ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES. CASO PRÁCTICO

1. Introducción al análisis de estabilidad de taludes

Se presenta un caso práctico donde la estabilidad del talud se evaluará por las metodologías Métodos de análisis de equilibrio limite (Métodos de Dovelas) y Método de análisis de elementos finitos (MEF), para tener una comparación sencilla de las dos posibilidades de análisis de estabilidad de taludes.

2. Análisis de estabilidad de talues por equilibrio límite en condición drenada

El análisis de EL, fue realizado por diferentes métodos, se muestra el resultado del análisis por el método de Spencer.

3. Análisis por elementos finitos en condición de drenada

Para el análisis MEF se añadieron las propiedades requeridas por el modelo constitutivo empleado (Mohr Coulomb), los cuales fueron el módulo de Young, la relación de Poisson y el ángulo de dilatancia. El software Plaxis 2D^®, calcula por etapas y encuentra el mecanismo de falla por el método de reducción de resistencia al cortante.

Se observa que el cálculo no solo muestra los esfuerzos y el comportamiento del movimiento en masa, sino que también puede aportar datos como deformaciones y gráficas comparativas que permiten a los ingenieros tomar mejores decisiones.

 4. Análisis por equilibrio límite considerando el nivel freático 

El análisis de EL, se realizó de igual forma por diferentes métodos, donde se observa el resultado del análisis por el método de Spencer, y allí naturalmente el factor de seguridad es menor.

5. Análisis por elementos finitos considerando el nivel freático

En este análisis, se consideraron propiedades adicionales para poder modelar el flujo del agua subsuperficial en la masa de suelo evaluada, los cuales son el tamaño de grano, permeabilidad, porosidad, y relación de vacíos a partir de las propiedades encontradas en la caracterización geomecánica de los materiales.

Resulta bastante interesante observar que, a partir de la suposición del nivel freático, el software modela el comportamiento de la filtración a través del suelo según sus propiedades, corrige la línea trazada, mostrando un comportamiento más real del flujo subterráneo.

6. Conclusiones

• El análisis elastoplástico de problemas geotécnicos donde se utiliza el método de elementos finitos (MEF) ha sido ampliamente aceptado en el campo de la investigación durante muchos años; sin embargo, su uso rutinario en la práctica geotécnica para el análisis de estabilidad de taludes sigue siendo limitado.

La razón de esta falta de aceptación no está del todo clara.  Los ingenieros en ejercicio a menudo se muestran escépticos acerca de la necesidad de tal complejidad, especialmente en vista de la mala calidad de los datos sobre las propiedades del suelo que a menudo están disponibles en las investigaciones del sitio.

Aunque este escepticismo a veces está justificado, hay ciertos tipos de problemas geotécnicos para los cuales el enfoque MEF ofrece beneficios reales. El desafío para un ingeniero experimentado es saber qué tipo de problema se beneficiaría de un análisis MEF y cuál no.

• En general, los problemas lineales como la predicción de asentamientos y deformaciones, el cálculo de las cantidades de flujo debido a la filtración constante o el estudio de los efectos transitorios debido a la consolidación son de fácil solución por elementos finitos.
• MEF ha demostrado ser un método fiable y robusto para evaluar el factor de seguridad. Una de las principales ventajas es que el factor de seguridad emerge naturalmente del análisis sin que el usuario tenga que comprometerse a priori con ninguna forma particular del mecanismo de falla.

Autor: Ing. Msc. Luis Alberto Cervera Terán profesor del máster en Geotecnia y cimentaciones – EADIC.