Cimentación

L os ensayos de penetración dinámica con-tinuos se realizan tomando medidas de

forma continua con la profundidad. El sistemaempleado para hincar la puntaza metálica es elgolpeo de una maza sobre la cabeza del vari-llaje, a través de una sufridera (Ministerio de

Fomento, 2002).

Con el boom de la edificación residencial yobra civil en España, desde mediados de losaños 90 y especialmente desde las normasde edificación que exigen cierto número deensayos, han proliferado los equipos de pene-tración dinámica automáticos. Hemos vistocomo los primeros equipos montados con so-porte de trípode han sido superados por equi-

pos de accionamiento completamente hidráu-lico (Fig. 1), los cuales son operados por unasola persona.

La zona andina de Chile-Perú-Ecuador-Co-lombia es actualmente una de las áreas demayor crecimiento en el mundo y presentauna enorme demanda de trabajos de geotec-nia. Los especialistas españoles no han sidoajenos a esta oportunidad y muchos son yalos que estamos trabajando en la zona. Unade las dificultades con las que nos hemos to-pado es de la aplicación de técnicas que seconsideran (tal vez erróneamente) obsoletas,así como otros criterios de evaluación y deoperatividad en los sondeos (escasa aplica-ción de la llamada técnica convencional).

Los ensayos de penetración sobre trípodey accionamiento manual o semiautomático es-tán ampliamente desarrollados en la zona an-dina (Fig. 2). Es más a fecha de hoy casi po-demos decir que son la tónica dominante, em-pleándose preferentemente el ensayo DPSH,

Cono Peck y el SPT discontinuo o con tramosa destroza (Wash – Boring).

La compleja orografía de los Andes, con co-tas habituales de ensayos geotécnicos (para hi-droeléctricas y sobre todo proyectos mineros)por encima de los 4000 metros e incluso no ra-ros a 5000, hacen que la logística a la que es-tamos habituados no sea de aplicación .

Es por ello que nunca dejaremos de ver enestos lugares equipos de penetración manual,que sean capaces de ser desmontados ymovilizados a lugares remotos (Figs. 3 y 4).

Sin embargo el empleo de estos equiposya obsoletos en el viejo continente en zonasurbanas y de acceso normal no está en abso-luto justificado, requiriendo además una enor-me mano de obra, habitualmente 3 y hasta 4personas (Fig. 5).

Los proyectos mineros requieren de gran-des infraestructuras, tales como presas, ca-rreteras de, a veces decenas de kilómetros,puentes, aeródromos, subestaciones eléctri-cas y poblaciones de hasta 2000 habitantes

Las pruebas de penetración dinámica, tanto en su tipo continuo (borro, DPSH,

ConoPeck, etc.) como discontinuo (SPT) son ensayos económicos y que aportan

información sobre la compacidad del terreno. Existen numerosas correlaciones

de estos ensayos con parámetros geotécnicos y capacidades portantes para

cimentaciones superficiales y profundas. La facilidad de estas correlaciones y

economía del ensayo han hecho que a veces se abuse de estos. En el presente

artículo se describen los principales ensayos de penetración dinámica superpesada

y se hace hincapié en cuales son los más utilizados en la zona andina.

Notas sobre los ensayos de penetración dinámicasuperpesada en la zona Andina (Ecuador y Perú)

Palabras clave: BORRO, CONO PECK,DPSH, ENSAYOS, GOLPEO, MAZA, PENETRACIÓN DINÁMICA, SPT,

WASH BORING

� Rafael JORDÁ BORDEHORE., Geólogo.Responsable Ecuador. RUDNIK Andina; y

Luis JORDÁ BORDEHORE, Dr. Ing. de Minas.GEOCONSULT España. Oficina Lima

18418

� Ejemplo de un registro de penetración dinámicacontinua, tipo borro, realizado para un cálculode pilotaje en el Intercambiador de Plaza deCastilla, Madrid (2007).

� [Figura 1].- Ensayo de penetración tipo borro(Guadalix de la Sierra, Madrid, 2006)

� [Figura 2].- Ensayo de penetración dinámicasuperpesada “cono peck” (cortesía Univ.de Piura).

� [Fig. 3].- Desmontaje completo de equipo depenetración en 6 burros y transporte durante 3días, zona de Huaraz, cordillera de los Andes,Perú a 4100 m (cortesía Luis Taricuarima).

18419

con edificios de 4 alturas, etc., para todosellos se requieren sondeos, calicatas y ensa-yos de penetración dinámica o estática.

Ensayo SPT en sondeoNo es un reconocimiento continuo pero lo es-pecificamos aquí al ser unos de los ensayosmás característicos de la mecánica de suelos,y fue la base de partida de todos los demásensayos dinámicos. El ensayo SPT (Estándar

Penetration Test) esta normalizado en Españapor la UNE 103800.

En España estamos acostumbrados a uni-dades de SPTmontadas sobre la torre de son-deos. Una vez alcanzada la cota de ensayos seretira la cabeza de rotación y colocamos en eleje, la maza del penetrómetro (Fig. 6).

Hemos visto en Perú en muchas ocasionesmaquinaria de sondeos en convencional queno dispone de la unidad de golpeo integrada(Fig. 7), incluso maquinaria más específica deminería (wire line) poco adaptada a sondearen suelos. En estos casos se llega incluso amontar una torreta especifica o segunda torre-

ta para el SPT generando una gran confusiónoperativa.

Ensayo SPT discontinuoTécnica sumamente laboriosa que consiste enhincar la cuchara de SPT extraerla y de nuevovolver a introducirla por golpeo, como si setratase de un autentico sondeo de recupera-ción de testigo a percusión.

Wash BoringEs una técnica de sondeos en suelos y gravasmuy popular en Perú, y probablemente la téc-nica más desarrollada en el aluvial de gravas(400 m de potencia) del río Rímac en LimaMetropolitana (Fig. 8). También es frecuentesu aplicación para medir la compacidad y to-mar muestras en las balsas de estériles mine-ros (relaveras) de las grandes minas de los pa-íses andinos.

La técnica consiste en la ejecución de unsondeo a destroza con trialeta a rotación y cir-culación de agua gran presión. En las zonas aatravesar donde se quiere obtener valores de

golpeo o bien donde se presupone hay nivelesno conglomeráticos, se instala la cuchara deSPT (o puntaza ciega recuperable). Ver Figs. 8a, b y c.

Ensayo BorroEs un ensayo dinámico continuo muy difundi-do en España y en parte de Europa, que estárecogido en la NLT 261. Este ensayo no esconocido en la zona andina.

Cimentación

� [Fig. 6].- Sondeo convencional con ensayosde penetración dinámica – toma de muestraSPT e inalterada (El Viso, Madrid, 2008).Nótese a la izquierda de la torre de sondeo,la unidad de golpeo.

� [Fig. 6 bis].- Caja de sondeos donde semuestra la toma de muestra y ensayo SPT.

� [Figs. 8a, b y c].- Sondeo wash boring enPerú (cortesía David Moncca).

� [Fig. 8].- Gravas del rio Rímac, en la zona deSurco (Lima). Nótese la presencia de nivelesarenosos y limosos donde si es factible larealización de un ensayo SPT (y no en laparte en gravas). En algunas zonas de Limametropolitana el espesor del paquete de gravascon cambios de facies limo-arenosas, puedellegar a los 400 m.

� [Fig. 7].- equipo de sondeos en convencionalsin la unidad de golpeo (SPT) integrada. Lima,Perú (cortesía Luis Taricuarima).

� [Fig. 5].- Ensayo SPT discontinuo en Ecuador.

� [Fig. 4].- Campamento en tránsito. Es habitualacampar en las campañas geotécnicas en lacordillera, ante la ausencia total de infraestructuras(cortesía Luis Taricuarima).

18420

Cimentación

La puntaza metálica es cuadrara, de 4x4 cm2,va unida a un varillaje de 32 mm de diámetro,que por tanto es de menos tamaño que la re-ferida punta. En el ensayo Borro el resultadoNB o N20 es el número de golpes necesariospara hacer avanzar la puntaza 20 cm. Lamaza tiene un peso de 65 kg (aunque resultahabitual, no obstante, el empleo de mazas de63,5 kg por analogía con el SPT y DPSH). Laaltura de caída de esta es de 50 cm.

Ensayo DPSHEs el ensayo de penetración continua mas di-fundido, que comparte además maza y alturade caída con el ensayo SPT. En España estánormalizado por la UNE 103801. La puntazaes de tipo cónico (Figs. 11 y 13).

Cono tipo PeckEl Cono Dinámico Tipo Peck es un equipousado en el Perú como técnica de investiga-ción del terreno, empleando la misma caída ypeso del SPT y del DPSH. Cambia el ángulodel cono y el ancho del varillaje con respectoal DPSH (Fig. 9).

La norma peruana E.050 “Suelos y cimen-

taciones” del R.N.E acepta el cono dinámicotipo Peck como una técnica de investigaciónrecomendada para suelos granulares de los ti-pos SW, SP, SM y SC-SM, y restringida paralos de tipo CL, ML, SC, MH y CH (Fig. 12).Sin embargo, se encuentra en la práctica queel Cono Tipo Peck se aplica indistintamentesobre gravas y en los suelos indicados, perosin la calibración previa con el SPT, lo queconduce a serias incertidumbres sobre la va-lidez de sus resultados (Vivar Romero, 2007).

A inicios de los años 1970, se efectuó unprograma comparativo de ensayos SPT conun equipo de auscultación (en Perú se deno-mina así a los ensayos de penetración, n.d.a)con punta cónica denominado Cono de Peck

(Fig. 10), sobre suelos arenosos finos del tipoSP, encontrándose la siguiente relación:

N = 0,5 cDonde:N = número de golpes por cada 30 cm de

penetración en el ensayo estándar depenetración (SPT).

C = número de golpes por cada 30 cm depenetración con el Cono Peck. Es im-portante señalar que a diferencia de losotros dos ensayos DPSH y Borro en elque se “cuentan” los golpes cada 20cm, en el Cono de Peck se contaráncada 15 cm y se agruparán en un gráfi-co en intervalos de 30 cm.

Los consultores de aquel estudio le dieronese nombre al ensayo por un dispositivo mos-trado en una publicación de Peck et. Al. De1953 (Vivar Romero, 2007).

Aparte de otro documento de Moreno

(1998), no existía en la literatura otra referenciaal Cono de Peck, hasta la publicación del Re-

glamento Nacional de Edificaciones (RNE) elaño 2006, en el que se considera al Cono Di-

námico Tipo Peck (Tabla nº 2 de la normaE.050) como una técnica de investigación deltipo auscultación dinámica, que requiere in-vestigación adicional de suelos para su inter-

pretación y que no sustituye al Ensayo de Pe-

netración Estándar. La norma aplicable para la ejecución de

este ensayo es según la E.050 la norma espa-ñola UNE 103-801:1994, manteniendo elpeso del martillo, la altura de caída y el méto-do de ensayo (Vivar Romero, 2007) pero conlas siguientes excepciones:

a) Las barras de perforación serán reempla-

� [Figura 9].- Varillaje de Cono Peck. � [Figura 10].- Detalle de la punta perdida delCono .

� [Figura 12].- Aplicación y limitaciones de los ensayos según la norma peruana E0.50

� [Figura 11].- comparación de medidas delvarillaje y puntaza del ensayo DPSH y ConoPeck (Fuente. Vivar Romero, 2007).

[Figura 13].- Comparativo dimensiones ypesos ensayos DPSH y Cono Peck (CP)

14221

Cimentación

zadas por las AW que son usadas en elensayo SPT (normas NTP 339.133 yASTM D1586).

b) La punta cónico-hueca se reemplazarápor un cono de 6,35 cm (2,5 pulgadas)de diámetro y 60º de ángulo cónico enla punta.

c) El número de golpes se registra cada0,15m (15 cm) y se representa gráfica-mente cada 30 cm, siendo Cn la sumade golpes por cada 30 cm.

Además, tal y como ya se ha apuntadoen líneas precedentes, la E.050 recomiendasu aplicación irrestricta a suelos tipo SW, SP,

SM y SC-SM, restringida a los CL, ML, SC,

MH y CH y no se recomienda su aplicación alos demás tipos, que se sobreentiende sonlos GW, GP, GM, GC, OL, OH y Pt.

El problema de la aplicabilidad de la aplica-ción del Cono Peck (CP) en el Perú, tal ycomo indica Vivar Romero, 2007, tiene mu-chas aristas. Algunas de las más importantesson:

• Se ha estado usando para todo tipo desuelos, incluyendo los restringidos por laE.050.

• Se ha estado utilizando con puntazas có-nica no regladas.

• Se ha estado utilizando dentro de lasperforaciones previamente efectuadaspara el SPT, cuando se trata de dos ti-pos de ensayos diferentes, uno dentrode sondeos y otra de tipo continuo.

• Existe una problemática con las correla-ciones, se ha estado utilizando N = 0,5 cincluso para gravas. Para suelos cohesi-vos (arcillas y limos) se utiliza la expresiónN = 1.0 c.

Correlación de los ensayos depenetración dinámica continuaLa gran variedad de equipos existentes, condistintas puntas, pesos de mazas, alturas decaídas, mecanismos de escape de la maza,etc, hace que deban aplicarse correlacionespara poder compararlos. Ello obliga a reco-mendar que, en los estadillos de campo y re-sultados del ensayo se incluya claramente in-formación sobre: peso y forma de la maza, al-tura de caída, tipo y dimensiones de la punta-za, varillaje, etc.

La equivalencia entre dos ensayos de pe-netración dinámica continua se basa en queel número de golpes debería ser inversamen-te proporcional a la energía específica decada uno. Para dos ensayos con penetróme-tros distintos 1 y 2, en el mismo, deberíacumplirse:

N1(W1h1 /d1A1 ) = N2 (W2h2 /d2A2 )

Donde:Ni = Número de golpes en el ensayo tipo i.di = Penetración correspondientes al núme-

ro de golpes Ni en el ensayo i.Ai = Área de la sección transversal de la

punta del penetrómetro i.hi = Altura de caída de la maza del ensayo i.Wi = Peso de la maza del ensayo i.

ConclusionesLos ensayos de penetración dinámica conti-nua son de gran utilidad en la caracterizaciónde la compacidad de suelos granulares. Espreciso hacer ciertas salvedades en suelos li-mosos y con fracciones cohesivas. Resultanexcelentes para detectar horizontes blandossobre ciertos basamentos. Para caracterizaradecuadamente el terreno de cimentación esimportante correlacionar estos ensayos conresultados de laboratorios y SPT en sondeosel entorno.

En España son de gran aplicación los en-sayos tipo Borro y DPSH, mientras que enPerú están implantados el Cono Peck yDPSH. Por su parte el ensayo SPT está difun-dido a nivel mundial para toma de muestras ydeterminación de la compacidad en suelos.Existen además numerosas correlaciones delgolpeo NSPT con parámetros y cargas admi-sibles de cimentaciones.

Lo que si encontramos que varía enorme-mente a día de hoy entre España y la zonaandina es el modo de aplicación del ensayoSPT, influenciado en cierta medida por la idio-sincrasia y geografía de la zona andina. En-contramos que está muy desarrollada la lla-mada metodología Wash boring así como losSPT discontinuos sin sondeo previo.

Poco a poco vamos viendo que se implan-tan en la zona andina equipos de sondeo enconvencional con equipos de penetraciónSPT incorporados. Estas configuraciones sonsin embargo las que menos, y abundan equi-pos de sondeo tipo wire line o destroza com-binados con torretas para ejecución de SPTimplantadas sobre aquellos.

En el caso de la mecánica de suelos, en lazona andina además de los trabajos para edi-ficación y obra civil (relacionada con carreterasferrocarriles y demás de uso público) encon-tramos una enorme cantidad de reconoci-mientos orientados al sector minero. La mine-ría no sólo demanda mecánica de rocas parael diseño de los huecos subterráneos y cortasa cielo abierto, sino mecánica de suelos paradepósitos de finos de los lavaderos (relaveras),diques, taludes de desmonte, etc.

La metodología de ensayo debe pues,adaptarse a tan inmisericorde orografía y con-diciones de implantación de reconocimientos.Los sondeos y SPT tipo wash boring y lasmaquinas manuales transportables por piezas

son pues de uso generalizado ahora y lo se-rán en el futuro.

Nuestra forma de proceder debe puesadaptarse también a las condiciones a dóndevayamos. La experiencia de los técnicos loca-les en la aplicación de estas técnicas es cru-cial para todos aquellos que nos acercamos aeste entorno.

Terminamos con dos citas de grandes geo-técnicos:

Un hombre conocedor de las teorías dela Mecánica del Suelo, pero sin experien-cia, puede ser un enemigo público…

(Terzaghi)

La observación directa, en cambio, esla única que puede darnos la legitimacióndefinitiva de nuestras teorías, en el caso deque coincida con nuestras previsiones. Y sihay discrepancias, no hay tarea más fe-cunda que la de rastrear sus causas.

(Jiménez Salas, J.A. y Justo Alpañés, J.L.)

Bibliografía

• Monografías. Ed. Dirección General de Ca-

rreteras. España

• MiNiSTERio DE ViViENDA, CoNSTRUCCióN y SANEA-

MiENTo (2006). Reglamento Nacional deEdificaciones, E.050 Suelos y Cimentacio-nes. Perú

• MoRENo, D.J.J. (1998). Correlación del SPTy Cono de Peck – Limitaciones de su uso.VIII Congreso Nacional GeoLima’98.

• NoRMA ESPAñoLA UNE 103-801:1994. Geo-tecnia. Pruebas de Penetración SuperPesada. Julio 1994.

• ViVAR RoMERo, G (2007). Aplicabilidad del“cono dinámico tipo Peck”. XVI Congreso

Nacional de Ingeniería Civil. Arequipa (Perú).

1 – 5 octubre 2007.

v

RUDNIK ANDINADelegación Ecuador:E-mail: rjorda@rudnikandina.com

Delegación Perú:Calle Lord Nelson, 201Lima PerúE-mail: peru@rudnikandina.com

Web: www.rudnikandina.com

i