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Análisis de estabilidad de taludes

Método de cortes El análisis de estabilidad de taludes es un método estático o dinámico, analítico o empírico, para evaluar la estabilidad de taludes de presas de tierra y roca,...

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Método de cortes

El análisis de estabilidad de taludes es un método estático o dinámico, analítico o empírico, para evaluar la estabilidad de taludes de presas de tierra y roca, terraplenes, taludes excavados y taludes naturales en suelo y roca. Se realiza para evaluar el diseño seguro de taludes artificiales o naturales (por ejemplo , terraplenes , cortes de carreteras , minería a cielo abierto , excavaciones, vertederos , etc.) y las condiciones de equilibrio. [ 1 ] [ 2 ] La estabilidad de taludes es la resistencia de una superficie inclinada a fallar por deslizamiento o colapso. [ 3 ] Los principales objetivos del análisis de estabilidad de taludes son encontrar áreas en riesgo, investigar posibles mecanismos de falla, determinar la sensibilidad del talud a diferentes mecanismos desencadenantes, diseñar taludes óptimos con respecto a la seguridad , confiabilidad y economía , y diseñar posibles medidas correctivas, por ejemplo, barreras y estabilización . [ 1 ] [ 2 ]

El diseño exitoso de la pendiente requiere información geológica y características del sitio, por ejemplo, propiedades del suelo / masa rocosa , geometría de la pendiente , condiciones del agua subterránea , alternancia de materiales por fallas , sistemas de juntas o discontinuidades , movimientos y tensión en juntas, actividad sísmica, etc. [ 4 ] [ 5 ] La presencia de agua tiene un efecto perjudicial sobre la estabilidad de la pendiente. La presión del agua que actúa en los espacios porosos, fracturas u otras discontinuidades en los materiales que componen la pendiente de la cantera reducirá la resistencia de esos materiales. [ 6 ] La elección de la técnica de análisis correcta depende tanto de las condiciones del sitio como del modo potencial de falla, y se debe prestar especial atención a las diferentes fortalezas , debilidades y limitaciones inherentes a cada metodología . [ 7 ]

Antes de la era de la informática, el análisis de estabilidad se realizaba gráficamente o con una calculadora de mano. Hoy en día, los ingenieros disponen de numerosas posibilidades para utilizar software de análisis , desde técnicas sencillas de equilibrio límite hasta enfoques de análisis límite computacional (p. ej. , análisis límite de elementos finitos , optimización de la disposición de discontinuidades ) y soluciones numéricas complejas y sofisticadas ( códigos de elementos finitos / distintos ). [ 1 ] El ingeniero debe comprender plenamente las limitaciones de cada técnica. Por ejemplo, el equilibrio límite es el método de solución más común y sencillo, pero puede resultar inadecuado si la pendiente falla por mecanismos complejos (p. ej., deformación interna y fractura frágil , fluencia progresiva , licuefacción de capas de suelo más débiles, etc.). En estos casos, se deben utilizar técnicas de modelado numérico más sofisticadas . Además, incluso para pendientes muy simples, los resultados obtenidos con los métodos típicos de equilibrio límite que se utilizan actualmente (Bishop, Spencer, etc.) pueden diferir considerablemente. Asimismo, el uso del concepto de evaluación de riesgos está aumentando en la actualidad. La evaluación de riesgos se ocupa tanto de la consecuencia de la falla de la pendiente como de la probabilidad de falla (ambas requieren la comprensión del mecanismo de falla). [ 8 ] [ 9 ]

análisis de equilibrio límite

Sección transversal típica de una pendiente utilizada en análisis bidimensionales.

Los métodos convencionales de análisis de estabilidad de taludes se pueden dividir en tres grupos: análisis cinemático , análisis de equilibrio límite y simuladores de caída de rocas . [ 10 ] La mayoría de los programas informáticos de análisis de estabilidad de taludes se basan en el concepto de equilibrio límite para un modelo bidimensional o tridimensional . [ 11 ] [ 12 ] Las secciones bidimensionales se analizan asumiendo condiciones de deformación plana . Los análisis de estabilidad de geometrías de taludes bidimensionales mediante enfoques analíticos sencillos pueden proporcionar información importante para el diseño inicial y la evaluación de riesgos de los taludes.

Los métodos de equilibrio límite investigan el equilibrio de una masa de suelo que tiende a deslizarse bajo la influencia de la gravedad . Se considera el movimiento de traslación o rotación sobre una superficie de deslizamiento potencial supuesta o conocida debajo de la masa de suelo o roca . [ 13 ] En ingeniería de taludes rocosos, los métodos pueden ser muy importantes para la falla simple de bloques a lo largo de discontinuidades distintas. [ 10 ] Todos estos métodos se basan en la comparación de fuerzas , momentos o tensiones que resisten el movimiento de la masa con aquellos que pueden causar movimiento inestable (fuerzas perturbadoras). El resultado del análisis es un factor de seguridad , definido como la relación entre la resistencia al corte (o, alternativamente, una medida equivalente de resistencia o capacidad al corte) y la tensión de corte (u otra medida equivalente) requerida para el equilibrio. Si el valor del factor de seguridad es menor que 1,0, el talud es inestable.

Todos los métodos de equilibrio límite suponen que las resistencias al corte de los materiales a lo largo de la superficie de falla potencial se rigen por relaciones lineales ( Mohr-Coulomb ) o no lineales entre la resistencia al corte y la tensión normal en la superficie de falla. [ 13 ] La variación más comúnmente utilizada es la teoría de la resistencia al corte de Terzaghi , que establece que

τ=σ′broncearse⁡ϕ′+do′{\displaystyle \tau =\sigma '\tan \phi '+c'}

dóndeτ{\displaystyle \tau }es la resistencia al corte de la interfaz,σ′=σ−tú{\displaystyle \sigma '=\sigma -u}es el estrés efectivo (σ{\displaystyle \sigma }es la tensión total normal a la interfaz ytú{\displaystyle u}es la presión del agua intersticial en la interfaz),ϕ′{\displaystyle \phi '}es el ángulo de fricción efectivo, ydo′{\displaystyle c'}es la cohesión efectiva.

El método de las rebanadas es la técnica de equilibrio límite más popular. En este enfoque, la masa de suelo se discretiza en rebanadas verticales. [ 12 ] [ 14 ] Se utilizan varias versiones del método. Estas variaciones pueden producir resultados diferentes (factor de seguridad) debido a diferentes supuestos y condiciones de contorno entre rebanadas. [ 13 ] [ 15 ]

La ubicación de la interfaz suele ser desconocida, pero puede determinarse mediante métodos de optimización numérica. [ 16 ] Por ejemplo, el diseño funcional de taludes considera que la superficie de deslizamiento crítica es aquella que presenta el menor factor de seguridad dentro de un rango de posibles superficies de deslizamiento. Diversos programas informáticos de estabilidad de taludes utilizan el concepto de equilibrio límite con determinación automática de la superficie de deslizamiento crítica.

El software típico para el análisis de estabilidad de taludes permite analizar la estabilidad de taludes de suelo estratificado, terraplenes, cortes de tierra y estructuras de entibación ancladas . También se pueden incluir los efectos sísmicos, las cargas externas , las condiciones del agua subterránea y las fuerzas de estabilización (por ejemplo, anclajes, refuerzos geológicos, etc.).

Técnicas analíticas: Método de cortes

Esquema del método de cortes que muestra el centro de rotación.

Muchas herramientas de análisis de estabilidad de taludes utilizan diversas versiones de los métodos de rebanadas, como el método simplificado de Bishop , el método ordinario de rebanadas ( método del círculo sueco/Petterson/Fellenius ), Spencer , Sarma , etc. Sarma y Spencer se denominan métodos rigurosos porque satisfacen las tres condiciones de equilibrio: equilibrio de fuerzas en dirección horizontal y vertical y equilibrio de momentos. Los métodos rigurosos pueden proporcionar resultados más precisos que los métodos no rigurosos. El método simplificado de Bishop o Fellenius son métodos no rigurosos que satisfacen solo algunas de las condiciones de equilibrio y hacen algunas suposiciones simplificadoras. [ 14 ] [ 15 ] Algunos de estos enfoques se analizan a continuación.

Método de análisis del círculo deslizante sueco

El método del círculo de deslizamiento sueco supone que el ángulo de fricción del suelo o la roca es igual a cero, es decir,τ=do′{\displaystyle \tau =c'}En otras palabras, cuando el ángulo de fricción se considera cero, el término de tensión efectiva tiende a cero, igualando así la resistencia al corte al parámetro de cohesión del suelo dado. El método sueco del círculo de deslizamiento asume una interfaz de falla circular y analiza los parámetros de tensión y resistencia utilizando geometría circular y estática. El momento causado por las fuerzas impulsoras internas de una pendiente se compara con el momento causado por las fuerzas que resisten la falla de la pendiente. Si las fuerzas resistentes son mayores que las fuerzas impulsoras, se asume que la pendiente es estable.

Método ordinario de cortes

División de la masa de la pendiente en el método de rebanadas.

En el método de las rebanadas, también llamado OMS o método de Fellenius, la masa deslizante sobre la superficie de falla se divide en varias rebanadas. Las fuerzas que actúan sobre cada rebanada se obtienen considerando el equilibrio mecánico (fuerza y ​​momento) entre ellas. Cada rebanada se considera de forma independiente y se desprecian las interacciones entre rebanadas, ya que las fuerzas resultantes son paralelas a la base de cada rebanada. Sin embargo, este método no satisface la tercera ley de Newton porque, en general, las resultantes a la izquierda y a la derecha de una rebanada no tienen la misma magnitud ni son colineales. [ 17 ]

Esto permite un cálculo de equilibrio estático simple, considerando solo el peso del suelo, junto con los esfuerzos cortantes y normales a lo largo del plano de falla. Tanto el ángulo de fricción como la cohesión pueden considerarse para cada rebanada. En el caso general del método de rebanadas, las fuerzas que actúan sobre una rebanada se muestran en la figura siguiente. La normal (mir,mil{\displaystyle E_{r},E_{l}}) y cizallamiento (Sr,Sl{\displaystyle S_{r},S_{l}}Las fuerzas entre rebanadas adyacentes restringen cada rebanada y hacen que el problema sea estáticamente indeterminado cuando se incluyen en el cálculo.

Equilibrio de fuerzas para una rebanada en el método de rebanadas. Se supone que el bloque tiene espesorb{\displaystyle b}Las rebanadas de la izquierda y de la derecha ejercen fuerzas normales.mil,mir{\displaystyle E_{l},E_{r}}y fuerzas cortantesSl,sr{\displaystyle S_{l},s_{r}}El peso de la rebanada provoca la fuerza.W{\displaystyle W}Estas fuerzas se equilibran con la presión de los poros y las reacciones de la base.norte,T{\displaystyle N,T}.

Para el método ordinario de rebanadas, las fuerzas verticales y horizontales resultantes son

∑Fv=0=W−norteporque⁡α−Tpecado⁡α∑Fh=0=kW+nortepecado⁡α−Tporque⁡α{\displaystyle {\begin{aligned}\sum F_{v}=0&=WN\cos \alpha -T\sin \alpha \\\sum F_{h}=0&=kW+N\sin \alpha -T\cos \alpha \end{aligned}}}

dóndek{\displaystyle k}representa un factor lineal que determina el aumento de la fuerza horizontal con la profundidad del corte. Resolviendo paranorte{\displaystyle N}da

norte=Wporque⁡α−kWpecado⁡α.{\displaystyle N=W\cos \alpha -kW\sin \alpha \,.}

A continuación, el método supone que cada rebanada puede girar alrededor de un centro de rotación y que también se necesita un equilibrio de momentos alrededor de este punto para lograr el equilibrio. Un equilibrio de momentos para todas las rebanadas consideradas en conjunto da como resultado

∑METRO=0=∑j(Wjincógnitaj−TjRj−nortejFj−kWjmij){\displaystyle \sum M=0=\sum _{j}(W_{j}x_{j}-T_{j}R_{j}-N_{j}f_{j}-kW_{j}e_{j})}

dóndej{\displaystyle j}es el índice de la sección,incógnitaj,Rj,Fj,mij{\displaystyle x_{j},R_{j},f_{j},e_{j}}son los brazos de palanca, y se han ignorado las cargas en la superficie. La ecuación de momento se puede utilizar para calcular las fuerzas cortantes en la interfaz después de sustituir la expresión para la fuerza normal:

∑jTjRj=∑j[Wjincógnitaj−(Wjporque⁡αj−kWjpecado⁡αj)Fj−kWjmij]{\displaystyle \sum _{j}T_{j}R_{j}=\sum _{j}[W_{j}x_{j}-(W_{j}\cos \alpha _{j}-kW_{j}\sin \alpha _{j})f_{j}-kW_{j}e_{j}]}

Utilizando la teoría de resistencia de Terzaghi y convirtiendo las tensiones en momentos, tenemos

∑jτljRj=ljRjσj′broncearse⁡ϕ′+ljRjdo′=Rj(nortej−tújlj)broncearse⁡ϕ′+ljRjdo′{\displaystyle \sum _{j}\tau l_{j}R_{j}=l_{j}R_{j}\sigma _{j}'\tan \phi '+l_{j}R_{j}c'=R_{j}(N_{j}-u_{j}l_{j})\tan \phi '+l_{j}R_{j}c'}

dóndetúj{\displaystyle u_{j}}es la presión de poro. El factor de seguridad es la relación entre el momento máximo de la teoría de Terzaghi y el momento estimado,

Factor de seguridad=∑jτljRj∑jTjRj.{\displaystyle {\text{Factor de seguridad}}={\frac {\sum _{j}\tau l_{j}R_{j}}{\sum _{j}T_{j}R_{j}}}\,.}

Método de análisis de Bishop modificado

El método de Bishop modificado [ 18 ] difiere ligeramente del método de rebanadas convencional, ya que se supone que las fuerzas de interacción normales entre rebanadas adyacentes son colineales y la fuerza cortante inter-rebanada resultante es cero. Este enfoque fue propuesto por Alan W. Bishop del Imperial College . La restricción introducida por las fuerzas normales entre rebanadas hace que el problema sea estáticamente indeterminado. Por consiguiente, se deben utilizar métodos iterativos para calcular el factor de seguridad. Se ha demostrado que este método produce valores del factor de seguridad con una precisión de unos pocos puntos porcentuales respecto a los valores "correctos".

El factor de seguridad para el equilibrio de momentos en el método de Bishop se puede expresar como

F=∑j[do′lj+(Wj−tújlj)broncearse⁡ϕ′]ψj∑jWjpecado⁡αj{\displaystyle F={\cfrac {\sum _{j}{\cfrac {\left[c'l_{j}+(W_{j}-u_{j}l_{j})\tan \phi '\right]}{\psi _{j}}}}{\sum _{j}W_{j}\sin \alpha _{j}}}}

dónde

ψj=porque⁡αj+pecado⁡αjbroncearse⁡ϕ′F{\displaystyle \psi _{j}=\cos \alpha _{j}+{\frac {\sin \alpha _{j}\tan \phi '}{F}}}

donde, como antes,j{\displaystyle j}es el índice de la sección,do′{\displaystyle c'}es la cohesión efectiva,ϕ′{\displaystyle \phi '}es el ángulo interno efectivo de fricción interna,l{\displaystyle l}es el ancho de cada rebanada,W{\displaystyle W}es el peso de cada rebanada, ytú{\displaystyle u}es la presión del agua en la base de cada rebanada. Se debe utilizar un método iterativo para resolverlo.F{\displaystyle F}porque el factor de seguridad aparece tanto en el lado izquierdo como en el lado derecho de la ecuación.

Método de Lorimer

El método de Lorimer es una técnica para evaluar la estabilidad de taludes en suelos cohesivos. Se diferencia del método de Bishop en que utiliza una superficie de deslizamiento clotoide en lugar de un círculo. Este modo de falla se determinó experimentalmente para tener en cuenta los efectos de la cementación de partículas. El método fue desarrollado en la década de 1930 por Gerhardt Lorimer (20 de diciembre de 1894 - 19 de octubre de 1961), alumno del pionero de la geotecnia Karl von Terzaghi .

Método de Spencer

El método de análisis de Spencer [ 19 ] requiere un programa informático capaz de ejecutar algoritmos cíclicos, pero facilita el análisis de la estabilidad de taludes. El algoritmo de Spencer satisface todos los equilibrios (horizontal, vertical y momento impulsor) en cada sección. El método permite planos de deslizamiento sin restricciones y, por lo tanto, puede determinar el factor de seguridad a lo largo de cualquier superficie de deslizamiento. El equilibrio rígido y la superficie de deslizamiento sin restricciones dan como resultado factores de seguridad más precisos que, por ejemplo, el método de Bishop o el método ordinario de secciones. [ 19 ]

Método Sarma

El método Sarma [ 20 ] , propuesto por Sarada K. Sarma del Imperial College, es una técnica de equilibrio límite que se utiliza para evaluar la estabilidad de taludes en condiciones sísmicas. También puede emplearse en condiciones estáticas si se considera que la carga horizontal es cero. Este método permite analizar una amplia gama de fallas de taludes, ya que puede contemplar un mecanismo de falla multicuña y, por lo tanto, no se limita a superficies de falla planas o circulares. Proporciona información sobre el factor de seguridad o sobre la aceleración crítica necesaria para provocar el colapso.

Comparaciones

Las suposiciones realizadas por varios métodos de equilibrio límite se enumeran en la tabla siguiente. [ 21 ]

La tabla que aparece a continuación muestra las condiciones de equilibrio estático que satisfacen algunos de los métodos de equilibrio límite más populares. [ 21 ]

Análisis de estabilidad de taludes rocosos

El análisis de estabilidad de taludes rocosos basado en técnicas de equilibrio límite puede considerar los siguientes modos de falla:

  • Falla planar -> caso de deslizamiento de masa rocosa sobre una sola superficie (caso especial de falla general de tipo cuña ); se puede utilizar un análisis bidimensional según el concepto de un bloque que resiste en un plano inclinado en equilibrio límite [ 27 ] [ 28 ]
  • Fallo poligonal -> el deslizamiento de una roca natural suele tener lugar en superficies de forma poligonal ; el cálculo se basa en ciertas suposiciones (por ejemplo, el deslizamiento en una superficie poligonal compuesta por N partes es cinemáticamente posible solo en caso de desarrollo de al menos (N - 1) superficies de corte internas; la masa rocosa se divide en bloques por superficies de corte internas; los bloques se consideran rígidos; no se permite resistencia a la tracción, etc.) [ 28 ]
  • Fallo de cuña -> el análisis tridimensional permite modelar el deslizamiento de la cuña en dos planos en una dirección a lo largo de la línea de intersección [ 28 ] [ 29 ]
  • Fallo por vuelco -> largas y delgadas columnas de roca formadas por las discontinuidades de fuerte inclinación pueden girar alrededor de un punto de pivote ubicado en la esquina más baja del bloque; la suma de los momentos que causan el vuelco de un bloque (es decir, el componente de peso horizontal del bloque y la suma de las fuerzas impulsoras de los bloques adyacentes detrás del bloque en consideración) se compara con la suma de los momentos que resisten el vuelco (es decir, el componente de peso vertical del bloque y la suma de las fuerzas resistentes de los bloques adyacentes delante del bloque en consideración); el vuelco ocurre si los momentos impulsores superan los momentos resistentes [ 30 ] [ 31 ]

Análisis límite

Un enfoque más riguroso para el análisis de estabilidad de taludes es el análisis límite . A diferencia del análisis de equilibrio límite, que se basa en suposiciones ad hoc, aunque a menudo razonables, el análisis límite se fundamenta en una teoría de plasticidad rigurosa. Esto permite, entre otras cosas, calcular los límites superior e inferior del factor de seguridad real.

Los programas basados ​​en el análisis de límites incluyen:

  • OptumG2 (2014-) Software de propósito general para aplicaciones geotécnicas (también incluye elastoplasticidad, filtración, consolidación, construcción por etapas, túneles y otros tipos de análisis geotécnicos relevantes).
  • LimitState:GEO (2008-) Aplicación de software geotécnico de propósito general basada en la optimización del diseño de discontinuidades para problemas de deformación plana, incluida la estabilidad de taludes.

Análisis estereográfico y cinemático

El análisis cinemático examina qué modos de falla pueden ocurrir en la masa rocosa. El análisis requiere la evaluación detallada de la estructura de la masa rocosa y la geometría de las discontinuidades existentes que contribuyen a la inestabilidad del bloque . [ 32 ] [ 33 ] Se utiliza la representación estereográfica ( estereodramas ) de los planos y líneas. [ 34 ] Los estereodramas son útiles para analizar bloques de roca discontinuos. [ 35 ] El programa DIPS permite la visualización de datos estructurales mediante estereodramas, la determinación de la viabilidad cinemática de la masa rocosa y el análisis estadístico de las propiedades de la discontinuidad. [ 32 ]

simuladores de desprendimiento de rocas

El análisis de estabilidad de taludes rocosos puede diseñar medidas de protección cerca o alrededor de estructuras amenazadas por la caída de bloques. Los simuladores de caída de rocas determinan las trayectorias de desplazamiento de bloques inestables separados de la cara del talud rocoso. [ 36 ] El método de solución analítica descrito por Hungr y Evans [ 37 ] supone que el bloque de roca es un punto con masa y velocidad que se mueve en una trayectoria balística con respecto al contacto potencial con la superficie del talud. El cálculo requiere dos coeficientes de restitución que dependen de la forma del fragmento, la rugosidad de la superficie del talud, el momento y las propiedades de deformación, y de la probabilidad de ciertas condiciones en un impacto dado. [ 38 ]

Métodos numéricos de análisis

Las técnicas de modelado numérico proporcionan una solución aproximada a problemas que de otro modo no podrían resolverse con métodos convencionales, como geometrías complejas, anisotropía de materiales , comportamiento no lineal y tensiones in situ. El análisis numérico permite modelar la deformación y la falla del material, las presiones de poro , la deformación por fluencia , la carga dinámica y evaluar los efectos de las variaciones de parámetros, entre otros. Sin embargo, el modelado numérico presenta algunas limitaciones. Por ejemplo, los parámetros de entrada no suelen medirse y la disponibilidad de estos datos es generalmente escasa. El usuario también debe tener en cuenta los efectos de contorno, los errores de mallado, la memoria del hardware y las limitaciones de tiempo. Los métodos numéricos utilizados para el análisis de estabilidad de taludes se pueden dividir en tres grupos principales: modelado continuo , discontinuo e híbrido. [ 39 ]

Modelado continuo

Figura 3: Malla de elementos finitos

El modelado del continuo es adecuado para el análisis de taludes de suelo, roca intacta masiva o macizos rocosos con muchas fracturas. Este enfoque incluye los métodos de diferencias finitas y elementos finitos que discretizan toda la masa en un número finito de elementos con la ayuda de una malla generada (Fig. 3). En el método de diferencias finitas (MDF) se resuelven ecuaciones de equilibrio diferencial (es decir, relaciones deformación-desplazamiento y tensión-deformación ). El método de elementos finitos (MEF) utiliza aproximaciones a la conectividad de los elementos, la continuidad de los desplazamientos y las tensiones entre elementos. [ 40 ] La mayoría de los códigos numéricos permiten modelar fracturas discretas , por ejemplo, planos de estratificación , fallas . Generalmente se dispone de varios modelos constitutivos, por ejemplo, elasticidad , elastoplasticidad, ablandamiento por deformación, elastoviscoplasticidad , etc. [ 39 ]

Modelado de discontinuo

El enfoque de discontinuidad es útil para taludes rocosos controlados por un comportamiento de discontinuidad. La masa rocosa se considera como una agregación de bloques distintos e interactivos sometidos a cargas externas y se supone que experimentan movimiento con el tiempo. Esta metodología se denomina colectivamente método de elementos discretos (DEM). El modelado de discontinuidad permite el deslizamiento entre los bloques o partículas. El DEM se basa en la solución de la ecuación dinámica de equilibrio para cada bloque repetidamente hasta que se satisfacen las condiciones de contorno y las leyes de contacto y movimiento . El modelado de discontinuidad pertenece al enfoque numérico más comúnmente aplicado al análisis de taludes rocosos y existen las siguientes variaciones del DEM: [ 39 ]

El enfoque de elementos distintos describe el comportamiento mecánico tanto de las discontinuidades como del material sólido. Esta metodología se basa en una ley de fuerza-desplazamiento (que especifica la interacción entre los bloques de roca deformables) y una ley de movimiento (que determina los desplazamientos causados ​​en los bloques por fuerzas desequilibradas). Las juntas se tratan como condiciones de contorno. Los bloques deformables se discretizan en elementos internos de deformación constante. [ 39 ]

El programa de discontinuidad UDEC [ 41 ] (código universal de elementos distintos) es adecuado para taludes rocosos con muchas juntas sometidos a cargas estáticas o dinámicas. El análisis bidimensional del mecanismo de falla traslacional permite simular grandes desplazamientos, modelar la deformación o la fluencia del material. [ 41 ] El código de discontinuidad tridimensional 3DEC [ 42 ] contiene el modelado de múltiples discontinuidades que se intersecan y, por lo tanto, es adecuado para el análisis de inestabilidades de cuña o la influencia del soporte de roca (por ejemplo, pernos de roca, cables). [ 39 ]

En el Análisis de Deformación Discontinua (ADD), los desplazamientos son incógnitas y las ecuaciones de equilibrio se resuelven de forma análoga al método de elementos finitos . Cada unidad de la malla de elementos finitos representa un bloque aislado delimitado por discontinuidades. La ventaja de esta metodología radica en la posibilidad de modelar grandes deformaciones, movimientos de cuerpos rígidos, acoplamiento o estados de falla entre bloques de roca. [ 39 ]

La masa rocosa discontinua se puede modelar con la ayuda de la metodología de elementos distintos en forma de código de flujo de partículas , por ejemplo, el programa PFC2D/3D . [ 43 ] [ 44 ] Las partículas esféricas interactúan a través de contactos de deslizamiento por fricción. La simulación de bloques delimitados por juntas se puede realizar a través de resistencias de enlace especificadas. La ley de movimiento se aplica repetidamente a cada partícula y la ley de fuerza-desplazamiento a cada contacto. La metodología de flujo de partículas permite modelar el flujo granular, la fractura de roca intacta, los movimientos de bloques de transición, la respuesta dinámica a voladuras o sismicidad, la deformación entre partículas causada por fuerzas de corte o tracción. Estos códigos también permiten modelar procesos de falla subsiguientes de taludes rocosos, por ejemplo, simulación de roca [ 39 ]

Modelado híbrido/acoplado

Los códigos híbridos implican el acoplamiento de varias metodologías para maximizar sus ventajas clave, por ejemplo, análisis de equilibrio límite combinado con análisis de flujo de agua subterránea y esfuerzos de elementos finitos ; análisis acoplados de flujo de partículas y diferencias finitas ; métodos de elementos finitos y puntos materiales acoplados hidromecánicamente para simular todo el proceso de deslizamientos de tierra inducidos por lluvia. [ 45 ] Las técnicas híbridas permiten investigar fallas de taludes por sifonamiento y la influencia de altas presiones de agua subterránea en la falla de taludes rocosos débiles. Los códigos acoplados de elementos finitos y distintos proporcionan el modelado tanto del comportamiento de la roca intacta como del desarrollo y comportamiento de fracturas.

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

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