Geología

Ingeniería geotécnica

Instrumentos geotécnicos de medición

Los ensayos o pruebas de penetración son pruebas realizadas para la determinación de las características geotécnicas de un terreno, como parte de las técnicas de reconocimiento de un reconocimiento geotécnico.

Constituyen un método sencillo e intuitivo de apreciar la consistencia de un terreno: forzar la penetración de un elemento, relacionando dicha consistencia con la aparición de la resistencia que opone el terreno a la hinca de este elemento. Igualmente, puede deducirse de esta forma la cota de aparición de estrato duro (por ejemplo, el sustrato rocoso) por la imposibilidad de penetrar más allá de dicha profundidad.

Con los datos de resistencia a la penetración que se obtienen en un ensayo de estas características, es posible, gracias a la experiencia geotécnica, establecer una serie de correlaciones para distintos tipos de suelo, con el fin de conseguir caracterizarlo geotécnicamente. Aunque su utilidad sea grande, particularmente en la determinación de la profundidad de las capas competentes o de rechazo en la hinca, dicha técnica de reconocimiento del terreno de la que se obtiene de forma indirecta las cracterísticas y propiedades del terreno, ha de ser por fuerza de poca precisión. Esto hace que haya quien no considere estos métodos, auténticos ensayos "in situ", denominándolos más bien como pruebas de penetración, o directamente con el término de "penetrómetro".

Excepto un tipo de prueba de penetración (SPT), que se realiza exclusivamente en la ejecución de sondeos, el resto de penetrómetros constituyen en sí mismos una actividad separada y concreta entre las desarrolladas en una campaña de reconocimiento.

La relativa rapidez y economía de ejecución respecto a la realización de sondeos, hace que sean muy utilizados. Hay que llamar la atención, sin embargo, de que su uso es la detección de capas estratigráficas del terreno ya conocidas y delimitadas por la ejecución previa de sondeos o por una gran experiencia local si la obra es de poca importancia. Por ello, su empleo debe ser el de complementar una campaña en la que se haya realizado (o previsto realizar) un número de sondeos apropiado para la caracterización de los distintos niveles de terreno, y en absoluto el de constituir el sistema básico o principal de reconocimiento.

Según la forma de aplicar la energía para la hinca del útil de penetración, las pruebas de penetración pueden clasificarse en:

• Penetrómetros dinámicos, en los que la energía se aplica mediante golpeo o impacto con una maza.

• Penetrómetros estáticos, en los que la energía de hinca se aplica mediante presión.

Penetrómetros Penetrómetros para medir la firmeza o dureza en todo tipo de frutas. Los penetrometros son ideales para determinar el momento óptimo de recolección o para controlar la evolución de la maduración de gran cantidad de frutas. La firmeza de la fruta es uno de los parámetros más utilizados en el control de su maduración junto al control de sólidos solubles medianterefractómetros. Los penetrómetros electrónicos se suministran con diferentes puntales de penetración. De este modo se pueden inspeccionar frutos de muy diferentes tamaños y durezas. Este paso previo al propio proceso de medición es importante realizarlo correctamente si deseamos que los valores obtenidos en la medición sean realmente válidos para tomar decisiones adecuadas, por ejemplo, respecto al momento óptimo de recolección. Para ello debemos asegurarnos de que las muestras a medir son representativas del total de la cosecha (en cuanto a número mínimo de unidades muestreadas, tamaño, calidad, etc.). Si tiene alguna duda con respecto a los penetrómetros puede llamarnos al número de teléfono 902 044 604 para España, para Latinoamérica e internacional +34 967 543 695 o en el número +56 2 24053238para Chile y nuestros técnicos e ingenieros le asesorarán con mucho gusto sobre este tema y por supuesto sobre el resto de nuestros productos instrumentos de medida. Puede ver las especificaciones técnicas de los penetrómetros aquí o puede visitar la página de los medidores en web.
Los penetrómetros se suministran con con un maletín con varios puntales de penetración para diferentes tipos de fruta. Con estos penetrómetros usted evitará tener que usar varios penetrómetros para distintos tipos de frutos
Es conveniente establecer con los penetrometros un protocolo de muestreo propio, válido para cada año de cosecha. Un ejemplo de protocolo de muestreo para actuar con los penetrometros sería el siguiente: Desde 10-15 días antes de la época habitual de cosecha cada año, debe hacerse, cada 3-4 días, un muestreo de unos 10-15 frutos que sean representativos del total de la cosecha, tomados al azar de diversos puntos de la parcela. Es importante que la fruta seleccionada sea uniforme en tamaño y representativo del tamaño medio ya que la dureza varía con el tamaño de la fruta (Debe tenerse en cuenta que a mayor tamaño de la fruta, menor firmeza presentará). También es importante que la fruta seleccionada esté completamente sana, y no presente ningún tipo de problema específico debido a algún ataque de plaga o enfermedad o a algún daño físico que hayan podido alterar el proceso normal de maduración seguido por el resto de frutas. El mismo tipo de muestreo puede efectuarse para el control de un lote de fruta almacenada o transportada con los penetrómetros. Un fruto climatérico es aquel que es capaz de seguir madurando incluso después de haber sido recolectado, por lo tanto cuando se pretenden almacenar por largos períodos de tiempo o transportarlos a grandes distancias, se recomienda hacer su recolección lo más pronto posible realizando la comprobación con los penetrómetros, una vez alcanzada su madurez fisiológica en el árbol. Esta maduración es debida fundamentalmente a que este tipo de frutos, independientemente de que ya no estén en la planta, aumentan su tasa de respiración y su producción de etileno, principal hormona responsable del proceso de maduración y envejecimiento del fruto. Sin embargo, los frutos no climatéricos apenas siguen madurando una vez separados de la planta. Es por ello que el etileno es usado frecuentemente en tratamientos artificiales para modificar el proceso de maduración de muchos tipos de frutas que permanecen almacenadas en cámaras de conservación. Estos penetrometros están controlados por un microprocesador de lectura rápida y precisa y también están provistos un dispositivo de montaje para un puesto de prueba de fuerza (como accesorio opcional). Estos penetrometros se alimentan por baterías o por un adaptador de red (una fuente de alimentación de 300mA disponible adicionalmente). La pantalla de estos penetrometros se puede girar 180º en caso de que fuera necesario, como se puede observar en una de las imágenes superiores, para una mayor comodidad al efectuar las medidas. Para transmitir los datos de los valores de medición desde los penetrómetros a un PC o a un portátil se puede utilizar el software opcional junto con el cable de datos. Hay otro manera de comprobar estado de maduración de la fruta además de con los penetrómetros, no se comprueba la firmeza de la fruta sino extrayendo una muestra de sólidos solubles para comprobar el nivel de azúcar que tiene la fruta, así mediante este método también puede saberse cual es estado perfecto de la fruta para su recolección. Para un mejor resultado de la medición se pueden utilizar con los penetrometros los puestos de prueba. Actualmente tenemos disponibles varios modelos de puestos de prueba que pueden utilizar con los penetrómetros. Dos de estos puestos de prueba están equipados con una manivela, y un tercero es accionado por medio de motor. El uso de un puesto de prueba con los penetrometros tiene sentido cuando por ejemplo se efectúan comprobaciones diarias de material de laboratorio y si desea de mantener las mismas condiciones (para poder excluir cualquier tipo de fallo humano). En el siguiente enlace puede ver los detalles o más información técnica acerca de los diferentes puestos de prueba para los penetrometros. En el siguiente enlace puede encontrar más información acerca de frutos para poder realizar así una medición más óptima con estos penetrometros. A continuación, en el siguiente enlace, se muestran unas tablas y gráficas de equivalencia entre la fuerza mostrada por los penetrómetros en sus medidas (g) y la presión ejercida realmente (Kg./cm2), según el puntal utilizado. Según normas DIN se organizan las tablas, en función de los rangos recomendados para cada tipo de fruta. Para realizar la penetración en el proceso de la medición usando los penetrometros se disponen de diferentes tipos de puntales y de rangos adecuados para cada tipo de frutas, p.e. para frutas como la uva o la cereza, se necesitaría un puntal de 6 mm de diámetro, para trabajar en un rango de 0-1 kg., para frutas como la ciruela, el limón y otras frutas de dureza media, se necesitaría un puntal de 6 mm di diámetro o de otro  puntal de 8 mm, para trabajar en un rango de  0-5 kg., para frutas como manzanas, peras, melocotones o kiwis, se necesitaría un puntal de 8 mm de diámetro o de otro puntal de 11,3 mm de diámetro, para trabajar en un rango de 0-13 kg., y para frutas con una dureza alta, se necesitaría un puntal de 11,3 mm, para trabajar con un rango de 0-20 kg. A la hora de realizar una medición con los penetrometros debe de tener en cuenta algunos factores que son importantes. Una vez preparada la fruta e instalado el puntal adecuado en los penetrometros, según se especifica en el manual de los estos, deberá proceder a medir la firmeza con los penetrometros digitales en los dos puntos elegidos. Para efectuar una medida correcta de la firmeza se deben tener muy en cuenta los siguientes puntos:   - La fruta debe sujetarse firmemente y estar apoyada contra una superficie fija y dura en el momento de efectuar la medición (como por ejemplo, una mesa o un plato), de manera que se pueda aplicar correctamente la presión con los penetrometros.    - Al realizar la medición, el cabezal de los penetrometros, el puntal de penetración y la propia fruta deben estar en línea. Tiene que evitar todo tipo de giros o movimientos del puntal de penetración durante la medición. Debe de efectuar la presión con el puntal de manera completamente perpendicular, evitando introducirlo con otros ángulos.     - La presión efectuada con el puntal sobre el fruto ha de ser LENTA y UNIFORME hasta que se alcance la muesca marcada en el propio puntal. Una presión efectuada demasiado rápida o de forma irregular puede arrojar medidas muy alejadas de valores medidos correctamente. La duración del proceso desde que se inicia la presión sobre la fruta hasta que se alcanza la muesca del puntal ha de durar unos 2 segundos (nunca menos tiempo).     - Asegúrese que todas las mediciones se hacen que con los penetrometros estén en condiciones la más parecidas posibles, de manera que no se alteren los resultados y sea factible una comparación y tratamiento estadístico de los datos obtenidos.      - Si desea obtener una gran precisión en sus medida con los penetrometros, lo ideal es utilizar un puesto de prueba que le permitirá aplicar la presión sobre la fruta de manera controlada, sometiéndola tanto a un esfuerzo como un ángulo de penetración constantes.
Certificado de calibración para los penetrometros  Nuestros penetrometros se entregan calibrados. Si lo desea puede, adquirir además un certificado de calibración ISO para los penetrometros. Con el certificado y la calibración de laboratorio de los penetrometros según la DIN ISO 9000, se extiende un protocolo de control con los datos de la empresa para que estos instrumentos de medida puedan formar parte del grupo de herramientas de control internas ISO que confirman que los penetrometros pueden recuperar el patrón normal nacional. El proceso de calibración dura de 3 a 5 días laborables, de modo que el tiempo de entrega del envío pasa de 1 o 2 días (entrega sin certificado de calibración ISO) a 4 o 7 días. Las recalibraciones pueden llevarse a cabo en cualquier momento. Por regla general el manual de gestión ISO facilita los intervalos al usuario. A continuación podrá obtener más información acerca del proceso de calibración para los penetrómetros: Calibración: control de la corrección de las magnitudes de medición de los penetrometros sin intervención en el sistema de los instrumentos de medición.  O bien: determinación de la desviación sistemática del indicador con respecto al valor real de la magnitud de medida. Documento o certificado de calibración: documenta las propiedades técnicas de los penetrometros correspondientes así como la posibilidad de recuperación del patrón de medición nacional. Intervalo de calibración: para poder realizar mediciones correctas duraderas, de los penetrómetros deben controlarse o calibrarse periódicamente. Este periodo de tiempo se llama intervalo de calibración. No se puede determinar con precisión cuándo se deben recalibrar los penetrómetros. Para poder fijar el intervalo hay que considerar los siguientes puntos clave: - Magnitud de medición y banda de tolerancia permitida para los penetrometros - Rendimiento de los penetrómetros - Frecuencia de los penetrometros - Condiciones ambientales de los penetrómetros - Estabilidad de las calibraciones anteriores de los penetrometros - Precisión de medición requerida de los penetrómetros - Determinaciones del sistema de garantía de calidad de las empresas Esto significa que es el mismo usuario el que debe fijar y controlar el intervalo entre dos calibraciones para los penetrometros. Nosotros recomendamos un intervalo de calibración entre 1 y 3 años para los penetrómetros. No obstante, le ofrecemos el asesoramiento de nuestro personal técnico para ayudarle a fijar el intervalo de calibración que más se corresponda a sus necesidades específicas.   La cuchara de Casagrande, también llamada copa de Casagrande, es un instrumento de medición utilizado en geotecnia e ingeniería civil, para determinar el límite de liquidez de un terreno. Fue inventada por Arthur Casagrande.El instrumento está compuesto de un casquete esférico de metal, fijado en el borde a un dispositivo que mediante la operación de una manivela se produce la elevación del casquete y su subsecuente caída, produciendo así un choque controlado contra una base también metálica. El terreno mezclado uniformemente con agua es colocado en la parte del casquete metálico opuesta al punto fijo y se le da forma con una plantilla que deja en el centro una ranura uniforme. A cada vuelta de la manivela se produce un golpe en el casquete, que tiende a hacer deslizar el suelo ya húmedo juntando los bordes de la ranura. Descripción del ensayo: El ensayo tiene como finalidad la determinación del límite líquido de un suelo. El parámetro, ligado a la  geometría y tipología de las moléculas que lo constituyen, se define como la humedad con la que un surco separa dos medias partes de una pasta de suelo, colocada en una cuchara llamada de Casagrande, se cierra a lo largo de su fondo, con una distancia de unos 13 mm, al dejar caer la cuchara dando 25 golpes  desde un altura de 1cm. Cómo se hace: Se parte de una muestra fina de suelo  (partículas inferiores a 0,40 mm) que se amasa con agua y se deja reposar. Acto seguido esta parte de suelo se coloca en la cuchara de Casagrande y se practica un surco en la mitad de la muestra con ayuda de un acanalador. Se gira la maneta del instrumento, a razón de dos vueltas por segundo, contando los golpes dados hasta que las paredes del surco se unan, en el fondo, a una distancia de 13 mm. Se repite el ensayo hasta conseguir una humedad del suelo de manera que, la distancia del fondo del surco antes nombrada, se una al dar entre 15 y 35 golpes. Conseguido esto, se procede a tomar la muestra del material entorno la zona del suelo en la que se ha unido el material y determinando así la humedad. El proceso se repite hasta obtener una determinación de humedad de entre 15 y 25 golpes, y otra entre 25 y 35 golpes. Obtenidas las humedades, los resultados se colocan a un gráfico logarítmico que contiene unas determinadas líneas indicativas, refiriendo el nombre de golpes en las abscisas y la humedad en las ordenadas. Efectuada la operación se traza una línea paralela a las del gráfico equidistante de los dos puntos obtenidos, por encima y por debajo. La humedad del punto de intersección de la recta paralela equidistante trazada, correspondiente a los 25 golpes antes nombrados, nos da el límite líquido. Cómo se expresan: El resultado se expresa en porcentaje con una cifra decimal. Normas de referencia o relacionadas: NLT-105.91 UNE 103-103-94, ASTM D-4318 Utilidad del ensayo: La realización del ensayo nos permite la clasificación del suelo des del punto de vista de su plasticidad, es decir, su comportamiento funcional determinado por la cantidad de arcilla que contiene. Cuándo hacerlo: Siempre antes de aceptar un suelo para terraplén, material para subbases de zahorra (toda una) natural y material para bases de zahorra (toda una) artificial. En el transcurso de la obra se tendrá que repetir el ensayo, como control de ejecución, cada 250 metros de vial o cada 3000 m² de capa en el caso de las zahorras naturales y artificiales. Precauciones: Se debe tener en cuenta que la muestra, en la que se ha hecho el ensayo, sea representativa del material a utilizar. Pueden existir variaciones importantes de estas características entre suelos propensos. Si en el desarrollo de la obra cambia la procedencia, el color o la tipología del material, se tendrá que proceder a una nueva determinación del límite líquido. Muestra: La muestra mínima de material para proceder a su ensayo se establece en 2,5 kg. Exigencias: En terraplén, las exigencias para cada tipo de suelo son: Suelos seleccionados: Límite líquido inferior a 30.  Suelos adecuados: Límite líquido inferior a 40.  Suelos tolerables: Límite líquido inferior a 65. Zahorras naturales para subbases:  Límite líquido inferior a 25. Zahorras artificiales:  Límite líquido: No plástico. Un material se clasifica como no plástico cuando, después de varias determinaciones, el nombre de golpes necesarios para que se cierre el surco resulte ser siempre inferior a 25.