Evaluación del efecto de la distancia entre pilas sometidas a carga horizontal en muros de contención

Abstract

Las estructuras de contención basadas en pilotes de gran diámetro, también conocidos como pilas, han sido utilizadas en proyectos de ingeniería civil, especialmente para la estabilización de cortes viales en Colombia y en diferentes partes del mundo. A nivel geotécnico, estas estructuras se diseñan, básicamente, considerando el criterio de estabilidad (externa e interna), y funcionalidad. Si bien el análisis geotécnico está en función de metodologías asociadas a capacidad portante lateral de una pila individual, la normativa colombiana no establece claramente la forma de evaluación de la separación entre pilas ni las deformaciones que pueda presentar ya que se cataloga como una estructura no convencional, por lo que, en la práctica, se define mediante recomendaciones de separación de dos o tres veces el diámetro. Con el fin de tener una mejor comprensión del problema de interacción suelo-pila y del efecto de arco que ocurre entre estos elementos estructurales, en este trabajo se evaluó el criterio de estabilidad externa por capacidad portante lateral y funcionalidad, incluyendo el efecto de la separación entre pilas sometidas a carga horizontal mediante el cálculo de los esfuerzos y las deformaciones tanto en el suelo como en las pilas. A partir de estos análisis se definieron criterios de evaluación y diseño para definir tanto la longitud de empotramiento como la separación entre pilas, en términos de factores de seguridad y de deformaciones permisibles. Los análisis se realizaron de forma sistemática modelando el problema de interacción suelo-pila en elementos finitos en tres dimensiones y comparando estos resultados con metodologías semiempíricas y analíticas disponibles en la literatura.

Retaining structures based on piles, have been used in civil engineering projects, especially for stabilization of road slopes in Colombia and around the world. Geotechnically, these structures are designed, basically, considering the criteria of stability (external and internal) and functionality. Nevertheless, geotechnical analysis is only based on methodologies associated with lateral bearing capacity of an individual pile, defining separation simply by recommendations of two or three times the diameter. Additionally, the regulations do not have guidelines to define the permissible displacements in these structures because it catalogues those kinds of structures as no conventional, leaving this at the discretion of the designer. In order to have a better understanding of the soil-pile interaction problem and the arching effect that occurs between these structural elements, this work evaluates the external stability associated to lateral bearing capacity, and functionality, including the effect of the separation between piles subjected to horizontal loading by calculating the forces and deformations both in the ground and in the piles and through such analyzes design criteria, defining both the embedment length and the separation between piles, in terms of safety factors and allowable displacements. These analyzes are carried out by systematically modeling soil-pile interaction problem in three-dimensional finite elements and comparing these results with semi-empirical and analytical methodologies available in literature.