Capacidad de carga¶
El SPX calcula la capacidad de carga por tres métodos semiempíricos brasileños, en paralelo, para cada cota posible de punta. El resultado es una tabla por profundidad, y no un número único.
Todos parten de la misma descomposición:
A partir de ahí divergen, y no solo en los coeficientes. La diferencia más importante — y la que más confunde a quien compara resultados — está en la forma de la parcela lateral:
| Método | Resistencia lateral | Qué representa \(N\) |
|---|---|---|
| Aoki-Velloso | \(R_L = U \sum (r_L \, \Delta L)\) — suma capa a capa | \(N_L\) de la capa de espesor \(\Delta L\) |
| Décourt-Quaresma | \(R_L = r_L \, U \, L\) — un valor único en todo el fuste | \(N_L\) promedio a lo largo del fuste |
| Teixeira | \(R_L = \beta \, N_L \, U \, L\) — ídem | \(N_L\) promedio a lo largo del fuste |
Solo Aoki-Velloso integra la fricción capa a capa. En los otros dos, el fuste recibe una tensión única, calculada a partir del promedio del \(N_{SPT}\) — y aplicarlos en la forma de sumatoria de Aoki da un resultado distinto del método.
Aoki-Velloso (1975)¶
Origen¶
El método nació de correlaciones con el ensayo CPT, por la resistencia de punta del cono (\(q_c\)) y la fricción lateral en el manguito (\(f_s\)):
Como en Brasil el CPT se usa poco, \(q_c\) se sustituyó por una correlación con el SPT, \(q_c = K \, N_{SPT}\), y la fricción por la razón de fricción \(\alpha = f_s / q_c\).
Formulación¶
| Símbolo | Significado |
|---|---|
| \(K\) | Coeficiente del suelo, en MPa — tabla |
| \(\alpha\) | Razón de fricción del suelo, en % — ídem |
| \(F_1, F_2\) | Factores de corrección por tipo de pilote — tabla |
| \(N_p\) | \(N_{SPT}\) en la cota de apoyo de la punta |
| \(N_L\) | \(N_{SPT}\) promedio en la capa de espesor \(\Delta L\) |
Los factores de corrección¶
\(F_1\) y \(F_2\) cubren el efecto de escala — la diferencia entre el pilote (prototipo) y el cono del CPT (modelo) — y la influencia del método constructivo.
Como \(F_1 > 1{,}0\), la resistencia de punta del pilote resulta inferior a la del cono: es el efecto de escala invertido, y está comprobado experimentalmente.
\(F_2\) debería valer lo mismo que \(F_1\), pero engloba también una corrección de lectura: en el cono mecánico, la parte inferior del manguito de Begemann genera una resistencia de punta capaz de duplicar el valor leído de fricción. De ahí \(F_1 \le F_2 \le 2F_1\), y los autores adoptaron la hipótesis más conservadora:
Si los datos provienen de cono eléctrico
En el cono eléctrico y en el piezocono la lectura se hace en la punta, sin ese error. Si se usa el método con datos de CPT en lugar de SPT, debe adoptarse \(F_2 = F_1\).
Décourt-Quaresma (1978)¶
Formulación¶
Note que \(R_L\) no es una sumatoria: una única tensión de fricción multiplica el perímetro y la longitud entera del fuste.
La tensión de fricción¶
Décourt (1982) transformó la tabla original de los autores en esta expresión:
donde \(N_L\) es el \(N_{SPT}\) promedio a lo largo del fuste, sin ninguna distinción en cuanto al tipo de suelo.
Tres reglas sobre el promedio del fuste
- Límite inferior \(N_L \ge 3\) y límite superior \(N_L \le 15\).
- Décourt (1982) extiende el tope a \(N_L = 50\) en pilotes de desplazamiento y excavados con bentonita, manteniendo \(N_L \le 15\) para pilotes Strauss y pilas excavadas a cielo abierto.
- Los valores de \(N\) usados en la evaluación de la resistencia de punta no entran en el promedio del fuste.
La resistencia de punta¶
\(N_p\) es el promedio de tres valores: el correspondiente al nivel de la punta, el inmediatamente anterior y el inmediatamente posterior. El coeficiente \(C\) depende del suelo — tabla —, ajustado con 41 pruebas de carga en pilotes prefabricados de hormigón.
Los factores de Décourt (1996)¶
Extienden el método a pilotes excavados — con lodo bentonítico o en general, incluidas las pilas a cielo abierto —, hélice continua, raíz e inyectados a alta presión. Los valores están en las tablas.
El método original se mantiene para tres tipos
Para pilotes prefabricados, metálicos y Franki, vale \(\alpha = \beta = 1\) — es decir, el método de 1978 sin corrección.
Criterio de carga admisible¶
Décourt propone factores parciales, y es lo que aplica el SPX:
La punta lleva 4 y el fuste 1,3 porque la confiabilidad de las dos parcelas es distinta: la fricción se moviliza con desplazamientos milimétricos, mientras que la punta exige asentamientos del orden del 10 % del diámetro para desarrollarse plenamente — con la carga de trabajo, todavía no está ahí.
Para un pilote excavado en compresión entra el límite adicional \(P_a \le 1{,}25\,R_L\), y el programa adopta el menor. En tracción, la punta se descarta íntegramente: \(P_a = R_L/1{,}3\).
Teixeira (1996)¶
Formulación¶
Una ecuación unificada, con dos parámetros que multiplican directamente el \(N_{SPT}\):
Aquí \(\alpha\) y \(\beta\) ya están en kPa — no son adimensionales como los de Décourt, a pesar del mismo nombre.
| Símbolo | Significado |
|---|---|
| \(N_p\) | \(N_{SPT}\) promedio en el intervalo de 4 diámetros por encima de la punta a 1 diámetro por debajo |
| \(N_L\) | \(N_{SPT}\) promedio a lo largo del fuste |
| \(\alpha\) | Función del suelo y del tipo de pilote — tabla |
| \(\beta\) | Función solo del tipo de pilote — ídem |
La ventana \([-4D, +D]\) es la definición más fundamentada físicamente de las tres: el bulbo de tensiones de la punta tiene una extensión proporcional al diámetro. En consecuencia, el mismo perfil da puntas distintas para diámetros distintos — lo que es correcto, y suele sorprender a quien lo compara con los otros métodos.
Criterio de carga admisible¶
El SPX aplica el criterio general de la NBR 6122, \(P_a = R/2\), y para pilotes excavados adopta también \(P_a = R_L/4 + R_p/1{,}5\), quedándose con el menor de los dos.
Comparación¶
| Aoki-Velloso | Décourt-Quaresma | Teixeira | |
|---|---|---|---|
| Forma de \(R_L\) | Sumatoria por capa | Tensión única × \(U L\) | Tensión única × \(U L\) |
| \(N\) del fuste | Promedio en la capa | Promedio en el fuste, \(3 \le N_L \le 15\) | Promedio en el fuste |
| \(N\) de la punta | En la cota de la punta | Promedio de 3 valores | Promedio en \([-4D, +D]\) |
| ¿Distingue el suelo en el fuste? | Sí, por \(\alpha K\) | No | No — β solo depende del pilote |
| ¿Depende del diámetro? | Solo en \(A_p\) y \(U\) | Solo en \(A_p\) y \(U\) | También en \(N_p\) |
| Unidad de los coeficientes | \(K\) en MPa, \(\alpha\) en % | \(C\) en kPa | \(\alpha, \beta\) en kPa |
Cómo leer la divergencia
Los tres no deberían coincidir, y una coincidencia excesiva es más sospechosa que la divergencia.
- Un perfil heterogéneo separa a Aoki de los otros dos: solo él integra la fricción capa a capa, mientras que Décourt y Teixeira aplanan el fuste en un promedio.
- Un perfil con \(N\) alto en el fuste separa a Décourt: el tope del promedio (15 o 50, según el pilote) trunca la contribución lateral.
- Un diámetro grande separa a Teixeira, por el \(N_p\) en ventana.
La práctica defendible es adoptar el menor de los tres, o el método con calibración regional conocida, registrando la elección en la memoria de cálculo.
Efecto de grupo¶
Todo lo anterior vale para el elemento aislado. La capacidad del grupo puede diferir de la suma de los elementos, y eso se cuantifica por la eficiencia:
El entendimiento actual, apoyado en ensayos de grupos, es que la eficiencia es generalmente igual o superior a la unidad:
| Situación | Eficiencia |
|---|---|
| Pilotes de cualquier tipo en arcilla | \(\approx 1\) |
| Pilotes excavados en cualquier suelo | \(\approx 1\) |
| Pilotes hincados en arena, sobre todo suelta | > 1 — hasta 1,5 o 1,7 |
El SPX no aplica ganancia de grupo
No hay teoría ni fórmula apropiada para estimar la eficiencia, y la práctica corriente de proyecto no tiene en cuenta posibles beneficios — lo que es la postura conservadora. El programa sigue esa práctica: dimensiona por elemento aislado.
Límites de validez¶
Rango de aplicación
- Los tres son semiempíricos, calibrados contra pruebas de carga en un universo limitado. Aoki-Velloso ajustó \(F_1\) y \(F_2\) con 63 pruebas; Décourt-Quaresma ajustó \(C\) con 41, en pilotes prefabricados de hormigón.
- Teixeira vale para \(4 < N_{SPT} < 40\) — es el rango declarado de la tabla de \(\alpha\). Fuera de él, extrapola.
- Teixeira no se aplica a pilotes prefabricados de hormigón flotantes en capas espesas de arcilla blanda sensible, con \(N_{SPT} < 3\). En ese caso el autor tabula \(r_L\) directamente según la naturaleza del sedimento — 20 a 30 kPa en arcilla fluviolagunar, 60 a 80 kPa en arcilla transicional.
- Solo valen con \(N_{SPT}\) de sondeo a percusión según la NBR 6484.
- No cubren suelos colapsables, expansivos, orgánicos blandos, rocas alteradas ni bolones.
- No consideran la fricción negativa, que debe sumarse aparte cuando haya relleno reciente o descenso del nivel freático.
- Las correlaciones originales son amplias, no regionales. La tendencia recomendada es mantener la formulación y sustituir \(K\) y \(\alpha\) por correlaciones locales de validez comprobada — como las de Alonso (1980) para São Paulo y las de Danziger & Velloso (1986) para Río de Janeiro.
- La NBR 6122 exige prueba de carga por encima de ciertas cantidades de pilotes. Ningún método semiempírico la sustituye.
Resultado presentado¶
La tabla de cada método muestra, por cota:
| Columna | Contenido |
|---|---|
| Cotas (m) | Profundidad de la punta, negativa |
| \(R_L\) (kN) | Resistencia lateral hasta esa cota |
| \(R_p\) (kN) | Resistencia de punta en esa cota |
| \(R_t\) (kN) | Suma de ambas |
| \(P_a\) Final (kN) | Carga admisible, ya con los factores y límites aplicables |
Para pilotes excavados en compresión, Décourt-Quaresma agrega las columnas
Pa escavada (excavado) y Pa Dec-Qua, mostrando el límite y el valor sin
límite lado a lado — para que se vea qué criterio gobernó.