Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
Análisis de cimentaciones 1 Factores de corrección para los valores de N medidos en el SPT Los resultados de la prueba de penetración estándar pueden correlacionarse aproximadamente con algunas propiedades físicas importantes del suelo, como se muestran en la tabla siguiente: Tabla 1: Correlación entre la resistencia a la penetración y las propiedades de los suelos a partir de la Prueba de Penetración Estándar Suelos Granulares (Bastante Segura) Suelos Cohesivos (Relativamente Insegura) Número de Golpes Por 30 cm., N Compacidad Relativa Número de Golpes Por 30 cm., N Consistencia Menos de 2 Muy blanda 0 – 4 Muy suelta 2 – 4 Blanda 4 – 10 Suelta 4 – 8 Media 10 – 30 Media 8 – 15 Firme 30 – 50 Compacta 15 – 30 Muy firme Más de 50 Muy compacta Más de 30 Dura Sin embargo, la variación de los resultados de un caso aislado en relación a los valores relativamente conservadores dados en la tabla pueden ser muy grandes, y es preferible hacer comparaciones directas con los resultados de otras pruebas apropiadas en cada caso. En las últimas dos décadas varios autores han recomendado los siguientes factores de corrección para los valores de N medidos en el Ensayo de Penetración Estándar (SPT). NCN N ****** 5432170 Donde: 70N : Valor de SPT corregido. El número de golpes o resistencia a penetración para la carrera usual de 12”, con una energía Ei = 70% ER (Riggs, 1986) ER: Relación de energía a la barra ( %70*EEiER ) Ei: Energía real entregada a la cabeza de golpeo E*: Energía desarrollada en caída libre teórica (4200 lb. – in.) Análisis de cimentaciones 2 Tabla 2: Factores de corrección Factor Variable Símbolo Corrección Presión de sobrecarga1 CN p CN 200log77.0 10 o v kPa ´ 76.95 Relación de energía Martillo cilíndrico Martillo de seguridad Martillo automático 1 0.5 – 1.0 0.7 – 1.2 0.8 – 1.3 Longitud de varillaje 0 – 4m. 4 – 6m. 6 – 10m. > 10 m 2 0.75 0.85 0.95 1 Muestreo Sin revestimiento Con revestimiento: Arena densa, arcilla Arena Suelta 3 1 0.8 0.9 Diámetro de perforación 65 – 115 mm. 150 mm. 200m. 4 1 1.05 1.15 Cambio de peso en el martillo de golpear2 5 7.4838 Wh Valor de SPT obtenido en campo N 1 p = Presión vertical efectiva por sobrecarga en tons/m2 a la elevación de la prueba de penetración. La ecuación es válida para 25.2 m tonp v´ = Esfuerzo vertical efectivo en el lugar del ensayo 2 W = Peso del martillo en Kg., H = Altura de caída del martillo (cm.) Análisis de cimentaciones 3 Tabla 3: Relaciones empíricas para CN Fuente CN Liao y Whitman (1986) v´ 1 Skempton (1986) v´1 2 Seed y otros (1975) 1´ ´ log25.11 v , donde v´ =1 U.S. ton/pie 2 Peck y otros (1974) v NC ´ 2log77.0 10 , para 2/:.25.0´ pietonSUv (Nota: v´ esta en U.S. Ton/pie 2) Peck y Bazaraa (1969) conceptuaron los valores de la corrección por influencia de la presión efectiva de sobrecarga y propusieron la curva Peck y Bazaraa. Peck, Hanson y thorbrn (1974), con base en el trabajo de Bazaraa (1967), propusieron la curva identificada como Peck, hanson y Thorburn. Figura 1: Factor de corrección para valores N por influencia de la presión efectiva de sobrecarga. Análisis de cimentaciones 4 Tabla 4: Factores Corrección por Nivel Freático Si se permite que el nivel del agua en el sondeo sea inferior al freático, lo que fácilmente puede ocurrir cuando se saca rápidamente las barras de perforación, se crea un gradiente hidráulico ascendente en la arena que esta debajo del sondeo. En consecuencia, la arena puede convertirse en movediza y su compacidad relativa puede reducirse bastante. Por lo tanto, el valor de N puede ser muy inferior al correspondiente a la compacidad relativa de la arena inalterada. 155.0 NNN para 15N NN para 15N Análisis de cimentaciones 5 Correlaciones entre el número de golpes (N) y algunas propiedades mecánicas del suelo. Asentamientos La primera técnica para predecir asentamientos por medio del conteo de golpes del SPT fue propuesta por Terzaghi y Peck (1948, 1968), como una ayuda de diseño envolvente y conservadora para dimensionar cimientos sobre arena. Propusieron considerar el asentamiento como una función empírica del número de golpes, el ancho del cimiento, la profundidad del nivel freático y la profundidad de la base del cimiento en el suelo, y presentaron procedimientos aproximados y prudentes para estimar los asentamientos. Se han propuestos varias sugerencias para refinar el procedimiento de Terzaghi y Peck. Meyerhof (1965) hizo notar lo conservador que era y sugirió que los asentamientos predichos se redujeran en un 33% y que no era necesaria la corrección por elevado nivel freático, por razón de que la incidencia del nivel freático debe reflejarse en el número de golpes. Peck y Bazaraa (1969) propusieron una relación modificada que incluyera la reducción de Meyerhof del 33% en el asentamiento estimado e incorporara correcciones explícitas para el número de golpes y el nivel freático. Tabla 4: Factores de la ecuación empírica para el asentamiento de suelos granulares (según D´Appolonia, 1970) WDB KKKqCS 1 Autor 11 1 KC BK DK WK Terzaghi – Peck (1948, 1968) N 62.7 2 3.0 2 B B B D25.00.1 1.0 si BDW 2 2.0 si BDW 2 B BDW0.2 cuando BDB W 2 Meyerhof (1965) N 08.5 2 3.0 2 B B B D25.00.1 1.0 Peck – Bazaraa (1969) BN 08.5 v B NN 41 4 275.0 cm Kg v v B NN 25.3 4 275.0 cm Kg v 2 3.0 2 B B 21 4.00.1 q D v v Análisis de cimentaciones 6 S = asentamiento (cm.) q = Presión de fundación 2cmKg N = número de golpes del SPT, promedio de un espesor B bajo el nivel de fundación. B = ancho de cimiento (m) D = profundidad de fundación bajo el nivel del terreno (m) DW = profundidad del nivel freático bajo en nivel de fundación (m) El método de Terzaghi y Peck es excesivamente prudente y que en general, no se justifica su empleo. Los métodos de Meyerhof, Peck y bazaraa son más adecuados para uso práctico y representan técnicas apropiadas para estimar el límite superior del asentamiento esperado en el diseño convencional. Densidad Relativa Tabla 5: Correlaciones para obtener la densidad relativa. Autor Correlación Marcuson y Bieganousky 5.025053160022276.07.11% CuND vr Gibas y Holtz (1975) 5.0 1712 100% vo r ND ; vo en KSF Skempton (1986) en arena 5.0 60 60 100% N Dr ; si %35rD , 60N * 0.92, arena gruesa 60N * 1.08, arena fina Kullhawy y Mayne (1990) 100*% 70 OCRAP r CCC N D 50log2560 DCP 100 log05.02.1 tCA 18.0OCRCOCR N : Número de penetración estándar en el campo v : Esfuerzo efectivo vertical 50D : Tamaño de partículas para el que se tiene un 50% de suelo más fino OCR : Razón de sobreconsolidación t : Edad del suelo relacionada a años de deposición Análisis de cimentaciones 7 Presión portante admisible Presión admisible de carga en suelos granulares Meyerhof (1956) propuso una correlación para la presión de carga neta admisible en cimentaciones con la resistencia de penetración estándar corregida, 70N . La presión neta se define como fadmadmneta Dqq De acuerdo con la teoría de Meyerhof, para 1 pulgada (25.4 mm.) de asentamiento máximo estimado 70 2 98.11 NmkNq admneta ; para mB 22.1 2 70 2 28.3 132899.7 B BNmkNq admneta ; para mB 22.1 Desde que Meyerhof propuso su correlación original han observado que sus resultados son algo conservadores. Posteriormente Meyerhof (1965) sugirió luego que la presión neta admisible de carga debía incrementarse en aproximadamente 50%. Bowles (1977) propuso que la forma modificada de las ecuaciones para la presión de carga se expresen como 4.25 16.19 70 2 e dadmneta S FNmkNq ; para mB 22.1 4.2528.3 132898.11 2 70 2 e dadmneta S F B BNmkNq ; para mB 22.1 Donde 33.133.01 B D F fd Se = asentamiento tolerable (mm.) Terzaghi y Peck, 1948: Wa RB BNq 2 2 13720 Donde aq = presión portante admisible en PSF para el asentamiento máximo de 1 in. Análisisde cimentaciones 8 Tabla 6: Factores de la ecuación empírica para a presión portante admisible en suelos granulares. WDBaa CCCkSq 1 Autor 1k BC DC WC Terzaghi – Peck (1948, 1968) 31.035.7 N 2 2 3.0 B B 1.0 BD D C W1 B DC 6 15.0 0.10 B D Peck, Hanson y Thornburn (1974) 2.23 N mBB 1.0 1.0 BD DW15.0 Meyerhof (1964) mB N 2.1 08.5 mB N 2.1 62.7 2 2 3.0 B B 1.0 1.0 Meyerhof (1965) 08.5 N 2 2 3.0 B B B D33.01 1.0 qa = Presión portante admisible, definida por asentamiento 2cmKg Sa = asentamiento admisible (cm.) N = número de golpes del SPT, promedio de un espesor B bajo el nivel de fundación. B = ancho de cimiento (m) D = profundidad de fundación bajo el nivel del terreno (m) DW = profundidad del nivel freático bajo en nivel del terreno (m) CD = factor de incidencia por la excavación CW = factor de incidencia por el nivel freático Análisis de cimentaciones 9 Presión admisible de carga en suelos saturados cohesivos Tabla 7: Presión admisible de pruebas en suelos saturados cohesivos, Terzaghi y Peck Consistencia 70N kPaqu , Comentario Muy blanda 0 – 2 < 25 Exprimir entre los dedos cuando se comprime Blanda 3 – 5 25 – 50 Se deforma muy fácil por compresión Medio N C A rc illa jo ve n 6 – 9 50 – 100 Firme 10 – 16 100 – 200 Duro de ser deformado por un apretón de mano Muy firme 17 – 30 200 – 400 Muy duro de ser deformado por un apretón de mano Dura A um en to d e O C R E nv ej ec id o U ni do c on ce m en to > 30 > 400 Casi imposible de ser deformado por la mano Para prueba en arcillas Terzaghi y Peck : 8 Nqu ; 2cmKg La presión admisible basada en la capacidad última Para zapata cuadrada: WWu RDNBRNq 22 10062 Para zapatas continuas: WWu RDNBRNq 22 10053 Donde uq = presión portante última (PSF) N = número de golpes de la prueba SPT B = ancho de cimiento (ft.) D = profundidad de fundación (ft.). Si D>B, usar D = B para cálculo RW y R´W = factor de corrección por nivel freático. Cuando el nivel de agua esta por debajo de la parte inferior de la zapata, RW = 1.0; y cuando el nivel de agua esta por arriba de la parte inferior de la zapata, R´W = 0.5. Análisis de cimentaciones 10 Ángulo de fricción Tabla 8: Correlaciones para obtener el ángulo de fricción Autor Correlación Peck, Hanson y Thornburn (1974) 27070 00054.03.01.27 NN Schmertamann (1975) 34.0 1 3.202.12 tan a v p N 1518 70N (Caminos y puentes) 276.0 70N (Edificios) Shioi and Fukui (1982) Estándar Japonés de Vía Férrea 205.4 70N (En general) Dumham 2515N Osaki 1520N Hatanaka y Ucida (1996) 2020 70N : Ángulo de fricción pico del suelo 70N : Número de penetración estándar corregido N : Número de penetración estándar en el campo v : Esfuerzo efectivo vertical ap : Presión atmosférica en iguales unidades que v Tabla 9: Comparación de los valores de (º) Tipo de suelo rD 60N cq KSF Meyerhof (1974) Peck, Hanson and Thornburn (1974) Meyerhof (1974) Muy blanda < 20 < 4 - < 30 < 29 < 30 Blanda 20 – 40 4 – 10 0 – 100 30 – 35 29 – 30 30 – 35 Medio 40 – 60 10 – 30 100 – 300 35 – 38 30 – 36 35 – 40 Firme 60 – 80 30 – 50 300 – 500 38 – 41 36 – 41 40 – 45 Muy firme > 80 > 50 500 - 800 41 – 44 > 41 > 45 Análisis de cimentaciones 11 Peso Específico Valores empíricos de , Dr y Peso especifico para un suelo granular basado en el SPT y cerca de 6 m. de profundidad y consolidado normalmente [aproximadamente, )º2(º15º28 rD ] Tabla 10: Valores empíricos de , Dr y peso específico de suelos granulares basados en el SPT cerca de 6 m. de profundidad y consolidado normalmente Descripción Muy suelto Suelto Medio Denso Muy denso Densidad Relativa Dr 0 0.15 0.35 0.65 0.85 Fino 1 – 2 3 – 6 7 – 15 16 – 30 ? Medio 2 – 3 4 – 7 8 – 20 21 – 40 > 40 SPT 70N Grueso 3 – 6 5 – 9 10 – 25 26 – 45 > 45 Fino 26 – 28 28 – 30 30 – 34 33 – 38 Medio 27 – 28 30 – 32 32 – 36 36 – 42 < 50 Grueso 28 – 30 30 – 34 33 – 40 40 – 50 wet 3m kN 11 – 163 14 – 18 17 – 20 17 – 22 20 – 23 Resistencia al corte no drenada Para arcillas N>5 15 NCu en 2cm Kg Tabla 11: Fórmulas empíricas de la resistencia al corte no drenada Autor Correlación Unidades Hara 72.029 NCu 2m KN Bowles (1988) NCu 12.0 KSF N : Número de penetración estándar en el campo 3 Suelo excavado o material volcado de un camión tiene un peso unitario de 11 a 14 kN/m3 y debe bastante denso para pesar más de 21 kN/m3. No existe suelo que tenga una Dr = 0.00 ni un valor de 1.00, los rangos comunes son de 0.3 a 0.7. Análisis de cimentaciones 12 Módulo de elasticidad Tabla 12: Ecuaciones para el esfuerzo – deformación del módulo de elasticidad (kPa) El valor de N ha ser evaluado debe ser estimado como N55 y no como 70N . Análisis de cimentaciones 13 Cohesión Para ensayo de penetración estática de cono CPT: 4.13 oc pqc Donde: cq : Resistencia en la punta del penetrómetro (bares) c: Cohesión 2cm kg op : Presión efectiva de sobrecapa a la cota considerada 2cm kg Relación entre CPT y SPT Tabla 13: Correlación entre el CPT y SPT Autor Correlación Unidades Meyerhof (1956) Nqc 4.0 2m MN Arenas Finas Limosa Nqc 25.0 2cm Kg Meigh y Nixon (1961) Gravas Gruesas Nqc 2.1 2cm Kg cq = Resistencia al cono holandés N = Resistencia a la penetración estándar Más recientemente, Burland y Burbridge (1985) produjeron correlaciones basadas en un gran número de observaciones entre N qc y el tamaño promedio del grano D50. Figura 2: Correlación entre los ensayos SPT y CPT. Análisis de cimentaciones 14 Tabla 14: Correlación aproximada entre el Cono Holandés y la resistencia a la penetración estándar (Sanglerat, 1972) Tipo de suelo N qc Limos, limos arenoso, mezclas limo arenosos ligeramente cohesivos 2 Arenas limpias de finas a medias y arenas ligeramente limosas 3 – 4 Arenas gruesas y arenas con poca grava 5 – 6 Gravas arenosas y gravas 8 – 10 Recomendación Aunque la prueba de penetración estándar no puede considerarse como método refinado y completamente seguro de investigación, los valores de N dan útiles indicaciones preliminares de la consistencia o de la compacidad relativa de la mayor parte de los depósitos de suelo. La información es en algunos casos suficiente para el proyecto final. En cualquier caso, proporciona datos para hacer una planificación racional de las exploraciones adicionales más convenientes para el lugar. Con respecto a estas correlaciones, no son aconsejables para el diseño pero si constituyen una guía conveniente para identificar resultados erróneos en pruebas de laboratorios y ensayos in situ.
Compartir