MECANICA DE SUELOS APLICADA

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INTRODUCCIÓN

Dada la dificultad de recuperar muestras inalteradas en arenas, el Dr. Karl von Terzaghi propuso, con base en los resultados de trabajos previos de otros investigadores, en el año de 1927, como alternativa para evaluar las propiedades índices y mecánicas de las arenas, la Prueba de Penetración Estándar o Sondeo de Penetración Estándar, SPE, o bien por sus siglas en inglés SPT. Este método es una prueba destructiva ya que rompe la estructura sólida original del suelo. Consiste fundamentalmente en hincar un tubo partido por medio de golpes proporcionados por un martillo de 63.5 kg de masa, el cual se deja caer libremente desde una altura de 76 cm.  

NORMATIVIDAD

El método fue estandarizado en 1958 por la American Society for Testing Materials, ASTM, con la designación D 1586. Según esta norma las dimensiones del penetrómetro estándar deben cumplir las siguientes dimensiones

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Dependiendo de la compacidad, forma y tamaño de las arenas, para evitar la pérdida de las mismas es necesario el uso de alguna de las trampas mostradas en la figura 1, que se coloca entre el tubo partido y la zapata, con las puntas hacia arriba.

Conviene señalar que en nuestro medio la longitud en la cámara de muestreo, figura 2, comúnmente es de 600 mm.

 Actualmente el martinete que golpea a las barras de perforación durante el hincado del muestreador es el conocido como “martinete de seguridad” debido a que su altura máxima de caída es de los 76 cm.

COPLE ZAPATA TUBO PARTIDO, CÁMARA DE MUESTREO

ORIFICIO PARA EL DRENADO DEL AGUA SUBTERRÁNEA

ESFERA DE ACERO PARA CERRAR LA VÁLVULA CHECK

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El martinete es elevado con ayuda de un malacate “cabeza de gato”. Si la cuerda se enrolla en el sentido de las manecillas del reloj, habrá que dar 1.75 vueltas. Si se enrolla en sentido contrario, serán 2.25 vueltas, esto con el fin de garantizar que el martinete caiga libremente.

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Al golpear las barras de perforación para hincar el penetrómetro, se contarán los golpes necesarios para penetrar en el suelo 15 cm. Se define como resistencia a la penetración estándar al número de golpes necesarios para hincar el penetrómetro los 30 cm centrales. Si el penetrómetro es de 45 cm los últimos 30 cm.

BARRA AW

JALÓN PARA HIZAR EL MARTINETE

MARTINETE

ENERGÍA DE HINCADO

La energía cinética que se genera durante el hincado del penetrómetro está dada por la ecuación:

   Ec = 0.5 m v2

   v = (2gh)0.5

   Ec=  0.5 m [(2gh)0.5]2 = m g h = W h  

Siendo:

 E  energía de hincado m masa g aceleración debido a la gravedad h altura de caída W peso del martinete

De esta manera:

Ec = 474.5 J    

ALTERABILIDAD DE LAS MUESTRAS

Conviene recordar que cuando el penetrómetro es hincado, la estructura sólida, original del suelo se rompe, en consecuencia el tipo de muestra es alterado representativo, esto implica que con estas muestras no es posible evaluar las propiedades mecánicas del suelo, para ello se aplica una serie de correlaciones empíricas, previa corrección al número de golpes registrado en campo, Nf.  

El grado de alteración en la estructura del suelo, en sus propiedades físicas y mecánicas, como son su peso volumétrico natural y, su resistencia al esfuerzo cortante dependen de las dimensiones del penetrómetro y de la manera como es hincado. Hvorslev en 1948 propone la siguiente expresión como medida para definir el grado de alteración de las muestras:

   Ar % = [( De2 – Di2 ) / Di2] 100

Donde: Ar  relación de áreas De diámetro exterior Di2 diámetro interior

Para que la muestra se considere inalterada, entre otros factores, la relación de áreas, Ar, debe ser menor del 10%. Ar para el penetrómetro estándar es de:

 Ar % = [ ( 50.82 – 34.932 ) / (34.932) ] 100 = 111.51%

Por tanto las muestras recuperadas de la prueba de penetración estándar son alteradas representativas .  

CORRECCIONES AL MÚMERO DE GOLPES DE CAMPO, Nf

De los factores más importantes que modifican la resistencia a la penetración estándar es el confinamiento por peso propio del suelo. Es decir, para una arena, de compacidad relativa constante, si la prueba se efectúa a diferentes profundidades, las resistencias a la penetración estándar registradas, Nf, serán diferentes. Para correlacionar el número de golpes se ha fijado como valor estándar del esfuerzo efectivo 100 kPa. Peck, Hanson y Thornburn proponen para diferentes esfuerzos efectivos el siguiente factor de corrección válida para cuando el nivel freático está por debajo de la profundidad considerada y el esfuerzo efectivo es igual o mayor a 26 kPa.

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