La prueba de penetración de cono o penetrómetro de cono ( CPT ) es un método utilizado para determinar las propiedades geotécnicas de los suelos y delimitar la estratigrafía del suelo . Inicialmente se desarrolló en la década de 1950 en el Laboratorio Holandés de Mecánica de Suelos en Delft para investigar suelos blandos. Basado en esta historia, también se le ha llamado la "prueba del cono holandés". Hoy en día, el CPT es uno de los métodos de investigación de suelos más utilizados y aceptados en todo el mundo.
El método de prueba consiste en empujar un cono instrumentado , con la punta hacia abajo, hacia el suelo a una velocidad controlada (se acepta control entre 1,5 -2,5 cm/s). La resolución del CPT al delinear capas estratigráficas está relacionada con el tamaño de la punta del cono, con puntas de cono típicas que tienen un área de sección transversal de 10 o 15 cm 2 , correspondiente a diámetros de 3,6 y 4,4 cm. En 1984, en la Earth Technology Corporation de Long Beach, California, se desarrolló y utilizó un penetrómetro de sustracción ultraminiatura de 1 cm 2 en un programa de diseño de estructuras y suelos del sistema de lanzamiento de misiles balísticos móviles de EE. UU. ( MGM-134 Midgetman ) en 1984.
Las primeras aplicaciones de CPT determinaron principalmente la logística de la propiedad geotécnica del suelo de capacidad de carga . Los penetrómetros de cono originales implicaban mediciones mecánicas simples de la resistencia total a la penetración al empujar una herramienta con una punta cónica en el suelo. Se emplearon diferentes métodos para separar la resistencia total medida en componentes generados por la punta cónica (la "fricción de la punta") y la fricción generada por la sarta de varillas. En la década de 1960 se añadió un manguito de fricción para cuantificar este componente de la fricción y ayudar a determinar la resistencia cohesiva del suelo. [1] Las mediciones electrónicas comenzaron en 1948 y mejoraron aún más a principios de la década de 1970. [2] La mayoría de los conos CPT electrónicos modernos ahora también emplean un transductor de presión con un filtro para recopilar datos de presión de agua intersticial . El filtro suele estar situado en la punta del cono (la llamada posición U1), inmediatamente detrás de la punta del cono (la posición más común U2) o detrás del manguito de fricción (posición U3). Los datos de presión del agua de poro ayudan a determinar la estratigrafía y se utilizan principalmente para corregir los valores de fricción de la punta para esos efectos. Las pruebas CPT que también recopilan estos datos del piezómetro se denominan pruebas CPTU. Los equipos de prueba CPT y CPTU generalmente hacen avanzar el cono usando arietes hidráulicos montados en un vehículo con mucho lastre o usando anclajes atornillados como contrafuerza. Una ventaja de la CPT sobre la prueba de penetración estándar (SPT) es un perfil más continuo de los parámetros del suelo, con datos registrados a intervalos típicamente de 20 cm pero tan pequeños como 1 cm.
Los fabricantes de sondas de penetrómetro de cono y sistemas de adquisición de datos incluyen Hogentogler, que ha sido adquirida por la División Vertek de Applied Research Associates , [3] [4] GeoPoint Systems BV [5] y Pagani Geotechnical Equipment. [6]
Además de los conos mecánicos y electrónicos, a lo largo de los años se han desarrollado una variedad de otras herramientas implementadas por CPT para proporcionar información adicional sobre el subsuelo. Una herramienta común avanzada durante las pruebas CPT es un geófono configurado para recopilar velocidades de ondas sísmicas de corte y de compresión . Estos datos ayudan a determinar el módulo de corte y la relación de Poisson a intervalos a lo largo de la columna de suelo para el análisis de licuefacción del suelo y el análisis de resistencia del suelo de baja deformación. Los ingenieros utilizan la velocidad de la onda de corte y el módulo de corte para determinar el comportamiento del suelo bajo cargas vibratorias y de baja tensión. Herramientas adicionales como fluorescencia inducida por láser , fluorescencia de rayos X , [7] conductividad / resistividad del suelo , [8] sonda de interfaz de membrana, temperatura y pH y cámaras para capturar imágenes de vídeo también son cada vez más avanzadas junto con la sonda CPT.
Una herramienta adicional implementada por CPT utilizada en Gran Bretaña, Países Bajos, Alemania, Bélgica y Francia es un piezocono combinado con un magnetómetro triaxial . Esto se utiliza para intentar garantizar que las pruebas, los pozos y los pilotes no encuentren artefactos explosivos sin detonar (UXO) o artefactos defectuosos . El magnetómetro en el cono detecta materiales ferrosos de 50 kg o más dentro de un radio de hasta aproximadamente 2 m de distancia de la sonda, dependiendo del material, la orientación y las condiciones del suelo.
El CPT para aplicaciones geotécnicas fue estandarizado en 1986 por la Norma ASTM D 3441 (ASTM, 2004). ISSMGE proporciona estándares internacionales sobre CPT y CPTU. Posteriormente, las normas ASTM abordaron el uso de CPT para diversas actividades de caracterización ambiental de sitios y monitoreo de aguas subterráneas . [9] [10] [11] Para investigaciones geotécnicas de suelos, CPT es más popular en comparación con SPT como método de investigación geotécnica de suelos. Su mayor precisión, velocidad de implementación, perfil de suelo más continuo y costo reducido en comparación con otros métodos de prueba de suelo. La capacidad de avanzar en herramientas de prueba in situ adicionales utilizando la plataforma de perforación de empuje directo CPT , incluidas las herramientas sísmicas descritas anteriormente, está acelerando este proceso.