Diseño de un dispositivo electrónico Kallpa para la medición de la energía de caída de martillo en los ensayos de penetración estándar usando procesamiento de señales

Abstract

El ensayo de penetración estándar SPT es ampliamente reconocido a nivel global para determinar las propiedades del suelo. En este ensayo, se cuenta el número de golpes necesarios para introducir una varilla de manera perpendicular al suelo de estudio. Esto se logra dejando caer una masa desde un martillo estándar sobre la varilla. A pesar de su utilidad, los ensayos SPT requieren correcciones precisas para garantizar su exactitud. Uno de los ajustes necesarios implica la corrección por energía, que se realiza a través de un analizador de energía. A nivel mundial, existen pocos analizadores de energía, siendo el analizador SPT el más destacado; sin embargo, este analizador tiene un costo muy elevado. Este contexto ha dado lugar a la necesidad de desarrollar un analizador de energía de bajo costo en Perú. Para abordar este desafío, se siguió la norma ASTM D4633-10, que establece los requisitos mínimos de un analizador de energía, y se tomó como referencia el funcionamiento del analizador SPT. Como resultado, se diseñó y construyó el dispositivo Kallpa, capaz de calcular la energía de caída del martillo mediante sensores de aceleración y deformación. Asimismo, se desarrolló el software Kallpa Processor para configurar el dispositivo, procesar y almacenar la información del ensayo SPT. En comparaciones realizadas entre el analizador Kallpa y el analizador SPT de la empresa Pile Dynamics, se observaron resultados altamente similares. En consecuencia, se puede concluir que el dispositivo Kallpa es eficaz en el cálculo de la energía en los ensayos SPT.

The Standard Penetration Test (SPT) is widely recognized globally for determining soil properties. In this test, the number of blows required to drive a rod perpendicular to the soil under study is counted. This is achieved by dropping a mass from a standard hammer onto the rod. Despite its utility, SPT tests require precise corrections to ensure accuracy. One necessary adjustment involves energy correction, which is carried out through an energy analyzer. Globally, there are few energy analyzers, with the SPT analyzer being the most prominent; however, this analyzer has a very high cost. This context has led to the need to develop a low-cost energy analyzer in Peru. To address this challenge, the ASTM D4633-10 standard was followed, which establishes the minimum requirements for an energy analyzer, and the operation of the SPT analyzer was taken as a reference. As a result, the Kallpa device was designed and built, capable of calculating the hammer drop energy using acceleration and deformation sensors. Furthermore, the Kallpa Processor software was developed to configure the device, process, and store SPT test information. Comparisons between the Kallpa analyzer and the Pile Dynamics SPT analyzer showed highly similar results. Consequently, it can be concluded that the Kallpa device is effective in calculating energy in SPT tests. Keywords – SPT test, energy correction, Kallpa analyzer, ASTM D4633-10 standard.