La prueba de penetración de cono o penetrómetro de cono ( CPT ) es un método utilizado para determinar las propiedades de ingeniería geotécnica de los suelos y delinear la estratigrafía del suelo . Se desarrolló inicialmente en la década de 1950 en el Laboratorio Holandés de Mecánica de Suelos en Delft para investigar suelos blandos. Basándose en esta historia, también se ha llamado "prueba del cono holandés". Hoy en día, la 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, dentro del suelo a una velocidad controlada (se acepta un rango controlado entre 1,5 y 2,5 cm/s). La resolución del CPT para delinear capas estratigráficas está relacionada con el tamaño de la punta del cono, y las puntas de cono típicas tienen un área de sección transversal de 10 o 15 cm2 , que corresponden a diámetros de 3,6 y 4,4 cm. Un penetrómetro de sustracción ultraminiatura muy temprano de 1 cm2 fue desarrollado y utilizado en un programa de diseño de suelo/estructura del sistema de lanzamiento de misiles balísticos móviles estadounidenses ( MGM-134 Midgetman ) en 1984 en la Earth Technology Corporation de Long Beach, California.
Las primeras aplicaciones de la CPT determinaron principalmente la logística de la propiedad geotécnica del suelo de la 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 dentro del 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. Se agregó un manguito de fricción para cuantificar este componente de la fricción y ayudar a determinar la resistencia cohesiva del suelo en la década de 1960. [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 de poro . El filtro generalmente se ubica en la punta del cono (la llamada posición U1), inmediatamente detrás de la punta del cono (la posición U2 más común) o detrás del manguito de fricción (posición U3). Los datos de presión de agua de poro ayudan a determinar la estratigrafía y se utilizan principalmente para corregir los valores de fricción de la punta para esos efectos. La prueba CPT, que también recopila estos datos del piezómetro , se denomina prueba CPTU. Los equipos de prueba CPT y CPTU generalmente hacen avanzar el cono utilizando cilindros hidráulicos montados en un vehículo con mucho lastre o utilizando 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 adquirido 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 otras herramientas implementadas en CPT para proporcionar información adicional del subsuelo. Una herramienta común avanzada durante las pruebas CPT es un geófono configurado para recopilar velocidades de ondas de corte y ondas de compresión sísmicas . Estos datos ayudan a determinar el módulo de corte y el coeficiente de Poisson a intervalos a través de la columna de suelo para el análisis de licuefacción del suelo y el análisis de la 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 deformación. Herramientas adicionales como la fluorescencia inducida por láser , la fluorescencia de rayos X , [7] la conductividad / resistividad del suelo , [8] el pH , la temperatura y la sonda de interfaz de membrana y las cámaras para capturar imágenes de video también son cada vez más avanzadas en conjunción con la sonda CPT.
Otra herramienta desplegada por el CPT 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 las pilas no encuentren municiones sin detonar (UXO) o explosivos sin detonar . El magnetómetro en el cono detecta materiales ferrosos de 50 kg o más en un radio de hasta aproximadamente 2 m de distancia de la sonda, dependiendo del material, la orientación y las condiciones del suelo.
La CPT para aplicaciones geotécnicas fue estandarizada en 1986 por la Norma ASTM D 3441 (ASTM, 2004). ISSMGE proporciona estándares internacionales sobre CPT y CPTU. Las Normas ASTM posteriores han abordado el uso de CPT para varias actividades de caracterización ambiental de sitios y monitoreo de aguas subterráneas . [9] [10] [11] Para las investigaciones geotécnicas del suelo, la CPT es más popular en comparación con la SPT como método de investigación geotécnica del suelo. 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 herramientas de prueba in situ adicionales utilizando la plataforma de perforación de empuje directo CPT , incluidas las herramientas sísmicas descritas anteriormente, están acelerando este proceso.