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Geotecnia

MEDICIONES DE ENERGÍA PARA ENSAYOS N-SPT

¿Qué es la prueba N-SPT?

SPT es la Prueba Estándar de Penetración, la cual es ampliamente usada en la exploración de suelos (sondaje). Esta prueba consiste, en la introducción en el fondo de un sondeo geotécnico de un muestreador normalizado (tipo cuchara partida) unido a barras de diámetro AW (BW u otro). Esto mediante el golpeo, en el cabezal de golpe, de un martillo con un peso de 63,5 kgf, el cual cae desde una altura de 76 cm. El golpeo se contabiliza en tres tramos de 15 cm de avance cada uno, totalizando 45 cm. Se denomina al valor N, a la suma del número de golpes de los últimos 30 cm de avance en el ensayo.

El método más común de izaje y caída del martillo de 63,5 kgf es de tipo manual, el cual consiste principalmente de un sistema de poleas y cuerdas. Evidentemente la energía de golpe que suministra este método no corresponde al 100% de la energía teórica producto de una caída totalmente libre, ya que las pérdidas producidas principalmente por rozamiento y operador que ejecuta el ensayo son significativas, además de otros factores, lo que conlleva a restar parte de la energía teóricamente disponible.

Si bien en la actualidad existen martillos automáticos, estos anulan el efecto sólo producido por el operador que ejecuta el ensayo, pero no así del rozamiento producido en el sistema de izaje y caída. Sin embargo, este tipo de martillo produce menores perdidas de energía en comparación a los martillos manuales (cuerdas y poleas).

Estudios históricos efectuados a lo largo del tiempo han demostrado que la mayoría de los SPT realizados, desarrollan una energía del orden del 60% de la teórica. Por lo tanto, muchas correlaciones de parámetros de suelo han sido propuestas a partir de esta energía, lo que hace necesario normalizar los valores de N del SPT al (N1)60.

¿Por qué es necesario medir la energía transferida desde el martillo o martinete, hacia la cabeza de golpe, acoplada a una barra AW (BW u otro) de un sondaje?

Varios tipos de martillos se usan para efectuar los ensayos SPT. La eficiencia o transferencia de energía son variable e influyen en el valor “N”. El valor “N” se estandariza al ser multiplicado por la relación de energía transferida a la barra sobre el 60% de la energía potencial del martillo. Si la energía transferida se determina sin este tipo de medición, se corre el riesgo de aumentar erróneamente o bien, disminuir su capacidad portante o resistencia del suelo, ambos escenarios pueden conllevar a un mal diseño de fundación y, por ende, un costo elevado en su materialización o reparación futura de la estructura.

También cumple la función de autocontrol para el correcto funcionamiento del martillo de la sonda. El autocontrol, va relacionado directamente con los resultados obtenidos (ETR%) de cada ensayo SPT.

¿Cómo se ejecuta las mediciones de energía para ensayos N-SPT en terreno?

Forma parte del mismo Ensayo SPT para cualquier sondaje, se materializa por medio de una barra instrumentada de longitud aproximada de 0,6 m, es acoplada a la barra AW (BW u otro) y al cabezal de golpe. La barra posee dos sensores de deformación y dos sensores de aceleración atornillados a la barra. La barra es conectada por medio de un cable al Analizador SPT (Software Pile Dynamics). En cada golpe del ensayo SPT, los sensores captan las ondas, y se obtienen las señales de fuerza y velocidad necesarias para el cálculo de la energía transferida. La energía es mostrada en tiempo real en la pantalla del Analizador SPT.

Mediciones de Energía In Situ.

 

Mediciones de Energía

 

Pantalla del equipo Analizador SPT en tiempo real.

 

Analizador SPT

Barra Instrumentada.

 

Barra Instrumentada

 

Extractos de Normas Vigentes para Mediciones de Energía Ensayos N-SPT

  1. La Norma Chilena NCh 3364 -2014 en el numeral A.5 y la norma ASTM D6066 – 2004 en el numeral 1.5 indican que si se requiere medir o analizar el potencial de licuación se debe medir la transferencia de energía y esta medición se debe realizar según las indicaciones mostradas en la Norma ASTM D4633 – 2010.
  2. La Norma ASTM D4633 – 2010 indica en el numeral 7.9 que se deben realizar a lo menos 3 mediciones a diferentes profundidades, si estas mediciones resultan de buena calidad eso bastaría no obstante se sugiere realizar 5 mediciones. Independiente a lo señalado anteriormente, según la norma es preferible realizar la mayor cantidad de mediciones posibles para así obtener un promedio de energía lo cual sería más representativo. También la presente norma afirma que el único método aceptable para determinar la energía para la normalización de los valores de “N” es la medición de Fuerza y Velocidad.
  3. ASTM D6066-2004 Requiere la normalización de los valores de N con base a la energía medida, si los resultados SPT se utilizan para determinar el potencial de licuefacción de arenas.
  4. La norma NCh 3364 -2010 en el numeral A4 también indica que para realizar el análisis de licuación la vigencia de los documentos que validan la transferencia de energía del martinete de la sonda perforadora, no debe ser mayor a 1 año.
  5. La norma ASTM 1586-11 recomienda la medición de energía para normalizar los resultados (valores N) obtenidos del ensayo SPT.