden dar resultados igualmente válidos en todo tipo de suelo. En cualquier caso, al margen de la validez o existencia de correlaciones, el valor del golpeo obtenido en un ensayo de penetración simple es un dato indicativo de la consistencia de un terreno susceptible de su utilización para la caracterización o el diseño geotécnicos. Extracción y Clasificación de Muestras



Cuando el supervisor recibe el tubo partido, lo lava para quitarle el exceso de lodo.



Se retira la zapata y el cabezote. Esto se puede hacer manualmente o con la ayuda de llaves stillson, según lo requiera el caso.



Se abre el tubo partido y se extrae la muestra contenida en la zapata con golpes de martillo.



Se toman fotografías de la muestra, de ser necesario.



Se retira la muestra del tubo para embolsarla, clasificarla y etiquetarla.



Se lava el tubo partido, eliminando cualquier exceso de material.



Se entrega el tubo partido ya limpio a los ayudantes.

Factores que afectan los resultados del ensayo SPT 

La forma como se realiza el golpeo, se recomienda que se lo haga con dispositivos automáticos para garantizar que se aplique intervalos de tiempo exactos así como la misma energía de impacto, si se lo realiza de manera manual es casi seguro que exista alto porcentaje de error.



Se debe tener en cuenta la calidad de la perforación previa (sondeo previo), las paredes deben ser estables y la limpieza es imprescindible.



Longitud del varillaje y

diámetro del sondeo: condicionan el peso del

elemento a hincar y la fricción con las paredes del sondeo. 2.4.5 sondeo de penetración cónica La prueba de penetración en cono o penetración en cono (CPT) es un método utilizado para determinar las propiedades de ingeniería geotécnica de los suelos y delinear

la

estratigrafía

del

suelo.

Inicialmente se desarrolló en la década de 1950

en

el

Laboratorio

Holandés

de

Mecánica de Suelos en Delft para investigar suelos blandos. Basado en esta historia, también se lo ha llamado la "prueba del

cono holandés". Hoy en día, el CPT es uno de los métodos de suelo más utilizados y aceptados para la investigación de suelos en todo el mundo. El método de prueba consiste en empujar un cono instrumentado, con la punta hacia abajo, hacia el suelo a una velocidad controlada (se controla entre 1.5 -2.5 cm / s). El Ensayo de penetración cónica (CPT - Cone Penetration Test) consiste en introducir en el suelo una pieza de forma cónica vinculada a una célula de carga que mide en forma continua la resistencia del suelo a la penetración de la puntera cónica. También mide en forma simultánea la resistencia a la fricción lateral (fs) que ofrece el suelo al paso de una pieza cilíndrica ubicada inmediatamente arriba de la punta cónica. En la siguiente figura aparecen algunos tipos de conos que se han usado. Dependiendo del procedimiento de hincar se dividen en: 

Dinámicos



Estáticos

Estándares y usos CPT

para

aplicaciones

geotécnicas

fue

estandarizado en 1986 por ASTM Standard D 3441

(ASTM,

2004).

ISSMGE

proporciona

estándares internacionales sobre CPT y CPTU. Más tarde, las normas de ASTM se han referido al uso de CPT para diversas actividades de caracterización de sitios ambientales y monitoreo de aguas subterráneas. Para las investigaciones geotécnicas del suelo, CPT es más popular en comparación

con

SPT

como

método

de

investigación geotécnica del suelo. Su precisión aumentada, velocidad de despliegue, perfil de suelo más continuo y costo reducido sobre otros

métodos de prueba de suelo. La capacidad de avanzar herramientas de prueba in situ adicionales utilizando la plataforma de perforación directa CPT, incluidas las herramientas sísmicas descritas anteriormente, están acelerando este proceso.

Técnicas de Sondeos más actuales 

Penetrómetro de cono mecánico: proporciona los cálculos para la cimentación de edificios mediante medición de la resistencia del cono a intervalos regulares de 20 centímetros. Utilizamos el cono holandés con un manto cónico y el cono Begemann con fricción del manguito local.



Penetrómetro de cono eléctrico: recoge una información más completa, permitiendo una mejor clasificación de las capas del suelo (p. ej., la detección de una capa fina de turba en suelos arcillosos). La resistencia del cono y la fricción local se mide de forma continua cada dos centímetros, lo que permite calcular la tasa de fricción. Un ordenador registra las mediciones transmitidas desde el cono eléctrico hasta la superficie, a través de cable tendido en el interior de las barras del penetrómetro.



Piezocono (CPTU): recoge datos adicionales sobre presión intersticial del agua.



SoniCPT: basado en la “perforación sónica de testigos”, SoniCPT es un sistema único que hemos desarrollado utilizando vibraciones para hacer el suelo más fluido. Las vibraciones se utilizan para aumentar la fluidez del suelo y reducir la fricción, permitiendo al sistema sónico pasar a través de capas de superficie dura o perder sus sedimentos. Cuando el CPT se

bloquea, el sistema sónico puede atravesar las capas y continuar las mediciones, lo que ahorra un tiempo valioso.

Parámetros adiciónales Además de los conos mecánicos y electrónicos, a lo largo de los años se han desarrollado una variedad de otras herramientas implementadas con CPT para proporcionar información subsuperficial adicional. Una herramienta común avanzada durante las pruebas de CPT es un conjunto de geófonos para recopilar las ondas de corte sísmico y las velocidades de las ondas de compresión. Estos datos ayudan a determinar el módulo de corte y la relación de Poisson a intervalos a través de la columna del suelo para el análisis de licuefacción del suelo y el análisis de la fuerza del suelo de baja tensión. Los ingenieros usan la velocidad de la onda de corte y el módulo de corte para determinar el comportamiento del suelo bajo cargas vibratorias y de baja tensión. Herramientas adicionales tales como fluorescencia inducida por láser, fluorescencia de rayos X, conductividad / resistividad del suelo, pH, temperatura y sonda de interfaz de membrana y cámaras para capturar imágenes de video también están cada vez más avanzadas junto con la sonda CPT. Sondeo de penetración cónica dinámica En método dinámico se basa en la variación observada de la resistencia de la penetración cuando

cambia

las

características del suelo. En el caso de que se trabaje sin

ademe,

se

conecta

el

penetrometro a las varillas e perforación y se introduce en el

terreno contando los golpes por cada 30 cm de penetración (martinete de 63.5 Kg. y altura de caída de 76 cm) conforme se avanza en profundidad requerida. De los datos de esta prueba se obtiene una gráfica de números de golpes contra la profundidad, pero desgraciadamente para este tipo de prueba no existen las correlaciones mencionadas en el caso de penetración estándar ya que se ha observado que para arenas, la prueba dinámica, da un numero de golpes del orden del doble de la prueba de penetración estándar y solo nos da una idea de las características mecánicas del suelo en cuanto a la resistencia de estratos blandos o duros, ya que tiene la desventaja de que se obtienen muestras.

La máxima eficiencia de este método se logra donde la geología del lugar se presenta errática. Este procedimiento adolece del efecto de no tomar en cuenta la fricción lateral desarrollada a lo largo de toda la barra de perforación, por tal motivo se mejora usando ademe. Las ventajas de la penetración cónica sin ademe son: 

La rapidez con que se efectúa la perforación y la obtención de un registro continuo, siendo muy conveniente para tener idea de los problemas que puedan presentarse y programar sondeos definitivos.



Es muy útil cuando se trata de localizar la profundidad de los estratos resistentes.

Sondeo de penetración cónica estática Los métodos estáticos limitan a materiales suaves, como son las arcillas blandas y turbas, siendo iniciados y desarrollados en Suecia, Dinamarca y Holanda. El cono Holandés es el penetromero más ampliamente

usado

para

pruebas

estáticas. Consta de una punta cónica de 60° con un área de 10 cm2 unida a una barra cilíndrica de menor diámetro que el cono. Se hinca 50 cm en el terreno a una velocidad de 1 cm/seg. Con un gato hidráulico empleando un marco de carga que puede estar sujeto a al ademe. La presión ejercida se registra en un manómetro acoplado al gato, una vez hincada la punta 50 cm, se hinca el ademe esa longitud y se repite la operación anterior. El penetrometro Danés consta de una punta delgada de forma piramidal truncada con una longitud de 20 cm; en este procedimiento se carga por incrementos hasta alcanzar un peso de 100 Kg. midiendo la penetración que origina cada incremento de carga. Después de cada prueba se debe limpiar el pozo hasta la profundidad avanzada, repitiéndose la operación. A veces se han usado penetrometro cónicos en arenas, ayudados por la presión de agua, cuya función es suspender las arenas sobre el nivel de la penetración para evitar el efecto de la sobrecarga, que de otra manera. Dificultaría la penetración del cono. Entre los inconvenientes de la prueba uno es que no se obtienen muestras, otro es que no existen correlaciones de resistencia con valores obtenidos con otros métodos más confiables. En general se puede decir que estas pruebas son útiles en zonas cuya estratigrafía sea ya ampliamente conocido y se desee obtener información en un ligar determinado. Además nos sirve principalmente para determinar la profundidad a la que deben hincharse los pilotes, pilas y estribos del puente.

Biblografia 

miguel Encarnacion . (2014). Sondeo de penetracion conica . 2020, de SCRIB Sitio web: https://es.scribd.com/upload-document? archive_doc=248931880&escape=false&metadata=%7B%22context %22%3A%22archive_view_restricted%22%2C%22page%22%3A %22read%22%2C%22action%22%3A%22download%22%2C %22logged_in



SGS. (2017). Sondeo de penetracion conica. 2020, de SGS Sitio web: https://www.sgs.mx/es-es/environment/soil/field-andsampling/geotechnical-services/cone-penetration-tests-cpt



Yandry Maldonado. (2018). Sondeo de penetracion estandar. 2020, de geologia web Sitio web: https://geologiaweb.com/ingenieriageologica/estudios-geotecnicos/ensayo-spt/



Sismica de suelos . (2018). Sondeo de penetracion estandar. 2020, de sismica de suelos Sitio web: https://sismica.com.mx/procedimientos/sondeo-penetracionestandar.php