Ensayo CPTU o piezocono. ¿Qué es? y ¿Cómo se interpreta?

Ensayos de penetración estática CPT/CPTU

¿Qué es un ensayo CPT/CPTU?

Los ensayos de penetración estática o ensayos CPT por las siglas Cone Penetration Test son un tipo de prueba que se realiza in situ, sobre el terreno mediante la penetración de una punta cónica de forma continua y constante que mide la resistencia por punta (qc) a la penetración y el rozamiento lateral (fs) de dicha punta. La punta cónica también puede disponer de un sensor que mida la presión intersticial (u). En este caso, el ensayo se denomina piezocono o prueba CPTU.

En los últimos años, se están incluyendo otros sensores adicionales para controlar la temperatura, inclinación, conductividad, etc.

Complementariamente con el ensayo CPTU también pueden realizarse ensayos de disipación, los cuales permiten determinar el coeficiente de consolidación horizontal y por tanto la permeabilidad horizontal a una profundidad dada. Son muy empleados en estudios de consolidación de suelos bandos.

La prueba CPT, por tanto, mide las resistencias qc y fs mientras que el CPTU o piezocono mide las resistencias qc, fs y las presiones intersticiales u.

El ensayo de penetración estática nos permite determinar de forma continua la presión necesaria para introducir el cono, el rozamiento lateral y la presión de poro. Con estos parámetros es posible determinar y caracterizar los tipos de suelos presentes en el subsuelo de forma continua.

Los ensayos CPT y ensayos CPTU se diferencian de los ensayos penetración dinámica y ensayos SPT en que éstos últimos únicamente registran la resistencia a la penetración mediante el golpeo de una maza y de forma discontinua cada 10, 15 o 20 cm mientras que las pruebas CPT permiten un registro de la resistencia a la penetración mucho más avanzado continuo y exacto.

¿Dónde hacer las pruebas CPT/CPTU?

Es un tipo de ensayo que aporta muchísima información y de calidad pero debido a que debe ser introducido en el terreno mediante una hinca continua, su uso se limita a suelos blandos, sueltos o compresibles.

La finalización del ensayo o también denominado rechazo se alcanzará con la presencia de suelos gruesos como bolos o gravas o sueles de elevada compacidad/consistencia como arenas densas o arcillas firmes/duras.

Como es lógico, tampoco permiten estudiar rocas meteorizadas, caliches o costras y en general, terrenos duros o de elevada resistencia.

En cambio, es un ensayo ideal a realizar en fangos, turbas o suelos de consistencia blanda o arenas sueltas como son las zonas de marisma, deltaicas, rellenos lacustres, etc.

Permite caracterizar geotécnicamente y con precisión suelos blandos o muy blandos mientras que otras técnicas in situ no poseen dicha precisión o la información que se obtiene de ella es grosera e inexacta.

Igualmente, permiten identificar y diferenciar con mucha nitidez intercalaciones arenosas centimétricas en suelos cohesivos, aspecto muy importante en aquellos estudios donde es de aplicación la teoría de la consolidación. También permiten determinar el grado de sobreconsolidacion de un suelo OCR, parámetro muy importante en este tipo de estudios.

Por último, es una de las técnicas más utilizadas en la caracterización de suelos sensitivos puesto que aportan una fiabilidad muy elevada junto con los ensayos Vane Test o los ensayos de sensitividad de laboratorio.

Interpretación ensayos CPTU

A partir de los tres parámetros comentados anteriormente qc, fs y u puede conocerse el perfil estratigráfico del subsuelo puesto que estos parámetros están íntimamente ligados las propiedades principales de los suelos.

A mayor valor de resistencia a la penetración de la punta qc, mayor será el tamaño de grano, mayor valor OCR o mayor compactación.

Igualmente, a menor valor de rozamiento lateral fs, mayor granulometría, mayor sensitividad y menor valor OCR.

Por último, a mayor valor de u, la granulometría será más fina y viceversa, mayor resistencia a compresión simple, menor OCR y mayor sensitividad.

Según lo anterior, pueden clasificarse los distintos tipos de suelos. A continuación se presenta la clasificación de Robertson, una de las más empleadas mediante el uso del piezocono.

Comportamiento de tipos de suelo. Robertson, 1990.

Correlaciones ensayos CPT/CPTU

Al igual que otros ensayos, los resultados obtenidos de los piezoconos, fundamentalmente la resistencia por punta del cono qc, pueden correlacionarse con otros parámetros geotécnicos como el ensayo SPT, resistencia al corte no drenada cu, densidad relativa D%, ángulo de rozamiento interno o módulo de elasticidad E.

A continuación, se presentan las más habituales:

Correlaciones SPT con qc del CPT/CPTU

qc=n·N (Schermtmann, 1970)

Donde qc es la resistencia por punta del cono, N el valor del ensayo SPT y n un parámetro dependiente del suelo que puede adoptar los siguientes valores:

• n=2 Limos, limos arenosos y mezclas de arena y limo ligeramente coherentes
• n=3-4 Arenas limpias, de finas a medias y arenas ligeramente limosas
• n=5-6 Arenas gruesas y arenas con poca grava
• n=8-10 Gravas arenosas y gravas

Correlaciones resistencia al corte sin drenaje cu con qc del CPT/CPTU

cu=qc/9 para terrenos arcillosos blandos

cu=qc/15 para arcillas blandas a duras

cu=qc/30 para arcillas duras fisuradas

(Sanglerat, 1967)

Correlaciones E con qc del CPT/CPTU

Para suelos granulares Schmertmann (1978) propuso la relación:

E=2,5qc

Imagen principal tomada de http://www.dicam.unibo.it/en/Research/Projects-and-activities/Geotechnical-and-Geological-Engineering/Soil-Mechanics/Geotechnical_characterization_of_natural_soils_by_in_situ_testing.htm#