lABORATORIO 1

lABORATORIO 1 ndiceIntroduccin.2Alcances.2Objetivos.2Antecedentes.3Descripcin de la metodologa.41.SPT4Ensayo.4Clculos.52.Estudio Geolgico.8Ensayo:8Clculos:9Resultados.10Conclusiones.15

Introduccin.

Durante un sismo hay muchos factores que pueden afectar la resistencia de una estructura, como por ejemplo: su rigidez, periodo, asentamientos, amortiguamientos, etc. Pero sin duda una de las ms importantes, es el factor suelo.

Para la correcta estimacin de los desplazamientos que ocurren durante un sismo, se requiere estimar de la mejor forma posible la respuesta del suelo de fundacin en estructuras.Se sabe que entre ms blando es el suelo, el edificio tendr que soportar mayores desplazamientos, por ende mayores deformaciones y esfuerzos.

En este informe se analizar los resultados de un ensayo SPT y los resultados de un estudio geofsico de ondas de corte, con el fin de clasificar el suelo de un rea en particular.

Alcances.

Segn un estudio de suelos de una campaa geotcnica, ubicado en un terreno de Reaca, Via del Mar, a una profundidad de 30 [m], los alcances del presente informe son:

Analizar los resultados de un sondaje STP para la previa clasificacin del suelo en el terreno.

Segn lo pedido en el decreto 61 del 2011, analizar los resultados de mediciones geofsicas de ondas de corte (Anlisis de microtremores ReMi), para en conjunto con el primer punto, lograr una adecuada clasificacin del suelo en el terreno.

Objetivos.

Dentro de los objetivos de forma explcita que se requieren para el desarrollo de este informe se tiene los siguientes objetivos:

1. Graficar ndice N-SPT en profundidad.

2. Determinar el valor de segn profundidad.

3. Clasificar ssmicamente el suelo considerando el valor promedio para los 30 [m] y (promedio de ambos perfiles ssmicos) segn articulo 5 y 6 del decreto 61 del 2011.

Sin embargo a la hora de trabajar con el mtodo SPT implcitamente se puede; determinar la Compacidad y la Capacidad de Soporte del suelo no cohesivo, tomar muestras representativas del suelo, hallar correlacin entre: El nmero de golpes, N, medido y la compacidad y la resistencia a la compresin simple por medio de tablas o bacos ya existente

Antecedentes.

Como primera etapa se realiza el estudio del ensayo SPT, para ello se consta de los siguientes antecedentes de la campaa geotcnica ubicada a 30 [mts] de profundidad:

[1] Informe N1406001-SON-001-RA, Informe de exploracin geotcnica mediante sondaje, emitido con fecha 08 de Junio del 2014.

Para la realizacin del informe [1], se basan en los antecedentes propuestos en la Norma ASTM D-1586-67, la cual describe el procedimiento, generalmente conocido como ensayo de Penetracin Estndar (SPT), de hincar un muestreador de caa partida para obtener una muestra representativa de suelo y medir la resistencia del suelo a la penetracin del muestreador.

Tambin se debe tener presente la Norma NCh3364-2014 Ensayo de Penetracin Estndar, que tiene por objetivo estandarizar el ensayo de penetracin estndar, normalmente llamado ensayo SPT, adems se da especial importancia a los procedimientos y metodologa para la evaluacin de suelos potencialmente licuables.

Adems es necesario tener conocimiento de la norma ASTM D-6066 que determina la prctica estndar para determinar la resistencia de arenas a la penetracin normalizada, para evaluacin del potencial de licuacin.

[2] Informe N1406001-IGF-001-RA, Informe de mediciones geofsicas mediante el mtodo ReMi, emitido con fecha 04 de Julio del 2014.

Para la realizacin del informe [2], necesariamente se debi realizar el primer informe, ya que en aquellos resultados se basa el presente, junto con el conocimiento del Decreto N 61 oficializado el 13 de diciembre de 2011.

Con respecto a los clculos realizados para lograr el objetivo del informe, se utiliz los apuntes del libro Braja M. Das - Fundamentos de Ingeniera Geotcnica.

Descripcin de la metodologa.

1. SPTEnsayo.

El procedimiento conocido como ensayo de Penetracin Estndar (SPT) consiste en hincar un muestreador de cuchara normalizada para obtener una muestra representativa del suelo. Para medir su resistencia a la penetracin se efectan conteos de golpes efectuados al bajar una medida estandarizada, esto ltimo se efecta para estimar la calidad del suelo para enfrentar sismos.

El mtodo ha sido estandarizado desde 1958 y consiste en hincar un toma muestras partido de 45 [cm] de largo colocado en el extremo de una varilla AW por medio de un peso de 63.5 [kg] que se deja caer libremente desde una altura de 76 [cm], anotando los golpes necesarios para penetrar cada 15[cm].

El valor normalizado de penetracin N es para 30 [cm], se expresa en [golpes/30cm] y es la suma de los dos ltimos valores registrados. Se dice que el ensayo muestra rechazo cuando N es mayor de 50 [golpes/15 cm], N es igual a 100 [golpes/45 cm] o no hay avance despus de 10 [golpes].

El ensayo, aunque sea estndar, tiene muchas variantes tales como los equipos utilizados, las configuraciones del martillo de hinca, el control de la altura de cada, etc por eso, para casi todas estas variantes hay factores de correccin.

Imagen 1: Esquema de ensayo SPT

Clculos.

Una vez obtenidos los golpes necesarios para bajar 45 [cm] en 3 tramos de 15 [cm], se procede al clculo de los valores requeridos segn Nch3364-2014.

Se tiene que:

El ndice de penetracin N-SPT corresponde a, segn norma:

Nm: Nmero de golpes segn especificaciones Nch3364-2014 para penetrar desde 15 [cm] a 30 [cm] + nmero de golpes para penetrar desde 30 [cm] hasta 45 [cm].

*Los primeros 15 [cm] de ensayo, se consideran de acomodamiento.

El valor de es el ndice de penetracin estndar normalizado por presin de confinamiento de 1 [kgf/cm2] aplicables slo a suelos que clasifican como arena. Y corresponde a la siguiente expresin:

En donde en una forma alternativa citada en la clusula A.1 de la norma Nch3364-2014, corresponde a:

Con:

Y con:

Con:

=peso unitario hmedo o saturado del suelo por sobre la zona de ensayo.

=espesor de estratos individuales por sobre el nivel fretico.

=presin de poros =

=altura de agua estimada a partir de las condiciones del sitio.

=peso unitario del agua.

*Se considera que esta inferiormente acotado por 0,5 e superiormente acotado por 1,7.

El valor de es el ndice de penetracin estndar normalizado por presin de confinamiento de1 [kgf/cm2] y corregido al 60% de la energa normalizada, en slo a suelos que clasifican como arena. Y corresponde a la siguiente expresin:

En donde los valores de correccin son los siguientes:

Correccin por energa.

Con Eri como la razn de energa transmitida por las barras de perforacin [%].

Factor de correccin

Este factor considera los siguientes valores de acuerdo al dimetro de la perforacin resultante a nivel del ensayo:

Tabla 1: Relacion entre el factor de correccion y el diametro de perforacin.

Factor de correccin

Este factor considera los siguientes valores de acuerdo al largo total de barras utilizadas hasta la profundidad del ensayo (Lt):

Tabla 2: Relacion entre el factor de correccion y el largo total de las barras, para martinete manual

Tabla 3: Relacion entre el factor de correccion y el largo total de las barras, para martinete automatico.

Factor de correccin

Factor que considera la existencia o no de un liner:

Tabla 4: Factor de correccin para una cuchara estndar.

2. Estudio Geolgico.Ensayo:

El mtodo de anlisis de microtremores ReMi se basa en el anlisis de la curva de dispersin de las ondas de Rayleigh, obtenidas a partir de los registros de ruido ambiental llamados microtremores (Sismos, autos, explosiones, etc.). Estos registros son obtenidos en terreno utilizando un equipo estndar de refraccin ssmica y el resultado final del mtodo es un perfil unidimensional de velocidades de ondas S para el sector en estudio.

Las etapas del mtodo ReMi, se resumen en los siguientes puntos:

1) Adquisicin de datos.

2) Procesamiento.

3) Anlisis espectral.

4) Obtencin de la curva de dispersin.

5) Obtencin de la distribucin de Vs. (Modelado de Vs).

En forma grfica se tiene:

Imagen 2: Diagrama de anlisis de ReMi

Clculos:

El procedimiento de clculo, es el expuesto en el decreto 61-2014. Destacando que el output del estudio geolgico, corresponde a velocidades de las ondas de corte para distintos estratos de suelo en la zona.

Se tiene:

(7)

= la velocidad de ondas de corte promedio de los 30 metros superiores del terreno.

=velocidad de ondas de corte del estrato i, en [m/s]

Hi=espesor del estrato i, en [m].

N=nmero de estratos.

Luego la clasificacin del suelo recae en la siguiente tabla, datos que se deben comparar con el ensayo SPT:

Tabla 5: Clasificacin de suelo segn velocidad de ondas de corte.

Resultados.

Para la correccin de los N, se consider lo siguiente:

ER (ratio de energa)=80%, correspondiente a martinete automtico.

Perforacin Sondaje HQ con muestreo HQ3 (dimetro testigo 61.1 mm y dimetro del pozo 96 mm)

Barras utilizadas AW de largo 3 m.

Mtodo de muestro con cuchara sin liners.

En donde la estratigrafa es la siguiente:

Tabla 6: Estratigrafa del suelo.

Y el nivel fretico (Variable) fue el siguiente:

Tabla 7: Variacin del Nivel Fretico.

En donde a menor nivel fretico, menor Cn (Se es conservador). Por lo que se usar 3,1 [m].

Se us la siguiente tabla del libro Braja M. Das, para obtener los datos faltantes:

Tabla 8: Relacin de vacos, contenidos de agua y peso especfico para suelos tpicos.

En donde utilizando las siguientes ecuaciones, se puede despejar Gs y obtener sat respectivamente:

(8)

(9)

Para lo anterior se asume que el estrato 1 es arcilla orgnica, por lo que:

Estrato 1

Luego considerando un suelo tipo:

Arcilla orgnica

e

2,85

w

105

%

yw

9,8

kN/m3

yd

7

kN/m3

Gs

2,75

Ysat

14,2545455

hus

2

Tabla 9: Parmetros para el estrato 1

Tambin se asume que el estrato 2 es arena limosa suelta de grano granular, por lo que:

Estrato 2

Luego considerando un suelo tipo:

Arena limosa suelta de grano angular

e

0,4

w

15

%

yw

9,8

kN/m3

yd

19

kN/m3

Gs

2,71428571

Ysat

21,8

hus

21,7

Tabla 10: Parmetros para el estrato 2

Luego planteando las ecuaciones mencionadas en la metodologa, se tiene los siguientes valores:

Tabla 11: Parmetros obtenidos

Por lo que se obtienen los siguientes valores para las correcciones:

Correcciones

Ce

Cn

Cb

Cr

Cs

1,33

1,23

1

0,75

1,2

Tabla 12: Valores para las correcciones.

*Utilizando un nivel fretico promedio se obtiene Cn=1.29, y utilizando el nivel fretico mximo se obtiene Cn=1,36. (Valores que no cambian la conclusin final sobre la clasificacin del suelo).

Luego, se tienen los siguientes resultados del ensayo SPT valores de inters segn Nch3364-2014:

Prof. Desde

Prof Hasta

N1

N2

N3

Ntotal

Nm

N1

(N1)60

0,55

1

6

9

11

26

20

27,2

32,6

1,55

2

4

4

6

14

10

13,6

16,3

2,55

3

10

13

16

39

29

39,4

47,3

3,55

4

13

17

19

49

36

48,9

58,7

4,55

5

10

14

16

40

30

40,7

48,9

5,55

6

10

14

17

41

31

42,1

50,5

6,55

7

13

21

24

58

45

61,1

73,3

7,55

8

13

26

29

68

55

74,7

89,6

8,55

9

18

24

27

69

51

69,2

83,1

9,55

10

4

5

6

15

11

14,9

17,9

10,55

11

17

15

23

55

38

51,6

61,9

11,55

12

10

15

23

48

38

51,6

61,9

12,55

13

12

15

16

43

31

42,1

50,5

13,55

14

10

15

20

45

35

47,5

57,0

14,55

15

6

8

9

23

17

23,1

27,7

15,55

16

13

21

27

61

48

65,2

78,2

16,55

17

15

23

25

63

48

65,2

78,2

17,55

18

12

22

24

58

46

62,5

75,0

18,55

19

27

36

42

105

78

105,9

127,1

20,55

21

30

29

29

88

58

78,8

94,5

21,55

22

16

25

33

74

58

78,8

94,5

22,55

23

32

38

32

102

70

95,0

114,1

23,55

24

6

7

9

22

16

21,7

26,1

24,55

25

6

6

8

20

14

19,0

22,8

25,55

26

5

7

10

22

17

23,1

27,7

26,55

27

8

9

12

29

21

28,5

34,2

Tabla 13: Resultados del ensayo SPT

Donde se destaca, que a los 19 y 23 [m] de profundidad, segn norma se debera rechazar la medicin, por no cumplir un nmero total de golpes menor de 100 para las 3 series. Esto se ignor, pues en el enunciado del laboratorio se condicion el rechazo para 100 golpes en 30 [cm].

Se destaca que el promedio de N1 es 49,7.

Con los anteriores datos, se presentan los grficos requeridos:

Grfico 1: Nstp versus Profundidad

Grfico 2: N160 versus profundidad.

Del informe de exploracin geotcnica, se extraen los siguientes resultados:

Por lo que segn la tabla 5, el suelo entre en la categora C tanto para el ensayo STP (Con un N1 promedio de 49,7) como para el estudio geotcnico.

Conclusiones.

En ensayo de penetracin estndar (STP) es un mtodo que no presenta mayores dificultades en su aplicacin, el cual permite determinar la capacidad de carga del suelo. Una vez conocida dicha capacidad, es posible disear las cimentaciones de la estructura que ser construida. Junto con ello, a partir de la ejecucin del STP es posible obtener muestras del suelo que permiten realizar otros ensayos a fin de determinar otras propiedades de inters, as como conocer los distintos estratos de los cuales este se compone.

Dado que la ejecucin como las correcciones necesarias segn distintos factores que influyen en los resultados del ensayo se encuentran rigurosamente detalladas en la norma NCh 3364, los posibles errores que se puedan presentar tienen su origen principalmente en errores burdos, cometidos de los encargados a la hora de realizar las mediciones.

El mtodo de Refraccin Microtremor (ReMi), tiene su fundamento fsico en la dispersin de ondas en el terreno analizado. Mediante el uso de aparatos de medicin estndar, se determina la velocidad promedio de las ondas de corte a 30 [m] de profundidad (VS 30)).

El ensayo de penetracin estndar en conjunto con el mtodo ReMi, permite determinar los parmetros necesarios para clasificar ssmicamente un suelo. De este modo, conociendo el ndice de penetracin estndar normalizado en conjunto con el VS 30, el suelo analizado fue catalogado como tipo C, segn lo estipulado en el decreto 61 del Ministerio de Vivienda y Urbanismo.

Nstp

Nm20102936303145555111383831351748484678585870161417210.550000000000000041.552.54999999999999983.554.555.556.557.558.55000000000000079.550000000000000710.5511.5512.5513.5514.5515.5516.5517.5518.5520.5521.5522.5523.5524.5525.5526.55

Profundidad [m]

Nm

(N1)6032.58798419078783616.29399209539391847.25257707664236158.65837154341809948.88197628618176150.51137549572114773.32296442927263189.61695652466654883.0993596865089917.92339130493331161.91716996249689261.91716996249689250.51137549572114757.0289723338787227.69978656216965678.21116205789080378.21116205789080374.952363638812031127.0931383440725794.50515415328472194.505154153284721114.0579446677574426.0703873526302722.81158893355148727.69978656216965634.2173834003272291.552.54999999999999983.554.555.556.557.558.55000000000000079.550000000000000710.5511.5512.5513.5514.5515.5516.5517.5518.5520.5521.5522.5523.5524.5525.5526.5527.55

Profundidad [m]

(N1)60

16

uo30,38kN/m3

v614,929091kN/m3

584,549091kN/m3

Pa1000kN/m3