El factor de cono N_k no es universal

Piezocono · resistencia al corte no drenada · arcillas blandas

Convertir la resistencia de punta del piezocono en resistencia no drenada parece una división inocente. Pero N_k es una propiedad del depósito, no del ensayo, y entre dos arcillas blandas bien documentadas va de 8 a casi 15. Usar el de un sitio en otro puede sobreestimar el S_u en 86% — y la sobreestimación es, justamente, la dirección insegura.

La conversión

S_u = (q_t − σ_v0) / N_k

Como N_k está en el denominador, el error se traslada íntegro y de forma inversa: un N_k demasiado bajo infla la resistencia, y un N_k demasiado alto la deprime. No hay amortiguación en el camino.

La tentación es tomar un valor de tabla. El problema es que las tablas promedian depósitos que no se parecen, y los campos experimentales bien instrumentados muestran cuánto se separan entre sí.

Cuánto se separan: los campos experimentales brasileños

Depósito	N_k	Contra qué se calibró	Fuente
Sarapuí, Rio de Janeiro	8 a 12	veleta contra CPTU	Danziger (1990)
Recife, Pernambuco	10,33 a 14,92	ensayos UU y CIU contra CPTU	Coutinho et al. (1993)
Vale do Rio Quilombo, São Paulo	12,22 a 15,10	veleta y triaxiales contra CPTU	Árabe (1995)
CEASA, Porto Alegre	N_kt = 12	veleta, presiómetro y triaxiales, en el propio campo	campo experimental CE-1

Todas son arcillas blandas. Todas están bien investigadas. Y el rango completo va de 8 a 15,1 — casi el doble de extremo a extremo.

La aritmética de equivocarse

Si el depósito tiene un N_k real y usted aplica otro, el S_u que obtiene queda multiplicado por la razón entre ambos:

S_u,calculado / S_u,real = N_k,real / N_k,usado

Situación	N_k real	N_k usado	Efecto sobre S_u
Piezocono en Recife, con el N_k de Sarapuí	14,92	8	+86% — sobreestima
Piezocono en Sarapuí, con el N_k de Recife	8	14,92	−46% — subestima

Las dos direcciones no son igual de graves. Subestimar el S_u hace el proyecto caro; sobreestimarlo lo hace inseguro, y esa es la dirección que se toma cuando se aplica el N_k más bajo de la literatura a un depósito que pedía uno más alto. En estabilidad de un terraplén sobre arcilla blanda, donde el S_u entra casi lineal en el factor de seguridad, un +86% en la resistencia es un factor de seguridad que no existe.

El contraejemplo útil: cuando sí concuerdan

El campo experimental CEASA, en la región metropolitana de Porto Alegre, es el caso que conviene tener en mente. Allí el S_u se determinó por cinco caminos independientes: veleta, triaxiales UU, triaxiales CIU reconsolidados a las tensiones efectivas de campo, piezocono con N_kt = 12, y la propuesta de Chen & Mayne (1994) — más las predicciones de la teoría del estado crítico.

Los cinco concuerdan, con dispersión aceptable y la misma tendencia de crecimiento con la profundidad.

Es tentador leer esa concordancia como prueba de que los métodos son robustos. Es al revés: concuerdan porque el N_kt se calibró contra los ensayos de ese mismo sitio. Donde no existe esa calibración, la dispersión entre métodos es la regla, no la excepción. La concordancia no valida el N_k: es su consecuencia.

Como referencia del mismo campo, para quien modele en estado crítico: φ' = 22°, M = 0,86, λ entre 0,86 y 1,0, definidos a partir de los triaxiales CIU y los edométricos.

Un agravante donde hay materia orgánica

En depósitos orgánicos —los manglares y sedimentos fluvio-lagunares de la planicie de Recife son el ejemplo— el problema no ataca solo la correlación: ataca el ensayo de laboratorio contra el que usted pensaba calibrar.

Un estudio dedicado a esas arcillas comparó los límites de Atterberg, la humedad y la densidad real de los sólidos bajo dos condiciones de secado: a 110 °C a presión ambiente (el procedimiento normalizado) y a 45 °C bajo vacío de −25" Hg. Los resultados difieren entre sí hasta en 30%. La estufa a 110 °C quema parte de la materia orgánica, y lo que se mide después no es el mismo suelo que está en el terreno. La granulometría también se ve afectada: el porcentaje de arcilla sale mayor cuando el contenido orgánico es alto, aun con la plasticidad constante.

Consecuencia práctica: en un suelo orgánico, un límite líquido o un índice de plasticidad obtenidos por el procedimiento estándar pueden no describir el material. Conviene registrar el contenido de materia orgánica y la temperatura de secado junto al resultado, no como nota al pie.

Y de paso, sobre S_u ≈ 10·N

La correlación de la práctica brasileña S_u ≈ 10·N (kPa) a partir del SPT se recomienda solo en el intervalo 5 < N_SPT < 25. Fuera de ese rango no aplica, y en una arcilla muy blanda —N entre 0 y 4, que es donde más falta hace— sencillamente no tiene resolución. Un N de 2 y un N de 3 no distinguen dos suelos que en obra se comportan muy distinto.

Qué hacer en un proyecto

Calibre el N_k contra ensayos del propio sitio — veleta o triaxiales. Es la única forma de que la conversión signifique algo.
Si no hay con qué calibrar, dígalo. Declare qué N_k adoptó y por qué, y muestre el S_u resultante como una banda, no como una línea. Un informe que dice «se adoptó N_k = 12 por analogía con X, sin calibración local» es más útil y más defendible que uno que presenta un S_u sin procedencia.
Frente a la duda, elija el N_k más alto del rango plausible. Es el que subestima la resistencia; el error queda del lado conservador.
Compruebe la sensibilidad. Si el proyecto cambia de decisión entre N_k = 10 y N_k = 15, la campaña no está terminada: necesita el ensayo que fije el valor.
En suelo orgánico, mire primero el laboratorio. Si los índices se midieron con secado estándar, pueden estar describiendo otro suelo.

Fuentes

Coutinho, R. Q. et al. (1993) — N_k de las arcillas blandas de Recife, contrastado con ensayos UU y CIU contra CPTU.
Coutinho, R. Q., Monteiro, F. & Oliveira, J. T. R. (1996) — banco de datos de las arcillas orgánicas, blandas y medias de la planicie de Recife.
Danziger, F. A. B. (1990) — N_k de la arcilla de Sarapuí, veleta contra CPTU.
Árabe, L. C. G. (1995) — N_k del Vale do Rio Quilombo, veleta y triaxiales contra CPTU.
Chen, B. S. & Mayne, P. W. (1994) — correlaciones de S_u desde piezocono.
Campos experimentales de la región metropolitana de Porto Alegre (CE-1 CEASA, CE-2 Aeropuerto Salgado Filho, CE-3 Tabaí-Canoas).

Estos valores por depósito, con sus fuentes, forman parte de la base de conocimiento de TerzaghAI para el mercado brasileño: el asistente los cita en vez de ofrecer un N_k de tabla. Cómo se verifica cada motor de cálculo contra su fuente está en cómo se verifican los motores.

Escrito por el equipo de TerzaghAI · Servicios de Ingeniería Kuadrante Ltda.
Este artículo es material técnico de referencia, no un informe de ingeniería. Cualquier aplicación a un proyecto real debe ser verificada y firmada por un profesional habilitado. ¿Ves un error? kuadrante@kuadrante.cl

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