Prueba de penetración estándar - Standard penetration test

Símbolo utilizado en dibujos

Valores de N de prueba de penetración estándar de un acuífero superficial en el sur de Florida .

La prueba de penetración estándar ( SPT ) es una prueba de penetración dinámica in situ diseñada para proporcionar información sobre las propiedades de ingeniería geotécnica del suelo . Esta prueba es la prueba de perforación de exploración subterránea más utilizada realizada en todo el mundo. El procedimiento de prueba se describe en ISO 22476-3, ASTM D1586 y las normas australianas AS 1289.6.3.1. La prueba proporciona muestras con fines de identificación y proporciona una medida de resistencia a la penetración que se puede utilizar para fines de diseño geotécnico. Muchas correlaciones locales e internacionales ampliamente publicadas que relacionan el recuento de golpes, o valor N, con las propiedades de ingeniería de los suelos están disponibles para fines de ingeniería geotécnica.

Procedimiento

La prueba utiliza un tubo de muestra de paredes gruesas, con un diámetro exterior de 50,8 mm y un diámetro interior de 35 mm, y una longitud de alrededor de 650 mm. Esto se introduce en el suelo en el fondo de un pozo mediante golpes de un martillo deslizante con una masa de 63,5 kg (140 lb) que cae a una distancia de 760 mm (30 pulgadas). El tubo de muestra se clava 150 mm en el suelo y luego se registra el número de golpes necesarios para que el tubo penetre cada 150 mm (6 pulgadas) hasta una profundidad de 450 mm (18 pulgadas). La suma del número de golpes requeridos para la segunda y tercera 6 pulgadas de penetración se denomina "resistencia estándar a la penetración" o "valor N". En los casos en los que 50 golpes son insuficientes para avanzar a través de un intervalo de 150 mm (6 pulgadas), se registra la penetración después de 50 golpes. El conteo de golpes proporciona una indicación de la densidad del suelo y se utiliza en muchas fórmulas de ingeniería geotécnica empírica .

Objetivo

El objetivo principal de la prueba es proporcionar una indicación de la densidad relativa de los depósitos granulares , como arenas y gravas, de los que es prácticamente imposible obtener muestras intactas. El gran mérito de la prueba, y la principal razón de su uso generalizado, es que es simple y económica. Los parámetros de resistencia del suelo que se pueden inferir son aproximados, pero pueden ser una guía útil en condiciones del suelo donde puede que no sea posible obtener muestras de pozo de calidad adecuada como gravas, arenas, limos , arcilla que contiene arena o grava y roca débil. En condiciones donde la calidad de la muestra no perturbada es sospechosa, por ejemplo, arcilla muy limosa o muy arenosa, o arcilla dura, a menudo es ventajoso alternar el muestreo con pruebas de penetración estándar para verificar la resistencia. Si se descubre que las muestras están inaceptablemente perturbadas, puede ser necesario utilizar un método diferente para medir la resistencia, como la prueba de placa . Cuando la prueba se lleva a cabo en suelos granulares por debajo del nivel del agua subterránea , el suelo puede aflojarse. En determinadas circunstancias, puede resultar útil seguir impulsando el muestreador más allá de la distancia especificada, añadiendo más varillas de perforación según sea necesario. Aunque esta no es una prueba de penetración estándar y no debe considerarse como tal, al menos puede dar una indicación de si el depósito es realmente tan suelto como puede indicar la prueba estándar.

La utilidad de los resultados de SPT depende del tipo de suelo, con arenas de grano fino que dan los resultados más útiles, con arenas más gruesas y arenas limosas que dan resultados razonablemente útiles, y suelos arcillosos y gravosos que producen resultados que pueden ser muy poco representativos del suelo real. condiciones. Los suelos en áreas áridas, como el oeste de los Estados Unidos , pueden exhibir cementación natural. Esta condición a menudo aumentará el valor de penetración estándar.

El SPT se utiliza para proporcionar resultados para la determinación empírica de la susceptibilidad de una capa de arena a la licuefacción del suelo , según la investigación realizada por Harry Seed, T. Leslie Youd y otros.

Correlación con las propiedades mecánicas del suelo.

A pesar de sus muchos defectos, es una práctica habitual correlacionar los resultados del SPT con las propiedades del suelo relevantes para el diseño de ingeniería geotécnica. Los resultados de SPT son mediciones de campo in situ y no están sujetas a alteraciones de la muestra, y a menudo son los únicos resultados de prueba disponibles, por lo que el uso de correlaciones se ha convertido en una práctica común en muchos países.

Una relación aproximada citada en la publicación del manual de ingeniería del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. Sobre el diseño de tablestacas desarrollado después de Terzaghi y Peck (1948) y Teng (1962), muestra en la siguiente tabla la relación específicamente para los valores de SPT N y la densidad aparente del suelo correlacionados a densidad relativa y referido en el manual de ingeniería como peso unitario húmedo en unidades pcf, convertido a valores métricos en la tabla

Problemas

La prueba de penetración estándar recupera una muestra muy alterada, que generalmente no es adecuada para pruebas que miden propiedades de la estructura del suelo in situ, como densidad, resistencia y características de consolidación. Para superar esta limitación, la prueba a menudo se realiza con un muestreador más grande con una forma de punta ligeramente diferente, por lo que la perturbación de la muestra se minimiza y la prueba de las propiedades estructurales es significativa para todos los suelos excepto los blandos. Sin embargo, esto da como resultado recuentos de golpes que no se convierten fácilmente en valores N de SPT; se han propuesto muchas conversiones, algunas de las cuales dependen del tipo de suelo muestreado, lo que dificulta la dependencia del recuento de golpes con muestreadores no estándar.

Los conteos de golpes de prueba de penetración estándar no representan una propiedad física simple del suelo y, por lo tanto, deben correlacionarse con las propiedades de interés del suelo, como la resistencia o la densidad. Existen múltiples correlaciones, ninguna de las cuales es de muy alta calidad. El uso de datos SPT para la predicción directa del potencial de licuefacción adolece de la aspereza de las correlaciones y de la necesidad de "normalizar" los datos SPT para tener en cuenta la presión de sobrecarga, la técnica de muestreo y otros factores. Además, el método no puede recopilar datos precisos para capas de suelo débiles por varias razones:

1. Los resultados se limitan a números enteros para un intervalo de conducción específico, pero con recuentos de golpes muy bajos, la granularidad de los resultados y la posibilidad de un resultado cero hace que el manejo de los datos sea engorroso.
2. En arenas sueltas y arcillas muy blandas, el acto de conducir el muestreador perturbará significativamente el suelo, incluso mediante la licuefacción del suelo de las arenas sueltas, dando resultados basados ​​en las propiedades del suelo alterado en lugar de las propiedades intactas del suelo.

Se ha propuesto una variedad de técnicas para compensar las deficiencias de la prueba de penetración estándar, incluida la prueba de penetración del cono , las pruebas de corte de paletas in situ y las mediciones de velocidad de onda de corte .

Ver también

• Prueba de penetración de cono
• Investigación geotécnica
• Mecánica de suelos

Referencias

• Zatuwa, Monosagu (2005) Cuidado, suelo blando y prueba de penetración estándar (en japonés) Instituto de Investigación de Obras Públicas
• Universidad de Missouri - Notas de la clase Rolla sobre el SPT.