Muestreo con Muestrador de Media Caña – Suelos.

Los muestreadores de media caña se usan en el campo para obtener muestras de suelo que están generalmente alteradas pero son aún representativas. La figura 2.15a  muestra una sección de muestreador de media caña estándar, consistente en una zapata de hincado de acero, un tubo de acero dividido longitudinalmente en dos y un copie en su parte superior. El copie conecta el muestreador a la barra de perforación. El penetrómetro estándar tiene un diámetro de 34.93 mm (1 3/8 pulg) y exterior de 50.8 mm (2 pulg); sin embargo, se dispone también de muestreadores con diámetros interior y exterior de hasta 63.5 mm (2 pulg) y 76.2 mm (3 pulg), respectivamente. 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 penetrómetro se hinca en el suelo por golpes de un martinete en la parte superior de la barra de perforación. El peso estándar del martinete es de 622.72 N (140 ib) y para cada golpe la altura de caída del martinete es de 0.762 m (30 pulg). El número de golpes requeridos para la penetración del penetrómetro de tres intervalos de 152.4 mm (6 pulg), es registrado. El número de golpes requeridos para los dos últimos intervalos se suman para dar el número de penetración estándar a esa profundidad. Este número se llama generalmente el valor N (American Society for Testing and Materials, 1992, Designación D-1586-84). 

FIGURA 2.15 (a) Penetrómetro estándar de media caña; (b) extractor de núcleos de manantial (canastilla) 

Luego se retira el penetrómetro, junto con la zapata y el copie. La muestra de suelo recuperada del tubo se coloca en una botella de vidrio y se transporta al laboratorio.

El grado de alteración de una muestra de suelo es usualmente expresado Como 

donde AR = relación de áreas

          D0 = diámetro exterior del tubo muestreador
          Di = diámetro interior del tubo muestreador

Cuando la relación de áreas es de 10% o menor, la muestra se considera como inalterada. Para un penetrómetro estándar de media caña

Por consiguiente, las muestras están altamente alteradas. Las muestras con penetrómetro estándar de media caña se tornan generalmente a intervalos de aproximadamente 1.53 rn (5 pies). Cuando el material encontrado en el campo es arena (particularmente arena fina debajo del nivel freático), la obtención de una muestra por medio del muestreador de media caña es difícil. En tal caso, un dispositivo conocido como extractor de núcleos de manantial tiene que ser colocado dentro de la media caña (figura 2.15b).

Además de la obtención de muestras de suelos, las pruebas de penetración estándar proporcionan varias correlaciones útiles. Por ejemplo, la consistencia de los suelos arcillosos es con frecuencia estimada con el numero, N, de penetración estándar, corno muestra la tabla 2.3. Sin embargo, las correlaciones para las arcillas requieren pruebas para verificar que las relaciones son válidas para el depósito de la arcilla en consideración.

La literatura técnica contiene muchas correlaciones entre el número de penetración estándar y la resistencia cortante, c, no drenada de la arcilla. Con base en resultados de pruebas triaxiales no drenadas conducidas en arcillas no sensitivas, Stroud (1974) sugirió que

   Cu = KN      (2.4)

donde K = constante = 3.5-6.5 kN/m2 (0.507-0.942 Ib/pulg2)
          N = número de penetración estándar obtenido en campo

El valor promedio de K es aproximadamente de 4.4 kN/m2 (0.638 lb/pulg2).

TABLA 2.3 Consistencia de arcillas y correlación aproximada con el número N de penetración estándar 

 

Hara y otros investigadores (1971) sugirieron también que 

La tasa de sobreconsolidación OCR de un depósito natural de arcilla es también correlacionada con el número de penetración estándar Del análisis de regresión de una base de datos de 110 puntos, Mayne y Kerper (1988) obtuvieron la relación 

donde σ’v = esfuerzo efectivo vertical en MN/m2

Es importante señalar que cualquier correlación entre c y N es sólo aproximada. La sensitividad, St, de suelos arcillosos juega también un papel importante en el valor real de N obtenido en campo. La figura 2.16 muestra una gráfica de N(medido) / N(en st) versus St según predicho por Schmertmann (1975).

En suelos granulares, el valor N es afectado por la presión efectiva de sobrecarga
σ’v. Por esa razón, el valor N obtenido en una exploración de campo bajo diferentes presiones efectivas de sobrecarga debe ser cambiado para corresponder a un valor estándar de σ’v. Es decir, 

donde Ncor = valor N corregido para un valor estándar de o [95.6 kN/m2 (1 ton/pie2)] 

CN= factor de corrección
NF = valor N obtenido en el campo 

Figura 2.16

En el pasado fueron propuestas varias relaciones empíricas para Algunas se dan en la tabla 2.4, las más comúnmente citadas son las proporcionadas por Liao y Whitman (1986) y Skempton (1986). La figura 2.17 muestra una comparación de CN versus σ’v obtenida de esas relaciones.

En la tabla 2.5 se da una relación aproximada entre el número de penetración estándar corregido y la compacidad relativa de la arena. Sin embargo, esos valores son aproximados, principalmente porque la presión efectiva de sobrecarga y la historia del esfuerzo del suelo influyen considerablemente en los valores N, de la arena. Un extenso estudio realizado por Marcuson y Bieganousky (1977) produjo la relación empírica 

donde Cr = compacidad relativa
          NF = número de penetración estándar en el campo
          σ’v= presión efectiva de sobrecarga (lb/puig2)
          Cu = coeficiente de uniformidad de la arena

El ángulo máximo de fricción de suelos granulares se correlaciona con el número de penetración estándar corregido. Peck, Hanson y Thornburn (1974) proporcionan una correlación entre Ncor y Ø en forma gráfica, que puede ser aproximada como (Wolff, 1989)

TABLA 2.4 Relaciones empíricas par CN (Nota σ’v esta en U.S ton / pie2)

TABLA 2.17 Graficas de comparación de CN versus  σ’v obtenida de relaciones dadas por Lia y whitman

TABLA 2.5  Relación entre los valores de N corregidos y la compacidad relativa en arenas.

 

FICURA 2.19 Resultados de pruebas de laboratorio de Hatanaka y Uchida (1996) para la correlación entre Ø y (raíz cuadrada de  Ncor)

1. Las ecuaciones son aproximadas.

2. Debido a que el suelo no es homogéneo, los valores N, obtenidos en un barreno varían ampliamente.

3. En depósitos de suelo que contienen grandes boleos y grava, los números de penetración estándar son erráticos y de poca confianza.

Aunque aproximada, con una correcta interpretación, la prueba de penetración estándar proporciona una buena evaluación de las propiedades de los suelos. Las principales fuentes de error en las pruebas de penetración estándar son una limpieza inadecuada del barreno, un conteo descuidado del número de golpes, un golpeteo excéntrico del martinete sobre el barreno perforador y un mantenimiento inadecuado del nivel del agua en el barreno.