Estimación de la fuerza sobre pilotaje para estabilización de un talud

En el post de hoy vamos a emplear una fórmula estimativa para determinar la carga horizontal que ha de soportar un pilote cuya misión es impedir el deslizamiento de un talud.

Dada la extensión de las fórmulas, nos hemos tomado la libertad de programarlas en una Excel con el fin de facilitar el empleo de las formulaciones. Puedes descargarse al final del post.

Estabilización de un talud mediante micropilotaje. Foto cedida por Mai Cimentaciones Especiales.

Estabilización de un talud mediante micropilotaje. Foto cedida por Mai Cimentaciones Especiales.

Cuando se analiza la estabilidad de un talud mediante los distintos métodos existentes (Fellenius, Janbu, Bishop, Morgenstern-Price, Spencer…) y el coeficiente de seguridad obtenido no es el adecuado, se pueden plantear diversas soluciones para incrementar el coeficiente de seguridad. Un método muy empleado  es el de disponer un pilotaje de forma que los pilotes o micropilotes “cosan” el talud a la zona segura, fuera del círculo de deslizamiento pésimo.

Existen algunos métodos para evaluar la carga que han de soportar los pilotes que estabilizan el talud.

Con el avance de los ordenadores, los métodos clásicos han ido cayendo en desuso y la tendencia actual es la modelización tridimensional del talud, la correcta definición de las propiedades del terreno (que no es nada fácil) y la resolución del problema mediante elementos finitos que simulen correctamente el comportamiento del terreno.

Estos softwares suelen ser costosos y de complicado manejo. Presentamos en este post un método rescatado de la década de los 70 para la evaluación de la fuerza de acción lateral que actúa una fila de pilotes debido al movimiento de la masa del terreno de un talud.

El método del que vamos a hablar es el de Ito y Matsui y se basa en que el equilibro plástico ocurre en el terreno que rodea a los pilotes, satisfaciendo así el criterio de fluencia de Mohr-Coulomb, es decir, puede despreciarse el cambio de equilibrio que ocurre en el talud completo cuando se alcanza la inestabilidad.

Foto2

Si llamamos D1 a la separación entre ejes de pilotes y D2 a la distancia entre puntos del perímetro más cercanos entre sí, la expresión general que proporciona la fuerza p que sufriría el pilote para coser el talud en función de su profundidad z, de su separación y del tipo de terreno considerado, vendría dada por:

 Foto3

Siendo:

Foto4

La fuerza lateral correspondiente por unidad de longitud del pilote debido a la deformación plástica del suelo se obtiene resolviendo la ecuación anterior a lo largo de la capa de la profundidad del suelo hasta una superficie de deslizamiento crítica.En el caso de terrenos sin cohesión, se hace c=0, resultando la carga p según el ángulo de rozamiento interno Φ:

Foto5

En el caso de un suelo cohesivo, Φ=0, quedando la ecuación como:

Foto6

En el fichero Excel adjunto están implementadas las fórmulas anteriores. Únicamente hay que entrar en la pestaña correcta, para el caso de suelo cohesivo o sin cohesión y rellenar las casillas marcadas en gris, obteniendo así la carga lineal que ha de soportar el pilote para distintas profundidades.

Si hacemos alguna prueba, comprobaremos que cuando los espacios intermedios disminuyen, es decir, D2 tiende a cero, la carga se dispara. Estos resultados no se corresponden con la realidad, ya que las fuerzas sobre los pilotes no pueden mayores que las necesarias para equilibrar la cuña de deslizamiento. Por ello, las fórmulas anteriores dan resultados aceptables para distancias entre perímetros de pilotes D2 en torno a valores que ronden los 2/3 de su diámetro.

Por supuesto este método simplificado no pretende sustituir a los actuales métodos numéricos que permiten modelizar la geometría exacta del talud, pero sí arroja una idea de forma sencilla de la cantidad de pilotes necesarios para estabilizarlo.

Descarga el excel aquí:

excel

 Descargate Hoja Excel.

Un saludo.


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Ingeniero Industrial. Consultor de estructuras.

3 Responses to Estimación de la fuerza sobre pilotaje para estabilización de un talud

  1. Blas dice:

    Buen post, por mucho que se actualice la ingeniería nunca podemos dejar de lado los métodos clásicos, ya que éstos son el fundamento del que partimos para la realización de nuestros cálculos.

    Un saludo.

  2. Anónimo dice:

    Leyendo el artículo me surge una duda. Suponiendo que calculando el talud por cualquiera de los métodos se obtiene un coeficiente de seguridad mayor que 1 pero inferior al requerido. La fuerza necesaria que debería desarrollar el micro/pilote para obtener el coeficiente deseado, debe mayorarse para el dimensionamiento del elemento?. Siempre que se mezclan coeficientes de seguridad globales con parciales me surge la duda..

    Un saludo

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