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DETERMINACIÓN DE LA VARIACIÓN EN LOS VALORES DEL NUMERO DE GOLPES DEL ENSAYO SPT DEBIDO A LA PERDIDA DE ENERGÍA CAUSADA

POR DIFERENTES DIÁMETROS DE TUBERÍA.

LARRYN CAMILO ROJAS ARROYAVE

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DEINGENIERÍA

PROGRAMA DEINGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ

2017

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DETERMINACIÓN DE LA VARIACIÓN EN LOS VALORES DEL NUMERO DE GOLPES DEL ENSAYO SPT DEBIDO A LA PERDIDA DE ENERGÍA CAUSADA

POR DIFERENTES DIÁMETROS DE TUBERÍA.

LARRYN CAMILO ROJAS ARROYAVE

Trabajo de grado para optar por el título de Ingeniero Civil.

Director

JUAN CARLOS RUGE

INGENIERO CIVIL, MSc, PhD

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DEINGENIERÍA

PROGRAMA DEINGENIERÍA CIVIL

BOGOTA

2017

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NOTA DE ACEPTACIÓN:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

______________________________

Director del proyecto

______________________________

Firma del presidente del jurado

______________________________

Firma del jurado

______________________________

Firma del jurado

BOGOTÁ 17 DE MAYO DE 2017

4

TABLA DE CONTENIDO

GLOSARIO ...................................................................................................................................... 10

RESUMEN....................................................................................................................................... 11

INTRODUCCION ........................................................................................................................... 12

1. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN ............................................................................... 13

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................. 15

2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA .............................................................................. 15

2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ............................................................................ 15

3. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 16

3.1. GENERAL ....................................................................................................................... 16

3.2. ESPECÍFICOS ................................................................................................................ 16

4. DELIMITACIÓN ...................................................................................................................... 17

4.1. ESPACIO......................................................................................................................... 17

4.2. TIEMPO ........................................................................................................................... 17

4.3. CONTENIDO ................................................................................................................... 17

4.4. ALCANCE ....................................................................................................................... 17

5. MARCO REFERENCIAL ....................................................................................................... 18

5.1. MARCO TEORICO ........................................................................................................ 18

5.2. MARCO CONCEPTUAL ............................................................................................... 21

6. METODOLOGÍA ..................................................................................................................... 24

6.1. TIPO DE ESTUDIO ........................................................................................................ 24

6.2. FUENTES DE INFORMACIÓN .................................................................................... 24

6.3. UBICACIÓN DE LA CAMPAÑA DE SONDEOS ...................................................... 24

6.4. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE PERFORACION ................................................ 26

6.5. DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES ................................................................... 28

7. RESULTADOS Y ANALISIS ................................................................................................. 31

7.1. RESULTADOS SITIO IDU............................................................................................ 31

7.2. ANÁLISIS DE RESULTADOS SITIO IDU ................................................................. 32

7.3. RESULTADOS SITIO SUBA ....................................................................................... 33

7.4. ANÁLISIS DE RESULTADOS SITIO SUBA ............................................................. 34

5

7.5. RESULTADOS SITIO SANTA RITA .......................................................................... 35

7.6. ANÁLISIS DE RESULTADOS SITIO SANTA RITA ............................................... 36

8. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 37

9. RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 38

10. REFERENCIAS .................................................................................................................. 39

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CONTENIDO DE TABLAS

Tabla 1. Aplicabilidad y utilidad de los ensayos in situ. Lunne y otros, 1997 ......... 18 Tabla 2. Consistencia de las arcillas y correlación aproximada con el N de campo. ............................................................................................................................... 20

Tabla 3. Correcciones aproximadas a los valores N medidos. .............................. 22

Tabla 4. Resultados de SPT sitio IDU. ................................................................... 31

Tabla 5. Resultados de SPT sitio Suba. ................................................................ 33

Tabla 6. Resultados de SPT sitio Santa Rita. ........................................................ 35

7

CONTENDIO DE FOTOGRAFIAS

Fotografía 1. Cuchara partida (Split Spoon) con muestra de arcilla ....................... 21

Fotografía 2. Taladro de perforación ...................................................................... 27

Fotografía 3. Taladro de perforación en el sitio IDU. ............................................. 28

Fotografía 4. Taladro en sitio Suba Fotografía 5. Ejecución ensayo SPT ... 29

Fotografía 6. Ensayo SPT sitio Santa Rita. ............................................................ 29

Fotografía 7. Varillaje de perforación. .................................................................... 30

8

CONTENDIO DE GRÁFICAS

Gráfica 1. Valores de N graficados sitio IDU. ......................................................... 31

Gráfica 2. Valores de N graficados sitio Suba........................................................ 33

Gráfica 3. Valores de N graficados sitio Santa Rita ............................................... 35

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CONTENDIO DE FIGURAS

Figura 1. Esquema y medidas de la cuchara partida 20

Figura 2. Ubicación sitio 1 25



Figura 5.Esquema general del equipo de perforación 27

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GLOSARIO

ENSAYOS GEOTÉCNICOS IN SITU: Son técnicas prácticas que se realizan sobre el terreno o dentro del suelo al interior de un sondeo con el fin de obtener parámetros y características del suelo.

ESTUDIO GEOTÉCNICO: Es el estudio que agrupa los resultados de una campaña de sondeos geotécnicos, los resultados de ensayos in situ y de laboratorio junto con su interpretación, análisis y conclusiones con el fin de proporcionar recomendaciones a un proyecto de construcción.

MUESTRA DEL SUELO: Es el producto de la extracción de un fragmento representativo del suelo, esta puede ser de tipo alterada o inalterada con el objetivo de ser caracterizada y ensayada en un laboratorio.

MUESTREADOR CUCHARA PARTIDA: Consiste en un elemento tubular usado para ejecutar el ensayo de penetración estándar (SPT) y para la extracción de muestras del suelo en el fondo de un sondeo. Está formado por tres partes el acople superior, las cucharas y la zapata de golpeo.

SONDEO GEOTÉCNICO: Es la intervención del subsuelo de tipo manual o mecánica con fines de reconocimiento geotécnico a través de una perforación, se pueden obtener testigos del suelo y ensayos in situ ejecutados al interior del mismo.

SUELO DE FUNDACIÓN: Es el estrato de suelo que cumple características especiales y tiene como función soportar las cargas provenientes de la estructura de forma estable.

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RESUMEN

El ensayo de penetración estándar (SPT), es uno de los más utilizados en nuestro país debido a la simplicidad de su ejecución, por tanto El presente trabajo busca evaluar la posible variación entre los valores del número de golpes del ensayo y su relación con el cambio del diámetro del varillaje, en perforación de sondeos a profundidades máximas de 30 metros.

Para lo anterior se partió de una base experimental, ejecutando sondeos mecánicos en diferentes ubicaciones de la ciudad de Bogotá D.C, dentro de los cuales se realizaron ensayos SPT con diferentes profundidades, variando únicamente el varillaje de perforación.

La información obtenida en campo fue analizada para determinar la existencia de dicha variación, la cual si llegase a presentarse puede generar datos erróneos, los cuales son reportados en los informes de campo de las perforaciones, con lo anterior se genera la necesidad de evaluar un factor de corrección por diámetro de tubería o la verificación del estricto uso del varillaje especificado en la norma.

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INTRODUCCION

El ensayo de penetración normal (SPT), es uno de los ensayos más utilizados en la exploración de suelos con fines Geotécnicos en Colombia, debido a que proporciona un parámetro de la resistencia a la penetración, adicionalmente permite obtener muestras alteradas de suelo.

La presente investigación pretende determinar si existe una variación del valor de número de golpes N, debido a la pérdida de energía causada por la cambio de los diámetros de las tuberías empleadas para efectuar dicho ensayo, lo anterior se realizo en profundidades máximas de 30 metros.

Los valores de N son un parámetro que representa la resistencia a la penetración del tubo partido en el suelo, si el valor de N se ve afectado debido a la variación del diámetro de la tubería, este deberá corregir para obtener los resultados como si fuese la tubería de tamaño “A”, la cual tiene un diámetro exterior de 41.2 mm y un diámetro interior de 28.5 mm.

La metodología utilizada se fundamento en ensayos experimentales a lo largo de tres meses, donde el autor recopiló de manera personal la información de campo necesaria para la ejecución de las pruebas; dichas pruebas fueron realizadas en diferentes sitios de la ciudad de Bogotá D.C y la información fue tabulada en formatos de perfiles estratigráficos y bitácoras de campo, siendo estos la base esencial para la investigación del presente proyecto. En cuanto a los resultados, los datos fueron obtenidos de 9 sondeos mecánicos, en los cuales se empleo el ensayo SPT en diferentes estratos de suelo y profundidades, variando el diámetro de la tubería utilizada, donde los datos obtenidos de los valores de N para un mismo estrato del suelo, fueron comparados con los valores alcanzados a la misma profundidad, donde se realizo una variación al ensayo con diferentes diámetros de tubería, para poder obtener un comparativo. La anterior información fue analizada por el autor en un tiempo de un mes, para así llegar a la determinación de la existencia de dicha variación de los valores del número de golpes en el ensayo SPT.

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1. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

El ensayo SPT es tal vez en la actualidad el método más popular y usado en la exploración de suelos a nivel mundial debido a su simplicidad y economía ya que no solo nos brinda un parámetro de resistencia a la penetración sino también la obtención de la muestra del suelo a un muy bajo costo. En el mundo existe una amplia literatura que habla de él ya sea a manera de investigaciones recientes o correcciones y correlaciones. Tal como lo describe el Geólogo Albert Ventayol Lázaro y el Ingeniero Carlos Fernández Tadeo1 el ensayo SPT es uno de los más utilizados en el mundo de la geotecnia, pero la variabilidad de los resultados que arroja puede ser diferente para un mismo tipo de suelo debido al equipo utilizado y a la corrección de la metodología, debido a esto se ve en la necesidad de que las empresas dedicadas a la ejecución de sondeos con fines geotécnicos calibren sus equipos a partir de la medida de la energía real empleada en el ensayo. Gracias a la labor desempeñada por Augusto J2. Leoni, Dardo Guaraglia, Alejandro Bielecki y Joaquín Cáncherose dio a conocer mediante la medición de la velocidad de impacto del pisón normalizado para la ejecución del ensayo SPT que existe una variación de la energía debido al método y equipo utilizado para el lanzamiento del pisón, las metodologías que utilizaron fueron el lanzamiento de pisón con disparador manual, lanzamiento de pisón con soga que pasa por un aparejo simple y lanzamiento de pisón con soga que pasa por aparejo simple y que es izado por un reenvió con una vuelta de soga; después de realizar sus experimentos, ensayos y mediciones procesaron la información y la tabularon arrodajando así que la metodología con más eficiencia para garantizar la energía de impacto fue la del lanzamiento de pisón con disparador manual. En Colombia la norma que ampara el uso del SPT (INV E-111-13)3la cual el numeral 4.2 se dan las especificaciones de la tubería a emplear en el ensayo, la norma hace referencia a que la tubería debe tener una rigidez igual o mayor que el de una similar de tamaño “A” la cual es un tubo de acero con un diámetro exterior de 41.2mm y un diámetro interior de 28.5 mm.

Según la (NSR-10 TITULO H)4 tabla H.3.2-1 los proyectos geotécnicos en Colombia que están dentro de la categoría alta requieren profundidades de

1 VENTAYOL, Albert y FERNÁNDEZ, Carlos. Medida de la energía del ensayo SPT. Correcciones

a aplicar. En: Ingeopres.No 208 (Oct. 2011); p 52-54. 2LEONI, Augusto. “Medición de la energía entregada por el impacto del pisón, en la ejecución de

los ensayos de s.p.t. que se ejecutan en la República Argentina”{En línea}. {25 abril de 2017} disponible en(http://saig.org.ar/wp-content/uploads/2015/02/ART-8.pdfhttp:/) 3INSTITUTO NACIONAL DE VIASNORMA INV E-111-13 ENSAYO NORMAL DE PENETRACIÓN

(SPT) Y MUESTREO DE SUELOS CON TUBO PARTIDO. BOGOTA D.C. 4 NORMA SISMO RESISTENTE.TITULO H ESTUDIOS GEOTECNICOS.2010

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perforación mínima de 25 m, adicional a esto en la mayoría de dichos proyectos se ejecuta el ensayo SPT pero no en todas las ocasiones con la tubería de tamaño “A” la cual es la que especifica la norma INVIAS que debe utilizarse, esto debido a que las empresas de geotecnia Colombianas en algunos proyectos deciden emplear una tubería de menor diámetro la cual tiene menos peso y es mucho más cómoda de movilizar hacia sitios de perforación con accesos difíciles.

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2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Debido a la importancia del valor de N obtenido del ensayo SPT en el diseño de una cimentación superficial o profunda se hace necesario que los datos recolectados en campo sean lo más confiables posible para poder llevar a cabo un diseño de cimentación más seguro. Algunas empresas de geotecnia en Colombia que ejecutan sondeos para estudio de suelos y que emplean el ensayo SPT, no utilizan el varillaje especificado en la norma INV E-111-13, ya sea porque no poseen el suficiente varillaje normalizado en campo para alcanzar la profundidad del ensayo y complementan con varillaje de otro diámetro o porque adquirieron la totalidad su varillaje con proveedores nacionales, los cuales no siempre suministran la tubería que especifica la norma.

2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Existe alguna variación de los valores de N en los proyectos geotécnicos ejecutados en Colombia para profundidades de sondeos inferiores a 30 m por efecto de utilización de tubería diferente a la que especifica la norma INV E-111-13? Ya que no siempre se utiliza la tubería recomendada por la norma para la realización del ensayo SPT se hace necesario tener un factor de corrección por diámetro de tubería para lograr los resultados del valor de N lo más cercanos posible a los esperados con la tubería tipo “A”.

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3. OBJETIVOS

3.1. GENERAL

Determinar si existe variación en los valores de N del SPT mediante el análisis de sondeos realizados a profundidades menores a 30 m variando únicamente el diámetro de la tubería de perforación.

3.2. ESPECÍFICOS

Estudiar la información recopilada para la ubicación de los sitios a perforar.

Caracterizar el equipo de perforación a utilizar en la ejecución.

Realizar la campaña de ejecución de perforaciones en los sitios indicados.

Analizar la información obtenida en campo.

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4. DELIMITACIÓN

4.1. ESPACIO Para la ejecución de los sondeos se dispusieron de 3 sitios en la ciudad de Bogotá D.C. un parqueadero del barrio el Rincón de la localidad de Suba, una vía en el barrio Santa Rita localidad de San Cristóbal y el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU).

4.2. TIEMPO

Este proyecto se ejecutó en un tiempo de cinco (6) meses incluyendo el tiempo empleado para la elaboración del anteproyecto.

4.3. CONTENIDO El presente documento contiene la información recolectada en campo de los sondeos que se realizaron junto con el registro fotográfico de los equipos y el procedimiento, los resultados obtenidos y las observaciones de la prueba.

4.4. ALCANCE

Debido a que el presente proyecto depende en su totalidad de las pruebas de campo, la información obtenida debe ser interpretada desde la práctica para obtener resultados lo más confiables posibles.

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5. MARCO REFERENCIAL

5.1. MARCO TEORICO Los sondeos son parte primordial dentro de los estudios geotécnicos ya que gracias a ellos se puede conocer y caracterizar el suelo sobre el cual se va a cimentar una estructura o estabilizar un talud, los suelos que son intervenidos con sondeos se les puede realizar ensayos in situ para obtener propiedades físicas y mecánicas como lo son el color, textura, permeabilidad, estructura, porosidad y consistencia. Conociendo y analizando dichas propiedades obtenidas con ensayos in situ y complementando con ensayos de laboratorio el ingeniero geotecnista junto con información recolectada en campo y el conocimiento teórico tendrá los elementos necesarios para llevar a cabo de forma confiable el diseño geotécnico.

Sin embargo, no todos los ensayos aplican para cualquier tipo de suelo, debido a esto el personal que dirige los sondeos debe tener un conocimiento básico de los suelos del lugar a explorar, de los tipos de ensayos y sus limitaciones para poder determinar y seleccionar el ensayo más apropiado para dicho suelo y conseguir el resultado esperado del mismo.

Tabla 1. Aplicabilidad y utilidad de los ensayos in situ. Lunne y otros, 1997

Fuente. DEVICENZI, Marcelo. Actualidad en el uso de los ensayos geotécnicos in situ, 2007

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Con el ensayo SPT se puede obtener de forma inmediata un estimativo de las propiedades del suelo como lo son la consistencia y la densidad relativa, este parámetro se obtiene con el N de campo que en resumen es un numero obtenido de la sumatoria de golpes necesarios para hincar las ultimas 12 pulgadas del muestreador cuchara partida, ver tabla 2. (EDGAR GIOVANNY DIAZ y FERNANDO RODRIGUEZ-ROA.)5El SPT es uno de los ensayos que cuenta con una mayor base experimental junto con el CPT pero es el primero más utilizado ya que también permite la clasificación visual de la muestra del suelo, debido a su gran uso se ha permitido desarrollar diversas correlaciones empíricas para estimar los parámetros de resistencia. Se ha comprobado que el valor del índice de penetración medido depende de manera significativa de aspectos vinculados al procedimiento del ensayo no expuestos en la norma, debido a esto y con el fin de homogenizar el índice de penetración se ha visto en la necesidad de cuantificar la energía que realmente llega a la cuchara, con este propósito se aprobó a nivel mundial trabajar con el llamado Índice de Penetración N60 definido para el caso en que la energía real aplicada por el martillo de 140 lb es igual al 60% de la energía teórica de caída libre. Como dan a conocer los autores (DEVINCENZI, POWELL, CRUZ Y ÁLVAREZ DE TOLEDO)6La energía que transmite el golpe del martillo al varillaje de perforación en el ensayo SPT depende significativamente de varios aspectos como lo son el tipo de martillo, la longitud del varillaje, la frecuencia del golpeo y los métodos del cálculo de la energía, esto debido a que cualquiera de esos aspectos puede generar variaciones en la energía producida por el martillo y alterar el resultado del ensayo. Además de la obtención de una muestra representativa del suelo el ensayo SPT aporta diversas correlaciones las cuales suelen ser de gran utilidad a la hora de clasificar un suelo en campo, como muestrala tabla 2 la relación entre el número de penetración estándar N, la consistencia relativa de las arcillas y la resistencia a compresión simple qu.

5DIAZ, Edgar Giovanny y RODRIGUEZ-ROA, Fernando. ENSAYOS IN SITU EN ARENAS IV

CONGRESO CHILENO DE GEOTECNIA, 2007 6Actualidad en el uso de los Ensayos Geotécnicos in situ.2015

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Tabla 2. Consistencia de las arcillas y correlación aproximada con el N de campo.

Número de penetración

estándar, N

Consistencia

Resistencia a

compresión simple, qu

(kN/m2)

0 - 2 Muy blanda 0 – 25

2 - 5 Blanda 25 – 50

5 - 10 Rigidez media 50 - 100

10 - 20 Firme 100 - 200

20 - 30 Muy firme 200 - 400

˃30 Dura ˃400

Fuente.BRAJA M. DAS, 2002, FUNDAMENTOS DE INGENIERIAGEOTECNICA, THOMSON LEARNING.

Debido a que el muestreador cuchara partida (Split Spoon) es un accesorio empleado en un ensayo estandarizado o normalizado debe tener medidas y dimisiones establecidas como se observa en la figura 1.

Figura 1. Esquema y medidas de la cuchara partida

Fuente. Norma INVIAS. INV-E111-13

Dimensiones del muestreador cuchara partida.

A = 1.0 to 2.0 in. (25 to 50 mm)

B = 18.0 to 30.0 in. (0.457 to 0.762 m)

C = 1.375 0.005 in. (34.93 0.13 mm)

D = 1.50 0.05 – 0.00 in. (38.1 1.3 – 0.0 mm)

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E = 0.10 0.02 in. (2.54 0.25 mm)

F = 2.00 0.05 – 0.00 in. (50.8 1.3 – 0.0 mm)

G = 16.0° to 23°

Una de las grandes ventajas del ensayo SPT es la obtención de una muestra que aunque alterada en sus condiciones físicas sirve para la clasificación en campo de características como lo son el color, humedad y tamaño de partículas entre otras. En la fotografía 1 se observa un muestreador cuchara partida con suelo arcilloso en su interior donde resalta el cambio de color de la muestra.

Fotografía 1. Cuchara partida (Split Spoon) con muestra de arcilla

Fuente. El Autor

5.2. MARCO CONCEPTUAL

El ensayo de penetración estándar (SPT) fue desarrollado por Terzagui en Estados Unidos a finales de los años 20, actualmente es el ensayo in situ más utilizado para obtener información de ciertos parámetros del suelo, el ensayo tiene como objetivo principal obtener la medida de la resistencia a la penetración del suelo a través del número de golpes. La prueba consiste en hincar en el fondo de un sondeo un muestreador cuchara partida para que penetre 18” en el suelo, contabilizando los golpes necesarios para introducir tres tramos de 6”,el muestreador se encuentra acoplado en la parte superior con el varillaje de perforación el cual transmite la energía del golpe producida por el martillo de 140 lb que está cayendo libremente y de forma repetida sobre un yunque en la superficie del terreno donde se ejecuta el ensayo. Según la norma (INV E-111-13)3en el numeral 8 Precisión y Sesgo habla sobre las variaciones en los valores N de 100 %o más cuando se emplean diferentes aparatos y perforadores, incluso en perforaciones adyacentes dentro de la misma formación del suelo. La opinión actual, basada en la experiencia de campo, es que

Cambio de color

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al mantener el mismo aparato y perforador, los valores N en el mismo suelo se pueden reproducir con un coeficiente de variación cercano a 10%. Actualmente existen muchas correlaciones y correcciones para el apropiado uso del SPT que se deben tener en cuenta a la hora de contabilizar los golpes para obtener el valor de N, algunas de esas correcciones son:

Factor por revestimiento

Factor por energía del martillo

Corrección por confinamiento efectivo

Factor por longitud de la varilla

Factor por diámetro de perforación Por ejemplo para algunos factores de variación como la longitud del varillaje, utilización de tubería de revestimiento y diámetro de la perforación, autores como Terzagui y Peck7 proponen correcciones aproximadas presentadas en la tabla 3.

Tabla 3. Correcciones aproximadas a los valores N medidos.

Longitud de la varilla ˃10 m 1.0

6 – 10 m 0.95 4 – 6 m 0.85 3 – 4 m 0.75 Muestreador estándar 1.0 Muestreador sin revestimiento 1.2 Diámetro del pozo 65 – 150 mm 1.0 150 mm 1.05 200 mm 1.15

Fuente. K. Terzaghi and R. Peck, Soil Mechanics in Engineering Practice. John Wiley and Sons, 1948

Cuando se empezó a usar el método de introducir un muestreador de cuchara

partida para obtener muestras alteradas del suelo en Estados Unidos en

1927 y se comenzó a popularizar el ensayo no fue sino hasta 1937 que se

reglamentó el método con la medición de la resistencia a la penetración.

En el año de 1947 Terzagui estandarizo el uso del muestreador de cuchara

7K. Terzaghi and R. Peck, Soil Mechanics in Engineering Practice. John Wiley and Sons, 1948

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partida y lo bautizo (“Standard Penetration Test”) este con el fin de estimar las

propiedades del suelo tales como la densidad del terreno y la consistencia y a

su vez la obtención de muestras alteradas para posteriormente ser

clasificadas.

Actualmente el muestreador de cuchara partida cuenta con unas medidas

estándar establecidas, de igual manera se estableció que la masa del martillo

que hinca el muestreador es de 140 lb y la altura de caída libre es de 30”, se

debe contabilizar los golpes necesarios para hincar 18” en 3 tramos de 6”.

Cuando un barreno se lleva hasta una profundidad predeterminada, las

herramientas de perforación se retiran y el muestreador se baja al fondo del

agujero barrenado. El muestreador se hinca en el suelo con golpes de martillo

en la parte superior de la varilla de perforación. El peso estándar del martinete

es de 62.3N y en cada golpe el martinete tiene una altura de caída de 762

mm. El número de golpes requeridos para la penetración del muestrador de

tres intervalos de 152.4 mm es registrado. El número de golpes requeridos

para los dos últimos intervalos se suman para dar el número de penetración

estándar a esa profundidad. A esta cifra se le llama generalmente el valor N

(American SocietyforTesting and Materials, 1997, Designación D-1586).

Luego se saca el muestreador, y la zapata y el acople también se retiran. La

muestra de suelo recuperada del tubo se coloca entonces en una botella de

vidrio y se transporta al laboratorio.8

8BRAJA M. DAS, 2002, Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, THOMSON LEARNING.

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6. METODOLOGÍA

Se dará a conocer el trabajo que se realizó a lo largo de seis (6) meses en el cual se ejecutaron trabajos de campo y se recolecto la información necesaria para ser analizada y finalmente generar las respectivas observaciones y conclusiones.

6.1. TIPO DE ESTUDIO

Se ejecutó un trabajo de campo siendo este una campaña de sondeos geotécnicos que consta de 3 sitios en los cuales se realizaron 3 sondeos a diferentes profundidades con el fin de practicar el ensayo de penetración estándar.

1. Elegir el tipo de varillaje complementario para realizar el ensayo. 2. Búsqueda y selección de los sitios para la campaña de perforación. 3. Instalación de equipos, realización de los sondeos y ensayos. 4. Recolección de la información obtenida de los ensayos.

6.2. FUENTES DE INFORMACIÓN Gran parte de la información utilizada para la investigación de este proyecto tuvo como base artículos, publicaciones y libros de geotecnia, para la parte técnica se acudió a las normas vigentes en Colombia y a la experiencia en el campo de la perforación de suelos del autor.

6.3. UBICACIÓN DE LA CAMPAÑA DE SONDEOS

La campaña de exploración tuvo lugar en la ciudad de Bogotá D.C, el primer sitio fue frente al edificio del Instituto de Desarrollo Urbano ubicado en la calle 22 # 6-27, para el segundo sitio se escogió un parqueadero del barrio el Rincón de la localidad de Suba y el tercer sitio de perforación fue junto a una vía que será intervenida en el barrio Santa Rita en la localidad de San Cristóbal

25

Figura 2. Ubicación sitio 1

. Fuente. Google Earth


Fuente. Google Earth

26


Fuente. Google Earth

6.4. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE PERFORACION

Para la ejecución de los sondeos fue necesario contar con un equipo de perforación PETTY con avance a percusión y rotación con su respectivo varillaje y aditamentos, también se contó con el personal capacitado en el campo de la perforación de suelos, en la figura # se muestra a grandes rasgos la esquematización general de un equipo de perforación tipo percusión y lavado.

Taladro de perforación Petty con capacidad de perforación de 30 m.

Varillaje de perforación tipo AW y varillaje complementario de mayor y menor diámetro que el AW.

Muestreador cuchara partida

Pesa de golpeo de 140 lb.

Sufridera y guía de golpeo.

Llaves para tubo de 24”.

Soga de fique para cabrestante mecánico.

Motobomba a gasolina de 10 HP con manguera de alimentación y descarga.

Puntas de avance para el lavado.

Herramienta menor.

Flexometro de 5 m.

Marcadores permanentes.

Plástico Stretch.

Cámara Fotográfica

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Figura 5.Esquema general del equipo de perforación

Fuente.Norma INVIAS. INV-E111-13

Fotografía 2. Taladro de perforación

Fuente. El Autor

28

6.5. DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES

Las actividades realizadas para este proyecto fueron las siguientes:

1. Reconocimiento del campo de trabajo. 2. Traslado de los equipos de perforación y del personal desde la bodega

hasta el sitio de trabajo. 3. Instalación del taladro de perforación. 4. Conexión del muestreador al varillaje de perforación normalizado AW. 5. Ejecución del ensayo SPT. 6. Conteo de los golpes para determinación del N de campo 7. Traslado de equipo a 50 cm del sondeo ejecutado con la tubería AW. 8. Análisis de resultados.

Se repiten los pasos 4,5,6 y 7 variando únicamente los varillajes de perforación. Las actividades anteriormente descritas se llevaron a cabo en los 3 sitios de trabajo.

Fotografía 3. Taladro de perforación en el sitio IDU.

Fuente. El Autor

29

Fotografía 4. Taladro en sitio Suba Fotografía 5. Ejecución ensayo SPT

Fuente. El Autor Fuente. El Autor

Fotografía 6. Ensayo SPT sitio Santa Rita.

Fuente. El Autor

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Fotografía 7. Varillaje de perforación.

Fuente. El Autor

Varillaje de mayor diámetro

Varillaje AW

Varillaje de menor diámetro

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7. RESULTADOS Y ANALISIS

7.1. RESULTADOS SITIO IDU

Para el sitio llamado IDU se realizaron tres (3) sondeos y en cada uno de ellos se ejecutaron 2 ensayos SPT sobre un estrato de suelo constituido por una arcilla de consistencia firme color amarillo pálido con presencia de arena y algunas gravas.

Tabla 4. Resultados de SPT sitio IDU.

RESULTADOS SITIO IDU

TIPO DE VARILLAJE MUESTRA N° PROFUNIDAD (m) GOLPES N DE

CAMPO 6" 6" 6"

AW

1 2.00 - 2.50

6 4 4 8

Menor Diámetro 7 5 4 9

Mayor Diámetro 4 4 3 7

AW

2 3.50 - 4.00

8 9 11 20



Fuente. El Autor

Gráfica 1. Valores de N graficados sitio IDU.

Fuente. El Autor

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7.2. ANÁLISIS DE RESULTADOS SITIO IDU

Con los resultados obtenidos del ensayo SPT de la tabla 4 se puede notar que hubo diferencias en los N de campo para cada tipo de varillaje lo cual en la muestra número uno (1) con profundidad de 2.00 a 2.50 metros para el varillaje tipo AW el cual especifica la norma se registró un N de 8 caracterizando el estrato de suelo como de rigidez media. Para el caso de la muestra numero dos (2) de profundidad de 3.50 a 4.00 m con un N de 20 lo ubica dentro de la categoría como un suelo de consistencia firme.

Los resultados registrados con el varillaje de menor diámetro para la muestra uno (1) es de un N igual a 9 lo cual tuvo un aumento del 12.5 % con respecto al valor alcanzado con el varillaje de la norma para el mismo estrato de suelo caracterizándolo también como de rigidez media según la tabla 2, para la muestra dos (2) se logró un valor de N igual a 25 este presenta un incremento del 25 % con respecto al N igual a 20 conseguidos a la misma profundidad con el varillaje de la norma, con el N igual a 25 este estrato queda caracterizándolo como un suelo de consistencia muy firme.

Para el caso de los valores logrados con el varillaje de mayor diámetro se pudo determinar una merma con respecto al varillaje AW del 12.5 % y del 5 % para la muestra uno (1) y dos (2) respectivamente, manteniendo la misma caracterización que la alcanzada con el varillaje de la norma.

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7.3. RESULTADOS SITIO SUBA

En el sitio de trabajo denominado Suba se ejecutaron tres (3) sondeos con varillaje de perforación diferente para cada uno en un estrato de suelo arcilloso de color gris oscuro, con una distancia entre sondeos de 50 cm para procurar mantener el mismo estrato de suelo para el total de los sondeos, en los cuales se hicieron dos (2) ensayos SPT en cada uno.

Tabla 5. Resultados de SPT sitio Suba.

RESULTADOS SITIO SUBA


CAMPO 6" 6" 6"

AW

1 1.00 - 1.50

4 4 3 7



AW

2 5.50 - 6.00

1 1 2 3



Fuente. El Autor

Gráfica 2. Valores de N graficados sitio Suba.

Fuente. El Autor

34

7.4. ANÁLISIS DE RESULTADOS SITIO SUBA

Según los datos de la tabla 5 del ensayo SPT para el varillaje AW se obtuvieron valores de N igual a 7 para la muestra 1 y de 3 para la muestra 2, caracterizando el estrato como de consistencia media y consistencia baja respectivamente según la tabla 2.

Para el segundo varillaje utilizado el cual fue el de menor diámetro se registró para la muestra uno (1) un valor de N igual a 8 exponiendo un incremento 14.3 %, pero sin variar el parámetro de consistencia manteniéndose igual al arrojado por el varillaje AW. Para la muestra dos (2) con profundidad de 5.50 a 6.00 m no se generó diferencia alguna entre el resultado del ensayo SPT.

Los resultados del ensayo SPT con el varillaje de mayor diámetro dio como N un valor por debajo del registrado con el primero varillaje en el caso de las dos muestras pero no se evidencio variación en la caracterización del estrato de suelo.

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7.5. RESULTADOS SITIO SANTA RITA

En el sitio de trabajo ubicado en el barrio Santa Rita se llevaron a cabo 3 sondeos y en cada uno de ellos se hicieron 2 ensayos SPT a diferentes profundidades sobre un estrato de suelo compuesto por un limo arcilloso de color negro con oxidaciones.

Tabla 6. Resultados de SPT sitio Santa Rita.

RESULTADOS SITIO SANTA RITA


CAMPO 6" 6" 6"

AW

1 0.50 - 1.00

11 11 10 21



AW

2 2.50 - 3.00

8 8 14 22



Fuente. El Autor

Gráfica 3. Valores de N graficados sitio Santa Rita

. Fuente. El Autor.

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7.6. ANÁLISIS DE RESULTADOS SITIO SANTA RITA

Los ensayos ejecutados con el varillaje AW arrojaron resultados de N de campo igual a 21 para la muestra con profundidad de 0.50 a 1.00 m y de 22 para la muestra de 2.50 a 3.00 m, los datos obtenidos caracterizan el estrato como un suelo de consistencia muy firme ya que los dos N se encuentran dentro del rango de golpes de 20 – 30.

El ensayo practicado con el varillaje de menor diámetro registró para la muestra uno (1) un N igual a 27 que aunque tuvo un crecimiento del 25 % con respecto al Nigual a 20 del varillaje AW no genero cambio en la consistencia ya que 27 aúnestá dentro del rango de golpes 20 - 30.

Los valores registrados con el varillaje de mayor diámetro mostraron una disminución en el N de campo para la muestra uno (1) del 28.56 % dando como resultado 15 el cual ubica el estrato del suelo como de consistencia firme según la tabla 2, con este resultado se puede apreciar que si se obtuvo una caracterización diferente a la generada con el varillaje AW pasando de muy firme a firme.

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8. CONCLUSIONES

Se logró evidenciar que cambiando los diámetros de varillaje que especifica la norma para la toma del ensayo SPT, se genera una variación en algunos casos significativa, llegando a cambiar el resultado de una característica del suelo como lo es su consistencia.

La información recolectada y analizada demuestra que emplear un varillaje de menor diámetro para la ejecución del ensayo SPT puede variar el N de campo y arrojar resultados por encima de los reales en algunos tipos de suelos ocasionados por una disminución en la energía del golpe que es transmitida del martillo hasta el muestreador.

La información recolectada y analizada demuestra que emplear un varillaje de mayor diámetro para la ejecución del ensayo SPT puede variar el N de campo y arrojar resultados por debajo de los reales en algunos tipos de suelos.

Manteniendo los mismos elementos de perforación y el mismo perforador, se obtienen resultados más confiables.

Debido a la poca información recolectada de los ensayos que se lograron ejecutar en diferentes tipos de suelo no es posible determinar un patrón de corrección para el ensayo.

Existen correlaciones y correcciones por distintos factores para el ensayo SPT pero no se ha llegado hablar de corrección por diámetros de varillaje tal vez porque se asume que siempre se utiliza el especificado por la norma.

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9. RECOMENDACIONES

Para una investigación más concreta se debe tener gran cantidad de datos de los golpes del SPT a distintas profundidades y en diferentes tipos de suelos; Debido a la poca información que fue posible recolectar y analizar se recomienda realizar una investigación más a fondo con una campaña de perforación en diferentes sitios de Colombia.

Se recomienda tener más control en cuanto al cumplimiento de la norma por parte de las empresas y contratistas de perforación de sondeos geotécnicos con los componentes estandarizados del ensayo SPT.

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10. REFERENCIAS

VENTAYOL, Albert y FERNÁNDEZ, Carlos. Medida de la energía del ensayo SPT. Correcciones a aplicar. En: Ingeopres.No 208 (Oct. 2011); p 52-54.

LEONI, Augusto. “Medición de la energía entregada por el impacto del pisón, en la ejecución de los ensayos de s.p.t. que se ejecutan en la República Argentina”{En línea}. {25 abril de 2017} disponible en(http://saig.org.ar/wp-content/uploads/2015/02/ART-8.pdfhttp:/)

INSTITUTO NACIONAL DE VIAS NORMA INV E-111-13 ENSAYO NORMAL DE PENETRACIÓN (SPT) Y MUESTREO DE SUELOS CON TUBO PARTIDO. BOGOTA D.C.

NORMA SISMO RESISTENTE.TITULO H ESTUDIOS GEOTECNICOS.2010

DIAZ, Edgar Giovanny y RODRIGUEZ-ROA, Fernando. ENSAYOS IN SITU EN ARENAS IV CONGRESO CHILENO DE GEOTECNIA, 2007

Actualidad en el uso de los Ensayos Geotécnicos in situ.2015

K. Terzaghi and R. Peck, Soil Mechanics in Engineering Practice. John Wiley and Sons, 1948

BRAJA M. DAS, 2002, FUNDAMENTOS DE INGENIERIAGEOTECNICA, THOMSON LEARNING.

http://saig.org.ar/wp-content/uploads/2015/02/ART-8.pdfhttp:/

http://saig.org.ar/wp-content/uploads/2015/02/ART-8.pdfhttp:/

determinaciÓn de la variaciÓn en los valores del numero de ... · contenido de tablas tabla 1....

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