ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)ANTECEDENTES El ensayo normal de Penetracin Estndar (SPT) naci en los Estados Unidos de Norteamricaen la dcada de 1920, con la finalidad de estimar el grado de densificacin de los suelos. Originalmente los penetrmetros dinmicos fueron concebidos para apreciar la compacidad delos suelos sin cohesin, ante la dificultad de obtener muestras inalteradas. En 1925, un perforista de la firma Societ Raymond - Pile, propuso a K. Terzaghi, contar elnmero de golpes necesarios para hincar en un tubo tomamuestras que tena por costumbre utilizar,asumindolo como un ensayo despus de haber acumulado gran nmero de resultados. Ref. (1). Asimismo se report los trabajos de Mohr H.A. (1927), quien utiliz el tomamuestras como unpenetrmetro. Ref (2).

PROCEDIMIENTO NORMALIZADO DEL SPT El mtodo de Penetracin Estndar es el mas ampliamente usado para la exploracin desuelos, y comprende dos etapas:El Sondeo Que consiste en hacer una perforacin con barreno, inyeccin de agua o sondeo rotatoriousando un taladro con movimiento de rotacin de alta velocidad, y circulando agua para extraer losdetritos (ver Figs. No. 1, No. 2 y No. 3). En los suelos firmes el sondaje se mantiene abierto por la accin del arco del suelo; en lasarcillas blandas y en las arenas situadas debajo del nivel fretico, el sondaje se mantiene abiertohincando un tubo de acero (tubo de entibado o camisa) o preferiblemente rellenando el hueco con unfluido viscoso llamado "Lodo de perforacin". Este que usualmente es una mezcla de arcilla bentonticay agua, tiene la ventaja de que soporte las paredes y el fondo de la perforacin.

El Muestreo Que se realiza con un tomamuestras partido denominado tambin "Cuchara Normal" que estformado por un tubo de acero de paredes gruesas partido longitudinalmente. El extremo inferior estunido a un anillo cortante, y el superior a una vlvula y pieza de coneccin a la barra de sondeo (ver Fig.No. 4). Una vez efectuada la limpieza correspondiente de la perforacin de sondeo, se hinca eltomamuestras 15 cm en el suelo para asegurarse que la zapata de corte se asiente en material virgen.

Luego se hinca 30 cm. en incrementos de 15 cm a golpes de un martinete que pesa 64 kilos(140 libras) y cae de una altura de 76 cm. Se anota el nmero de golpes que se necesita para hincar eltomamuestras cada uno de los 15 cm. El Registro de Penetracin o Indice de Penetracin "N" se obtiene al considerar los golpesnecesarios para penetrar los ltimos 30 cm (12") de un total de 45 cm (18") de la CucharaMuestreadora; los primeros 15 cm (6") no se consideran, dado que el suelo podra estar alterado porefectos del procedimiento utilizado durante la ejecucin del sondaje. La muestra es examinada, clasificada por el tcnico de campo encargado del sondeo,guardndose posteriormente en un depsito de vidrio o plstico, que se sella y se enva al laboratorio. Las muestras recuperadas en el penetrmetro que mantienen su forma cilndrica pueden serusadas para pruebas de compresin sin confinamiento. La resistencia a la Penetracin es un indicador de la compacidad de los suelos no cohesivos yde la resistencia de los suelos cohesivos, pues es, en efecto un ensayo Dinmico de Esfuerzo CortanteIn-Situ. Las tablas I y II reflejan la compacidad y la resistencia de acuerdo con los resultados de laprueba de Penetracin Standar.TABLA No. ICOMPACIDAD RELATIVA DE LA ARENANmero deGolpes0- 45 - 1011 - 2021 - 3031 - 50Ms de 50CompacidadRelativaMuy SueltaSueltaFirmeMuy FirmeDensaMuy Densa

TABLA No. IIRESISTENCIA DE LOS SUELOS COHESIVOSNo. de GolpesConsistenciaResistencia a la Compresin Simple qu (Kg/cm)< 0.250.25 - 0.500.50 - 1.001.00 - 2.002.00 - 4.00> 4.0< 22- 44- 88 - 1515 - 30> 30Muy BlandaBlandaMediaFirmeMuy FirmeDuraRELACIONES ENTRE EL NUMERO DE GOLPES "N" DEL SPT, DENSIDADRELATIVA Y ANGULO DE FRICCION INTERNA ( )Aporte de TERZAGUI y PECK Relacionan los valores de N-DR Y N- en forma independiente de la profundidad a la que seefecta el ensayo, y por lo tanto de la sobrecarga efectiva en el nivel considerado (ver Fig. No. 5). Cuando el ensayo se efecta en arenas finas o limosas bajo el nivel de la napa fretica, debereducirse el nmero de golpes a travs de la siguiente relacin:NN'215Donde:N'>15 (valor medido in/situ, debajo del N.F.)N = valor corregido.Aporte de GIBBS y HOLTS Proporciona correlaciones entre N, DR y la sobrecarga efectiva, tomando en consideracin elgrado de humedad y el tamao de los granos. En la Fig. 6 se muestra la correlacin entre "N" y laDensidad Relativa de una arena fina, seca, para diferentes valores de la sobrecarga efectiva. La Fig. 7muestra la misma correlacin para arenas gruesas, secas o hmedas. En las figuras mostradas seincluye la correlacin de TERZAGHI y PECK a modo de comparacin. Las propiedades de las arenas utilizadas por GIBBS y HOLTZ en sus investigaciones semuestran en la Fig. 8.

En todo caso, puede observarse que el hecho de utilizar la correlacin de TERZAGHI y PECK,conduce a estimar una menor densidad relativa, y por ende a subestimar la capacidad de soporte delsuelo, con excepcin del caso de arenas secas o hmedas cuando "N" es aproximadamente mayor que35 y la sobrecarga efectiva excede a 40 P.S.I. (2.8 Kg/cm).Aporte de Peck y Bazaraa Relacionan la densidad relativa de la arena con el ndice de penetracin standard "N" y lapresin de sobrecarga en el nivel donde se efecta el ensayo, por medio de las siguientes relaciones:NN20D 2 1 2R20D 2 3.25 0.5Rparapara1.5 kips/pie2 (0.73 kilos/cm2) En la que "N" es el valor del S.P.T. para una arena con una densidad relativa DR y bajo unapresin de sobrecarga . La figura No. 9 representa esta correlacin.Aporte de Meyerhof En investigaciones realizadas entre 1953, 1954 y 1955 Meyerhof estableci una correlacinentre N, DR, y , la cual es independiente de la presin de sobrecarga efectiva (ver figura No. 10). Segn el autor los valores de los ngulos son seguros para arenas limpias y uniformes, debenreducirse por lo menos 5 grados para el caso de arenas arcillosas en ausencia de ensayos de corte;para el caso de una mezcla de arenas con gravas pueden aumentarse hasta 5 grados. Posteriormente en 1975 estableci una correlacin en la cual se incluye el efecto de la presinde sobrecarga ( ) en el nivel donde se efecta el ensayo, por medio de la siguiente relacin.N 1.7D 2R10 ;=lib/pulg2Existen adems otras correlaciones, que relacionan los valores de N, DR y , tales como:SCHULTZE & MELZERALPANSCHULTZE & MENZENBACHBURMISTER

FACTORES DE CORRECCION POR SOBRECARGA EN ARENAS El factor de correccin del S.P.T. (CN) est definido como la relacin entre la resistencia medidadel S.P.T. para una presin vertical efectiva dada ( v), a la resistencia medida a un esfuerzo verticalstandard ( v)Ref, normalmente de 1 T/pie 1 Kg/cm. En la prctica el valor del nmero de golpes corregido (N1), se obtiene usando la siguienterelacin:N1 = CN. NDonde N representa el nmero de golpes medidos. Los factores de correccin comnmente usados y que han sido publicados se resumen en latabla No. III.TABLA IIIRESUMEN DE LOS FACTORES DE CORRECCION PUBLICADOSReferenciaFactor de Correccin CNCN5010VUnidad deVTeng (1962)PsiBazaraa (1967)CN 41 2VVVV1. 5 43.25 0.5ksf1 .5Peck Hansen, yThournburn(1974)CN0.77 log1020VtsfSeed (1976)CN1 1.25 log10VtsfSeed (1979)Ver figura 1(b)Tokimatsu yYoshimi (1983)CN 1 .70 .7VKg/cm2

En los recientes esfuerzos para promover la estandarizacin de S.P.T. (KOVACS ySALAMONE 1982; KOVACS y COLABORADORES 1984; SEED y COLABORADORES 1984)propusieron que sera conveniente normalizar el factor de correccin por sobrecarga a fin de tener unacomn interpretacin. De esta manera recomiendan que el factor de correccin de TENG (1962) sea reducido, debidoa que el nivel de esfuerzo de referencia es demasiado alto ( v)Ref = 2.9 t.s.f. Tambin recomienda que elfactor de correccin de SEED (1976) Y TOKIMATSU y YOSHIMI (1983) no deben ser usados orestringir su uso para v mayor que 1.5 t.s.f. porque proporciona valores conservadores. El uso de cualquiera de los factores de correccin mostrado en la figura 11b, es aceptable yconducir a una normalizacin temporal y a resultados consistentes. Sin embargo, se propone un factorde correccin simple el cual es comparable con cualquiera de la figura 11b:CN1VRELACIONES ENTRE EL NUMERO DE GOLPES "N" Y LA CONSISTENCIADE LAS ARCILLAS Durante la ejecucin de los sondajes es posible estimar la resistencia por medio del Ensayo dePenetracin, Fig. No. 12; sin embargo, para un nmero de golpes dado la dispersin con respecto altrmino medio puede ser muy grande. Por lo tanto, es recomendable como control realizar ensayos decompresin simple en las muestras obtenidas por la cuchara normal (los valores de laboratorio sernsensiblemente menores debido a la alteracin de las muestras. Se puede estimar en forma aproximada la resistencia de la compresin simple (qu) en funcinde N, para los tipos de suelos que se indica, mediante las relaciones siguientes:Arcillaqu =N8(Kg/cm)TERZAGHIArcilla limosaqu =N (Kg/cm)5TERZAGHI Y PECKArcilla arenosa limosaqu = N (Kg/cm)7.5TERZAGHI Y PECKLoesqu = N (Kg/cm)4.5TERZAGHI

En todo caso sera naturalmente riesgoso e incluso peligroso, pretender deducir directamentequ de N en una regin donde no se hubiera realizado jams ensayos previos comparativos. SegnGRAUX, se puede ligar la resistencia a la compresin simple de arcillas con el valor de N por medio dela siguiente relacin:qu0.133 N(Kg/cm)ALGUNAS APLICACIONES DEL ENSAYO DE PENETRACION STANDARD(S.P.T)Determinacin de la Capacidad Portante

Suelos Granulares La capacidad de carga ltima (qult) de un suelo (Terzaghi y Peck) puede establecerse a partir delas siguientes relaciones:qnet = 2NBR W + 6 (100 + N) DRWqnet = 3N BR W + 5 (100 + N) DRW(Zapatas cuadradas)(Zapatas continuas)en la que:(qult)BDRW y R'W capacidad de carga ltima (lb/pie) ancho de la fundacin en piesprofundidad de la fundacin (pies) factores de correccin por la posicin de la Napa Fretica propuesto por TENG(Fig. No. 13). Terzaghi y Peck han correlacionado el ancho de la fundacin para que, con un valor de N dado,se obtenga una presin de contacto que produzca un asentamiento total mximo de 1", esta correlacinse muestra en la figura 14 que es vlida para arenas secas.Suelos Finos El ensayo de Penetracin Standar fue ideado predominantemente para ser usado en suelosgranulares, sin embargo, en trabajos de pequea envergadura, puede conseguirse una menoreconoma utilizando un diseo conservador basado en resultados del S.P.T. La tabla No. IV proporciona una relacin aproximada entre N, la consistencia y la capacidad decarga admisible (FS = 3) de suelos arcillosos. Al aplicar estas relaciones no se tiene un control sobre lamagnitud de los asentamientos y en consecuencia deben ser efectuados por algn mtodo enparticular.

TABLA No. IVRELACIONES ENTRE qadm, N, Y LA CONSISTENCIA PARA SUELOS FINOS (TERZAGHI Y PECK)Capacidad de Carga Admisible (T/pie) ZapatasCuadradas0,00 - 0,300,30 - 0,600,60 - 1,201,20 - 2,402,40 - 4,80mayor que 4,80 ZapatasContinuas0,00 - 0,220,22 - 0,450,45 - 0,900,90 - 1,801,80 - 3,60mayor que3,60Consistencia del SueloMuy blandoBlandoMedianoCompactoMuy compactoDuro N(SPT)0- 22- 44- 88 - 1515 - 30 30

10 cm.Extensin POSTEADOR 3-8Post hole Digger2-3 2-5 Fig. N12-3 TALADROS DE MANOHand Augers

Cubo Caldwell 0.30 a 1.50 m Caldwell BucketMquina sobre camin Truck mountedTipo Warson 0.45 a 1.50 m Watson Auger4 6 3/8De eje huecoHollow Shaft4 3/4 7 1/2Figura N2:TALADROS A MQUINA Machine Augers

Polea parael mecateRope pulleyMecate de 1"1" RopeTripode de madera ode tubosWooden or PipeTripode Alzador Lifler Mango para rotacin parcial de la barra Handle for rotation of rodsEngineMotorMangueraHose Bomba PumpMartilloHammerDrivingGuideGuia dehincaCabeza dehinca Drive headMALACATEWinchDEPOSITO DEAGUA DE LAVADOWash Water TankForro (ver tabla)CasingBarra dePerforarDrill RodCincelBitAVANCE DE LAPERFORACIONAdvance of theBore holeMARTILLOHammerALZADORLiflerCucharaSpoonMUESTREOSamplingCUCHARA 2" - 4 1/2"SpoonBARRA CON UNION(ver tabla)Drill Rodwith cooplingSOSTENEDORDE BARRASRod HolderCINCEL RECTOStraight BitCINCEL DE CRUZCross BitFigura N3:PERFORACIN EN TIERRASoil Boring

OPEN SHOEHEADFROLLPINGATUBEBALLVENT(2 at 3/8") diametreA = 1.0 to 2.0 in. (25 to 50 mm)B = 18.0 to 30.0 in. (0.457 to 0.762 m)C = 1.375D = 1.50E = 0.10F = 2.000.005 in. (34.9310.13 mm)1.3 0.0 mm)0.05 - 0.00 in. (38.10.02 in. (2.540.25 mm)1.3 0.0 mm)0.05 0.00 in. (50.8G = 16.0 to 23.0The 1 in. (39 mm) inside diameter spilt barrel may be used with a 16 gage wallthickness split liner. The penetrating end of the drive shoe may be slightly rounded orplastic retainers may be used to retain soil samples.

70605040N302010001020304050DR (%)FIG N5 CORRELACIONES N-DR Y N- (TERZAGHI PECK)60708090100DR230323036384042

1008040 psi60N4020T IGUP CKE20 psi 10 psi0 psi ZERA0020406080100DR(%)FIG N 6 Efecto de la presin de sobre carga para arena fina seca10040 psi8020 psi10 psi C PE UI G ZA RTEK60N40200 psi0020406080100DR(%)FIG N 7 Efecto de la presin de sobrecarga para arena gruesa seca o humeda

LECTURASHIDROMETRO100604200 100MALLA N5030 168G/dBA IN4 3/8 3/4 11/2 308020% que pasa604040ARENAGRUESA60208000.0050.00100.1101010076.2DIAMETRO DE LAS PARTICULASFIG N8 Granulometria de las arenas ensayadas por GIBBS y HOLTZ% retenidoARENAFINA

10060N40200 psi00204060 DR (%)80100FIG. N9 CORRELACION N - DR, PECK - BAZARAA28 3070605040302010001020304050DR (%)FIG. N 10 CORRELACIONES N - DR Y N ( MEYERHOF)60708090100DR32343636384042 4020 psi ps10 i psi80

SPT CORRECTION FACTOR CNSPT CORRECTION FACTOR CN000.5TOKIMATSU ANDYOSHIMI (1983)(DASHED LINE)1.01.52.02.5000.5BAZARAA (1967)1.01.52.02.5v - TSFv - TSF11 SEED (1979)Dr=40 - 60%PECK, HANSEN ANDTHORNBURN (1974)EFFECTIVE OVERBURDEN STRESS2SEED(1976)BAZARAA (1967)4TENG (1962)5EFFECTIVE OVERBURDEN STRESS233Dr=60 - 80%4BAZARAA (1967)5FIGURA No. 11 Comparison and Published Corrections Factors: (a) Inconsistent Correction factors; (b) Consistent Correction Factors

A : muy blanda3530252015105 Nqu= BB : blandaC : medianamente compactaD : compactaE : muy compactaF : duraN0A BC1D2 3qu (kg / cm2)E4FquFIGURA No. 12 Correlacin N-qu y consistencia para arcillas(Terzaghi y Peck)

1.00.50.9R'wRw0.70.60.500.20.4da/D0.60.81.01.00.50.90.70.60.500.20.4db/B0.60.81.0BhNFDdaFIGURA No. 13 Factores de correccin por posicin de la napa76dbBNFmuy compacta5N=50max = 1"4compactaN=302media1N=10suelta00 3.04.51.5ancho de la zapata (m)6.0qs (Kg/cm2), tal queFIG. N 14:3Relacin qs - N para zapatos en arenas(TERZAGHI PECK)

ConclusionesComo se ensay en un suelo arcilloso, decimos que este tiene una consistencia mediana, posiblemente de resistencia entre 0.5 a 1 kg/ cm2 y un esfuerzo de 45 a 90 kg/ cm2Para suelos arenosos o granu8lares utilizamos el trmino de compacidad en funcin del nmero de golpes proporcionados.Para suelos arcillosos, el trmino a emplearse en funcin del nmero d golpes es de consistenciaBibliografaDepartamento de Mecnica de Suelos-FIC-UNI, Febrero 2002Ing. Antonio Campos Sigenza e Ing. Oscar Vsquez HuamanIng. Silene Minaya Gonzlez