La prueba de penetración estándar ( SPT ) es una prueba de penetración dinámica in situ diseñada para proporcionar información sobre las propiedades de ingeniería geotécnica del suelo . Esta prueba es la prueba de perforación de exploración subterránea más utilizada en todo el mundo. El procedimiento de prueba se describe en ISO 22476-3, ASTM D1586 [1] y las normas australianas AS 1289.6.3.1. La prueba proporciona muestras para fines de identificación y proporciona una medida de resistencia a la penetración que se puede utilizar para fines de diseño geotécnico. Varias correlaciones locales e internacionales ampliamente publicadas que relacionan el recuento de golpes, o valor N, con las propiedades de ingeniería de los suelos están disponibles para fines de ingeniería geotécnica.
Se debe avanzar el pozo de manera gradual para permitir el muestreo intermitente o continuo. Los intervalos suelen ser de 1,5 m (5 pies) o menos en estratos homogéneos. Se deben realizar pruebas y muestreos en cada cambio de estratos.
Una vez que el pozo se ha perforado hasta la profundidad deseada y se han eliminado los recortes sobrantes, se pueden realizar pruebas y muestreos.
El ensayo utiliza un tubo de muestreo de paredes gruesas, con un diámetro exterior de 5,01 cm (2 pulgadas) y un diámetro interior de 3,5 cm (1,375 pulgadas), y una longitud de al menos 60 cm (24 pulgadas). El tubo de muestreo se introduce en el suelo en el fondo de un pozo mediante golpes de un martillo con una masa de 63,5 kg (140 lb) que cae una distancia de 75 cm (30 pulgadas). El tubo de muestreo se introduce un total de 45 cm en el suelo y se registra el número de golpes necesarios para que el tubo penetre cada intervalo de 15 cm (6 pulgadas) hasta una profundidad de 45 cm (18 pulgadas). La suma del número de golpes necesarios para el segundo y tercer intervalo de penetración de 15 cm (6 pulgadas) se denomina "resistencia a la penetración estándar" o "valor N". El valor N proporciona una indicación de la densidad del suelo y se utiliza en muchas fórmulas empíricas de ingeniería geotécnica.
La prueba puede detenerse si se cumple alguna de las siguientes condiciones: (1) se han aplicado un total de 50 golpes en cualquiera de los intervalos de 15 cm (6 pulgadas), (2) se han aplicado un total de 100 golpes en la profundidad total de 45 cm (18 pulgadas), o (3) no se observa avance del tubo de muestreo durante 10 golpes sucesivos.
El gran mérito de la prueba es que es sencilla, económica y ampliamente utilizada. Los parámetros de resistencia del suelo que se pueden inferir a partir de los resultados de la prueba SPT son aproximados, pero pueden proporcionar una guía útil en condiciones del terreno en las que no es posible o práctico realizar pruebas de laboratorio más avanzadas.
Otro beneficio de la prueba es la recolección de una muestra de suelo alterado para determinar el contenido de humedad, así como para fines de identificación y clasificación. Si bien la calidad de la muestra generalmente no es adecuada para pruebas de laboratorio para propiedades de ingeniería debido a que la alteración del suelo provoca cambios en las propiedades de ingeniería, el uso de un muestreador de tubo de pared delgada puede resultar en una menor alteración en suelos blandos.
Cuando la prueba se realiza en suelos granulares por debajo del nivel freático , el suelo puede aflojarse. En determinadas circunstancias, puede ser útil continuar impulsando el muestreador más allá de la distancia especificada, agregando más varillas de perforación según sea necesario. Aunque no se trata de una prueba de penetración estándar y no debe considerarse como tal, al menos puede dar una indicación de si el depósito está realmente tan suelto como puede indicar la prueba estándar.
La SPT también se puede utilizar para la determinación empírica de la susceptibilidad de una capa de arena a la licuefacción del suelo , según la investigación realizada por Harry Seed, T. Leslie Youd y otros. Cuando se utiliza para este propósito, el valor N debe normalizarse a un nivel de tensión de sobrecarga estándar.
A pesar de sus muchos defectos, es una práctica habitual correlacionar los resultados de la SPT con las propiedades del suelo relevantes para el diseño de ingeniería geotécnica. Los resultados de la SPT son mediciones de campo in situ y, a menudo, son los únicos resultados de pruebas disponibles. Por ello, el uso de correlaciones se ha convertido en una práctica común en muchos países.
En la siguiente tabla se puede ver una relación aproximada entre el valor N de SPT, la densidad relativa y la densidad aparente para material de grano grueso. Esto se cita en la publicación del manual de ingeniería del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. sobre diseño de tablestacas desarrollado después de Terzaghi y Peck (1948) y Teng (1962). [2]
La prueba de penetración estándar recupera una muestra muy alterada, lo que generalmente no es adecuado para pruebas que miden propiedades de la estructura del suelo in situ, como la densidad, la resistencia y las características de consolidación. Para superar esta limitación, la prueba a menudo se realiza con un muestreador más grande con una forma de punta ligeramente diferente, de modo que se minimice la alteración de la muestra y la prueba de las propiedades estructurales sea significativa para todos los suelos, excepto los blandos. Sin embargo, esto da como resultado recuentos de golpes que no se pueden convertir fácilmente a valores N de SPT; se han propuesto muchas conversiones, algunas de las cuales dependen del tipo de suelo muestreado, lo que hace que la dependencia de los recuentos de golpes con muestreadores no estándar sea problemática.
Los recuentos de golpes de las pruebas de penetración estándar no representan una propiedad física simple del suelo y, por lo tanto, deben correlacionarse con las propiedades del suelo de interés, como la resistencia o la densidad. Existen múltiples correlaciones, ninguna de las cuales es de muy alta calidad. [3] El uso de datos de SPT para la predicción directa del potencial de licuefacción adolece de irregularidades en las correlaciones y de la necesidad de "normalizar" los datos de SPT para tener en cuenta la presión de sobrecarga, la técnica de muestreo y otros factores. [4] Además, el método no puede recopilar datos precisos para capas de suelo débiles por varias razones:
Se han propuesto diversas técnicas para compensar las deficiencias de las pruebas de penetración estándar, incluidas la prueba de penetración de cono , pruebas de corte de paletas in situ y mediciones de velocidad de onda de corte .
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