INFORME LABORATORIO “MECANICA DE SUELOS II”Sondaje de Penetración con Cono Dinámico

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Grupo N° 5

INTEGRANTES: Daniel Espinosa. Ignacio Pinto.

Marcel Ramírez. Gisselle Rojas.

Geraldine Sandoval. Valeria Santibáñez. Felipe Tobar.

PROFESOR: Nelson Valdés Moya.

FECHA: 26.11.12

ÍNDICE

Pág.

INTRODUCCIÓN……………………………………………………………..………….………….3

OBJETIVOS……………………………………………………………………………………….....3

LIMITACIONES Y ALCANCES…………………………………………………………………....4

METODOLOGÍA PROPUESTA……………………………………………………………………4

MARCO TEÓRICO Normas de Referencia…………………………………………………..…………………....5

Equipos y aparatos necesarios………………………………………………………...……….5Procedimiento de Ensayo…………………...………………………………………..…..…..5Especificaciones…………………………………………………………………………..…..5

DESARROLLO PROGRAMA EXPERIMENTALTabla de Datos.……………………………….…………………………………………………6Expresión de resultados...…………………….………………………..………………………..7 Cálculos de tablas y Gráficos

Sondaje 1 en Arena……………………………………………………………….8-10 Sondaje 2 en Arcilla……………………………………………………………11-13

ANÁLISIS DE RESULTADOS Preguntas……………………………………………………………………………………….14

CONCLUSIONES……..………………………….……………….………………………………..15

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………..……………………………..………15

FOTOGRAFÍAS…….………………………………………………………………………………16

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INTRODUCCIÓN

La Perforación de un pequeño diámetro realizado desde la superficie del suelo, lleva el nombre de sondaje y sirve para realizar muestreos y mediciones a distintas profundidades del sub-suelo.

Uno de los tipos de sondaje corresponde al realizado con el Equipo de cono dinámico (CPT). La penetración dinámica es medida por golpes y permite realizar de una manera rápida y efectiva la densificación del sub-suelo de materiales granulares y levemente cementados sin necesidad de extraer muestras (método in situ), de modo que la destrucción que genera esta penetración es mínima.

El método entrega buenas referencias acerca de la compacidad en suelos arenosos, mientras que no será efectivo para suelos granulares de mayor diámetro (gravas) ya que doblan la punta del instrumento a utilizar. En suelos arcillosos los resultados no serán confiables, por su viscosidad.

Entre los usos posibles del ensayo en estudio destaca el reconocimiento rápido del terreno, evaluación de pavimentos existentes, identificación de tramos homogéneos y evaluación de un suelo que pueda colapsar.

OBJETIVOS

- General

Obtener información de las condiciones reales en la que se encuentra el terreno de cimentación y establecer en forma estadística los resultados que se obtendrá en laboratorio por medio de un equipo dinámico.

- Específico

Determina la resistencia a la penetración del suelo expresado como el número de golpes necesarios para penetrar el suelo 30 cm, mediante un método no destructivo como es el ensayo de Cono Dinámico.

Conocer el uso y manejo del aparato en cuestión.

Determinar la profundidad del sello de fundación y la densidad o consistencia del suelo en aquel nivel, además de la resistencia esperada.

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LIMITACIONES Y ALCANCES

El ensayo tiene como limitación el no ser utilizado en suelos gravosos, puesto que el instrumento podría deslizarse alterando el ensayo, al producirse roces entre la punta y el suelo.

Por otro lado, se puede decir que en el caso de arenas presenta una muy buena correlación, dado que el instrumento presenta un roce despreciable con el suelo al ir penetrando en él.

La resistencia de suelos naturales a diferente profundidad en un mismo sondaje se puede lograr con el equipo de penetración de cono dinámico, lo cual no sucede con otros ensayos, ya que resulta más económico y de un tiempo menor en llevarse a cabo.

METODOLOGÍA PROPUESTA

El ensayo de penetración con cono dinámico se basa en los principios del ensayo de penetración normal, la única diferencia son los equipos utilizados, siendo más simples, fáciles de transportar y de instalar. Su operación es totalmente manual. Consta de un trípode metálico, barras atornilladas a las que se les incorpora una punta cónica que penetra en el terreno bajo la acción dinámica de una masa que cae libremente desde una altura determinada, ambas fijas y pre- establecidas de acuerdo a la norma. El diámetro del cono es un poco mayor al de la varilla que lo empuja, a modo de impedir el roce entre ésta y el terreno, por lo que la punta es la encargada de abrir el camino hacia lo profundo.

El método consiste en contar el número de golpes requeridos para que penetren 30 cm de la barra, la cual tiene marcas que indican esta distancia. El número de golpes para que esto sea necesario recibe el nombre de Número de Penetración (N). El ensayo finaliza cuando el terreno indica rechazo, es decir, cuando en 3 tramos de la varilla se registren 100 golpes y en aumento o bien cuando el avance sea menor a 1” por cada 50 golpes. Terminado el proceso se extrae una muestra.

El instrumento está diseñado para medir in situ las propiedades del suelo principalmente las que constituyen la estructura de un pavimento, de una manera no destructiva, rápida y económica, por lo que se puede advertir la resistencia y capacidad de soporte de lo estudiado.

Existen tablas que entregan relaciones en el número de penetración y la densidad relativa para las arenas o la consistencia para las arcillas.

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MARCO TEÓRICO

Normas de referencia

Para los ensayos de cono dinámico se hacen referencias a las normas:ASTM D 1586 Método de ensayo de penetración estándar SPTASTM D 3441 Método de ensayo de penetración CPT

Equipo y aparatos necesarios

El equipo está compuesto por una barra provista de una punta cónica, atornillada o embutida a una barra de penetración.

- Punta Cónica: De acero, de 60º y 20 mm de diámetro. Se une a la barra de penetración, generalmente por medio

de una unión de un pasador tipo bayoneta. La punta cónica no debe presentar deterioros.

- Barra de penetración: Antes y después de cada ensaye verifique que las barraspermanezcan rectas y sin deformaciones.

- Martinete: De acero con un diámetro de 3 a 4 mm mayor que el diámetro de la barra de extensión. Su peso es de 63.5 kg. y cae de una altura fija de 75 cm.

Procedimiento de Ensayo- Los alumnos observan el procedimiento realizado por 2 operarios que manejan el equipo.- Una vez ubicado el lugar de ensayo, se arma un trípode metálico que levanta el martinete.- Se inserta el cono en barra.- Al iniciar el ensayo se fija el penetrómetro, introduciéndolo unos centímetros en el terreno.- Se inicia el proceso de golpes con la masa determinada, levantándola hasta la marca que

viene indicada en la varilla, dejándola caer sin impulsar.- Se realizan mediciones cada 30 cm.- Se interrumpe el testeo al encontrar rechazo

Especificaciones

- El nivel de terreno, donde se ubica el equipo no se debe encontrar con piedras que obstaculicen el ensayo.

- El trabajo debe ser con las barras lo más verticalmente posible.- En laboratorio, el ensayo se ha realizado hasta alcanzar una profundidad de 30 cm, que se

logra con 15 golpes.

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DESARROLLO PROGRAMA EXPERIMENTAL

Tabla de datos

PROYECTO: Ensaye clase Ingeniería Civil 2012.UBICACIÓN: Laboratorio Mecánica de Suelos. Universidad de Valparaíso

1 IDENTIFICACIÓN SONDAJESondaje N° 1 2Suelo tipo superficial Arena Arcilla

Ubicación Patio acceso laboratorioPatio acceso laboratorio

Cota Terreno (m) 100,00 100,00Prof. Antepozo (m) 0,00 0,30Fecha de ejecución 19.11.12 19.11.12

2 PENETRACIÓN DINÁMICAPROFUNDIDAD (m) NUMERO DE GOLPES

DESDE HASTA Nc

0,00 0,30 5 -0,30 0,60 12 80,60 0,90 30 100,90 1,20 20 181,20 1,50 25 221,50 1,80 23 301,80 2,10 25 342,10 2,40 27 342,40 2,70 28 362,70 3,00 30 403,00 3,30 38 463,30 3,60 46 473,60 3,90 59 523,90 4,20 75 584,20 4,50 80 604,50 4,80 90 754,80 5,10 92 77

OBSERVACIONESAdherencia suelo barra Débil Media FuerteNivel napa freática NSD (No se detecta)

Expresión de resultados

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Se obtienen diferentes resultados para arena y arcilla según los siguiente:

- Curva PDCP: Gráfica que representa la penetración acumulada en función del número degolpes acumulados para los respectivos datos. En este tipo de curvas se puede visualizar el número de capas existentes representadas por rectas de diferentes pendientes.

- Índice de penetración o número D (DN): Número representa la penetración obtenida por golpe y se expresa en mm/golpe. Corresponde al valor de la pendiente de la curva DCP para la capa en estudio, mientras más vertical sea la gradiente, menor será la resistencia del suelo. Asimismo, esta medida de penetración describe la resistencia promedio de un suelo a través de cierta profundidad alcanzada, la cual se determina como el trabajo realizado por el suelo para detener el cono de penetración, dividido entre la distancia de penetración.

- Diagrama estructural: Relaciona el número de D con la profundidad. La constancia en dicho número implica uniformidad en el material. Y su variación indica modificaciones en las características de humedad, densidad o bien un cambio de estrato de suelo.

- Número estructural (NE): Será el número de golpes requerido para penetrar hasta una profundidad dada. Se expresa según: NEi = hi/Di. El NE total del pavimento será la suma de los NE de cada capa.

- Curva de balance estructural (Bez): Representa la resistencia a la penetración a diferentes profundidades. Se expresa según: BEz = ( NEz/NEm)*100 ( en porcentaje). El subíndice z representa cualquier profundidad y m es la máxima profundidad.

- Relación con el CBR: Se expresa de acuerdo a : log CBR = 2,60 – 1,26 logD

Cálculos de tablas y Gráficos

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Sondaje 1 en Arena

Tabla1:

Profundidad (mm)

Profundidad acumulada (mm)

N° de golpes

N° de golpes acumulado

Índice de penetración

300 300 5 5 60,00600 900 12 17 52,94900 1800 30 47 38,301200 3000 20 67 44,781500 4500 25 92 48,911800 6300 23 115 54,782100 8400 25 140 60,002400 10800 27 167 64,672700 13500 28 195 69,233000 16500 30 225 73,333300 19800 38 263 75,293600 23400 46 309 75,733900 27300 59 368 74,184200 31500 75 443 71,114500 36000 80 523 68,834800 40800 90 613 66,565100 45900 92 705 65,11

Gráfico 1:

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

N° de golpes v/s profundidad

N° de golpes

Prof

undi

dad

(mm

)

Grafico 2: Curva DCP

8

0 100 200 300 400 500 600 700 800

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

Curva DCP

N° de golpes v/s profundidad

N° de Golpes acumulado

Prof

undi

dad

(mm

)

Grafico 3: Diagrama estructural

35.00 40.00 45.00 50.00 55.00 60.00 65.00 70.00 75.00 80.00

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

Dn v/s Profundidad

Dn v/s Profundidad

Índice de penetración Dn(mm/golpes)

Prof

undi

dad

(mm

)

Tabla 2 para obtener el balance estructural:

9

Profundidad (mm) Ne Be Be acumulado CBR300 5,00 5,91 5,91 2,29600 5,67 6,70 12,61 2,68900 7,83 9,26 21,88 4,031200 6,70 7,92 29,80 3,311500 6,13 7,25 37,06 2,961800 5,48 6,48 43,53 2,572100 5,00 5,91 49,45 2,292400 4,64 5,49 54,93 2,082700 4,33 5,12 60,06 1,913000 4,09 4,84 64,90 1,783300 3,98 4,71 69,61 1,723600 3,96 4,69 74,29 1,713900 4,04 4,78 79,08 1,754200 4,22 4,99 84,07 1,854500 4,36 5,15 89,22 1,924800 4,51 5,33 94,55 2,015100 4,61 5,45 100,00 2,06

∑Ne 84,56

Grafico 4: Balance estructural

0 20 40 60 80 100 120

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

Balance estructural

Be acumulado v/s profundidad

Be (acumulado) %

Prof

undi

dad

(mm

)

Sondaje 2 en Arcilla

10

Tabla 1:

Profundidad (mm)

Profundidad acumulada (mm) N° de golpes

N° de golpes acumulado

Índice de penetración

300 300 0 0 0600 900 8 8 112,50900 1800 10 18 100,001200 3000 18 36 83,331500 4500 22 58 77,591800 6300 30 88 71,592100 8400 34 122 68,852400 10800 34 156 69,232700 13500 36 192 70,313000 16500 40 232 71,123300 19800 46 278 71,223600 23400 47 325 72,003900 27300 52 377 72,414200 31500 58 435 72,414500 36000 60 495 72,734800 40800 75 570 71,585100 45900 77 647 70,94

Grafico 1:

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

N° de golpes v/s profundidad

N° de golpes v/s profun-didad

N° de golpes

Prof

undi

dad

(mm

)

Grafico 2: Curva DCP

11

0 100 200 300 400 500 600 700

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

Curva DCP

N° de golpes acumulados v/s profundidad

N° de golpes acumulados

Prof

undi

dad

(mm

)

Grafico 3: Diagrama estructural

65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

Diagrama estructural

Dn v/s profundidad

indice de penetracion Dn (mm/golpes)

Prof

undi

dad

(mm

)

Tabla 2 para obtener el balance estructural:

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Profundidad (mm) Ne Be Be acumulado CBR

300  - - - -600 2,67 4,19 4,19 1,04900 3,00 4,71 8,89 1,201200 3,60 5,65 14,55 1,511500 3,87 6,07 20,61 1,661800 4,19 6,58 27,19 1,832100 4,36 6,84 34,03 1,922400 4,33 6,80 40,83 1,912700 4,27 6,70 47,53 1,873000 4,22 6,62 54,15 1,853300 4,21 6,61 60,76 1,843600 4,17 6,54 67,30 1,823900 4,14 6,50 73,81 1,814200 4,14 6,50 80,31 1,814500 4,13 6,47 86,78 1,804800 4,19 6,58 93,36 1,835100 4,23 6,64 100,00 1,85 ∑Ne 63,71

Grafico 4 :

0 20 40 60 80 100 120

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

Balance estructural

Be acumulado v/s profundidad

Be (acumulado) %

Prof

undi

ad (m

m)

ANÁLISIS DE RESULTADOS

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DETERMINAR:-Profundidad recomendable del sello de fundación-Grado de densificación o consistencia del suelo a nivel del sello de fundación-Resistencia esperada del suelo a nivel del sello de fundación

Profundidad recomendable del sello de fundación.

Sondaje 1 en Arena: De acuerdo a la tabla del balance estructural, desde los 3,5 metros los datos obtenidos del balance se vuelven relativamente similares, por lo que es posible afirmar que el suelo a esa profundidad se torna estable. De es modo se estima que una profundidad recomendable del sello de fundación sería de 3.6 metros (3600mm), eligiendo dicha altura con el balance estructural más desfavorable en el “rango estable el suelo”.

Sondaje 2 en Arcilla: De igual manera para este caso se analiza la tabla de del balance estructural y se concluye que desde los 2,1 metros el suelo se comporta estable, considerándose como un estrato.Se estima una profundidad de 4 metros (4000mm), ya que a esa penetración se encuentra un balance estable y está en el rango más desfavorable de las mediciones.

Grado de densificación o consistencia del suelo a nivel del sello de fundación.

Es posible determinarlo considerando el número de golpes necesarios para alcanzar la profundidad a nivel del sello de fundación. Así se pueden utilizar las tablas n°19.1 para arenas y n°19.2 para arcillas de los apuntes y determinar los grados correspondientes.

Sondaje 1 en Arena:Número de golpes para lograr penetración de 3600mm en el terreno = 46 golpes.Esto indica arena densa.

Sondaje 2 en Arcilla:Número de golpes para lograr penetración de 4000mm en el terreno = 55 golpes app.Se considera un valor intermedio entre 52 y 58 golpes (o 3900mm y 4200mm de profundidad), desde una perforación inicial de 30cm, bajo el nivel del suelo.Esto indica arcilla rígida.

Resistencia esperada del suelo a nivel del sello de fundación.

En función de las profundidades recomendadas, se obtienen los siguientes parámetros:

Sondaje 1 en Arena: Balance estructural = 4,68 % Numero estructural = 3,96 Índice de penetración = 75,73 (mm/golpes)

Sondaje 2 en Arcilla: Balance estructural = 6,5 % Numero estructural = 4,14 Índice de penetración = 72 (mm/golpes)

CONCLUSIONES

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El uso del penetrómetro, como instrumento no destructivo, es fundamental en la mecánica de suelos, debido a su bajo impacto, alta asertividad y rápida aplicación.

A pesar de que la aplicación del penetrómetro se ve limitada por el tipo de suelo y posibles cambios de materialidad que pueden dañar el instrumento, se ha demostrado que el uso de éste en mecánica de suelos, presenta resultados confiables, en cuanto a la medición de grado de compactación y estratificación de terrenos.

Gracias a las relaciones descritas y cálculos llevados a cabo se han determinado los parámetros de importancia del suelo y que permiten evaluar un terreno.

BIBLIOGRAFÍA

- Manual de Laboratorio de Mecánica de Suelos, volumen II

- Presentación ppt utfsm

- http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/a_labgeo/labgeo12_p.pdf

FOTOGRAFÍAS

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Punta Cónica. Martinete.

Ubicación de la barra de acero en el terreno. Armado de Equipo.

Proceso de sondaje dinámico

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