Tipos ensayos de penetración dinámica: DPSH, Borros y otros

Tipos de ensayos de penetración dinámica o penetrómetros DPSH, Borrros y otros.

Los ensayos de penetración dinámica también llamados penetrómetros o “penetros” consisten en la hinca de una puntaza metálica en el terreno mediante golpes repetitivos (a percusión) permitiendo determinar la resistencia del terreno. Se diferencian de los ensayos de penetración estáticos en que éstos últimos van penetrando en el terreno de forma continua y no a golpes.

Los penetrómetros dinámicos de suelos son ensayos rápidos, económicos y aportan una información muy valiosa de los metros de terreno más superficiales. No obstante, tienen una aplicación limitada ya que no suelen alcanzar una profundidad elevada y a cierta profundidad la información que proporcionan puede ser dudosa (normalmente inferior a 20 m).

Por otro lado, no aportan información o no es relevante, en terrenos muy resistentes o duros. De igual forma tampoco aportan excesiva información en terrenos muy blandos, siendo en este caso más adecuados los ensayos de penetración estática o CPTU. Por ejemplo, no tiene sentido preparar una campaña geotécnica en base a penetrómetros en terrenos donde el sustrato rocoso está prácticamente en superficie, o donde existe caliche superficial (costra calcárea), gravas muy densas o en zonas de marisma (salvo casos concretos) donde la sensibilidad de este ensayo se ve menguada.

Los penetrómetros de suelos constan de una puntaza metálica unidad a un varillaje, una maza de un peso determinado y un yunque que transmite la energía de la maza al varillaje así como unas guías. Normalmente los ensayos de penetración van acoplados a una máquina de orugas, ruedas o patín para desplazarse por los distintos terrenos.

El mecanismo consiste en dejar caer de forma libre y desde una cierta altura una maza sobre el yunque y éste trasmite su energía al varillaje para que la punta vaya penetrando en el terreno a base de golpes sucesivos. Se va anotando el número de golpes de maza necesarios para introducir el varillaje una determinada profundidad. De este modo se va conociendo la resistencia del terreno. Cuanto mayor sea el número de golpes necesarios para penetrar en el suelo, mayor será la resistencia del mismo.

El ensayo se da por concluido cuando no es posible clavar la punta en el terreno durante un número elevado de golpes (denominado rechazo) o cuando la torsión necesaria para girar las varillas es elevada, medida con una llave dinamométrica.

Es un ensayo, por tanto, muy simple pero muy efectivo en la práctica. Los resultados que aportan son correlacionables con el ensayo SPT y éste a su vez con un sinfín de parámetros geotécnicos como la resistencia al corte no drenada, ángulo de rozamiento interno, ensayo CBR, etc..  Existen varios tipos de penetrómetros dinámicos en función de la energía de golpeo estando normalmente estandarizados según normativas nacionales o internacionales. A continuación, se describen las características principales de cada uno de ellos:

Ensayo de penetración dinámica DPSH (Dynamic Probing Super Heavy)

El ensayo de penetración dinámica DPSH es, seguramente, él más utilizado junto al penetrómetro Borros que veremos a continuación, quizás porque la energía que proporcionan es más elevada y permite reconocer terrenos más resistentes y a mayor profundidad.

La maza pesa 63,5 Kg ± 0,5 kg y se deja caer desde una altura de 76 cm, no pudiendo el conjunto del dispositivo de golpeo exceder de 115 kg.

La punta o cono de penetración presenta un ángulo de ataque de 90º y está unida solidariamente al varillaje. La puntaza del penetro puede ser recuperable o perdida.

Se cuenta el número de golpes necesarios para hincar la puntaza en el suelo 20 cm y se le denomina N₂₀. El ensayo se da por finalizado cuando tres valores sucesivos sean iguales o superiores a 75 golpes, un valor alcanza 100 golpes o más o el rozamiento de las varillas sea superior a 200 N.m.

Cabe notar que presenta la misma altura de caída y el mismo peso de la maza que el ensayo de penetración SPT pero en este caso la conteo de los golpes se realiza cada 15 cm.

Registro de un ensayo de penetración dinámica DPSH.

Otras características de este ensayo de penetración es que la relación altura / diámetro de la maza debe estar comprendida entre 1 y 2 y que el diámetro de la cabeza de impacto de la maza tiene que presentar un diámetro mayor de 10 cm e inferior a la mitad del diámetro de la maza.

Al final del post, se recoge un cuadro comparativo con las características de los distintos penetrómetros de suelos.

El ensayo DPSH puede correlacionarse con el ensayo Borros mediante la expresión:

N_DPSH= 0,7 N_Borros

Para suelos cohesivos Dapena (2000) propone:

N_SPT= 13 log N_DPSH – 2

Ensayo de penetración dinámica Borros

Es otro de los ensayos de penetración más comunes y es similar al ensayo DPSH pero se diferencia de éste en que la maza presenta un peso de 65 Kg, en lugar de 63,5 kg y la altura de caída es ligeramente inferior, 50 cm. Por otro lado, la puntaza es cuadrada con 16 cm² de área y peso 1,5 kg y la punta, es cónica con 60º de ángulo de ataque.

De forma similar al DPSH, se cuenta el número de golpes necesarios para penetrar en el terreno 20 cm y se denomina N_B y el rechazo se alcanza cuando se llega a más de 100 golpes en 20 cm.

Suele considerarse que el golpeo del ensayo Borros es aproximadamente equivalente al del SPT N_B≈N_SPT pero otros autores como Dhalberg (1974), propusieron las siguientes relaciones:

Log (N_B) = 0,035 N_SPT + 0,668 ± 0,0044

N_SPT = 25,0 log (N_B) – 15,16 ± 1,16

Solo válidas para suelos arenosos y no estrictamente equivalentes.

Ensayo de penetración dinámica DPH (Dynamic Probing Heavy)

Es un penetrómetro poco común, al menos en España. Es similar al ensayo DPSH pero con una maza de 50 kg en lugar de 63,5 kg y con una altura de 50 cm. El cono de penetración tiene un ángulo de 90º, va unido al varillaje y la punta puede ser recuperable o perdida.

Las relaciones de la altura y diámetro de la maza así como de la cabeza de impacto son las mismas que las del DPSH ensayo.

La diferencia más apreciable respecto a los dos penetrómetros anteriores es que en este caso, el golpeo se cuenta cada 10 cm en vez de 20 cm y se denomina N_10. El rechazo se alcanza cuando se obtengan tres valores sucesivos de 75 o más golpes o uno solo superior a 100 golpes. De igual forma, se da por finalizado el ensayo cuando el par de torsión medido en el varillaje debido al rozamiento de las varillas con el terreno sea superior a 100 N.m.

Ensayo de penetración DPM (Dynamic Probing Medium)

Es un penetrómetro muy poco común y se diferencia del resto en que la maza pesa 30 kg y cae libremente desde una altura de 50 cm. Se mide el número de golpes cada 10 cm (N₁₀).

Ensayo de penetración DPL (Dynamic Probing Light)

El ensayo DPL es el ensayo de penetración dinámica más ligero de los comentados por lo que permite reconocer profundidades muy someras (<10 m). Al igual que los otros dos penetros anteriores, es relativamente poco frecuente debido precisamente a que su ámbito de actuación se restringe considerablemente.

Presenta una maza de 10 kg que cae desde una altura de 0,5 m. Se mide los golpeos necesarios para que el varillaje penetre 10 cm y se le denomina N₁₀.

Por último, se muestra en la siguiente tabla un resumen de las principales características de cada ensayo de penetración dinámica:

Tipo de penetrómetro	DPSH	Borros	DPH	DPM	DPL
Peso de la maza	63,5 kg	65 kg	50 kg	60 kg	10 kg
Altura de caída	0,76 m	0,5 m	0,5kg	0,5 m	0,5 m
Medida penetración	20 cm	20 cm	10 cm	10 cm	10 cm

Tabla resumen de las características principales de los ensayos de penetración dinámica.

Conviene no confundir estos ensayos de penetración con otros tipos de ensayos de penetración como son los ensayos de penetración estática CPT o el ensayo SPT de los cuales hemos escrito en otros posts.

Recuerda que no nos responsabilizamos de ninguna mala interpretación del ensayo DPSH u otros penetrómetos así como errores incluidos en nuestros posts. Antes de realizar cualquier cálculo debes consultar la normativa y/o manual de referencia.

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