UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 1 FACULTAD DE INGENIERA CIVILCENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONES SSMICAS Y MITIGACION DE DESASTRESSEMINARIO TALLER DEMECANICA DE SUELOSY EXPLORACINGEOTECNICA9 al 11 de setiembre de 1992SEMINARIO TALLER DEMECANICA DE SUELOSY EXPLORACINGEOTECNICA9 al 11 de setiembre de 1992Primera Edicin realizado por:Ing. Antonio Campos Sigenza e Ing. Oscar Vsquez HuamanCISMID-FIC-UNI, 1992 Primer Edicin Versin digital realizado por:Ing. Silene Minaya GonzlezDocente Departamento de Mecnica de Suelos-FIC-UNI, Febrero 2002PRESENTACINEl CENTRO PERUANO-JAPONES DE INVESTIGACIONES SSMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES (CISMID) de la Facultad de Ingeniera Civil (FIC) de la Universidad Nacional de Ingeniera (UNI), es un centro de investigaciones y acadmico que estudia de manera multidisciplinaria en coordinacin con instituciones afines, los desastres naturales que ocurren en el Per y en los pases del Area Andina; difunde los resultados y las tcnicas desarrolladas en el CISMID y en otros pases, particularmente en el Japn, con la finalidad de mitigar sus efectos.El CISMID fue creado por la Facultad de Ingeniera Civil de la UNI en acuerdo tomado por su Consejo de Facultad en Sesin del 16 de junio de 1986.El Comit Directivo del CISMID, conformado por autoridades de la UNI y miembros de la representacin Japonesa, determina la poltica a seguir y los programas anuales de actividades en el CISMID.El Comit Ejecutivo, conformado por autoridades de la FIC y expertos de la Misin Japonesa, fija las prioridades de los proyectos de investigacin, coordina la participacin de sus miembros en los mismos y la aplicacin de los resultados de los estudios por los sectores que queden afectados por desastres naturales. Aprueba los programas de estudio de los seminarios y cursos regulares.Una de las actividades principales del CISMID es la difusin de los resultados de las investigaciones del Centro y de las tcnicas desarrolladas en el Japn u otros pases, mediante publicaciones, conferencias y programas de video TV.Con el apoyo econmico de la AGENCIA DE COOPERACIN INTERNACIONAL DEL JAPN (JICA) se han editado e impreso 8 publicaciones y fotocopiado numerosos Informes de Investigacin, correspondientes a las actividades acadmicas mas importantes desarrolladas en el CISMID durante el ao 1992.La presente publicacin SEMINARIO TALLER DE MECANICA DE SUELOS Y EXPLORACIN GEOTECNICA, corresponde a los trabajos presentados en el seminario realizado en el CISMID durante los das 9, 10 y 11 de setiembre de 1992.Expresamos nuestro agradecimiento a las Instituciones, a los Expositores y Autoridades que han hecho posible la realizacin de dicho evento; asimismo a todos los participantes, quienes han dado realce al evento.Expresamos un especial reconocimiento a la AGENCIA DE COOPERACIN INTERNACIONAL DEL JAPN (JICA) por su constante apoyo a todas las actividades del CISMID.ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)Ing. Csar Atala Abad1.0 ANTECEDENTESEl ensayo normal de Penetracin Estndar (SPT) naci en los Estados Unidos de Norteamrica en la dcada de 1920, con la finalidad de estimar el grado de densificacin de los suelos.Originalmente los penetrmetros dinmicos fueron concebidos para apreciar la compacidad de los suelos sin cohesin, ante la dificultad de obtener muestras inalteradas.En 1925, un perforista de la firma Societ Raymond - Pile, propuso a K. Terzaghi, contar el nmero de golpes necesarios para hincar en un tubo tomamuestras que tena por costumbre utilizar, asumindolo como un ensayo despus de haber acumulado gran nmero de resultados. Ref. (1).Asimismo se report los trabajos de Mohr H.A. (1927), quien utiliz el tomamuestras como un penetrmetro. Ref (2).2.0 PROCEDIMIENTO NORMALIZADO DEL SPTEl mtodo de Penetracin Estndar es el mas ampliamente usado para la exploracin de suelos, y comprende dos etapas:2.1 El SondeoQue consiste en hacer una perforacin con barreno, inyeccin de agua o sondeo rotatorio usando un taladro con movimiento de rotacin de alta velocidad, y circulando agua para extraer los detritos (ver Figs. No. 1, No. 2 y No. 3).En los suelos firmes el sondaje se mantiene abierto por la accin del arco del suelo; en las arcillas blandas y en las arenas situadas debajo del nivel fretico, el sondaje se mantiene abierto hincando un tubo de acero (tubo de entibado o camisa) o preferiblemente rellenando el hueco con un fluido viscoso llamado "Lodo de perforacin". Este que usualmente es una mezcla de arcilla bentontica y agua, tiene la ventaja de que soporte las paredes y el fondo de la perforacin.2.2 El MuestreoQue se realiza con un tomamuestras partido denominado tambin "Cuchara Normal" que est formado por un tubo de acero de paredes gruesas partido longitudinalmente. El extremo inferior est unido a un anillo cortante, y el superior a una vlvula y pieza de coneccin a la barra de sondeo (ver Fig. No. 4).Una vez efectuada la limpieza correspondiente de la perforacin de sondeo, se hinca el tomamuestras 15 cm en el suelo para asegurarse que la zapata de corte se asiente en material virgen.Luego se hinca 30 cm. en incrementos de 15 cm a golpes de un martinete que pesa 64 kilos (140 libras) y cae de una altura de 76 cm. Se anota el nmero de golpes que se necesita para hincar el tomamuestras cada uno de los 15 cm.El Registro de Penetracin o Indice de Penetracin "N" se obtiene al considerar los golpes necesarios para penetrar los ltimos 30 cm (12") de un total de 45 cm (18") de la Cuchara Muestreadora; los primeros 15 cm (6") no se consideran, dado que el suelo podra estar alterado por efectos del procedimiento utilizado durante la ejecucin del sondaje.La muestra es examinada, clasificada por el tcnico de campo encargado del sondeo, guardndose posteriormente en un depsito de vidrio o plstico, que se sella y se enva al laboratorio.Las muestras recuperadas en el penetrmetro que mantienen su forma cilndrica pueden ser usadas para pruebas de compresin sin confinamiento.La resistencia a la Penetracin es un indicador de la compacidad de los suelos no cohesivos y de la resistencia de los suelos cohesivos, pues es, en efecto un ensayo Dinmico de Esfuerzo Cortante In-Situ.Las tablas I y II reflejan la compacidad y la resistencia de acuerdo con los resultados de la prueba de Penetracin Standar.TABLA No. ICOMPACIDAD RELATIVA DE LA ARENANmero de GolpesCompacidad Relativa0 - 4Muy Suelta5 - 10Suelta11 - 20Firme21 - 30Muy Firme31 - 50DensaMs de 50Muy DensaTABLA No. II RESISTENCIA DE LOS SUELOS COHESIVOSNo. de GolpesConsistenciaResistencia a la Compresin Simple qu (Kg/cm)< 2Muy Blanda< 0.252 - 4Blanda0.25 - 0.504 - 8Media0.50 - 1.008 - 15Firme1.00 - 2.0015 - 30Muy Firme2.00 - 4.00> 30Dura> 4.03.0 RELACIONES ENTRE EL NUMERO DE GOLPES "N" DEL SPT, DENSIDAD RELATIVA Y ANGULO DE FRICCION INTERNA (())3.1 Aporte de TERZAGUI y PECKRelacionan los valores de N-DR Y N- en forma independiente de la profundidad a la que se efecta el ensayo, y por lo tanto de la sobrecarga efectiva en el nivel considerado (ver Fig. No. 5).Cuando el ensayo se efecta en arenas finas o limosas bajo el nivel de la napa fretica, debe reducirse el nmero de golpes a travs de la siguiente relacin:N N +152Donde:N'>15 (valor medido in/situ, debajo del N.F.) N = valor corregido.3.2 Aporte de GIBBS y HOLTSProporciona correlaciones entre N, DR y la sobrecarga efectiva, tomando en consideracin el grado de humedad y el tamao de los granos. En la Fig. 6 se muestra la correlacin entre "N" y la Densidad Relativa de una arena fina, seca, para diferentes valores de la sobrecarga efectiva. La Fig. 7 muestra la misma correlacin para arenas gruesas, secas o hmedas. En las figuras mostradas se incluye la correlacin de TERZAGHI y PECK a modo de comparacin.Las propiedades de las arenas utilizadas por GIBBS y HOLTZ en sus investigaciones se muestran en la Fig. 8.En todo caso, puede observarse que el hecho de utilizar la correlacin de TERZAGHI y PECK, conduce a estimar una menor densidad relativa, y por ende a subestimar la capacidad de soporte del suelo, con excepcin del caso de arenas secas o hmedas cuando "N" es aproximadamente mayor que 35 y la sobrecarga efectiva excede a 40 P.S.I. (2.8 Kg/cm).3.3 Aporte de Peck y BazaraaRelacionan la densidad relativa de la arena con el ndice de penetracin standard "N" y la presin de sobrecarga en el nivel donde se efecta el ensayo, por medio de las siguientes relaciones:N = 20D^ (1 + 2g)para a 1.5 kips/pie2 (0.73 kilos/cm2)En la que "N" es el valor del S.P.T. para una arena con una densidad relativa DR y bajo una presin de sobrecarga a. La figura No. 9 representa esta correlacin.3.4 Aporte de MeyerhofEn investigaciones realizadas entre 1953, 1954 y 1955 Meyerhof estableci una correlacin entre N, DR, y , la cual es independiente de la presin de sobrecarga efectiva (ver figura No. 10).Segn el autor los valores de los ngulos son seguros para arenas limpias y uniformes, deben reducirse por lo menos 5 grados para el caso de arenas arcillosas en ausencia de ensayos de corte; para el caso de una mezcla de arenas con gravas pueden aumentarse hasta 5 grados.Posteriormente en 1975 estableci una correlacin en la cual se incluye el efecto de la presin de sobrecarga (a) en el nivel donde se efecta el ensayo, por medio de la siguiente relacin.N = 1.7D|(a + 10);G=lib/pulg2Existen adems otras correlaciones, que relacionan los valores de N, DR y , tales como:gfSCHULTZE & MELZERgfALPANgfSCHULTZE & MENZENBACHgfBURMISTER4.0 FACTORES DE CORRECCION POR SOBRECARGA EN ARENASEl factor de correccin del S.P.T. (CN) est definido como la relacin entre la resistencia medida del S.P.T. para una presin vertical efectiva dada (av), a la resistencia medida a un esfuerzo vertical standard (av)Ref, normalmente de 1 T/pie 1 Kg/cm.En la prctica el valor del nmero de golpes corregido (N1), se obtiene usando la siguienterelacin:N1 = Cn. NDonde N representa el nmero de golpes medidos.Los factores de correccin comnmente usados y que han sido publicados se resumen en la tabla No. III.TABLA III RESUMEN DE LOS FACTORES DE CORRECCION PUBLICADOSReferenciaFactor de Correccin CNUnidad deTeng (1962) CN 5010+cr V PsiBazaraa (1967) CN 41 + 2aV 43.25 + 0.5aV aV1.5 ksfPeck Hansen, yThournburn(1974) CN =0.77 log10 20