Evaluación del efecto del tipo de suelo y de la pendiente del terreno en la separación entre pilotes usados como elementos de contención de taludes

Abstract

Los pilotes empleados como sistemas de contención de taludes son ampliamente utilizados en el mundo y aun cuando existen modelos teóricos que buscan representar su comportamiento, los mismos requieren condiciones simplificadas y todavía se tiene incertidumbre respecto a múltiples aspectos de su comportamiento, en particular sobre la interacción suelo-pilote, y sobre los efectos que tienen en la separación entre pilotes variables como los cambios de material, los cambios de la pendiente, la presencia de agua y las restricciones en los desplazamientos. Esta investigación es la continuación de un trabajo final de maestría en geotecnia de la Universidad Nacional realizada por el estudiante Juan Sebastián Flórez (Flórez, 2024). La investigación consiste en la aplicación de un modelo de elementos finitos tridimensional orientado a evaluar la influencia de la variabilidad del material en profundidad y de la geometría del talud en el comportamiento de pilotes empleados como estructuras de contención. Para ello, se definieron variables independientes que permitieron la construcción del modelo inicial y, posteriormente, se establecieron etapas constructivas que posibilitaron el análisis de desplazamientos y esfuerzos en diferentes fases de la implementación de las estructuras. Los resultados obtenidos permitieron identificar los efectos derivados de incorporar variaciones en el modelo, tales como un material con mayor densidad y rigidez en profundidad, la inclusión un trasdós inclinado, la aplicación de sobrecarga, la incorporación de una viga cabezal o de un nivel freático; factores que fueron evaluados de manera independiente. Se identificaron variables que generan incrementos significativos en el desplazamiento de los pilotes, mientras que la respuesta de los esfuerzos se mantuvo coherente con los cálculos analíticos de referencia. Estos resultados se analizaron para separaciones equivalentes de dos, tres y cuatro veces el diámetro entre pilotes, así como para etapas constructivas que incluyen excavaciones hasta niveles de empotramiento de 85% y 70% de la longitud de los elementos. A partir del análisis, se presentan recomendaciones sobre la separación más conveniente de los pilotes y se hacen aportes sobre el comportamiento de los pilotes como elementos estructurales sometidos a fuerzas horizontales, los cuales pueden resultar de gran relevancia para su diseño en obras de estabilización de taludes. (Texto tomado de la fuente)

Piles used as slope retention systems are widely applied worldwide. Although theoretical models have been developed to represent their behavior, these often rely on simplified assumptions, and considerable uncertainty remains regarding several aspects of their performance, particularly soil–pile interaction and the influence of factors such as material variability, slope inclination, groundwater presence, and displacement constraints on pile spacing. This research builds upon the master’s thesis in geotechnical engineering conducted by Juan Sebastián Flórez at the Universidad Nacional (Flórez, 2024). The study applies a three-dimensional finite element model to evaluate the influence of subsurface material variability and slope geometry on the behavior of piles used as retaining structures. Independent variables were defined to construct the initial model, followed by the establishment of construction stages that enabled the analysis of displacements and stresses at different phases of structural implementation. The results highlighted the effects of incorporating variations into the model, including material with greater density and stiffness at depth, an inclined back slope, surcharge loading, a pile cap beam, and a groundwater table; each factor was assessed independently. Certain variables were found to cause significant increases in pile displacement, while the stress response remained consistent with reference analytical calculations. These findings were analyzed for pile spacings of two, three, and four times the pile diameter, as well as for construction stages that included excavation to embedment depths of 85% and 70% of the pile length.

Based on the analysis, recommendations are provided regarding the most suitable pile spacing, along with insights into the behavior of piles as structural elements subjected to horizontal forces, offering valuable contributions for their design in slope stabilization works.