Mecanica de suelos-Prueba de penetración de cono

Prueba de penetración de cono

La prueba de penetración de cono (CPT), originalmente conocida como prueba de penetración de cono holandés, es un método de resonancia versátil que se puede utilizar para determinar los materiales en un perfil de suelo y estimar sus propiedades de ingeniería. Entre los diferentes tipos de penetrómetro encontramos:

• Penetrómetro de cono mecánico: proporciona los cálculos para construir cimientos midiendo la resistencia del cono a intervalos regulares de 20 centímetros. Utilizamos el cono holandés con un manto cónico y el cono Begemann con fricción local en la manga.
• Penetrómetro de cono eléctrico: reúne información más completa, lo que permite una mejor clasificación de las capas del suelo (por ejemplo, detectar una capa delgada de turba en suelos arcillosos). La resistencia del cono y la fricción local se miden continuamente cada dos centímetros, lo que permite calcular la relación de fricción. Una computadora registra las mediciones que se transmiten a través del cono eléctrico a la superficie a través de cables dentro de las barras de penetrómetro. 
• Piezocone (CPTu): cono de CPT que está equipado con uno o más sensores de presión de poro, al cual se le llama piezocono, y una prueba de CPT que usa un piezocono a menudo se indica con la abreviatura CPTu, la lectura de la presión de poro “u2“es la más utilizada.
• SCPTu: A las ventajas del uso del ensayo CPTU, se une la posibilidad de realizar de manera conjunta, medidas sísmicas que permiten, de manera sencilla y económica, la obtención de la velocidad de onda de corte.

Procedimiento

Se empuja una varilla de acero con una punta cónica (un ángulo de vértice de 60 ° y un diámetro estándar de 35,7 mm) en el suelo a una velocidad constante de alrededor de 20 mm/s, y se mide la resistencia a la penetración en la punta y a lo largo de una sección del eje (manguito de fricción de 137 mm). Esta prueba también se conoce como prueba de penetración estática, y no se necesitan perforaciones para llevarla a cabo.

En la figura observamos lo siguiente:

• Vehículo: se requiere vehículo para proporcionar potencia al mecanismo de empuje.
• Mecanismo de empuje: el mecanismo hidráulico se usa para empujar el cono hacia el suelo.
• Cono en la punta: el cono en la punta mide la resistencia de la punta. Hay un sensor electrónico justo encima de la punta.
• Manga de fricción: la manga de fricción mide la fricción en el eje. Hay un sensor que mide la fricción en la manga.
• Sensor de presión de poro: este sensor mediría la presión de poro en el suelo.

[pic 1]

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[pic 3]

Un procedimiento más detallado del ensayo CPT, lo podemos encontrar en la ASTM 5778

Es un tipo de ensayo que aporta muchísima información y de calidad, pero debido a que debe ser introducido en el terreno mediante una hinca continua, su uso se limita a suelos blandos, sueltos o compresibles. La finalización del ensayo o también denominado rechazo se alcanzará con la presencia de suelos gruesos como bolos o gravas o sueles de elevada compacidad/consistencia como arenas densas o arcillas firmes/duras. Como es lógico, tampoco permiten estudiar rocas meteorizadas, caliches o costras y en general, terrenos duros o de elevada resistencia. En cambio, es un ensayo ideal a realizar en fangos, turbas o suelos de consistencia blanda o arenas sueltas como son las zonas de marisma, deltaicas, rellenos lacustres, etc.[pic 4]

[pic 5]

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Cono Dinámico de Penetración 

Se utiliza para evaluar la resistencia in situ de los suelos a la penetración, haciendo caer una maza de un peso determinado desde una altura constante. Los resultados de la prueba se correlacionan con los valores de CBR, la densidad in situ, la capacidad de soporte del suelo, etc. El Cono Dinámico de Penetración, DCP, se ha constituido en un instrumento de uso práctico y económico para la evaluación de terraplenes conformados y paquetes estructurales existente

INTERPRETACION DE LAS VARIABLES DEL CPT

1. Resistencia del cono

Representa la relación de la fuerza medida en la punta del cono y el área de la proyección normal de la punta del cono. [pic 7]

• Resistencia de cono corregida[pic 8]

[pic 9]

• Resistencia de cono normalizada

[pic 10]

1. Fricción de la manga

Es la fuerza de fricción que actúa sobre la manga dividida por su área de superficie, la cual esta teóricamente relacionado con la fricción del horizonte siendo penetrado.[pic 11]

• Relación de fricción

La relación entre la fricción del manguito y la resistencia del cono se expresa en la relación de fricción, denotado F r   y dado como un porcentaje. 

[pic 12]

• Relación de fricción Normalizada[pic 13]

La relación entre la relación de fricción y la resistencia del cono es el método más simple para identificar los estratos del suelo con un sistema de CPT (Figura 05)

1. Presión de Poro

La presión de poro es simplemente una medida de la presión del agua subterránea in situ, es decir, la presión del agua en los "poros" entre los granos del suelo. Estos datos se utilizan para determinar la compresibilidad y la permeabilidad del suelo, así como para indicar las condiciones del agua subterránea. Se utiliza para corregir o "normalizar" las lecturas de fricción de la manga y resistencia de la punta en presencia de humedad in situ y tensión de sobrecarga. Esto es especialmente importante en suelos blandos y de grano fino donde la humedad in situ tarda más en disiparse, y en pruebas a profundidades mayores.[pic 14][pic 15]

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