Ensayo de penetración estándar (SPT)

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.

Consiste en definir (contar) el número de golpes que son necesarios para hincar (conseguir la penetración) un toma muestras partido en 30 centímetros del terreno.

Ensayo de penetración estándar (SPT)
Tipo de ensayo	Ensayo in situ, en el interior del sondeo
Se aplica en	En suelos y rocas muy meteorizadas.
Equipo	– Maza: 63.5 Kg (140 libras) – Muestreador tubo partido. – Varillaje. -Equipo de perforación. – Cabezal de golpeo.
Procedimiento	Número de golpes (N) para hincar el toma muestras en tramos de 15 cm
Correlaciones	– Parámetros geotécnicos. – Compacidad. – Ángulo de rozamiento interno. – Densidad relativa.

Procedimiento del ensayo SPT y equipo

Consiste en definir el número de golpes (N) necesarios para conseguir que el toma muestras penetre 30 cm el terreno a ser analizado.

El toma muestras se situa en la parte inferior del varillaje, que a su vez es hincado mediante el uso de una maza (peso-martillo) de 63.5 kilogramos (140 libras), que golpea el extremo superior del varillaje a manera de caída libre desde una altura de 76 centímetros (30 pulgadas). El toma muestras suele tener 2 pulgadas de diámetro exterior y 1 3/8 pulgadas de diámetro interior y ángulo de punta a 60°.

Pasos para realizar el ensayo SPT

1. Se limpia cuidadosamente la perforación hasta llegar a la cota deseada para realizar el ensayo.
2. Se retira la batería de perforación y se procede a instalar el toma muestras con dimensión estandar.
3. Se procede a marcar el extremo superior de la tubería de perforación en tres partes iguales de 15 cm, para observar el avance del muestreador a efecto del impacto del martillo (maza o peso).
4. Se obtiene el valor (N) número de golpes necesarios para que el toma muestras penetre los segmentos 2 y 3 marcados, en total 30 cm, cabe recalcar que el primer segmento de 15 cm no se toma en cuenta (se desprecia). Es decir que N es igual al número de golpes necesarios para que el tomamuestra penetre 30 cm del terreno.
5. Se puede realizar el ensayo en cuatro tramos de 15 cm en donde el valor (N) sería igual a la suma de los golpes necesarios para hincar el toma muestras en 30 cm del terreno tomando en cuenta solamente los tramos 2 y 3, mientras que los tramos 1 y 4 se desprecian.
6. Finalmente se saca el toma muestras y se procede guardar la muestra alterada para posteriores análisis de laboratorio.

Si se llega a los 100 golpes y no existe avance del toma muestras en el terreno debido a que es muy duro, se considera rechazo y se detiene el ensayo SPT.

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.

Cálculos, resultados y correcciones

Con el valor de N se puede determinar, la resistencia a la compresión, el módulo de elasticidad, el coeficiente de balasto, el coeficiente de variación volumétrica y la capacidad portante del suelo.

Hay que hacerle algunas correcciones, pero que hacen variar ligeramente el valor de (NF) (final) de campo. Al valor nuevo se le llama N corregido, estándar (Ns) o N60

Es así que:

Ns, N60 = NF * CN * h1 * h2 *h3 * h4 * h5

N 60 se interpreta aquí como la energía que llega a la cabeza de golpeo cuando ERs = 60 %

CN = Corrección por sobre-capa

n1 = Factor de ajuste = ER / ERs

ERs es aproximadamente = 60 % (USA)

n2 = Factor de ajuste por longitud de las barras de perforación

n3 = Factor de ajuste por el revestimiento del toma-muestras

n4 = Factor de ajuste por el diámetro del toma-muestras

N5 = Factor de ajuste por nivel freático

Corrección por sobrecapa (CN)

Para determinar la resistencia a la penetración de un material de arena, es la profundidad del ensayo lo que influye, debido al confinamiento que se produce por la presión de la sobrecarga.

Por lo tanto, puede ocurrir que al aumentar la profundidad se generen valores que sean mayores a la densidad relativa real.

Al considerarse normal el valor de N,  una profundidad que corresponde a una presión efectiva de sobrecarga de 10 t/m2, el factor de corrección CN que hay que aplicar a los valores de N para otras presiones efectivas diferentes está dado por las expresiones:

. p = presión vertical efectiva en t/m2 <= 2,5 t/m2

Donde,

CN = Factor de corrección

p = Presión efectiva debida a la sobrecarga (t/m2).

Correlaciones ensayo SPT

El uso común de este ensayo ha dado como resultado una serie de correlaciones que definen varios parámetros geotécnicos:

• Correlación con  la compacidad para suelos granulares

• Con la densidad relativa, teniendo en cuenta la influencia de la profundidad.

• Con el ángulo de rozamiento en suelos granulares, aplicable a partir de 2 m de profundidad.