Experiencias con el ensayo de penetración semi-estática (Cono Holandés)

Se presenta un rápido repaso de los métodos de interpretación de los resultados de los ensayos con el Cono Holandés tipo Gouda, se incluyen los métodos para determinar la Resistencia al corte en suelos cohesivos saturados, la relación de preconsolidación en suelos cohesivos saturados y suelos granulares, la correlación con el ensayo SPT y finalmente se efectúa un análisis de los resultados obtenidos en varios lugares del país. El resumen y las conclusiones incluyen recomendaciones para ampliar el intercambio de información entre los operadores de equipos de este tipo en el país, debido a la importancia que tiene el contar con estadísticas propias del medio.

Descripción del ensayo

• El ensayo de penetración semi-estática con el cono Holandés (CPT) ha sido usado en Europa desde 1920. Desde 1960 ha sido introducido en los Estados Unidos y el primer equipo que llegó a nuestro país (Perú) arribó en 1984.
• El cono holandés es el ensayo de penetración estática más difundido. En la Figura No. 1 se puede observar el Cono Holandés Gouda y sus diversas partes, con una indicación de la forma en que pueden desplazarse éstas durante el ensayo.
• El cono tiene dos juegos de barras, uno exterior hueco, de 36 mm de diámetro, y otro interior sólido de 15 mm de diámetro. Las barras poseen sendas roscas para unirse entre sí. La barra interior está conectada a la punta del cono, esta punta tiene 60º de ángulo en el vértice, un diámetro igual al de la barra exterior y un área de 10 cm². La barra exterior está conectada al cono, el cual puede correr libremente hasta 70 mm empujado por ésta.
• Un accesorio muy importante es el Manguito de Fricción Begemann, este manguito tiene 150 cm² de área lateral y está dispuesto de tal manera que es arrastrado por el cono durante la última mitad de su carrera; es decir de los 70 mm de avance del cono, los primeros 35 mm los efectúa sólo y los siguientes 35 mm lo hace arrastrando consigo el manguito. Basta restar la primera lectura de la segunda para hallar el valor de la fricción local provocada por el Manguito Begemann.
• En la parte superior de las barras, el extremo de éstas se conecta a un dispositivo hidráulico que puede aplicar carga indistintamente a la barra interior o a la exterior. Dos manómetros, uno para cada barra, permiten medir la carga aplicada a cada una de éstas en un momento dado.
• La fuerza para introducir el cono era aplicada manualmente (por medio de poleas y cadenas) hasta hace unos años, hoy se utiliza la fuerza hidráulica. Esta fuerza se aplica con una bomba accionada por un motor de gasolina o diesel. El equipo que habitualmente opera el autor de este documento es de 2.5 T de capacidad de empuje y pesa sólo 80 Kg., puede ser transportado por avión o en un vehículo pequeño, a este cono se le denomina también Cono Gouda y es del tipo mecánico (no electrónico) impulsado por fuerza hidráulica. Antes de iniciar la prueba, es necesario anclar el equipo al terreno, esto se logra con unos espirales especiales o aplicando carga sobre la base.

Existen las tres modalidades siguientes para efectuar sondeos con el cono Holandés mecánico:

– Sondeo continuo con el cono sólo.- Se baja todo el conjunto hasta la profundidad donde se inician los ensayos, luego se hace avanzar continuamente el cono acompañado por los juegos de barras. Se mide la fuerza necesaria para efectuar este avance.

– Sondeo discontinuo con el cono sólo.- Se baja todo el conjunto hasta la profundidad donde se inician los ensayos, luego se hace avanzar un tramo al cono sólo, sin que lo acompañe el juego de barras exteriores; así el cono puede avanzar en tramos de 50 mm, terminado cada tramo, se debe bajar el conjunto exterior de barras.

– Sondeo discontinuo usando el manguito de fricción de Begemann.- Se avanza el cono, en carreras de 70 mm, los primeros 35 mm los avanza sólo y los siguientes 35 mm arrastrando el manguito de fricción. La diferencia entre la segunda fuerza y la primera nos da la fuerza de fricción. La fuerza de punta, dividida entre el área frontal del cono (10 cm²) es la Resistencia de Punta qc.

La fuerza de fricción, dividida entre el área lateral del manguito de fricción (150 cm²) es la Resistencia de Fricción Lateral f1. La relación de fricción se da en porcentaje y es el cociente que resulta de dividir la resistencia de fricción entre la resistencia de punta.

Se han escrito muchos trabajos acerca de la correlación de los resultados del ensayo del cono holandés con la clasificación y las propiedades mecánicas de los suelos. Así por ejemplo, Begemann propuso el siguiente gráfico para la clasificación de suelos basada en los resultados con el cono holandés:

Probablemente la aplicación más útil de CPT es proveer una definición de perfiles muy mejorada de los suelos especialmente cuando es usado en conjunción con perforaciones de investigación. La correlación de los ensayos del CPT con los suelos granulares incluye el ángulo de fricción, el módulo de compresibilidad, la densidad relativa y el OCR (Over Consolidation Ratio, o Presión Efectiva de Sobrecarga). Para suelos cohesivos saturados las correlaciones de qc incluyen la resistencia al corte no drenada así como el OCR. Es importante recordar que las correlaciones de las propiedades del suelo con el CPT son fundamentalmente empíricas y que en principio son válidas únicamente para los datos base usados para establecer la correlación. En nuestro país, esta última información es clave debido a la gran importancia que tiene una correlación abundante para una mejor interpretación de los resultados con este equipo.

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