Capacidad de Carga de Pilotes

Teoría: Pilotes

Cómo los métodos semiempíricos de Aoki-Velloso y Décourt-Quaresma estiman la capacidad de carga de un pilote a partir de los valores de N de un sondeo SPT, y cómo se obtiene la carga admisible.

Capacidad de carga

Un pilote cargado axialmente transmite su carga al suelo mediante la fricción a lo largo de su fuste y la resistencia bajo su punta. En la falla, su capacidad es la suma de ambas.

R = R_p + R_l = r_p A_p + U \sum r_l\, \Delta l

r_p: resistencia unitaria de punta · A_p: área de la punta · U: perímetro del fuste · r_l: fricción lateral unitaria en cada tramo de longitud Δl

En Brasil, r_p y r_l suelen salir de correlaciones con el N del SPT, un ensayo que se realiza en casi todas las obras. Los métodos son semiempíricos: calibrados con pruebas de carga de ciertos tipos de pilote y suelos, deben usarse dentro de ese contexto.

Aoki-Velloso

Aoki y Velloso (1975) partieron del ensayo de penetración de cono (CPT), tomando la punta del pilote como un cono a escala real. La resistencia de punta del cono se relaciona con N mediante K, y su fricción lateral con su resistencia de punta mediante α; los factores F₁ y F₂ tienen en cuenta la diferencia de escala y la forma en que se ejecuta el pilote.

r_p = \frac{K N_p}{F_1}

N_p: N a la profundidad de la punta · N_l: N de cada tramo del fuste

Suelo	K (MPa)	α (%)
Arena	1,00	1,4
Arena limosa	0,80	2,0
Arena limo-arcillosa	0,70	2,4
Arena arcillosa	0,60	3,0
Arena arcillo-limosa	0,50	2,8
Limo	0,40	3,0
Limo arenoso	0,55	2,2
Limo areno-arcilloso	0,45	2,8
Limo arcilloso	0,23	3,4
Limo arcillo-arenoso	0,25	3,0
Arcilla	0,20	6,0
Arcilla arenosa	0,35	2,4
Arcilla areno-limosa	0,30	2,8
Arcilla limosa	0,22	4,0
Arcilla limo-arenosa	0,33	3,0

Pilote	F₁	F₂
Franki	2,50	5,00
Hormigón prefabricado	1 + D/0,80	2F₁
Acero	1,75	3,50
Excavado	3,00	6,00
Hélice continua y raíz	2,00	4,00

Décourt-Quaresma

Décourt y Quaresma (1978) relacionaron N directamente con las resistencias de pilotes de hormigón prefabricado. En la punta, N_p es la media de los N en la punta y los de justo encima y debajo; a lo largo del fuste, N_l es la media a lo largo de él, sin los usados en la punta, cada N entre 3 y 50.

r_p = \alpha\, C\, N_p

C: coeficiente del suelo en la punta · α y β: factores según el tipo de pilote (Décourt, 1996)

Suelo en la punta	C (kPa)
Arcillas	120
Limos arcillosos (suelo residual)	200
Limos arenosos (suelo residual)	250
Arenas	400

Pilote	α arcilla / limo / arena	β arcilla / limo / arena
Hincado	1,00 / 1,00 / 1,00	1,00 / 1,00 / 1,00
Excavado	0,85 / 0,60 / 0,50	0,80 / 0,65 / 0,50
Hélice continua	0,30 / 0,30 / 0,30	1,00 / 1,00 / 1,00
Raíz	0,85 / 0,60 / 0,50	1,50 / 1,50 / 1,50

Carga admisible

P_a = \frac{R}{\mathrm{FS}}

La NBR 6122 pide FS = 2 cuando la capacidad sale de métodos semiempíricos, sin pruebas de carga

En pilotes excavados, la NBR 6122 limita la parte de la punta al 20% de la carga admisible, ya que el fondo es difícil de limpiar: el fuste debe soportar el resto.
Los dos métodos suelen diferir, a veces mucho; compararlos entre sí y con pruebas de carga de la región da una medida de la incertidumbre.
La carga admisible del pilote también depende de su asentamiento y de la resistencia estructural de su fuste, que esta aplicación no verifica.

Referencias

Aoki, N.; Velloso, D. A. An approximate method to estimate the bearing capacity of piles. In: Panamerican Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 5., Buenos Aires, 1975. v. 1, p. 367–376.
Décourt, L.; Quaresma, A. R. Capacidade de carga de estacas a partir de valores de SPT. In: Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, 6., Rio de Janeiro, 1978. v. 1, p. 45–53.
Décourt, L. et al. Análise e projeto de fundações profundas. In: Hachich, W. et al. (ed.). Fundações: teoria e prática. São Paulo: Pini, 1996.
Cintra, J. C. A.; Aoki, N. Fundações por estacas: projeto geotécnico. São Paulo: Oficina de Textos, 2010.
ABNT. NBR 6122: Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2019.

Introduce el pilote — tipo, sección, dimensión y longitud —, las capas del suelo y los valores de N de un sondeo SPT para estimar la capacidad de carga y la carga admisible por los métodos de Aoki-Velloso y Décourt-Quaresma.

Pilote

Tipo

Sección

Diámetro, DmLongitud, Lm

Área de punta A_p = 0,1257 m², perímetro U = 1,257 m. La cabeza del pilote está en la superficie.

Capas

De arriba abajo, cada capa con su suelo en la clasificación de Aoki y Velloso y la profundidad de su base. Deben llegar hasta la punta.

Sondeo SPT

Profundidad (m)	N_SPT

Un N por ensayo, normalmente cada metro. Deben llegar hasta la punta; el que queda justo debajo cuenta en la punta de Décourt-Quaresma.

Diseño

FS globalCarga de trabajo, PkN

P_a = R/FS; la NBR 6122 pide FS = 2 con métodos semiempíricos. Se marcan las cargas admisibles por debajo de P.

Cada N representa el tramo entre su ensayo y el de encima (el primero desde la superficie); la cabeza del pilote está en la superficie, y su punta toma el N del tramo en que se encuentra.
Aoki-Velloso: r_p = K·N_p/F₁ y r_l = α·K·N/F₂, con K y α según el suelo de cada tramo (Aoki y Velloso, 1975) y F₁ y F₂ según el tipo de pilote (Cintra y Aoki, 2010).
Décourt-Quaresma: r_p = α·C·N_p, siendo N_p la media de los N en la punta y justo por encima y por debajo; r_l = β·10(N_l/3 + 1), siendo N_l la media a lo largo del fuste sin los N usados en la punta, cada uno entre 3 y 50. α y β según Décourt (1996) para pilotes excavados, de hélice continua y raíz; 1 para los hincados.
Los N mayores que 50 se toman como 50. La carga admisible es R/FS (la NBR 6122 pide FS = 2 con métodos semiempíricos); en pilotes excavados, la punta soporta como máximo el 20% de ella.
El gráfico de longitud sitúa la punta a la profundidad de cada ensayo, con el mismo pilote y perfil.
El 3D es una ilustración: las barras sobre la cabeza de los pilotes vaciados in situ (φ16) y el bulbo del pilote Franki muestran la obra como construida, pero no se diseñan aquí, y el bulbo no cuenta en la capacidad.

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