Ensayo de penetración dinámica

Ensayo de penetración dinámica: Este ensayo consiste en medir la resistencia a la penetración de una puntaza cónica metálica que va acoplada a un varillaje y que se hinca en el terreno mediante golpeo, haciendo caer una maza de un peso determinado desde una altura constante.

La información obtenida es de tipo continuo, ya que las mediciones de resistencia a la penetración se efectúan durante todo el proceso de hinca.

Se cuenta el número de golpes necesarios para penetrar cada intervalo con una longitud dada.

Los ensayos de penetración dinámica continua se pueden efectuar según varios estándares, en función de las combinaciones de los parámetros adaptados, como:

masa de la maza (10 ÷ 100 kg)

altura de caída (200 ÷ 760 mm)

diámetro de la punta (22 ÷ 63 mm)

forma de la punta (ángulo de abertura 60° – 90°, extensión a la base del cono)

diámetro externo de las varillas (16 ÷ 45 mm)

penetración de referencia (100 ÷ 300 mm)

método para eliminar o reducir el rozamiento lateral en las varillas (recubrimiento, lodo en las varillas, diámetro punta > diámetro varillas).

Las características del equipo y los modos de ejecución han sido estandarizados en los Procedimientos internacionales de referencia elaborados por el ISSMGE que contempla cuatro tipos de penetrómetros con base en la masa de la maza:

La resistencia dinámica a la punta Rpd en función del número de golpes N se estima con la fórmula olandesi:

Rpd = M²·H/[A·e·(M + P)] = M²·H·N/[A·δ·(M + P)]

Donde:

Rpd = resistencia dinámica a la punta (área A);

e = δ / N = hinca por golpe;

M = maza de golpeo (altura de caída H);

Ensayo penetrométrico dinámico SPT (Standard Penetration Test)

El ensayo SPT se lleva a cabo durante la perforación. Consiste en anotar el número golpes requeridos para hincar 45 cm en el fondo de la perforación un tubo de muestreo de tamaño estándar, conectado a la superficie mediante un varillaje en cuyo cabezal cae la maza de 63.5 kg de peso, la cual cae libremente desde una altura de 0.76 m.

Durante el ensayo se mide:

N1 = número de golpes necesarios para que el muestreador penetre los primeros 15 cm, estimados               como  “hinca de asiento”;

N2 = número de golpes necesarios para la hinca de los siguientes 15 cm;

N3 = número de golpes necesarios para avanzar los últimos 15 cm. Se asume como resistencia a la               penetración el valor:

P = masa total varilla y sistema.

NSPT = N2 + N3

Se utilizan los siguientes dispositivos estándar:

Varillaje de hinca de diámetro externo 50 mm y peso de 7 kg/m;

Cabeza de impacto, de acero, atornillada a las barras;

Maza de acero de 63.5 kg;

dispositivo automático que permite la caída de la maza desde una altura de 0.76 m;

Guía para las barras entre el cabezal de impacto y el borde del terreno.

Muestreador estándar (conocido como Raymond por la sociedad que lo introdujo inicialmente). Se trata de un tubo de muestreo de 51 mm de diámetro, espesor 16 mm y longitud total que comprende zapata y ajuste al varillaje 813 mm.

En los suelos gravosos la zapata del muestreador se sustituye con una punta cónica de 51 mm de diámetro, ángulo 60°.

El muestreador Raymond consiste en un tubo dividido longitudinalmente por la mitad. Los dos tubos resultantes se mantienen unidos, durante la hinca, por na zapata de corte atornillada a la base y por un anillo en la cabeza. Una vez finalizado el ensayo se desprende la zapata, se abre longitudinalmente el uestreador y se extrae la muestra de suelo. Su amplia difusión se debe principalmente a la facilidad de ejecución, pudiendo llevarse a cabo directamente durante el sondeo,  en cualquier tipo de suelo, sin necesidad de usar dispositivos suplementarios. El uso que se hace en todo el mundo ha llevado a la producción de una abundante bibliografía que facilita la interpretación de los resultados obtenidos.

Hay numerosas correlaciones entre la resistencia a la penetración (NSPT) y los parámetros geotécnicos de los suelos , tanto granulares como cohesivos:

TERRENOS GRANULARES

Las correlaciones entre la resistencia a la penetración (NSPT) y algunos parámetros geotécnicos que se consideran más confiables son las siguientes:

1) Correlación de Gibbs-Holtz. , Permite determinar la densidad relativa de los suelos granulares mediante la relación entre la resistencia a la penetración y la presión vertical efectiva.

2) Correlación de Mello, Permite obtener el ángulo de rozamiento en función del esfuerzo vertical efectivo.

Permite obtener el ángulo de rozamiento en función del esfuerzo vertical efectivo.

3) Las correlaciones de Schmertmann, Relacionan el ángulo de rozamiento con la densidad relativa en función de varias granulometrías, utilizando tanto los valores de la densidad relativa Dr elaborados con el método de Gibbs-Hotz, como con el método de Terzaghi-Pech-Skempon.

f = 28+0.14·Dr

f = 31.5+0.115·Dr

f = 34.5+0.10·Dr

f = 38+0.08·Dr

4) Correlaciones entre la resistencia a la penetración NSPT y la compresibilidad

Los métodos se dividen en dos grupos.

El primer grupo conecta el valor de resistencia penetrométrica dinámica al asiento. Comprende el método de Terzaghi y Peck, de Meyerhof y de Peck-Bazaraa.

l segundo grupo se basa en correlaciones empíricas entre NSPT  y el módulo de deformación de las arenas. Este grupo comprende el método de Alpan, de D’Apollonia, de Parry.

De la comparación de los asientos calculados con varios métodos y los asientos reales medidos en los Estados Unidos por Peck (1948) – Bazaara (1967) – Baker (1965), Parry (1971) parece que el método de Parry es el más confiable, mientras que los métodos más experimentados son los de Meyerhof, Peck-Bazaraa, Alpan y de Burland-Burbidge (1984).

TERRENOS COHESIVOS

Muy utilizada es la correlación de Terzaghi y Peck entre la resistencia a la penetración NSPT, la consistencia y la resistencia no drenada Cu.

Sin embargo, la relación entre Nspt y Cu se considera aceptable solo para arcillas sensitivas, o sea para aquellas arcillas cuya sensibilidad A = Cui/ Cur (relación entre la cohesión no drenada de la muestra inalterada y cohesión no drenada de la muestra reelaborada) varia de 4 a 8.

En los otros casos se considera poco confiable la estimación de los asientos de los suelos cohesivos basados en el valor de la resistencia dinámica Nspt.

Correlación entre el ensayo penetrométrico dinámico continuo y el ensayo SPT

La correlación entre el número de golpes N que se obtiene con el ensayo DP y el valor NSPT que se obtiene con el ensayo SPT, es la siguiente:

Nspt = βt·N

Una vez identificado el valor NSPT correlacionado con el número de golpes, se obtienen las características geotécnicas de los suelos utilizando las mismas correlaciones válidas para los ensayos SPT.

Donde:

βt=(Q/QSPT)

Q es la energía específica por golpe y QSPT es la del ensayo SPT.

CÁLCULO DE (N1)60

(N1)60 es el número de golpes normalizado definido come sigue:

(N1)60 = CN·N60 (Liao y Whitman 1986)

con

CN=(Pa/sv0), CN<1.7 e Pa= 101.32 kPa

N60=NSPT·(ER/60)·Cs ·Cr ·Cd

ER/60 rendimiento del sistema de hinca normalizado al 60%.

Cs parámetro función de la contra camisa (1.2 si ausente).

Cd función del diámetro del foro (1 si está entre 65-115mm).

Cr parámetro de corrección función de la longitud del varillaje.