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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA GEOTÉCNIA

TRABAJO DE LABORATORIO: ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR SPT, CONO PECK DPL Y ENSAYO PRUEBA DE PENETRACIÓN POR CONO CPT AUTOR:

RICHARD SULCA MARTINEZ 20162044H

CURSO:

MECÁNICA DE SUELOS APLICADA A CIMENTACIONES (EC-521H)

DOCENTES:

ING. WILFREDO GUTIÉRREZ LAZARES ING. LUIS CHANG CHANG

2020-I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN 4

ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR SPT................................................................................5

1.1

INTRODUCCIÓN AL ENSAYO SPT..........................................................................................5

1.2

REFERENCIAS NORMATIVAS.................................................................................................7

1.3

EQUIPOS Y MATERIALES EMPLEADOS..................................................................................7

1.4

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO...........................................................................................10

1.5

ANÁLISIS DE RESULTADOS..................................................................................................15

1.6

APLICACIÓN DEL ENSAYO SPT............................................................................................16

ENSAYO DINÁMICO DE PENETRACIÓN LIGERA DPL.................................................................20

2.1

INTRODUCCIÓN AL ENSAYO DPL........................................................................................20

2.2

REFERENCIAS NORMATIVAS...............................................................................................21

2.3

EQUIPOS Y MATERIALES EMPLEADOS................................................................................21

2.4

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO...........................................................................................23

2.5

ANÁLISIS DE RESULTADOS..................................................................................................24

2.6

APLICACIÓN DEL ENSAYO DPL............................................................................................25

ENSAYO PRUEBA DE PENETRACIÓN POR CONO CPT..............................................................27

3.1

INTRODUCCIÓN AL ENSAYO CPT.....................................................27

3.2

EQUIPOS Y MATERIALES EMPLEADOS................................................................................28

3.3

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO...........................................................................................29

3.4

ANÁLISIS DE RESULTADOS..................................................................................................30

3.5

APLICACIÓN DEL ENSAYO CPT............................................................................................32

CONCLUSIONES.............................................................................................................................. 34 BIBLIOGRAFÍA REVISADA.............................................................................................................. 35

ENSAYOS SPT, DPL Y CPT

3

INTRODUCCIÓN La mecánica de suelos es una de las más importantes ramas de la ingeniería civil. Dentro de ella existen numerosas pruebas y ensayos de investigación que permiten a los ingenieros y demás especialistas conocer algunas características y parámetros del suelo. El objetivo de estas investigaciones es brindar el conocimiento de las principales características del suelo, las cuales permitirán saber sobre qué tipo de suelo se va a edificar una futura infraestructura, para de esta manera considerar sus ventajas y limitantes. La principal diferencia entre el SPT y la auscultación con cono de Peck es la imposibilidad que tiene este último de obtener muestras del terreno y así poder determinar qué tipo de material se está evaluando. Por ello, es necesario efectuar un número menor de perforaciones con ensayos SPT, para así verificar la clasificación de los suelos y la calibración del cono. Sin embargo, la finalidad de ambos procedimientos exploratorios es la misma: permitir mediante un proceso simple y rápido la determinación de propiedades del suelo. En comparación con el ensayo SPT, la auscultación por cono de Peck es más económica y rápida y esto hace que tenga una gran difusión a nivel nacional.

CAPÍTULO 1 ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR SPT 1.1 INTRODUCCIÓN AL ENSAYO SPT El ensayo SPT se puede utilizar en cualquier tipo de suelo, pero generalmente se utiliza en suelos granulares. Se realiza introduciendo el equipo de ensayo (figura 3.14) en una agujero perforado hasta la profundidad donde está el estrato de suelo que se desea investigar, y se clava mediante la caída de un martillo, cada 45 cm de profundidad por vez, y se toma nota del número de golpes que es necesario aplicar para introducir el equipo los 45 cm, cada 15 cm de profundidad.1 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.2 En el año 1902, el coronel Charles Crow, comenzó a hacer perforaciones exploratorias utilizando muestreadores hincados, de 1 pulgada de diámetro, utilizando golpes repetitivos de un martillo de 110 lb para contribuir en las estimaciones de costos de excavación manual de caissons con campana. Una ventaja adicional que se obtiene con este ensayo es que al ser la cuchara SPT un toma-muestras, permite visualizar el terreno donde se ha realizado la prueba y realizar ensayos de identificación, se pueden conocer en el laboratorio las diferentes propiedades físicas de las muestras como humedad y densidad, además de su clasificación SUCS. Podemos decir que el ensayo SPT, es un ensayo que se realiza "in situ", con el cuál es posible conocer los parámetros de resistencia del suelo, a través de un tubo muestreador que ingresa al interior del suelo, contándose el número de golpes necesario para que penetre 30cm; tal como indica la norma, de preferencia, se recomienda su uso en suelos del tipo arenosos, como es nuestro caso.3 1

UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE. Estimación de la historia de precarga cíclica de un suelo, con ayuda del potencial de

licuación. Pág. 24. 2 3

WIKIPEDIA. Ensayo de penetración estándar. UNIVERSIDAD RICARDO PALMA. Correlación de los valores SPT con DPL en los suelos arenosos de la

asociación agropecuaria sumac pacha – Lurín. Pág. 13

Figura 1.1.- Ensayo SPT. FUENTE: Wordpress, Ensayo a los suelos.

El ensayo SPT presenta una correlación con la compacidad del material y también con el ángulo de fricción, como se puede apreciar en la figura 1.2. Es ampliamente usado en la gran mayoría de proyectos de exploración geotécnica, y por tanto puede existir correlaciones locales de la cuenta de golpes N, con el comportamiento en ingeniería de obras de tierra y fundaciones. Este método proporciona una muestra de suelo para investigación y ensayos de laboratorio a partir de un muestreador, el cual puede producir gran alteración en la muestra debido a la deformación por corte. Es ampliamente usado en la gran mayoría de proyectos de exploración geotécnica, y por tanto puede existir correlaciones locales de la cuenta de golpes N, con el comportamiento en ingeniería de obras de tierra y fundaciones.4

Figura 1.2.- Correlación entre el SPT y el ángulo de rozamiento interno. FUENTE: Wordpress, Ensayo a los suelos

4

MTC. Manual de ensayo de materiales. Pág. 145.

1.2 REFERENCIAS NORMATIVAS Se sabe que el ensayo de SPT nació cuando los americanos intentaron utilizar las informaciones obtenidas en el momento del golpe de un toma-muestras en el fondo de una perforación, debido a que no se podían obtener muestras intactas en las arenas sin cohesión, debido a esto surgieron las normativas ASTM. Una de las primeras publicaciones por el ASTM sobre el SPT fue publicada en 1958 y se denominó “Método tentativo de ensayo de penetración y toma de muestras del suelo con tubo testigo hundido longitudinalmente”. 

NTP 339.134 SUELOS. Método para la Clasificación de Suelos con propósitos de Ingeniería.



ASTM D 2488 Standard Practice for Description and Identification (VisualManual Procedure).



ASTM D 4220 Standard Practice for Preserving and Transporting Soil Samples.

1.3 EQUIPOS Y MATERIALES EMPLEADOS Equipo de perforación: Cualquier equipo de perforación será aceptable, que proporcione al tiempo del muestreo una cavidad razonablemente limpia antes de introducir el muestreador y asegure que el ensayo de penetración se realice en suelo inalterado.

Figura 1.3.- Penetrómetro y sus partes. FUENTE: Ensayos ingeniería civil.

Brocas de arrastre: con corte o con cola de pez, menores de 6,5 pulg (162 mm) y mayores de 2,2 pulg (56 mm) de diámetro pueden usarse en conexión con métodos de perforación por rotación en cavidad abierta o por avance de entubado. Para evitar la perturbación en el suelo inferior no se permite brocas con descarga de fondo. Solo se permiten brocas con descarga lateral. Brocas de cono-rodillo: menores de 6,5 pulg (162 mm) y mayores de 2,2 pulg (56mm) de diámetro pueden usarse en conexión con métodos de perforación por rotación de cavidad abierta o por avance de entubado, si la descarga del fluido de excavación es desviada. Barrenos continuos con eje hueco: con o sin ensamblaje de broca central, pueden usarse para perforar. El diámetro inferior de los barrenos con eje hueco deberá ser menores de 6,5 pulg (162 mm) y mayores de 2,2 pulg (56 mm). Barrenos continuos sólidos: de tipo balde y manuales, menores de 6,5 pulg (162mm) y mayores de 2,2 pulg (56 mm) de diámetro pueden usarse si el suelo en las paredes laterales del sondaje no colapsa sobre el muestreador o las varillas durante el muestreo. Varillas de muestreo: Deberán usarse varillas de perforación de acero de unión rápida para conectar el muestreador de caña partida con el ensamblaje de caída de peso. La varilla de muestreo deberá tener una rigidez (momento de inercia) igual o mayor a aquella de una varilla “A” de paredes paralelas (una varilla de acero con un diámetro exterior de 1 5/8 pulg (41,2 mm) y un diámetro interior de 1 1/8 pulg (28,5 mm). Muestreador de caña partida. El muestreador deberá ser construido con las dimensiones indicadas en la Figura 2. La zapata deberá ser de acero endurecido y deberá ser reemplazada o reparada cuando esté abollada o deformada. Se permite el uso de revestimientos para producir un diámetro constante interior de 1 3/8pulg (35mm), pero deberá anotarse si éstos se emplean en el registro de perforación. Se permite el empleo de canastillas de retención de muestras, debiéndose indicar su empleo en el registro de perforación. Ensamblaje de Caída-Peso Martillo y yunque. El martillo deberá pesar 63,5 ± 1 Kg y deberá ser una masa metálica sólida y rígida. El martillo deberá golpear el yunque y realizar un contacto acero-acero cuando se deja caer. Deberá utilizarse una guía que permita una caída libre. Los martillos que se usan con el método de malacate y soga, deberán tener una capacidad de sobreelevación libre de por lo menos 4 pulg (100 mm). Por razones de seguridad se recomienda el empleo de un equipo con yunque interno.

Figura 1.4.- Muestreador de caña partida ASTM D156 84. FUENTE: Atala Abad, C (2011). Estudio Experimental sobre Correlaciones en suelos granulares

finos (arenas) compactados, Usando Equipos de Penetración.

Figura 1.5.- Definiciones del número de vueltas del cable y del ángulo. FUENTE: MTC, Manual de ensayo de materiales.

El equipo de SPT consta de un trípode con polea doble y un malacate (motor) instalado en una punta del trípode. Por la polea y el trípode se hace pasar una soga, cuya finalidad es levantar el martillo que golpeará la tubería de perforación y el penetrómetro con el objeto de introducirlo en el subsuelo con el impacto de la caída del martillo hasta una profundidad deseada, para realizar un avance hasta una profundidad requerida y recuperar las muestras de suelo. Todos los equipos que intervienen en el ensayo SPT son fabricados y ensamblados en el Perú. El equipo total que se requiere para hacer la perforación pesa aproximadamente 2 toneladas sumando todos los equipos y herramientas independientes. Este peso sube a dos toneladas y media si se incluyen sus repuestos.5

1.4 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO El trabajo empieza con la perforación, la cual se debe de realizar de tal manera que se mantengan sus paredes estables, utilizando si es necesario tubería de revestimiento o lodos bentoníticos. En caso de utilizar tubería de revestimiento, ésta se mantendrá siempre por encima del nivel de inicio del ensayo. El fondo de la perforación se limpiará para eliminar el sedimento que pudiera haberse depositado y así evitar que el suelo no se altere. Cuando se trabaje bajo el nivel freático, el nivel del agua o del fluido de perforación se mantendrá siempre a suficiente altura por encima del nivel freático para evitar el sifonamiento. - Método de perforación por rotación. - Método del barreno continuo con eje hueco. - Método de lavado.

5

UPC. Ajuste de la correlación de los resultados de las auscultaciones por cono de Peck con los resultados del ensayo de Penetración Estándar. Pág. 38.

- Método de barreno continuo con eje sólido.

Figura 1.6.- Imágenes de la calicata formada y la pesa de 63 kg. FUENTE: UPC. Ajuste de la correlación de los resultados de las auscultaciones por cono de

Peck con los resultados del ensayo de Penetración Estándar.

Figura 1.7.- Imágenes de la calicata formada y la pesa de 63 kg. FUENTE: UPC. Ajuste de la correlación de los resultados de las auscultaciones por cono de

Peck con los resultados del ensayo de Penetración Estándar.

Figura 1.8.- Esquema que representa el ensayo SPT. FUENTE: MTC, Manual de ensayo de materiales.

Antes de la realización del ensayo se deberá comprobar que el penetrómetro esté limpio tanto en su interior como en su exterior y que la zapata no presente daños u otros defectos. El procedimiento para realizar el SPT empieza limpiando la perforación llegando hasta la cota deseada para el ensayo, esta limpieza incluye tanto las paredes como el fondo, retirando el bloque de perforación e instalando en su lugar un penetrómetro, de dimensiones estándar que se especificarán más adelante. El penetrómetro de caña partida debe estar asegurado a las varillas de muestreo y deberá ser bajado en el sondaje, esta parte es muy importante ya que, si se lo deja caer bruscamente, el ensayo que realizaremos quedará alterado. Una vez depositado el conjunto se anotará el descenso del propio aparato por su peso, si resultara que es superior a 45 cm., el ensayo se daría por terminado siendo la N = 0 ya que no se ha tenido que dar ningún golpe. Posteriormente, se conecta el yunque a la parte superior de las varillas de muestreo y al mismo tiempo el martillo deberá de estar por encima del penetrómetro. Luego, se deja descansar el peso muerto del penetrómetro, varillas, yunque y peso de hinca, en el fondo de la perforación, y aplicar un golpe de asiento. Para que el avance del penetrómetro bajo el impacto del martillo pueda ser

observado fácilmente en cada incremento de 6 pulg. (0.15m.) se recomienda

marcar las varillas de perforación en tres incrementos sucesivos de 6 pulg. (0.15 m.). A continuación, se hinca el penetrómetro con golpes de martillo de 140 lbs. (63,5 Kg.) y se cuenta el número de golpes aplicado a cada incremento de 6 pulg. (0,15 m.). Como se mencionó anteriormente, en algunos casos, debido a la alta resistencia del terreno, no se logra el avance del penetrómetro. En caso de alcanzar los 100 golpes durante la penetración o en uno de los intervalos de 15 cm. se dará por terminado el ensayo y se pondrá como R en vez de como N, esta situación se considera como rechazo Finalmente, después de la realización del ensayo, se requiere recuperar la muestra, para lo cual es necesario girar el penetrómetro para arrancarlo del terreno y se procede a levantarlo de la perforación. 6

Figura 1.9.- Penetrómetro Terzaghi para realización de ensayos SPT y la recuperación de muestras. FUENTE: UPC. Ajuste de la correlación de los resultados de las auscultaciones por cono de

Peck con los resultados del ensayo de Penetración Estándar.

En relación a los datos obtenidos de cada muestra, se deben registrar en el campo y deben incluir lo siguiente:

6

UPC. Ajuste de la correlación de los resultados de las auscultaciones por cono de Peck con los resultados del ensayo de Penetración Estándar. Págs. 30-37.

- Profundidad de la muestra, y si se utiliza, el número de la muestra. - Descripción del suelo. - Cambios de estratos dentro de la muestra. - Penetración del penetrómetro y longitudes de recuperación. - Número de golpes por seis pulg. (0,15 m.) o incremento parcial. En cuanto a la energía del martillo se tiene que: “La relación de energía ER o energía efectiva entregada por el denominado martillo de seguridad es del orden del 60% de la energía teórica de 475J, valor basado en el producto de los valores normalizados: peso del martillo por la altura de caída. El martillo macizo corto (Donet), puede tener una relación de energía del orden del 45%. Entonces, para el mismo suelo el martillo macizo corto requerirá un mayor número de golpes, indicando así una resistencia más alta. En varios países, donde se usan equipos con rendimiento similar al del martillo de seguridad, se ha propuesto como norma internacional una relación de energía del 60%”. (Delgado 1999: 71) En cuanto a la aplicabilidad de SPT, se conoce que de acuerdo a algunos parámetros del suelo puede determinarse si el ensayo es o no aplicable, con el apoyo de un ingeniero especialista.

Figura 1.10.- Parámetros del suelo y la aplicabilidad del SPT. FUENTE: UAC. Caracterización geotécnica del suelo de la apv ayllu rau rau, mediante la prueba

estándar de penetración (SPT) con el cono de Peck para fines de cimentación en edificaciones.

Las referencias sobre la aplicabilidad son las siguientes: • A: Aplicabilidad alta. • B: Aplicabilidad moderada.

• C: Aplicabilidad limitada. • N: Aplicabilidad nula.

1.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS Los resultados de la prueba de penetración estándar pueden correlacionarse aproximadamente con algunas propiedades físicas importantes del suelo. Cuando existe presencia de nivel freático en la región a ensayar, se tiene que detener el ensayo a esa profundidad y drenar el agua o tan solo parar el SPT a esa profundidad, en el cuadro de abajo se observa resultados reales de una tesis para suelos arenosos de baja resistencia en la que el nivel freático se encuentra a una profundidad de 2.80 m.

Figura 1.11.- Ejemplo de muestreo del ensayo, profundidad y numero de golpes para cada 45 cm. FUENTE: UAC. Caracterización geotécnica del suelo de la apv ayllu rau rau, mediante la prueba

estándar de penetración (SPT) con el cono de Peck para fines de cimentación en edificaciones.

Los números de golpes obtenidos en campo, se normalizarán en gabinete, con la siguiente fórmula:

1.6 APLICACIÓN DEL ENSAYO SPT Antes de conocer el rango de aplicaciones que tiene este ensayo, es imperativo conocer las limitaciones que se tienen, por ello el conocimiento de las ventajas y desventajas es de elevada importancia.

Figura 1.12.- Ventajas de realizar el ensayo SPT. FUENTE: UAC. Caracterización geotécnica del suelo de la apv ayllu rau rau, mediante la prueba

estándar de penetración (SPT) con el cono de Peck para fines de cimentación en edificaciones.

Figura 1.13.- Desventajas de realizar el ensayo SPT. FUENTE: UAC. Caracterización geotécnica del suelo de la apv ayllu rau rau, mediante la prueba

estándar de penetración (SPT) con el cono de Peck para fines de cimentación en edificaciones.

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 limoarcilla o de fracción grava.7 Existen diversas correlaciones entre el resultado del ensayo SPT y las características del terreno (compacidad, resistencia y deformabilidad), e incluso con dimensiones de la cimentación requerida para un valor del asiento que se considera admisible. Sin embargo, las principales correlaciones que ligan el golpeo SPT con las características del terreno, lo hacen respecto a los parámetros ángulo de rozamiento interno y densidad relativa en las arenas (siendo la densidad relativa.

7

UAC. Caracterización geotécnica del suelo de la apv ayllu rau rau, mediante la prueba estándar de penetración (SPT) con el cono de peck para fines de cimentación en edificaciones 2016. Pág. 37.

En los terrenos cohesivos, aun cuando no son tan aceptadas, existen correlaciones respecto a la resistencia al corte sin drenaje. 8

Figura 1.14.- Variedad de ensayos parecidos al SPT. FUENTE: UAC. Caracterización geotécnica del suelo de la apv ayllu rau rau, mediante la prueba

estándar de penetración (SPT) con el cono de Peck para fines de cimentación en edificaciones.

Figura 1.15.- Cuadro que muestra la correlación del número de golpes con la compacidad relativa. FUENTE: UAC. Caracterización geotécnica del suelo de la apv ayllu rau rau, mediante la prueba

estándar de penetración (SPT) con el cono de Peck para fines de cimentación en edificaciones.

8

WIKIPEDIA. ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR.

Figura 1.16.- Cuadro que muestra la correlación de la consistencia con la resistencia a la compresión simple. FUENTE: UAC. Caracterización geotécnica del suelo de la apv ayllu rau rau, mediante la prueba

estándar de penetración (SPT) con el cono de Peck para fines de cimentación en edificaciones.

CAPÍTULO 2 ENSAYO DINÁMICO DE PENETRACIÓN LIGERA DPL 2.1 INTRODUCCIÓN AL ENSAYO DPL De acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones (2006), en el capítulo E050 Suelos y cimentaciones, el Método de ensayo normalizado para la auscultación con penetrómetro dinámico ligero de punta cónica (DPL) NTP 339.159:2001, Las auscultaciones dinámicas son ensayos que requieren investigación adicional de suelos para su interpretación y no sustituyen al Ensayo de Penetración Estándar (SPT). Los parámetros obtenidos con este ensayo (Cn) deberán ser correlacionados con los parámetros de los ensayos SPT (N) en el sitio de estudio, o en el caso de control de rellenos, con el grado de compactación. No se recomienda ejecutar ensayos DPL en el fondo de calicatas, debido a la pérdida de confinamiento. Para determinar las condiciones de cimentación sobre la base de auscultaciones dinámicas, debe conocerse previamente la estratigrafía del terreno obtenida mediante la ejecución de calicatas, trincheras o perforaciones. Recomienda como aplicación recomendada, realizar la auscultación en suelos tipo SW, SP, SM, SC-SM, con el fin de obtener el valor del NDPL (Número de golpes). Según la NTP 339.159 (2001) Método de ensayo normalizado para la auscultación con penetrómetro dinámico ligero de punta cónica (DPL), la NTP establece procedimientos y equipos para la prospección indirecta (auscultación) del suelo realizada con una sonda (Penetrómetro dinámico ligero de punta cónica - DPL), como parte de las Investigaciones geotécnicas según la Norma Técnica Nacional E050. Esta NTP describe también el análisis de los resultados de la auscultación del suelo. Además de las prospecciones indirectas, se requiere de prospecciones directas, como calicatas o perforaciones. La NTP tiene como objetivo evitar las estimaciones erradas de las condiciones de los suelos de cimentación. Con los equipos descritos en esta NTP se pueden alcanzar profundidades de hasta 8m. Por lo tanto, podemos llegar a la conclusión de que el ensayo DPL, es un ensayo, valga la redundancia, realizado también "in situ", que no recupera muestras; pero sí calcula la resistencia del suelo al esfuerzo cortante, a determinada profundidad; éste ensayo puede ser correlacionado con el valor del SPT, para un mismo suelo y una misma profundidad.

2.2 REFERENCIAS NORMATIVAS La norma DIN 4094 valida la aplicación y evaluación de sondajes por percusión y por presión en el terreno, con fines del reconocimiento e investigación del subsuelo. El uso de la expresión sondeo se usa para indicar el registro continuo en contraste con el Ensayo de Penetración Estándar (SPT). El objetivo del ensayo dinámico es medir el esfuerzo exigido al manejar un cono a través del suelo para obtener la resistencia que corresponde a las propiedades mecánicas del suelo. 2.3 EQUIPOS Y MATERIALES EMPLEADOS Dispositivo de golpeteo. El martillo tendrá un agujero axial de 3 a 4 mm aproximadamente más grande el diámetro del tubo guía. La relación entre la longitud y el diámetro del martillo cilíndrico estará en 1 y 2 respectivamente. La base debe estar conectada rígidamente a las barras. El diámetro será menor de 100 mm y no más de la mitad del diámetro del martillo. Barras de extensión. El dispositivo será de un material de acero de alta resistencia, alta dureza a bajas temperaturas y una resistencia a la alta fatiga. Conos. El cono es la parte cónica de la punta, con la extensión cilíndrica. El cono se conectará a la barra de manera que no se suelte durante el procedimiento de golpeteo. Yunque: es un cuerpo de acero que recibe el impacto del martillo y que queda unido solidariamente a la parte superior de las varillas de perforación, se debe evitar que durante el golpeo pueda existir desplazamiento relativo entre ambos. Sistema de caída de martillo (Trípode): esta descripción corresponde al equipamiento que soportará al sistema para el ensayo. De esta manera, se eleva el martillo a una altura de 760 mm ± 10 mm, se lo libera y se permite su caída libre por la barra guía hasta el yunque. La velocidad del martillo cuando se libere será nula.

Malacate: es un dispositivo de golpeo automático, integrados en un mismo elemento, en el que están el martillo, el yunque, la barra guía, y el sistema de caída de martillo. Permite izar el martillo y liberarlo siempre a la misma altura sin producir movimientos sobre el varillaje de forma que la caída por la barra guía sea totalmente libre y la energía transferida al yunque sea la misma en todos los golpes. El malacate permite igualmente establecer una frecuencia de golpeo uniforme. Guía soporte: Pieza que asegura la verticalidad y el soporte lateral en el tramo de las varillas de perforación que sobresale del suelo.

Figura 2.1.- Estructura del cono para el ensayo DPL. FUENTE: UAC. Caracterización geotécnica del suelo de la apv ayllu rau rau, mediante la prueba

estándar de penetración (SPT) con el cono de Peck para fines de cimentación en edificaciones.

2.4 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO Los equipos de sondeo se apoyarán de manera vertical y se apoyara firmemente sobre el terreno. Las barras serán niveladas inicialmente, antes del golpe. Se requerirá una perforación previa de poca profundidad. El diámetro del agujero será mayor al diámetro del cono para que pueda posicionarse de manera cómoda. Hincado El Penetrómetro será continuamente hincado en el subsuelo. La velocidad debe estar en el rango de 15 a 30 golpes por minuto. Las excepciones de velocidad de 60 golpes por minuto serán permitidas en suelos de arena o gravas. Las velocidades de hincado tienen poca influencia en los resultados. Se deberá tomar en cuenta las interrupciones en el sitio. Factores asociados al ensayo pueden influir en la resistencia a la perforación. Se recomienda que el hincado no sobrepase los 8 m de profundidad. El martillo se deberá levantar despacio para asegurar que el martillo caiga de la altura deseada o definida. Las deflexiones con respecto a la línea recta de la barra de 1 m no serán mayores a 1mm para las 5 primeras tuberías. La máxima desviación del equipo de prueba es de 2% El cono que se usa para este ensayo se coloca al extremo de una sarta de barras de perforación, para realizar la introducción del cono se usa la misma energía que en el caso del ensayo de SPT, es decir, se utiliza un martillo de 140 libras de peso y 0.76 m. de caída.

Figura 2.2.- Parámetros del suelo y la aplicabilidad del SPT. FUENTE: UAC. Caracterización geotécnica del suelo de la apv ayllu rau rau, mediante la prueba

estándar de penetración (SPT) con el cono de Peck para fines de cimentación en edificaciones.

Finalmente, la prueba se dará por terminada cuando se satisfagan algunas de las siguientes condiciones: - Se alcance la profundidad que previamente se haya establecido. - Se supere los 100 golpes para una penetración de 15 cm. - Cuando tres valores consecutivos de 15 cm. cada uno sean iguales o superiores a 75 golpes. - El valor del par de rozamiento supere los 200 N.m. 2.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS Al sondear, se establece la resistencia del suelo y como resultados del sondaje se determinan: Sondaje por Percusión. El número de golpes por cada 10 cm de penetración. Sondaje a Presión. Las densidades máximas relativas. La resistencia a la penetración se compone con la resistencia de la punta y la resistencia lateral, la cual depende por las características de densidad y deformación del suelo. El sondeo dinámico es principalmente usado en suelos poco cohesivos. Los resultados en pruebas DPL pueden usarse para evaluar la trabajabilidad y laborabilidad de los suelos. La calibración apropiada del equipo DPL es importante para poder conseguir una estimación de propiedades de los suelos como, por ejemplo:      

Densidad Relativa. Compresibilidad. Resistencia al esfuerzo cortante. Consistencia. La interpretación de resultados de ensayos DPL están limitados por suelos poco cohesivos.

Figura 2.3.- Procedimiento del ensayo DPL. FUENTE: UAC. Caracterización geotécnica del suelo de la apv ayllu rau rau, mediante la prueba

estándar de penetración (SPT) con el cono de Peck para fines de cimentación en edificaciones.

2.6 APLICACIÓN DEL ENSAYO DPL El ensayo de auscultación con el cono de Peck, permite investigar con rapidez depósitos de suelos de estratigrafía relativamente uniforme, además permite un registro continuo, pero “ciego” de la resistencia a la penetración, ya que no es posible conocer los tipos de suelos que está atravesando, por lo que requiere de técnicas adicionales de investigación para su validación, tales como calicatas, trincheras o perforaciones, incluyendo muestreo. Sin embargo, cabe indicar que las auscultaciones con cono de Peck resultan inválidas si se ejecutan dentro de perforaciones donde se han realizado ensayos de SPT. Adicionalmente, debe indicarse que la auscultación con el cono de Peck no debe usarse en ningún tipo de suelo gravoso, a menos que se quiera verificar una profundidad o potencia. Esto se da porque no es posible establecer una correlación entre el N del SPT con el Cn del cono de Peck en suelos gravosos, con grava o con bolonería, toda vez que el SPT no es aplicable a esos tipos de suelos.

Figura 2.4.- Gráfico de resultados del ensayo DPL. FUENTE: UAC. Caracterización geotécnica del suelo de la apv ayllu rau rau, mediante la prueba

estándar de penetración (SPT) con el cono de Peck para fines de cimentación en edificaciones.

CAPÍTULO 3 ENSAYO PRUEBA DE PENETRACIÓN POR CONO CPT 3.1 INTRODUCCIÓN AL ENSAYO CPT Utilizamos el ensayo más fiable a escala mundial, el ensayo de penetración de cono (CPT). El CPT es un método de ensayo in situ para determinar las propiedades geotécnicas y delinear la litología del suelo. El método de ensayo CPT consiste en el uso de una plataforma hidráulica para introducir a presión una punta cónica instrumentada en el suelo mediante varias barras. Mide de forma continua la resistencia necesaria para penetrar en el suelo a una velocidad constante de dos centímetros por segundo. La fuerza total que actúa sobre el cono se llama resistencia del cono y es el criterio calificador de la fuerza de su suelo. La fuerza que actúa sobre las barras de sondeo proporciona la fricción total. Las mediciones con un cono eléctrico, equipado con un manguito de fricción, proporcionan la fricción del manguito local (CPTE). Si se debe controlar el nivel exacto de aguas freáticas se instala rápidamente un piezómetro para recoger los datos de presión del agua. La capacidad de empuje del equipo de sondeo la aporta el lastre del camión o unos anclajes roscados para conseguir una reacción adicional. La información recogida se utiliza para calcular los siguientes parámetros geotécnicos:    

ángulo de fricción efectivo coeficiente de consolidación capacidad de carga comportamiento del asentamiento de una cimentación

3.2 EQUIPOS Y MATERIALES EMPLEADOS

Figura 3.1. Partes del penetrómetro del ensayo CPT. FUENTE: UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA.

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.

3.3 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO El cono de penetración varía por lo general, en rangos de 10 cm2 y 15 cm2, llegando incluso a 40 cm2. La siguiente figura muestra un rango de tamaños de conos, desde un mini cono de 2 cm2 hasta un cono más ancho de 40 cm2. Los mini conos son usados para investigaciones superficiales mientras que los conos más anchos pueden ser usados para suelos gravosos.

Figura 3.2.- Rango de Sondas CPT: De izquierda a derecha: 2 cm2, 10 cm2, 15 cm2, 40 cm2, (Robertson, P., 2015). FUENTE ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL.

El procedimiento del ensayo CPT consiste en penetrar estáticamente la punta del cono en el suelo a una velocidad constante de 20 mm/s, lo cual, permite medir la reacción que opone el suelo a la penetración del cono qc y el roce del manto fs por encima del mismo. A medida que el cono se va introduciendo en el suelo, va registrando y graficando, de manera continua, los parámetros mencionados con respecto a la profundidad. Es importante destacar que la maquina se mantiene lo más verticalmente posible en la dirección de empuje, con el fin de no tener problemas en la obtención de los datos. En el caso de utilizar el ensayo CPTU, este adiciona la instalación de un sensor de presión intersticial, u, lo que permite medir, además de los parámetros indicados en el párrafo anterior, la presión de poros en el suelo.

Para realizar el ensayo CPT se necesitan los equipos de empuje, que consisten de barras de empuje, mecanismos de empuje y un marco de reacción. Los equipos de empuje para aplicación en tierra generalmente consisten en unidades especialmente construidas para ser montados en camiones. El CPT también puede ser llevado a cabo mediante un sistema de perforación anclado, el tipo de equipos de empuje sobre agua, variará dependiendo la profundidad a la que se necesite. Las barcazas flotantes son comunes en aguas poco profundas (menor a 30 metros). En aguas profundas (mayor a 1000 metros) es común colocar, los equipos de empuje en el fondo submarino, utilizando sistemas especialmente diseñados para el fondo del mar.

Figura 3.3.- Características del ensayo CPT. FUENTE: UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA.

3.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS Esta clase de ensayo es in situ e indica cómo es el perfil estratigráfico en la zona sin necesidad de sacar muestras que necesitan de pruebas de laboratorio, ni requiere de realizar una inspección visual sobre el tipo de suelo que se encuentra, puesto que por medio de este ensayo no se pueden extraer muestras. El ensayo

da una idea de qué tipo de suelo se encuentra a través de su comportamiento mecánico, es decir, la rigidez y resistencia que este tenga.

Figura 3.4.- Resultados del ensayo CPT. FUENTE: UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA.

Figura 3.5.- Tablas de clasificación de suelos con el ensayo CPT-u normalizado. FUENTE: ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

Figura 3.6.- Caracterización del suelo mediante ensayo CPT. FUENTE: ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

3.5 APLICACIÓN DEL ENSAYO CPT En la siguiente figura se puede apreciar que el esfuerzo por punta es alto y la presión de poros es baja cuando se encuentran arenas; mientras que en las arcillas existe una presión de poros alta y se requiere de menos esfuerzo para la penetración.

Figura 3.7.- Medición en tiempo real del piezocono. FUENTE: ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

Una de las mayores aplicaciones del ensayo CPT es describir el perfil y el tipo de suelo. El CPT puede ser usado para proveer características mecánicas del suelo, normalmente, los valores de resistencia de punta del cono son altos para arenas, pero bajos en ensayo

suelos

arcillosos.

Lamentablemente

este

no

provee

las características físicas del

suelo, como, por ejemplo, la distribución del tamaño del grano. Por lo tanto, la predicción del tipo de suelo, basado en el ensayo CPT, se presenta en una gráfica conocida como El tipo de Comportamiento del Suelo (SBT). La grafica más común para el tipo de comportamiento de suelo, la propuso Robertson et al (1986). El gráfico puede predecir, de manera razonable, el tipo de comportamiento de un suelo para sondajes de CPT hasta 20 metros. Debido a que la resistencia de penetración del cono y la resistencia del manto aumenta con la profundidad, dado el incremento de la sobrecarga efectiva, los datos de CPT requieren una normalización para sobrecargas en casos de sondaje superficial y/o sondajes muy profundos. La gráfica del tipo de comportamiento del suelo normalizada fue propuesta por Robertson (1990). La gráfica muestra las tendencias generales en la respuesta de los suelos, como el incremento de la densidad, OCR, edad y cementación para suelos arenosos, el incremento de esfuerzo en el tiempo y la sensitividad para suelos cohesivos. Una ventaja importante del ensayo CPT, es que existen numerosas correlaciones para estudiar las propiedades del suelo. Algunas de ellas son: la densidad relativa, módulos de Young y corte y el ángulo de fricción (drenado), para suelos granulares y resistencia al corte no drenado, coeficiente de sobre consolidación, sensitividad y presión de pre consolidación para arcillas o suelos cohesivos. Además, Robertson, et al. 1983 presentaron una relación con el ensayo SPT como función del tamaño medio de grano D50.

CONCLUSIONES 

El ensayo SPT se emplea para realizar reconocimientos de la capacidad de los terrenos, más comúnmente de las arenas y en menor medida de limos y arcillas, su metodología permite la recuperación de muestras inalteradas, con las que se puede determinar las características del suelo en consideración. A través de los resultados correspondientes a esta prueba, se pueden obtener la compacidad y la resistencia a la compresión simple, sin embargo, esta prueba puede presentar una gran variabilidad si no se limita y corrige su aplicabilidad según las propiedades del suelo.



El ensayo DPL, presenta un procedimiento de ensayo similar al del SPT, con la variación de que no se recupera la muestra, de tal manera se pueden obtener las características del suelo como densidad relativa, compacidad y resistencia a la compresión simple para suelos SW, SP, SM, SC-SM. También, pueden correlacionarse los valores de NDPL y DSPT.



En cuanto al ensayo CPT, se tiene que es el más sistematizado y confiable, ya que registra la información de las propiedades geotécnicas del suelo y delinea la litología del suelo. El ensayo usa un penetrómetro que se introduce a velocidad constante en el terreno, registrando los datos de resistencia y mediante los cuales se pueden obtener el ángulo de fricción efectivo, el coeficiente de consolidación, la capacidad de carga y el comportamiento del asentamiento de una cimentación

BIBLIOGRAFÍA REVISADA

1. UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE. Estimación de la historia de precarga cíclica de un suelo, con ayuda del potencial de licuación. 2. UNIVERSIDAD RICARDO PALMA. Correlación de los valores SPT con DPL en los suelos arenosos de la asociación agropecuaria sumac pacha – Lurín. 3. UAC. Caracterización geotécnica del suelo de la apv ayllu rau rau, mediante la prueba estándar de penetración (SPT) con el cono de Peck para fines de cimentación en edificaciones. 4. UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPÁN. Determinación de los parámetros geotécnicos mediante ensayo de penetración estándar y corte directo enla habilitación urbana fundo la peña-Lambayeque, 2018. 5. MTC. Manual de ensayo de materiales. 6. WIKIPEDIA. Ensayo de penetración estándar.