Ensayo de Penetración Estándar (SPT): fundamentos básicos y procedimiento

El Ensayo de Penetración Estándar (Standard Penetration Test, SPT) es uno de los métodos de exploración geotécnica más utilizados a nivel mundial para la caracterización de suelos in situ. Su amplia difusión se debe a su simplicidad operativa, bajo costo relativo y a la gran cantidad de correlaciones empíricas desarrolladas a lo largo de décadas de aplicación en proyectos de ingeniería civil, minera y geotécnica.

 

 Imagen 1. Esquema ejecución de SPT en campo

Fuente: Elaboración propia (con ayuda de IA)

El ensayo proporciona el conocido valor N-SPT, el cual se relaciona con parámetros fundamentales como la densidad relativa de suelos granulares, la consistencia de suelos cohesivos, la capacidad portante, la resistencia al corte y el potencial de licuación (Terzaghi, Peck & Mesri, 1996; Das, 2016). No obstante, para que estos resultados sean comparables y confiables, es indispensable aplicar correcciones normalizadas que consideren las condiciones reales de ejecución del ensayo.

2. Ámbito de aplicación y partes del equipo SPT

2.1 Ámbito de aplicación

El ensayo SPT se aplica principalmente en:

• Estudios geotécnicos para cimentaciones superficiales y profundas
• Estudios para obras viales, edificaciones, presas y urbanizaciones Evaluación del potencial de licuación sísmica
• Evaluación preliminar de la capacidad portante del suelo
• Clasificación y caracterización de suelos granulares y cohesivos
• Análisis de asentamientos y estabilidad de taludes

Su uso es especialmente confiable en arenas y gravas, mientras que en suelos arcillosos su interpretación debe realizarse con mayor cautela debido a la influencia de la presión de poros y la sensibilidad del material (Lambe & Whitman, 1969).

2.2 Partes del equipo SPT

 

 Imagen 2. Esquema componentes de un ensayo SPT

Fuente: Elaboración propia (con ayuda de IA)

 El equipo estándar del ensayo SPT está compuesto por: 

• Martillo: masa de 63.5 kg (140 lb) con caída libre de 760 mm
• Equipo de perforación: barrena, trépano o sistema rotatorio
• Sistema de izaje: manual o automático
• Yunque (anvil): transmite la energía del martillo a las varillas
• Varillas de perforación: barras de acero roscadas
• Cuchara bipartida (split spoon sampler): diámetro externo aproximado de 50.8 mm

La correcta estandarización del equipo es fundamental para asegurar la repetibilidad del ensayo (ASTM D1586, 2023).

3. Metodología y procedimiento del ensayo SPT

 

 Imagen 3. Proceso de ejecución de ensayo SPT

Fuente: Elaboración propia (con ayuda de IA)

 El procedimiento del ensayo SPT se ejecuta generalmente en el fondo de un sondeo previamente perforado y limpio. los pasos básicos son:

• Descenso de la cuchara bipartida hasta el fondo del sondeo
• Hincado mediante golpes del martillo de 63.5 kg desde 760 mm
• Registro del número de golpes necesarios para cada tramo de 15 cm
• Descarte del primer tramo (asiento)
• Suma de los golpes del segundo y tercer tramo para obtener el valor N-SPT

$$N = N_{15-30} + N_{30-45}$$

La muestra recuperada se utiliza para identificación visual, clasificación y, cuando es posible, ensayos de laboratorio complementarios (Bowles, 1996).

4. Factores de corrección del ensayo SPT

El valor bruto de N-SPT debe corregirse para considerar las condiciones reales del ensayo. Las principales correcciones incluyen:

• Corrección por energía (CE)
• Corrección por tipo de muestreador (CS)
• Corrección por diámetro del sondeo (CB)
• Corrección por longitud de varillas (CR)

La corrección por energía es la más relevante, ya que la eficiencia real del sistema rara vez coincide con el 60 % teórico (Skempton, 1986).

5. Corrección del valor N y descripción del N₆₀

El valor N del ensayo SPT corresponde al número de golpes necesarios para hincar la cuchara bipartida 30 cm, obtenido como la suma de los golpes requeridos para los dos últimos tramos de 15 cm del ensayo. Este valor se registra directamente en campo y representa un resultado bruto, influenciado por las condiciones reales de ejecución del ensayo, tales como el tipo de martillo, la eficiencia del sistema de golpeo, la longitud de las varillas, el diámetro del sondeo y el tipo de muestreador empleado (ASTM D1586, 2023).

Debido a esta dependencia operativa, el valor N no es directamente comparable entre distintos proyectos, equipos o campañas de exploración, ni debe utilizarse sin ajustes en correlaciones geotécnicas de diseño. Por esta razón, se introdujo el concepto del valor N₆₀, el cual corresponde al valor N corregido para una energía normalizada del 60 %, considerada como referencia internacional (Skempton, 1986).

El valor corregido N₆₀ se obtiene mediante la siguiente expresión:

$$N_{60} = N \cdot \frac{CE \cdot CB \cdot CR \cdot CS}{0.60}$$

Donde:

• $CE$: eficiencia del martillo
• $CS$: corrección por muestreador $$
• $CR$: corrección por longitud de varillas$$
• $CB$: corrección por diámetro del sondeo

El valor N es el número de golpes medido en campo, mientras que N₆₀ representa el valor estandarizado que elimina, en la medida de lo posible, las variaciones asociadas al equipo y procedimiento. En este sentido, el N₆₀ no reemplaza al valor N, sino que constituye su forma corregida y técnicamente válida para análisis e interpretación geotécnica (Peck, Hanson & Thornburn, 1974).

El valor N se utiliza principalmente como un registro descriptivo de campo, útil para la identificación preliminar del perfil estratigráfico y la variabilidad del suelo con la profundidad. En contraste, el valor N₆₀ se emplea en correlaciones empíricas, estimación de parámetros mecánicos del suelo, evaluación de capacidad portante y análisis del potencial de licuación sísmica. Cuando se requiere considerar el efecto del esfuerzo efectivo vertical, el valor N₆₀ puede normalizarse adicionalmente para obtener el parámetro $(N_1)_{60}$, ampliamente aceptado en estudios sísmicos (Youd et al., 2001).

Es fundamental destacar que, aunque el valor N₆₀ mejora significativamente la confiabilidad del ensayo SPT, ambos parámetros deben interpretarse con criterio ingenieril y en conjunto con información geológica, estratigráfica y resultados de ensayos complementarios, especialmente en suelos cohesivos y materiales sensibles a la perturbación (Terzaghi, Peck & Mesri, 1996).

6. Limitaciones y desventajas del ensayo SPT

A pesar de su amplio uso, el ensayo SPT presenta varias limitaciones:

• Alta variabilidad en los resultados
• Influencia de la presión de poros en arcillas saturadas
• Dependencia significativa del operador y del equipo
• Baja representatividad en suelos muy cohesivos
• Muestras alteradas, no aptas para ensayos avanzados
• Interpretación basada en correlaciones empírica

Por estas razones, el SPT debe complementarse con otros ensayos in situ y de laboratorio para una caracterización geotécnica integral (Das & Sobhan, 2018).

7. Bibliografía

• ASTM International. (2023). ASTM D1586–23: Standard Test Method for Standard Penetration Test (SPT) and Split-Barrel Sampling of Soils. ASTM International.
• Bowles, J. E. (1996). Foundation analysis and design (5th ed.). McGraw-Hill.
• Das, B. M. (2016). Principles of geotechnical engineering (9th ed.). Cengage Learning.
• Das, B. M., & Sobhan, K. (2018). Principles of geotechnical engineering (10th ed.). Cengage Learning.
• Lambe, T. W., & Whitman, R. V. (1969). Soil mechanics. John Wiley & Sons.
• Peck, R. B., Hanson, W. E., & Thornburn, T. H. (1974). Foundation engineering (2nd ed.). John Wiley & Sons.
• Skempton, A. W. (1986). Standard penetration test procedures and the effects in sands of overburden pressure, relative density, particle size, aging and overconsolidation. Géotechnique, 36(3), 425–447.
• Terzaghi, K., Peck, R. B., & Mesri, G. (1996). Soil mechanics in engineering practice (3rd ed.). John Wiley & Sons.
• Youd, T. L., Idriss, I. M., Andrus, R. D., Arango, I., Castro, G., Christian, J. T., … Stokoe, K. H. (2001). Liquefaction resistance of soils: Summary report from the 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF workshops. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 127(10), 817–833