¿Qué es un ensayo de penetración estática (CPT)?

Quien construye sobre terrenos blandos se encuentra tarde o temprano con ensayos de penetración estática. El ensayo de penetración estática con cono — CPT (cone penetration test), llamado «sondering» en los Países Bajos — es allí, con diferencia, el método más utilizado para reconocer el subsuelo. En este artículo explicamos qué es exactamente un CPT, qué se mide, cómo se lee el gráfico y para qué se utilizan los resultados.

¿Qué es un ensayo de penetración estática?

En un CPT, un cono de acero con punta normalizada se hinca verticalmente en el terreno a una velocidad constante de 2 cm por segundo. Esto se hace con un camión de penetración pesado o, en lugares de difícil acceso, con un equipo más ligero sobre orugas o portátil. Mientras el cono desciende, los sensores registran de forma continua la resistencia que ofrece el terreno. El resultado es un perfil de medición prácticamente continuo desde la superficie hasta la profundidad final — a menudo decenas de metros — sin que salga a la superficie ni una sola palada de suelo.

¿Qué se mide?

• Resistencia por punta q_c (MPa): la fuerza necesaria para hincar la punta del cono en el terreno, dividida por el área de la punta. Es el parámetro clave: dice mucho sobre la resistencia y la capacidad portante del suelo.
• Fricción lateral local f_s: la resistencia al corte a lo largo de un manguito de fricción situado justo encima de la punta.
• Razón de fricción R_f = f_s/q_c × 100 %: la relación entre ambos valores. Este número es la clave para identificar los tipos de suelo.
• Presión intersticial u₂: en un ensayo con piezocono (CPTU), un filtro situado detrás de la punta mide además la presión del agua intersticial. Esto ayuda a distinguir capas poco permeables y a determinar niveles piezométricos.

¿Cómo se lee el gráfico de un CPT?

Un CPT se presenta casi siempre como un gráfico: la profundidad en el eje vertical (en metros respecto a una referencia altimétrica como el NAP, o respecto a la superficie del terreno) y la resistencia por punta en el eje horizontal. La razón de fricción y, si se ha medido, la presión intersticial suelen añadirse como curvas adicionales. Dos reglas prácticas facilitan la lectura:

• Una q_c alta (por encima de unos 5 a 10 MPa) indica arena o grava: material resistente y portante.
• Una q_c baja combinada con una razón de fricción alta indica arcilla o turba: material blando y compresible.

Así se reconoce de un vistazo el perfil típico de los Países Bajos: capas blandas de arcilla y turba en la parte superior, apoyadas sobre la arena pleistocena portante en la que se cimientan los pilotes. Para una interpretación más rigurosa se utiliza un método de clasificación como el de Robertson — así se identifican los tipos de suelo en un CPT.

¿Para qué se usan los ensayos de penetración?

• Diseño de cimentaciones: a partir de la resistencia por punta, el ingeniero geotécnico calcula la capacidad portante de los pilotes y las cotas de punta necesarias.
• Cálculos de asientos: el espesor y la compresibilidad de las capas blandas determinan cuánto asentará un terraplén o una estructura.
• Determinación del perfil del terreno: los límites entre capas, los canales de arena y las capas intermedias débiles se hacen visibles sin necesidad de perforar.
• Verificación de datos existentes: un CPT nuevo junto a uno antiguo confirma si la imagen de archivo sigue siendo válida.

Norma y formato de archivo

La ejecución de los CPT está regulada por la norma UNE-EN ISO 22476-1, que establece requisitos sobre, entre otras cosas, la geometría del cono, la velocidad de penetración y la clase de precisión de la medición. En los Países Bajos, los resultados se intercambian tradicionalmente como archivo GEF, y desde la creación del registro nacional del subsuelo (BRO) cada vez más también como XML IMBRO. Prácticamente todo el software de cálculo geotécnico lee GEF directamente.

¿Cuánto cuesta un CPT y qué rapidez tiene?

Comparado con un sondeo con extracción de muestras, un CPT es rápido y económico. En un emplazamiento accesible, un camión de penetración realiza varios ensayos al día, y los datos están disponibles digitalmente de inmediato — no hay que enviar muestras al laboratorio. Una perforación sí proporciona material real para ensayos de laboratorio, pero cuesta fácilmente varias veces más por metro y lleva mucho más tiempo. En la práctica, por tanto, primero se ejecutan los CPT y solo se añaden perforaciones puntuales donde realmente se necesitan muestras.

Reutilizar sondeos antiguos

Como en los Países Bajos se realizan CPT desde los años treinta, existe un enorme archivo de gráficos de penetración antiguos en papel o escaneados. A menudo contienen exactamente la información que se necesita para un proyecto nuevo. Con el CPT Converter se digitaliza un sondeo escaneado en pocos minutos a un archivo GEF válido — así funciona paso a paso.