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INTRODUCCION

Los ensayos o pruebas de penetración son pruebas realizadas para la determinación de las características geotécnicas de un terreno, como parte de las técnicas de reconocimiento de un reconocimiento geotécnico. Constituyen un método sencillo e intuitivo de apreciar la consistencia de un terreno: forzar la penetración de un elemento, relacionando dicha consistencia con la aparición de la resistencia que opone el terreno a la hinca de este elemento. Igualmente, puede deducirse de esta forma la cota de aparición de estrato duro (por ejemplo, el sustrato rocoso) por la imposibilidad de penetrar más allá de dicha profundidad. Con los datos de resistencia a la penetración que se obtienen en un ensayo de estas características, es posible, gracias a la experiencia geotécnica, establecer una serie de correlaciones para distintos tipos de suelo, con el fin de conseguir caracterizarlo geotécnicamente. Aunque su utilidad sea grande, particularmente en la determinación de la profundidad de las capas competentes o de rechazo en la hinca, dicha técnica de reconocimiento del terreno de la que se obtiene de forma indirecta las cracterísticas y propiedades del terreno, ha de ser por fuerza de poca precisión. Esto hace que haya quien no considere estos métodos, auténticos ensayos "in situ", denominándolos más bien como pruebas de penetración, o directamente con el término de "penetrómetro". Excepto un tipo de prueba de penetración (SPT), que se realiza exclusivamente en la ejecución de sondeos, el resto de penetrómetros constituyen en sí mismos una actividad separada y concreta entre las desarrolladas en una campaña de reconocimiento. La relativa rapidez y economía de ejecución respecto a la realización de sondeos, hace que sean muy utilizados. Hay que llamar la atención, sin embargo, de que su uso es la detección de capas estratigráficas del terreno

ya conocidas y delimitadas por la ejecución previa de sondeos o por una gran experiencia local si la obra es de poca importancia.

SONDEO DINAMICO El ensayo de penetración dinámica continuo es una metodología sencilla que consiste en contabilizar el número de golpes N necesarios para hincar dinámicamente tramos de varillaje de 10 o 20 cm (N10, N20, respectivamente). Los golpes son dados por una maza de peso conocido que cae libremente desde una altura fija. En el extremo inferior del varillaje se coloca una puntaza de mayor diámetro con el fin de reducir el rozamiento parásito por fuste y facilitar su extracción, ya que la puntaza queda perdida en el interior del suelo al finalizar el ensayo. La realización del ensayo se suspende cuando se supera el número de golpes máximo, fijado por normativa, para el tramo de lectura (rechazo). Los resultados se presentan en forma de gráficas en los que se traza el golpeo N vs. profundidad, indicando en cada caso el tipo de penetrómetro utilizado.

VENTAJAS Y APLICACIONES

 Determinación del perfil del

terreno.

 Estimación grosera de los

parámetros

resistentes del suelo  Control de calidad de tratamientos del terreno.

Los penetró metros dinámicos o pruebas o ensayos de penetración dinámica son un tipo de ensayos de penetración, empleados en la determinación de las características geotécnicas de un terreno, como parte de las técnicas de reconocimiento de un reconocimiento geotécnico. Consisten en la introducción en el terreno de un elemento de penetración, generalmente de forma cónica, unido solidariamente a un varillaje. La hinca se realiza por golpeo de una maza con un peso definido, sobre una sufridera o cabezal colocado en la parte superior del varillaje. Dicha maza se eleva a una altura fijada, y se deja caer libremente. El resultado del ensayo es el número de golpes necesario para que el penetrómetro se introduzca una determinada profunidad. Las correlaciones más usuales que proporcionan tanto una caracterización geotécnica del terreno como definiciones estructurales, son las que utilizan los resultados del ensayo SPT. Por lo tanto, resulta interesante establecer una relación entre los golpeos de pruebas con penetrómetro continuo, y los que se hubieran obtenido si se hubieran ejecutado ensayos SPT.

Al contrario que en el caso de comparación entre distintos penetrómetros dinámicos continuos, no es fácil obtener una relación "SPT-penetrómetro dinámico continuo". Y esto se debe a que tanto el útil de penetración (cuchara frente a punta cónica), como la forma de ejecución (fondo de sondeo frente a penetración con varillaje desde superficie), son radicalmente distintos.

TIPOS DE SONDEO POR PENETRACION El ensayo de penetración estándar o SPT (del inglés standard penetration test), es un tipo de prueba de penetración dinámica, empleada para ensayar terrenos en los que queremos realizar un reconocimiento geotécnico. Constituye el ensayo o prueba más utilizado en la realización de sondeos, y se realiza en el fondo de la perforación. Consiste en medir el número de golpes necesario para que se introduzca una determinada profundidad una cuchara (cilíndrica y hueca) muy robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35 milímetros, lo que supone una relación de áreas superior a 100), que permite tomar una muestra, naturalmente alterada, en su interior. El peso de la masa está

normalizado, así como la altura de caída libre, siendo de 63'5 kilopondios y 76 centímetros respectivamente. DESCRIPCION DEL ENSAYO SPT Una vez que en la perforación del sondeo se ha alcanzado la profundidad a la que se ha de realizar la prueba, sin avanzar la entubación y limpio el fondo del sondeo, se desciende el toma muestras SPT unido al varillaje hasta apoyar suavemente en el fondo. Realizada esta operación, se eleva repetidamente la masa con una frecuencia constante, dejándola caer libremente sobre una sufridera que se coloca en la zona superior del varillaje. Se contabiliza y se anota el número de golpes necesarios para hincar la cuchara los primeros 15 centímetros (N0 − 15). Posteriormente se realiza la prueba en sí, introduciendo otros 30 centímetros, anotando el número de golpes requerido para la hinca en cada intervalo de 15 centímetros de penetración (N15 − 30 y N30 − 45). El resultado del ensayo es el golpeo SPT o resistencia a la penetración estándar: NSPT = N15 − 30 + N30 − 45 Si el número de golpes necesario para profundizar en cualquiera de estos intervalos de 15 centímetros, es superior a 50, el resultado del ensayo deja de ser la suma anteriormente indicada, para convertirse en rechazo (R), debiéndose anotar también la longitud hincada en el tramo en el que se han alcanzado los 50 golpes. El ensayo SPT en este punto se considera finalizado cuando se alcanza este valor. (Por ejemplo, si se ha llegado a 50 golpes en 120 mm en el intervalo entre 15 y 30 centímetros, el resultado debe indicarse como N0 − 15 / 50 en 120 mm, R). Como la cuchara SPT suele tener una longitud interior de 60 centímetros, es frecuente hincar mediante golpeo hasta llegar a esta longitud, con lo que se tiene un resultado adicional que es el número de golpes N45 − 60.

Proporcionar este valor no está normalizado, y no constituye un resultado del ensayo, teniendo una función meramente indicativa. VENTAJAS SPT Una ventaja adicional es que al ser la cuchara SPT un tomamuestras, permite visualizar el terreno donde se ha realizado la prueba y realizar ensayos de identificacion, y en el caso de terreno arcilloso, de obtención de la humedad natural. APLICACONES Y CORRELACIONES El ensayo SPT tiene su principal utilidad en la caracterización de suelos granulares (arenas o gravas arenosas), en las que es muy difícil obtener muestras inalteradas para ensayos de laboratorio. Al estar su uso muy extendido y dispone de una gran experiencia geotécnica en estas pruebas, se han planteado correlaciones entre el golpeo SPT y las características de los suelos arenosos, así como con diversos aspectos de cálculo y diseño geotécnico. También existen correlaciones en el caso de que el terreno sea cohesivo, pero al ser un ensayo prácticamente instantáneo, no se produce la disipación de los incrementos de presiones intersticiales generados en estos suelos arcillosos por efecto del golpeo, lo que claramente debe influir en el resultado de la prueba. Por ello, tradicionalmente se ha considerado que los resultados del ensayo SPT (y por extensión, los de todos los penetrómetros dinámicos) en ensayos cohesivos no resultan excesivamente fiables para la aplicación de correlaciones. En la actualidad, este criterio está cuestionado, siendo cada vez más aceptado que las pruebas penetrométricas pueden dar resultados igualmente válidos en todo tipo de suelo. En cualquier caso, al margen de la validez o existencia de correlaciones, el valor del golpeo obtenido en un ensayo de penetración simple es un dato indicativo de la consistencia de un terreno susceptible de su utilización para la caracterización o el diseño geotécnicos.

Cuando el terreno atravesado es grava, la cuchara normal no puede hincarse, pues su zapata se dobla. Con frecuencia se sustituye por una puntaza maciza de la misma sección (no normalizada). El ensayo SPT no proporciona entonces muestra. El golpeo así obtenido debe corregirse dividiendo por un factor que se considera del orden de 1'5. Correlación entre el golpeo SPT y la consistencia del suelo atravesado Existen diversas correlaciones entre el resultado del ensayo SPT y las características del terreno (compacidad, resistencia y deformabilidad), e incluso con dimensiones de la cimentación requerida para un valor del asiento que se considera admisible. Sin embargo, las principales correlaciones que ligan el golpeo SPT con las características del terreno, lo hacen respecto a los parámetros ángulo de rozamiento interno e índice de densidad en las arenas (siendo el índice de densidad ID = (emax − e) / (emax − emin)). En los terrenos cohesivos, aún cuando no son tan aceptadas, existen correlaciones respecto a la resistencia al corte sin drenaje cu. En algunas ocasiones, el valor del golpeo SPT debe ser afectado por unos factores correctores para tener en cuenta la profundidad a la que se realiza el ensayo, y la influencia de la ubicación de dicho ensayo sobre la capa freática. Hay que tener cuidado, ya que en terrenos por ejemplo con gravas o bolos o en arcillosos duros, podemos tener mayorado nuestro SPT, no siendo éste ensayo entonces representativo de las características del terreno.

ENSAYOS DE CONTINUO

PENETRACIÓN

DINÁMICA

CON

REGISTRO

Los ensayos de penetración dinámica con registro continuo son un tipo de penetrómetros dinámicos, empleados en la caracterización de un reconocimiento geotécnico de un terreno. De los penetrómetros dinámicos, exceptuando el ensayo de penetración estándar o SPT, (que es un tipo de penetrómetro que se realiza exclusivamente en el interior de un sondeo y durante su ejecución), el resto, (DPSH, DPH y Borros), se consideran penetrómetros continuos, ya que proporcionan una medida continua de la resistencia a la penetración, desde la superficie hasta la profundidad máxima que se quiere alcanzar con el ensayo, o hasta obtener el rechazo a la hinca. Consisten en hincar un elemento con punta generalmente cónica en el terreno, desde su superficie hasta la profunidad deseada o hasta alcanzar el rechazo, midiendo la energía necesaria para profundizar intervalos de longitud definida, siendo esta energía el número de impactos de una maza que se eleva a una altura determinada y se deja caer libremente. Prueba de penetración Dinámica Superpesada La prueba de penetración dinámica superpesada o DPSH, es un tipo de prueba de penetración dinámica con registro continuo, que se emplea en la caracterización de un terreno, dentro de un reconocimiento geotécnico. Es un penetrómetro dinámico normalizado en España, con las siguientes características: 

Se mide el golpeo necesario para profundizar 20 centímetros -> NDPSH.



Rechazo (R) cuando NDPSH > 100.



Peso de la maza = 63'5 kilopondios.

 

Altura de caída = 76 centímetros. Sección de la punta cónica perpendicular al eje de penetración = 20 centímetros cuadrados (diámetro = 50'5 milímetros)

Prueba de Penetración Dinámica Pesada La prueba de penetración dinámica pesada, o DPH, es un tipo de prueba de penetración dinámica con registro continuo, que se emplea en la caracterización de un terreno, dentro de un reconocimiento geotécnico. Es un penetrómetro dinámico normalizado en España, con las siguientes características: 

Se mide el golpeo necesario para profundizar 10 centímetros -> NDPH.



Rechazo (R) cuando NDPH > 100.



Peso de la maza = 50 kilopondios.



Altura de caída = 50 centímetros.



Sección de la punta cónica perpendicular al eje de penetración = 15 centímetros cuadrados (diámetro = 43'7 milímetros).

Penetrometro Borro El penetrómetro Borros, es un tipo de prueba de penetración dinámica con registro continuo, que se emplea en la caracterización de un terreno, dentro de un reconocimiento geotécnico. Es un penetrómetro dinámico de origen sueco, que a pesar de no estar normalizado en España, ha sido utilizado con gran profusión hasta hoy en día. Presenta las siguientes características, parecidas a las penetrómetro DPSH, si bien proporcionan algo menos de energía:

del



Se mide el golpeo necesario para profundizar 20 centímetros -> NB.



Rechazo (R) cuando NB > 100.



Peso de la maza = 63'5 kilopondios.



Altura de caída = 50 centímetros.



Sección de la punta cónica perpendicular al eje de penetración = 11'34 centímetros cuadrados (diámetro = 38 milímetros).

Al no estar normalizado hay pruebas realizadas con el penetrómetro Borros que utilizan distintos valores para la longitud de caída (60 centímetros) y para la forma y sección de la punta (cuadrada de 16 centímetros cuadrados).

CONCLUSIONES

El uso principal del sondeo dinámico es la detección de capas estratigráficas del terreno ya conocidas y delimitadas por la ejecución previa de sondeos o por una gran experiencia local si la obra es de poca importancia.

Las causas de amplificaciones del suelo se deben, principalmente, al contraste de impedancias entre dos medios en contacto y al efecto de resonancia debida a la diferencia de frecuencias entre la correspondiente al depósito sedimentario y a la del movimiento sísmico.

Las diferentes técnicas de penetración en el suelo son muy similares, con la diferencia de que algunas están normadas, estas pasaron por diferentes tipos de análisis por lo cual podrían usarse con más seguridad.