5.4. Recommendations of the Study
5.4.1. Recommendations for Further Research
6.2.2.1 Historia. El SPT-T4 fue propuesto por Ranzini en 1988. Esta prueba se llevo a cabo mediante el ensayo SPT, estandarizado por la Asociación Brasileña de Normas Técnicas (NBR 6484/80), se aplica la rotación de la varilla de toma de muestras con la ayuda de una llave de torsión. Durante la rotación, la lectura tiene el esfuerzo máximo requerido para romper la adhesión entre el suelo y la toma de muestras, lo que permite obtener la fricción lateral muestreador-suelo.
Los estudios relacionados con la prueba existen desde 1902, cuando Charles R. Gow introdujo el proceso de prensar una varilla de 2,54 cm, con un martillo de 50 kg reemplazando así el sistema para la obtención de la muestra de suelo por la perforación con agua. A principios de 1940, esta prueba fue introducida en Brasil por el Sr. Odair
Grilloen el año 1945 con el Ing. Milton Vargas presentaron el trabajo sobre: “La exploración subterránea para los fines de Estudios de Fundaciones”. La falta de estandarización condujo a la aparición de diversos equipos, así fueron adoptados como procedimientos diferentes. Estos hechos causaron una gran diversidad de resultados, por lo que es difícil correlacionar los resultados de SPT con otros parámetros de prueba. Por lo tanto la sonda aprobó un período de descrédito. Ranzini propone una ligera modificación en el procedimiento normal en la dinámica de la prueba de penetración estándar (SPT), para obtener un valor de fricción lateral. De hecho no sería un cambio, pero si una pequeña continuación del juicio hasta su finalización, sin cambiar en nada el procedimiento para obtener el índice de resistencia a la penetración N. Además considera una variación en el esfuerzo cortante lineal desde cero al centro de la base de la toma de muestras, hasta una tensión máxima en la superficie lateral cilíndrica, a través del paso vástago cónico de la zapata de corte, sin tener en cuenta la diferencia entre la fricción interna del suelo y las paredes laterales del resto de la superficie. Esta fórmula se corrigió después de seis años por Ranzini.
Después de prensar el extremo de la toma de muestras para facilitar su eliminación, el operador por lo general debe aplicar un esfuerzo de torsión a la varilla con una llave inglesa. Según Manzini, el operador podría usar una llave de torsión, que proporcionan una medida del momento de torsión máximo necesario; para el giro de la toma de muestras el valor podría ser utilizado, por ejemplo, en la
4 PALCHECO PIEXOTO, Anna Silvia. Estudo do ensaio SPT-T e sua aplicação na prática de engenharia de fundações. Trabajo de grado (Doutor em Engenharia Agrícola). Campinas: Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola – FEAGRI, 2001. p. 16- 25.
34
evaluación la tensión lateral estimado en estacas a través de la fricción desarrollada en el sistema de suelo-muestreador.
Basándose en su experiencia, Smith enumeró algunas ventajas y limitaciones de SPT-T.
Ventajas:
Medición simultánea de estática, resistencia a T y la medición dinámica N. La evaluación del valor N.
No hay necesidad de cargar la reacción o anclaje temporal, facilitando la ejecución.
Mayor similitud con la condición al aplicar un movimiento de corte en el suelo.
Limitaciones:
Causa la torsión de varillas.
Requiere mucho esfuerzo físico por parte de los operadores cuando se ejecuta en suelos que ofrecen mayor resistencia.
Aumenta el tiempo de prueba, dependiendo de la resistencia ofrecida por el suelo. Sin embargo, en los ensayos realizados en este estudio, el momento de la adición al esfuerzo de torsión medido fue de uno a dos minutos, mientras que se encuentra en desacuerdo con la declaración Soares (1999). Por otro lado, se sabe que las pruebas eléctricas como CPT son mucho más rápidos, mientras que un SPT-T toma un día entero para hacer una muestra de quince metros, el CPTtarda alrededor de dos horas.
En la práctica brasileña de ingeniería de cimentaciones, se usan generalmente los resultados de los ensayos SPT y CPT para el diseño de pilotes y cimentaciones superficiales, basados en correlaciones empíricas establecidas entre la resistencia de penetración y la capacidad portante.
Ranzini propuso la prueba SPT-T que básicamente consiste en la medición del torque necesario para romper la interacción suelo-cuchara después de su penetración. Después de esto, muchos ingenieros brasileros han usado el ensayo SPT-T en la práctica de cimentaciones.
Todas las predicciones son comparadas con los resultados de pruebas de carga instrumentadas, realizadas en varios tipos de pilotes instalados en seis campos experimentales, existentes en el sur-este de Brasil.5
6.2.1.2 Correlaciones del ensayo SPT-T. Los estudios en esta área comenzaron con Decourt Cuaresma y Son en 1991, ya que mostraron las correlaciones de losesfuerzos obtenidos del SPT-T y N72 en suelos sedimentarios y residuales. Hay que aclarar que N72 es el valor de N para prensar una eficiencia del 72% que corresponde a la energía media obtenida con el equipo utilizado en Brasil, es decir que se utiliza el 72% del equipo, no el 100% como es convencional6.
Presentaron los siguientes análisis para diferentes TxN72 de acuerdo al tipo de suelo:
Suelos terciarios de la cuenca de São Pablo: T = 1,2N72. Los valores no son válidospara suelos con presencia de cantos rodados.
Los suelos residuales de granito y migmatita: T = 1.84N72.
Arenas finas, casi puras: por encima de la capa freática T
≅
N72, por debajo de la capa freática con N72 superior a 20, T entre N72 y 0.5N72, paraN72 inferior de 20 mayores dispersiones; Las arcillas blandas (sedimentos cuaternarios): la relación Neq/N72 muestra una buena correlación con la sensibilidad obtenida a partir de la prueba de paletas: T = 0.4z relación obtenida estadísticamentedonde z es la profundidad a la que se realiza el ensayo.
Un año más tarde Decourt evidencio la gran ventaja de la medida del esfuerzo de torsión sobre el valor N dentro del SPT, ya que la primera es una medida estática, mientras que el segundo es una medida dinámica. Otra ventaja es que aunque durante el SPT la estructura del suelo se rompe dentro de la toma de muestras, la medición del esfuerzo de fricción lateral en una región que aunque parcialmente se encuentra perturbada tras el debido proceso aún conserva la estructura
5 RUGE CÁRDENAS, Juan Carlos y PINTO DA CUNHA, Renato. Determinación de parámetros geomecánicos en suelos metaestables, mediante el uso de ensayos de campo. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://200.115.181.62/file/pre-til/determinacion.pdf>. [Citado: 18, mar., 2014].
6 PALCHECO PIEXOTO, Anna Silvia. Op. Cit., p. 32-35.
(14) (15)
36
original. Asimismo los suelos mas estructurados tienden a tener valores de T/N mayores de acuerdo con el siguiente cuadro según Decourt en 1998.
Tabla 6. Clasificación de suelos basados en el valor de T/N según Decourt. TIPO DE SUELO T/N
Arenas sedimentarias, capas inferiores 0,3 Suelo de cuencas sedimentarios 1,2
Suelos saprofitos 2,0
Arcillas porosas colapsables 2,5 / 5,0 Arenas sedimentarias, capas superiores 10
Fuente: PALCHECO PIEXOTO, Anna Silvia. Estudo do ensaio SPT-T e sua aplicação na prática de engenharia de fundações. Trabajo de grado (Doutor em Engenharia Agrícola). Campinas: Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola – FEAGRI, 2001. p. 38.
Para completar el estudio de la clasificación del suelo de acuerdo con las medidasdelesfuerzo de torsión y el índice de resistencia, Alonso aporto un estudio de la medida del esfuerzo de torsión a los suelos de Santos-Brasil,observando que la dispersión de los valores medidos para la fricción lleva a la conclusión de que la relación T*N no es universal.
6.2.1.3 Métodos basados en SPT-T. Mayne7 investiga como precisamente un número (valor de N), es suficiente para calcular un gran número de parámetros diferentes del suelo y aboga por el empleo de pruebas in situ con mecanismos heterogéneos. En Brasil el SPT se usa normalmente en la práctica de Ingeniería de Cimentaciones desde 1944; Ranzini sugirió complementar el convencional SPT con la medida del torque requerido para voltear la cuchara partida después de que sea hundida. Esta es llamada prueba de penetración estándar con la medida del torque (SPT-T).
El mismo Ranzini, sugirió la posibilidad de usar este valor para obtener la resistencia lateral del pilote y presentó la siguiente ecuación:
Donde:
fT = adherencia muestreador suelo (el kPa)
7 ATALA ABAD, César Augusto. Estudio experimental sobre correlaciones en suelos granulares finos (arenas) compactados, usando equipos de penetración. [En línea]. Disponible en Internet: <URL: http://cybertesis.uni.edu.pe/handle/uni/848>. [Citado: 18, mar., 2014].
T = medida del torque (m.kN)
h = longitud de penetración del muestreador (m).
Hoy en día, existen cuatro métodos que predicen la capacidad portante de pilotes basados en los métodos de SPT-T.: Decourt, Alonso, Carvalhoet y Peixoto.
Una serie de ensayos in situ se han desarrollado para medir la puesta a punto que se puede realizar dentro de un programa de exploración de subsuelo. Una de estas pruebas es SPT-T, se considera que puede ofrecer la combinación más desfavorable de la aplicabilidad de los resultados, facilidad y sencillez al realizarla, sin contar con el costo del equipo. Sin embargo la instrumentación no se ha desarrollado formalmente para su aplicación comercial.
En investigaciones anteriores en otros países se concentraron en realizar pruebas que van desde varias horas a varias semanas, llegando a conclusiones donde requirieren de intervalos de tiempo considerablemente más cortos como lo son dentro de una hora o menos (cabe aclarar que si el ensayo es para ser incluido en un programa de exploración típica).Pero hay escepticismo con respecto al corto plazo debido a que diferentes pruebas y expertos aseguran que no es práctico ni mucho menos económico.
El ensayo SPT-T se realiza sobre una muestra, midiendo la resistencia a la torsión de la cizalla lateral del suelo (corte directo). La prueba se lleva a cabo girando las barras de perforación y fractura–cuchara de la superficie y la grabación del esfuerzo y ángulo de giro necesario.8 El ensayo SPT-T, introducido por Ranzini, trajo la posibilidad de obtener un parámetro importante para el cálculo de las fundaciones, desde entonces, muchos investigadores la han estado utilizando en la práctica de la ingeniería. Inicialmente se han utilizado datos de encuesta de ejecutores de SPT-T, lo que resulta en aproximadamente siete mil pares de datos (T, N) asociados con suelos respectivos clasificados por el sistema táctil-visual. Una ventaja es la de no verse afectado el esfuerzo de las fuentes conocidas por errores del valor tradicional de SPT (cuentan número de golpes, caída de altura, peso bajar de peso, fricción tallos, mal estado de la zapatilla de corte, poleas, cuerdas, etc). Otra ventaja de este procedimiento es la posibilidad de obtener un valor más fiable de la tensión lateral a través del SPT y por un muy pequeño costo adicional. Otra medida que se puede obtener es el esfuerzo de torsión residual que es seguir girando el muestreador hasta que la lectura sigue siendo constante, posteriormente se realiza una segunda medida.
La estandarización del ensayo SPT- T es de vital importancia para tener un conocimiento profundo de los factores que intervienen en la prueba SPT, ya estudiados por varios autores. Básicamente en la práctica real hay dos flujos de
38
aplicación para SPT -T: primero es el estudio de la T/N para obtener parámetros geotécnicos y fijar el valor de N del SPT y la segunda se refiere a obtener la fricción lateral de pilotes mediante la obtención de la adhesión-fricción del muestreador de suelos.
Una vez que el equipo se encuentra listo, probado y calibrado, se realizaron pruebas SPT- T con el esfuerzo de medidas por el equipo eléctrico y analógico simultáneamente. Estas pruebas se realizaron en siete lugares diferentes:
Experimental campo de la universidad de Ingeniería Agrícola (Feagri), Unicamp, Campinas (SP )
Campo Experimental de la Universidad Federal de Lavras ( UFLA ), Lavras (MG)
Campo Experimental de la Escuela de Ingeniería de São Carlos (CESE), USP,São Carlos (SP)
Experimental campo de la universidad de Ingeniería y Tecnología (FET), UNESP, Bauru (SP)
Campo Experimental de la Facultad de Ingeniería de la Isla Individual (DIA-F), UNESP, Isla Simple (SP)
Campo Experimental de la Escuela Politécnica (EP), USP, São Paulo (SP)
Highway Piaçaguera / Guaruja, el 79,7 km, Guarujá (SP).
A partir de los resultados de estas pruebas se llevaron a cabo los siguientes estudios:
El análisis de la curva de esfuerzo motor en función del ángulo de rotación, lo que permitió la definición Tmáximo/Tres y el estudio de la influencia del tipo de suelo en la forma de la curva
Análisis de la T/N para diferentes tipos de suelo
Análisis de la relación Tmáximo / Tres de los diferentes tipos de suelo
Comparación de los parámetros obtenidos a partir de la CPT con los obtenidos por SPT- T
Estimar la carga de capacidad de corte a través de los parámetros obtenidos SPT -T de prueba.
Método Ranzini. En marzo de 2000 Ranzini, dio una conferencia en el instituto de ingeniería de São Pablo, presentando una metodología para calcular la capacidad de carga de los cortes a partir de la medición de la fricción lateral SPT- T.
El autor solicitó el uso exclusivo de fT, sin el uso del N y sin la descripción del tipo de suelo:
Donde:
T: Es el esfuerzo de torsión aplicado a las barras, dada en (m.kgf) H: Es la altura total de la penetración de la toma de muestras en (cm) Ft: Es la tensión obtenida en la fricción lateral (kPa)
Para la capacidad de carga de estacas es usual del conteo de las parcelas de fricción lateral y la punta:
Donde:
PR: Es la ruptura de carga o poder de carga PL: Es la parte transmitida por la fricción lateral PP: Es la parte transmitida a través de la punta
Manzini sugirió que este cálculo puede ser extendido para el corte de pequeño diámetro, porque la superficie de ruptura es menor y debe estar contenido dentro de la gama de un metro por encima y un metro por debajo de la base de la pila. La determinación de los valores de los coeficientes empíricos, sλ y SP sería más apropiada si se obtiene mediante pruebas de carga instrumentado. Debido a que esta práctica no es usual, el autor estableció dichos coeficientes a través de consideraciones o criterios adicionales. Para el caso específico de la hélice de corte continuo, el autor admitió que propulsor de la barrena helicoidal durante la estaca de la ejecución, debe crear una condición similar a la creada por la rotación de la toma de muestras en la interfaz con el suelo, aunque hay una diferencia entre el erizado del muestreador y la perforación.9
Método Decourt y Cuaresma (1978), revisado en 1996. Estos autores presentaron un método para evaluar la capacidad de carga en función de tubos sin soldadura y posteriormente se ajustaron al SPT-T.
9 PALCHECO PIEXOTO, Anna Silvia. Op. Cit., p. 36-37.
(17)
(15)
40
Para el tradicional N, Decourt y Cuaresma consideran los esquejes de rotura, TH, lo que corresponde a un desplazamiento de carga en la parte superior de la pila de 10% del diámetro para suelos de arcilla y 30% del diámetro para suelos arenosos. Las ecuaciones propuestas por este método son:
Qu = α * qp * Ap + β * qλ* Aλ
Método Alonso. Alonso mostró una expresión matemática para predecir la adhesión en diversos tipos de pilas de fricción lateral obtenidos por el SPT-T, lo que sugiere que la porción de la punta se calculó de acuerdo Decourt y Cuaresma (1978). En un artículo Alonso presenta una metodología para la capacidaddecarga, en el que el autor sugiere que la porción de la punta se calculó de acuerdo Decourt y Cuaresma (1978).Otro artículo Alonso presentó una metodología para la capacidad decarga que sugiere utilizar un esfuerzo de torsión tanto como para la fricción lateral como para la parte de la punta.
Método Carvalho et al. Carvalho analizó los resultados de los ensayos llevados a cabo de acuerdo con la NB 6484 (1980) y a través de las muestras obtenidas compararon la adherencia por fricción obtenida a partir de la ecuación de Ranzini, Decourt y Cuaresma, sugerido a los suelos porosos de la región, los riesgos de escala se podrían hacer a través de la siguiente expresión:
PR = PP + (U* L * fT * αT ) Donde:
PP: Parcelas de punta calculados por Decourt y Cuaresma (1978) teniendo en cuenta los coeficientes propuestos por Roberts et al (1998)
U: corte transversal del perímetro L: longitud de la pila
FT: Promedio de adhesión a lo largo de la longitud de la pila αT: coeficientes para el cálculo de la parte lateral
6.2.1.4 Recopilación y análisis de datos existentes. Tanto los documentos como datos existentes referentes al ensayo se encuentran disponibles en empresas extranjeras tales como: Eng Engesolos de Suelos y Fundaciones Ltda., Sondasa Eng y Geotecnia y Cimientos Ltda., Granja Experimental de la USP - São Pablo, USP - São Carlos, UNESP – Ilha Simple, UNESP - Bauru y UNICAMP - Campinas.
6.2.1.5 Uso SPT-T. Inicialmente se calculó la capacidad de carga de las pilas a través de los métodos ya establecidos por Decourt en la práctica brasileña y Cuaresma (1978), Aoki y Velloso (1975) y Philiponnat (1978), además de los métodos existentes utilizando la SPT-T:
(19)
(15)
(20)
Decourt Método y Cuaresma y revisado en Decourt Hachich en 1996.
Alonso, en 1996.
Carvalho et al., en 1998.
Después se hizo un estudio para obtener los coeficientes empíricos sλ y sp, sugerida por Ranzini para finalmente realizar los ajustes necesarios en las metodologías para proponer un método con el cual se pretenda acumular la experiencia ya existente con el valor del nuevo parámetro y N sugerido por Ranzini.
Prey presentó una breve revisión de la literatura sobre el tema, haciendo relevante el fomento del uso del ensayo SPT-T en Brasil. El autor hace hincapié en la importancia del conocimiento de la energía utilizada y el uso del parámetro de la adhesión de fricción lateral sugerido por Ranzini. Por lo tanto con el fin de evaluar la capacidad de funcionamiento y obtener parámetros de diseño de las fundaciones a través del ensayo SPT-T Soares (1999) llevo a cabo una campaña de prueba la cual tomó nota de los factores que influyen:10
Estado de conservación de varillas.
Necesidad de utilizar un centralizador para mantener las varillas en vertical.
La llave de torsión de la velocidad de rotación debe ser constante.
La llave de torsión debe ser utilizada en una posición horizontal para que no afecte la medición del esfuerzo de torsión.
La falta de atención del operador al llevar acabo el ensayo puede presentar errores en la lectura y no se restablecerá la llave de torsión antes de la rotación.
Se debe tomar un rango de lectura de las llaves de torque.
6.2.1.6 Relaciones T/N. La relación T/N ha sido utilizada por algunos ingenieros como parámetro de clasificación del suelo. Por lo tanto, es necesario un estudio detallado de este parámetro con el fin de discutir la viabilidad de la utilización de pruebas SPT –T. Para ello se deben analizar los diferentes datos experimentales obtenidos ya sean de empresas extranjeras que hallan implementado el ensayo en diferentes pruebas, como de diferentes universidades que tengan este tipo de ensayos dentro de sus procesos de investigación.
6.2.1.7 Análisis de datos. Los valores de T/N presentados se refieren a la unidad de esfuerzo de torsión en kgf.m dividido por el número de golpes necesarios para penetrar en el suelo, representados por el índice N. El análisis se hace posible al
42
evaluar la variación de T/N para cada tipo de suelo de acuerdo con la geología, la profundidad y la presencia de nivel de agua. Para permitir mejor visión del análisis