Qué mide el CPTu
El CPTu (piezocono) es el ensayo de campo que hinca un cono instrumentado en el suelo a velocidad constante, registrando de forma continua la resistencia de punta, la fricción lateral y la presión de poros generada durante la penetración. La combinación de estos tres canales permite definir el perfil estratigráfico casi en tiempo real y estimar parámetros de resistencia y deformabilidad por correlación, sin necesidad de extraer y ensayar muestras.
Hinca a velocidad constante
El CPTu evolucionó del CPT (Cone Penetration Test), desarrollado en los Países Bajos en la década de 1940, con la incorporación de sensores electrónicos y de un transductor de presión de poros. En Brasil el ensayo se practica desde los años 1950 y tuvo gran difusión en la construcción civil y en la minería en las últimas décadas.
La ejecución consiste en la hinca de un cono instrumentado en el suelo a velocidad constante de 2 cm/s, realizada por perforadoras hidráulicas autoancladas que proporcionan la reacción necesaria. Durante toda la penetración, el sistema registra lecturas cada centímetro, produciendo un perfil prácticamente continuo del subsuelo.
Tres canales y la puntera
Son tres los canales medidos directamente: qc, la resistencia de punta; fs, la resistencia a la fricción lateral en el manguito; y u2, la presión de poros captada por un sensor posicionado inmediatamente detrás de la parte cónica. Las posiciones u1 (en la punta) y u3 (detrás del manguito) existen, aunque son poco usuales.
La puntera se dimensiona habitualmente con 10 cm² o 15 cm² de área de punta, medidas reguladas por norma. Los sensores admiten diferentes rangos de sensibilidad: las configuraciones para presiones menores ofrecen mayor precisión en lecturas bajas, pero pueden salir de rango en suelos resistentes, mientras que las configuraciones para presiones mayores conservan la lectura en suelos resistentes a costa de la precisión en suelos blandos.
| qc | Resistencia de punta del cono |
|---|---|
| fs | Resistencia a la fricción lateral en el manguito |
| u2 | Presión de poros medida detrás de la parte cónica |
| Puntera | Cono de 10 cm² o 15 cm² de área de punta |
El ensayo de disipación
El comportamiento de la presión de poros depende de la permeabilidad de la capa. En suelos arenosos y permeables, el agua se expulsa casi instantáneamente y la hinca genera poca o ninguna sobrepresión. En suelos arcillosos, de baja permeabilidad, la penetración puede generar sobrepresiones elevadas cuya disipación completa tarda horas.
Aprovechando este fenómeno, el ensayo de disipación detiene la puntera a una profundidad específica y sigue la caída del exceso de presión de poros a lo largo del tiempo. Para estimar la permeabilidad, se espera la disipación del 50% de la sobrepresión y se calcula el coeficiente de consolidación horizontal (Ch). El procedimiento también apoya la evaluación del nivel hidrostático.
El sensor u2 es un transductor de presión de poros protegido por un elemento poroso, de material plástico, metálico o cerámico. Antes del ensayo, ese elemento se satura al vacío durante al menos 24 horas en un líquido viscoso, como glicerina o silicona, para eliminar burbujas de aire que comprometerían la lectura. En configuraciones menos usuales, el sensor puede ocupar las posiciones u1 (en la punta del cono) o u3 (detrás del manguito de fricción).
Para estimar el nivel hidrostático, se realizan ensayos de disipación en capas más permeables y arenosas, en las que la disipación completa es rápida. Cada ensayo proporciona un punto de presión; con algunos puntos, se traza la recta de la presión hidrostática del terreno.
Gráficos y parámetros interpretados
Los resultados se presentan en gráficos que reúnen los valores brutos de los sensores (qc, fs y u2) en función de la profundidad, acompañados de los parámetros geotécnicos interpretados por correlaciones consagradas. Este conjunto permite clasificar el comportamiento de las capas y aportar insumos directos para proyectos de cimentaciones, contenciones y obras de tierra.
Breve historia
El ensayo CPTu deriva del ensayo de penetración de cono (CPT, Cone Penetration Test), desarrollado en los Países Bajos en la década de 1940. Con la evolución del método, se incorporaron sensores electrónicos a la puntera, incluido el transductor de presión de poros (u), consolidando el ensayo CPTu.
En Brasil, los ensayos CPT se realizan desde la década de 1950, y el CPTu se volvió ampliamente utilizado en las últimas décadas en las industrias de la construcción civil y de la minería. La interpretación del comportamiento granulométrico sigue correlaciones consagradas, como las de Robertson & Campanella (1986).
Calibración y sensibilidad de los sensores
Los sensores de la puntera se configuran de fábrica para rangos de presión específicos. Un cono calibrado para presiones menores es más preciso en lecturas bajas, pero se descalibra si supera el rango para el que fue dimensionado; un cono para presiones mayores no se descalibra en suelos resistentes, pero pierde precisión en suelos muy blandos, como relaves.
El rango de trabajo de cada sensor consta en el certificado de calibración de la puntera, documento cuyo análisis es fundamental en cualquier campaña de ensayos CPTu.
Normas y referencias
Los ensayos siguen la ISO-22.476-1 (Electrical cone and piezocone penetration tests) y la ASTM D5778 (Standard Test Method for Electronic Friction Cone and Piezocone Penetration Testing of Soils).
Para profundizar, se recomiendan el libro Ensaios de Campo e suas aplicações à Engenharia de Fundações, el CPT Guide del Prof. Peter Robertson, disponible gratuitamente en el sitio del autor, el libro Cone Penetration Testing in Geotechnical Practice y la serie de webinars del Prof. Robertson sobre los conceptos del ensayo.
Resumen técnico
| Norma de referencia | ISO-22.476-1 |
|---|---|
| Método | Hinca de cono instrumentado a 2 cm/s, lecturas cada centímetro |
| Parámetros medidos | qc (punta), fs (fricción lateral) y u2 (presión de poros) |
| Puntera | Cono de 10 cm² o 15 cm², sensor u2 detrás de la parte cónica |
| Ensayo complementario | Disipación de presión de poros para el coeficiente Ch |
| Aplicación | Perfil estratigráfico y parámetros en suelos blandos a resistentes |
El ensayo en campo
Preguntas frecuentes sobre CPTu
¿Qué parámetros mide directamente el CPTu?
Tres canales medidos directamente: qc, la resistencia de punta; fs, la resistencia a la fricción lateral en el manguito; y u2, la presión de poros captada por un sensor posicionado inmediatamente detrás de la parte cónica. Las posiciones u1 (en la punta) y u3 (detrás del manguito) existen, aunque son poco usuales.
¿A qué velocidad se hinca el cono?
El cono instrumentado se hinca a velocidad constante de 2 cm/s, mediante perforadoras hidráulicas autoancladas que proporcionan la reacción necesaria. Durante toda la penetración, el sistema registra lecturas cada centímetro, produciendo un perfil prácticamente continuo del subsuelo.
¿Cuál es el área de la puntera usada en el ensayo?
La puntera se dimensiona habitualmente con 10 cm² o 15 cm² de área de punta, medidas reguladas por norma. Los sensores admiten diferentes rangos de sensibilidad, con más precisión en lecturas bajas o mayor alcance en suelos resistentes.
¿Para qué sirve el ensayo de disipación?
El ensayo de disipación detiene la puntera a una profundidad específica y sigue la caída del exceso de presión de poros a lo largo del tiempo. Se espera la disipación del 50% de la sobrepresión para calcular el coeficiente de consolidación horizontal (Ch) y apoyar la evaluación del nivel hidrostático.
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