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Métodos para estimar asentamientos a partir del SPT
El ensayo SPT (Standard Penetration Test), es uno de los ensayos de campo más ampliamente utilizados alrededor del mundo, y resulta particularmente útil para estimar asentamientos a corto plazo en suelos granulares, en los cuales es prácticamente imposible obtener muestras imperturbadas para la realización de ensayos en laboratorio orientados a determinar su comportamiento esfuerzo-deformación ¿Quieres aprender un poco más? Continúa leyendo…
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El ensayo SPT
El ensayo SPT (Standard Penetration Test), es una prueba de campo que se ejecuta en una perforación, y consiste, básicamente, en registrar el número de golpes necesarios para hincar 30 cm en el terreno, un sacamuestras tipo cuchara partida de 2” de diámetro, mediante la caída libre de un martillo de 140 lb de peso, desde una altura de 76 cm. Por supuesto, este ensayo se encuentra normalizado, y los estándares de mayor uso que lo rigen son las especificaciones ISO-22476-3 y ASTM-D-1586. La Figura 1 muestra un esquema sencillo del ensayo.
Figura 1 El ensayo SPT
El ensayo puede efectuarse empleando todo tipo de equipos (desde máquinas portátiles, hasta equipos modernos completamente automatizados), siendo muy importante el llevar a cabo la corrección del valor de NSPT de campo considerando, para esta aplicación, la eficiencia del martillo por medio del factor CE.
Típicamente, la relación de energía transmitida a las barras (ERr) es del orden de 50% a 60% del valor teórico máximo de 475 J, aún cuando en la práctica este valor puede variar de 30% a 90%, dependiendo del perforador y el equipo que se emplee para realizar el ensayo SPT (Kulhawy & Mayne, 1990). De acuerdo a lo anterior, es clara la necesidad de corregir el valor de NSPT para considerar la energía transmitida a las barras.
Según Amundaray (2006), se recomienda considerar CE = 0,75 (ERr = 45%) para condiciones de poco control en campo y CE = 1,0 (ERr = 60%) cuando se empleen equipos de buena calidad y procedimientos controlados de muestreo, para perforadoras equipadas con martillos Donut. Seed et al (2003), recomiendan considerar CE = 1,33 (ERr = 80%) para equipos modernos con martillos automáticos.
Metodologías para estimar asentamientos a partir del SPT
A lo largo de los años, se han desarrollado numerosas metodologías para estimar asentamiento empleando el SPT. Vamos a revisar aquí las más empleadas en la práctica en estudios geotécnicos rutinarios.
Terzagui & Peck (1948) propusieron una correlación basada en el valor de N60 para estimar la capacidad portante de una fundación superficial, para una asentamiento de 25 mm. Esta correlación, generalizada para cualquier valor de asentamiento Se (en mm), derivó en la siguiente expresión:
Siendo: q = la presión de contacto (en kPa), B = el ancho de la fundación (en m); CW = factor de corrección por la presencia del nivel freático (considerado igual a 1 si el nivel freático se encuentra por debajo de una profundidad igual a 2B desde la cota de asiento, e igual a 2 si se encuentra por encima de dicha profundidad); y CD = la corrección por la profundidad de empotramiento (igual a 1 – Df/4B, siendo Df la profundidad de empotramiento).
Meyerhoff (1956, 1965) propuso las siguientes expresiones para estimar el asentamiento de una fundación, en base a modelos analizados en laboratorio y datos de campo de asentamientos de estructuras:
Los valores de los factores CW y CD se determinan considerando los mismos criterios propuestos por Terzaghi y Peck, anteriormente mencionados.
El último métodos que reseñaremos aquí, es el propuesto por Peck & Bazaraa (1969), el cual no es más que una revisión del método propuesto inicialmente por Terzaghi & Peck en 1948. La expresión que proponen es la siguiente:
Siendo: Se = asentamiento (en mm); q = presión de contacto (en kPa); B = al ancho de fundación (en m); CW = factor de corrección por la presencia del nivel freático; CD = la corrección por la profundidad de empotramiento; y (N1)60 = valor de NSPT corregido por energía y confinamiento.
El factor de corrección CW para tomar en cuenta la influencia del nivel freático, se obtiene a partir de la siguiente expresión:
En esta ecuación, σo = presión total de confinamiento, y σ´o = presión de confinamiento efectiva, ambos estimados a una profundidad igual a 0,5B por debajo de la cota de asiento.
La corrección por confinamiento CD puede determinarse con la siguiente ecuación, en la cual γ es el peso unitario del terreno (en kN/m3):
Finalmente, la corrección de NSPT considerando el confinamiento (para la corrección por energía y obtención de N60 ver el apartado 1 de este post), se efectúa en base a las siguientes expresiones:
Como pueden observar, este método considera el confinamiento efectivo y el valor de NSPT corregido en base a dicho confinamiento y a la energía de perforación. Incluyendo estos parámetros, los asentamientos estimados en suelos gruesos a partir de valores de NSPT resultan relativamente cercanos a los asentamientos observados en campo.
Profundidad de influencia y selección del valor de NSPT a emplear
Un aspecto muy importante a tomar en cuenta para aplicar estos métodos, es la profundidad de influencia de la fundación, dado que dicha profundidad está directamente ligada a los valores de NSPT a emplear en las estimaciones de asentamientos.
Figura 2 Profundidad de influencia debajo de fundaciones (Fuente: modificado de Zeitoun & Wakshal, 2012).
En general, la profundidad de influencia para la estimación de asentamientos, puede considerarse teóricamente igual a 2B debajo de la cota de asiento para zapatas aisladas, y 4B para zapatas corridas y losas, siendo B el ancho de la fundación. Así, el valor de N60 – o (N1)60, si se emplea la expresión propuesta por Peck & Bazaraa – a considerar en las estimaciones realizadas, debe ser igual al promedio de los valores de N60 – o (N1)60 – entre la profundidad de empotramiento y una profundidad igual a 2B o 4B (según aplique) por debajo de la cota de asiento de la fundación.
¿Cuándo la profundidad de influencia no será igual a 4B? Pues cuando, debido a particularidades del terreno estudiado, se observe un incremento significativo de los valores de NSPT en la zona de influencia teórica. Esto sería evidencia de la presencia de un estrato de considerable rigidez, situado por debajo de un estrato menos rígido, susceptible a sufrir deformaciones. Si este fuera el caso, deben tomarse en cuenta los valores de NSPT del estrato menos rígido situado inmediatamente por debajo de la cota de asiento de la fundación, a fin de obtener resultados más realistas.
Referencias
- Amundaray, J. (2006) “Suelos Potencialmente Licuables y Medidas de Remediación”. Capítulo VIII Ingeniería Forense y Estudios de Sitio. Editado por J. Grases. Caracas, Venezuela.
- Das, B. (2009) “Shallow Foundations – Bearing Capacity and Settlement”. CRC Press – Taylor & Francis Group. Boca Raton, Florida, USA.
- Kulhawy, F. & Mayne, P. (1990) “Manual on Estimating Soil Properties for Foundation Design”. Prepared by Cornell University for Electric Power Research Institute. New York, USA.
- Seed, R., Riemer, M., Cetin, K., Sancio, R., Moss, R., Bray, J., Kammerer, A., Kayen, R., Wu, J., Faris, A., Pestana, J. (2003) “Recent Advances in Soil Liquefaction Engineering: A Unified and Consistent Framework”. Earthquake Engineering Research Center, College of Engineering, University of California. Berkeley, USA.
