17.2. Ensayo de penetración dinámica continua
Un ensayo de penetración dinámica continua consiste en la introducción de un útil en el terreno, mediante la aplicación de una carga dinámica, generalmente mediante golpeo de un sistema normalizado, prosiguiendo con la penetración con la adición sucesiva de tramos de varillaje por la parte superior del mismo.
Los ensayos de penetración dinámica pueden ser realizados de forma continua (caso en el cual es inviable la toma de muestra), o bien a intervalos y durante la perforación de un sondeo (cual el caso del SPT, que permite la toma de muestra). En este punto nos ocupamos de los primeros.
17.2.1. Ensayos de penetración dinámica continua
Los ensayos de penetración dinámica continua consisten en la hinca en el terreno de puntaza maciza situada en el extremo de una varilla, determinando el número de golpes aplicados con una maza de características definidas, necesarios para avanzar una longitud preestablecida.
La hinca se consigue golpeando el varillaje en su parte superior con una maza en caída libre. Conviene que el varillaje tenga un diámetro inferior al de la puntaza para evitar, en lo posible, el rozamiento del mismo con el suelo ya perforado.
La resistencia del terreno a la penetración dinámica se expresa por el número de golpes necesarios para clavar la varilla una longitud de 10 ó 20 cm según el método empleado; el número de golpes se consigna generalmente como N10 o N20 respectivamente, y representa un dato cualitativo sobre la resistencia del suelo.
El útil o puntaza que se usa para el avance suele ser cónico, con ángulo en la punta de 90º (si bien en algunos tipos de ensayo pueda variar.) El peso de la maza que golpea es también variable según el tipo de ensayo que se realiza.
Puntazas de penetración dinámica Borro (1) DPSH (2) ambas con punta perdida, DPSH con punta recuperable (3) y cabezal de golpeo (4) (TECSO)
Los métodos de ensayo más usuales, recogidos en el Código Técnico de la Edificación, corresponden a los ensayos DPSH (Dynamic Probe Super Heavy) y Borro, en los que se procede mediante el golpeo utilizando una maza de 63.5 Kg con una caída libre de 76 cm (DPSH) ó 50 cm (Borro), y determinando el número de golpes para un avance de 20 cm. Se da por finalizado el ensayo al llegar a la profundidad prevista, o bien en caso en que el número de golpes requerido sea igual o superior a 100 para un tramo de 20 cm (o tres tramos consecutivos de 20 cm con un golpeo igual o superior a 75.) Para el modo DPSH la puntaza utilizada es de sección circular, mientras que en el caso del Borro se toma una puntaza de sección cuadrada (ver detalle en fotografía anterior.)
Estos ensayos permiten el avance en suelos arcillosos, limosos, así como en arenas y gravas de compacidad floja a media. No son hábiles en roca, suelos cementados, gravas y arenas densas. Para suelos de consistencia blanda o compacidad floja la energía de golpeo es alta por exceso, por lo que es preferible el uso de procedimientos en los que el avance se realice mediante un medio de menor energía cinética (aumentando la resolución del ensayo) tal como el DPH (Dymanic Probe Heavy) o el DL030.
Ensayo de penetración con penetrómetro liviano (DPL) para el control de compactación. (CFT & Asociados)
Equipo de ensayo de penetración dinámica continua ligera (DPL030). PROYEX. En primer término a la izquierda el dispositivo de extracción de varillaje y pedal de accionamiento, a la derecha bomba hidráulica; sostenido por el operador el dispositivo de golpeo apoyado sobre el varillaje.
Equipos de ensayo de penetración dinámica superpesada (DPSH / Borro) autopropulsado por oruga. Modelo ROLATEC ML-76-A (cortesía de LGAI).
Actualmente, los penetrómetros dinámicos con accionamiento manual del cabrestante se han sustituido prácticamente en su totalidad por penetrómetros automáticos provistos de cuentagolpes mecánico o electrónico / digital.
Los resultados del ensayo se representan en un gráfico donde queda reflejada en ordenadas la profundidad a la que se realiza el ensayo y en abscisas el número de golpes necesarios para hincar la puntaza cada tramo, estipulado en función del tipo de ensayo. El diagrama resultante da una idea cualitativa de la resistencia de cada terreno o capa atravesada.
Reporte de ensayo de penetración dinámica continua
De hecho, puede establecerse un paralelismo o una correlación entre la resistencia dinámica que puede determinarse en el ensayo de penetración dinámica continua, y la resistencia dinámica que ofrece el terreno ante la hinca de pilotes (que no debe confundirse con la resistencia estática ante la carga de una cimentación directa.) Salvando las necesarias reservas que deben considerarse por factores de escala, el valor unitario de ambas resistencias puede ser considerado como equivalente.
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La expresión empírica que relaciona la resistencia dinámica del terreno con el resultado del ensayo de penetración (sea la hinca de un pilote o la de un penetrómetro) se conoce como «fórmula holandesa», de la cual existen diversas versiones. La más simplificada se expresa como sigue:
Donde:
- Rpd = resistencia dinámica de la punta punta
- A = área de la punta
- e = penetración por golpe (δ/N)
- M = peso masa de golpeo (altura caída H)
- P = peso total varillaje sistema golpeo
- H = altura de caida de la maza
- N = número de golpes para la hinca de un tramo de longitud δ (según el ensayo se consideran 10 cm o 20 cm.)
Debe remarcarse que con este tipo de ensayo no se obtiene muestra de terreno, y que por tanto debe considerarse un método de muestreo indirecto (se infiere el tipo y características del suelo sin tener conocimiento material del mismo). Por ello, estas pruebas deben ser consideradas complementarias a otras, mediante las que se obtenga una testificación fehaciente de terreno, como sondeos o calicatas.
La relación entre los resultados obtenidos y los parámetros del terreno deducidos en suelos coherentes (arcillas) debe encontrarse muy contrastada mediante la experiencia local, y su uso exclusivo en el cálculo geotécnico (no contrastado con otros ensayos «in situ» o de laboratorio) solo es admitido para construcciones de menor importancia. Para el caso de arenas y suelos no coherentes en general, la relación obtenida entre los resultados del ensayo y las propiedades geotécnicas del material presenta mejor correlación, y puede establecerse, en base a la experiencia local, una correlación relativamente satisfactoria con el resultado del ensayo SPT.
