Corrección de N y correlaciones del SPT

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).

N C

N₇₀c _N*

K

₁*

K

₂*

K

₃*

K

₄*

K

₅*

Donde:

70

Nc : 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 (ER Ei E* |70%) Ei: Energía real entregada a la cabeza de golpeo

Tabla 2: Factores de corrección

Factor Variable Símbolo Corrección

Presión de sobrecarga1 CN p C_N 0.77log₁₀ 200 o v kPa ´ 76 . 95 V Relación de energía Martillo cilíndrico Martillo de seguridad Martillo automático 1 K 0.5 – 1.0 0.7 – 1.2 0.8 – 1.3 Longitud de varillaje 0 – 4m. 4 – 6m. 6 – 10m. > 10 m 2 K 0.75 0.85 0.95 1 Muestreo Sin revestimiento Con revestimiento: Arena densa, arcilla Arena Suelta 3

K

1 0.8 0.9 Diámetro de perforación 65 – 115 mm. 150 mm. 200m. 4 K 1 1.05 1.15 Cambio de peso en el martillo de

golpear2

K

5 _4838.7

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 2.5 2

m ton pt

v ´

V

=Esfuerzo vertical efectivo en el lugar del ensayo

2

W = Peso del martillo en Kg., H = Altura de caída del martillo (cm.)

Tabla 3: Relaciones empíricas para CN Fuente CN Liao y Whitman (1986) v ´ 1 V Skempton (1986) v ´ 1 2

V

 Seed y otros (1975) 1 ´ ´ log 25 . 1 1 V V v

 , donde

V

´_v=1 U.S. ton/pie2 Peck y otros (1974) v N C ´ 2 log 77 . 0 ₁₀

V

, para 2 / : . 25 . 0 ´_vt US ton pie

V

(Nota:

V

´_v esta en U.S. Ton/pie2)

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.

Tabla 4: Factores

K

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.



15



5 . 0   c N N N para N !15 N Nc para Nd15

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) W D BK K K qC S ₁ Autor C ₁ 1 K₁ K_B K_D K_W Terzaghi – Peck (1948, 1968) N 62 . 7 2 3 . 0 2 ¸ ¹ · ¨ © §  B B B D 25 . 0 0 . 1  1.0 si D_W t2B 2.0 si D_W d2B B B D_W   0 . 2 cuando B D Bd _W d2 Meyerhof (1965) N 08 . 5 2 3 . 0 2 ¸ ¹ · ¨ © §  B B B D 25 . 0 0 . 1  1.0 Peck – Bazaraa (1969) B N 08 . 5 v B N N

V

c 4 1 4 2 75 . 0 cm Kg v d c

V

v B N N

V

c  25 . 3 4 2 75 . 0 cm Kg v ! c

V

2 3 . 0 2 ¸ ¹ · ¨ © §  B B 12 4 . 0 0 . 1 _¸¸ ¹ · ¨¨ © §  q D

J

v v V V c

S = asentamiento (cm.)

q = Presión de fundación



Kg cm2



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 D_r

 

% 11.70.76



222N160053

V

_vc 50Cu2



0.5 Gibas y Holtz (1975)

 

5 . 0 17 12 100 % _¸¸ ¹ · ¨¨ © §  c vo r N D

V

;

V

voc en KSF Skempton (1986) en arena

 

5 . 0 60 60 100 % ¸ ¹ · ¨ © §Nc D_r ; si Dr t35%,N60c * 0.92, arena gruesa 60 Nc * 1.08, arena fina Kullhawy y Mayne (1990)

 

% 70 *100 OCR A P r C C C N D c 50 log 25 60 D C_P  ¸ ¹ · ¨ © §  100 log 05 . 0 2 . 1 t C_A 18 . 0 OCR C_OCR

N : Número de penetración estándar en el campo

v

V

c: Esfuerzo efectivo vertical

50

D : Tamaño de partículas para el que se tiene un 50% de suelo más fino OCR : Razón de sobreconsolidación

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, N₇₀c . La presión neta se define como

adm adm f

neta q D

q 

J

De acuerdo con la teoría de Meyerhof, para 1 pulgada (25.4 mm.) de asentamiento máximo estimado

 



kN m2



11.98N70

q_netaadm c ; para Bd1.22m

 





2 70 2 28 . 3 1 328 99 . 7 ¸ ¹ · ¨ © §  c B B N m kN

q_netaadm ; para B!1.22m

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  





¸ ¹ · ¨ © § c 4 . 25 16 . 19 70 2 e d adm neta S F N m kN q ; para Bd1.22m  





¸ ¹ · ¨ © § ¸ ¹ · ¨ © §  c 4 . 25 28 . 3 1 328 98 . 11 2 70 2 e d adm neta S F B B N m kN q ; para B!1.22m Donde 10.33 d1.33 B D F_d f Se = asentamiento tolerable (mm.) Terzaghi y Peck, 1948:





W a R B B N q ¸ c ¹ · ¨ © §   2 2 1 3 720

Tabla 6: Factores de la ecuación empírica para a presión portante admisible en suelos granulares. W D B a a S k C C C q ₁ Autor k_{1 CB CD} C_W Terzaghi – Peck (1948, 1968) _7.350.31 N 2 2 3 . 0 ¸ ¹ · ¨ © §  B B 1.0 ¸ ¹ · ¨ © §   B D D C ₁ W ¸ ¹ · ¨ © §  B D C 6 1 5 . 0 0 . 1 0d d B D Peck, Hanson y Thornburn

(1974) _23.2 N m B Bt 1.0 1.0 ¸ ¹ · ¨ © §   B D D_W 1 5 . 0 Meyerhof (1964) m B N 2 . 1 08 . 5 d m B N 2 . 1 62 . 7 ! 2 2 3 . 0 ¸ ¹ · ¨ © §  B B 1.0 1.0 Meyerhof (1965) 08 . 5 N 2 2 3 . 0 ¸ ¹ · ¨ © §  B B B D 33 . 0 1  1.0

qa = Presión portante admisible, definida por asentamiento



Kg cm2



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

Presión admisible de carga en suelos saturados cohesivos

Tabla 7: Presión admisible de pruebas en suelos saturados cohesivos, Terzaghi y Peck

Consistencia N c₇₀ q_u,kPa 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 NC Arcilla joven 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 Aumento de

OCR

Envejecido Unido con cemento _{> 30 > 400} Casi imposible de ser deformado por la mano

Para prueba en arcillas Terzaghi y Peck :

8 N

q_u ;



Kg cm2



La presión admisible basada en la capacidad última Para zapata cuadrada:





W

W

u N BR N DR

q 2 2 6100 2 c

Para zapatas continuas:





W W u N BR N DR q 3 2 5100 2 c Donde u

q = 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.

Ángulo de fricción

Tabla 8: Correlaciones para obtener el ángulo de fricción

Autor Correlación Peck, Hanson y Thornburn (1974) I 27.10.3N70c 0.00054



N70c



2

Schmertamann (1975) 34 . 0 1 3 . 20 2 . 12 tan » » » » » ¼ º « « « « « ¬ ª ¸¸ ¹ · ¨¨ © § c   a v p N

V

I

15 18N₇₀c 

I

(Caminos y puentes) 27 6 . 0 N70c 

I

(Edificios)

Shioi and Fukui (1982)

Estándar Japonés de Vía Férrea

20 5 . 4 N₇₀c 

I

(En general) Dumham

I

15 N 25 Osaki

I

20 N 15 Hatanaka y Ucida (1996)

I

20N70c 20

I

: Ángulo de fricción pico del suelo

70

Nc : Número de penetración estándar corregido N : Número de penetración estándar en el campo

v

V

c : Esfuerzo efectivo vertical

a

p : Presión atmosférica en iguales unidades que

V

_vc Tabla 9: Comparación de los valores de

I

I

(º) Tipo de suelo Dr N60 c q 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

Peso Específico

Valores empíricos de

I

, Dr y Peso especifico para un suelo granular basado en el SPT y cerca de 6 m. de profundidad y consolidado normalmente [aproximadamente,

) º 2 ( º 15 º 28  D_r r I ]

Tabla 10: Valores empíricos de

I

, 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 N70c 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

I

Grueso 28 – 30 30 – 34 33 – 40 40 – 50 wet

J



3



m kN _{11 – 16}3 14 – 18 17 – 20 17 – 22 20 – 23

Resistencia al corte no drenada Para arcillas N>5 15 N Cu en 2 cm Kg

Tabla 11: Fórmulas empíricas de la resistencia al corte no drenada

Autor Correlación Unidades

Hara _{29 N}

 

0.72

Cu c ₂

m KN Bowles (1988) Cu 0.12N 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.

Módulo de elasticidad

Tabla 12: Ecuaciones para el esfuerzo – deformación del módulo de elasticidad (kPa)

Cohesión

Para ensayo de penetración estática de cono CPT: 4 . 13 o c p q c  Donde: c

q : Resistencia en la punta del penetrómetro (bares)

c: Cohesión ¸ ¹ · ¨ © § 2 cm kg o

p : Presión efectiva de sobrecapa a la cota considerada _¸

¹ · ¨ © § 2 cm kg Relación entre CPT y SPT

Tabla 13: Correlación entre el CPT y SPT

Autor Correlación Unidades

Meyerhof (1956) q_c 0.4N 2

m MN Arenas Finas Limosa q_c 0.25N 2

cm Kg Meigh y Nixon (1961) Gravas Gruesas q_c 1.2N ₂ cm Kg c

q = 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 qc _{N y el tamaño promedio del grano D50.}

Tabla 14: Correlación aproximada entre el Cono Holandés y la resistencia a la penetración estándar (Sanglerat, 1972)

Tipo de suelo

N q_c

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.