Alan Marroquin Hoyos

Datos personales

Egrsado Ing. Civil - UNI - marroquin.a@gmail.com

martes, 16 de septiembre de 2008

MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS PARA EL ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES

(1) MENDOZA PACHECO, PEDRO GABINO (2005); Análise Numérica do Fluxo e da Estabilidade de uma Pilha de Lixiviação de Minério de Cobre; Universidad Católica del Río

Producto de las limitaciones del método de equilibrio límite para la estabilidad de taludes, surgen métodos que evitan hipótesis como el de adoptar cierta geometría de la superficie de falla, métodos que incluyen relaciones esfuerzo-deformación de los diversos suelos de un talud. Dentro de estos métodos destaca el método de elementos finitos (MEF).

Clough & Woodward (1967) introdujeron el MEF a la ingeniería geotécnica al examinar el comportamiento de un dique de tierra usando una ley constitutiva no lineal, fue así que se convirtió en una herramienta potencial para analizar el comportamiento de los materiales en al mecánica de suelos. En 1969 Kulhawy et al. Realizaron análisis de estabilidad de taludes utilizando el MEF.

Existen dos métodos de análisis por medio de elementos finitos:

  • Método directo

  • Método indirecto

Método directo: “La simulación del colapso”

Utilizado por investigadores como Zienkiewics et al. (1975), Naylor (1982), entre otros. Este método se basa en la localización de la superficie potencial de falla para posteriormente calcular el factor de seguridad global.

La simulación de la falla se determinará a través de la reducción progresiva de los parámetros de suelo resistentes, o alternativamente por el aumento de la sobrecarga del suelo. . En el último caso el factor de seguridad está en función de la carga y deberá interpretarse como el coeficiente que va a aumentar la carga para que se genere la falla en el suelo.

La reducción de los parámetros de resistencia del suelo (suelo seco o saturado) está dado por.

Donde M es el parámetro utilizado para reducir los valores de tgФ y c en sucesivos análisis no lineales por MEF hasta la falla del talud cuando M = FS (Factor de seguridad global).

Esta técnica de simulación de colapso depende de un esquema numérico empleado en el análisis por EMF, mediante la solución con un sistema de ecuaciones no lineales (Método de la rigidez tangente, método de Newton-Raphson, método de Newton-Raphson modificado, método de la longitud de arco, etc). De acuerdo con el sistema de ecuaciones utilizados, la no convergencia de la solución numérica determinaría el colapso del talud o puede estar asociado a la dificultad numérica del propio algoritmo utilizado en la solución del sistema de ecuaciones, lo que requeriría un incremento de carga más pequeño y un número mayor de iteraciones para conseguir la convergencia numérica.

Método Indirecto: Equilibrio límite mejorado

Este método fue propuesto por Brown & King (1966). En este método la zona de tensión es calculada inicialmente mediante un análisis de elementos finitos y seguidamente se calcula el factor de seguridad global utilizando el método de equilibrio límite.

La diferencia con el método directo es que aquí no se requiere de un gran esfuerzo computacional, variándose repetidamente los parámetros de resistencia del material hasta que se produzca la falla o incluso una relación constitutiva elasto-plástica y pueden considerarse relaciones de tensión deformación tan simples como los modelos lineales o hiperbólicos. El factor de seguridad global es calculado de la misma manera que el método tradicional de equilibrio límite.

Las figuras 1 y 2 muestran el método de manera práctica. La superficie potencial de deslizamiento AB se observa en la figura 1, la variación de la resistencia del esfuerzo cortante (s) está representada por la línea anaranjada, mientras que la distribución de esfuerzos cortante actuantes está representada por la línea roja en la figura 2. Ambas distribuciones a lo argo de la superficie AB han sido calculada utilizando elementos finitos. En la figura 2 se observa que en la zona cercana al pie del talud el esfuerzo cortante actuante a alcanzado el valor de la resistencia cortante del suelo por lo que se genera como de observa en la figura 1 una región de plastificación.

Fig1. Esfuerzos actuantes en la superficie potencial de falla (1)

Fig2. Distribución de los esfuerzos cortantes (s y τ) a lo largo de la superficie potencial de falla (de A a B) (1)

Luego para la determinación del factor de seguridad se utiliza la siguiente expresión:

Donde:

viernes, 22 de agosto de 2008

ACCIONES A REALIZAR EN LA TESIS


  1. Determinación de la zona de estudio.


Consta de dos puntos:

  • Caracterización del material de estudio:

  • Determinando las características físicas representativas

  • Determinando los parámetros de resistencia del suelo.


Nota: esta etapa se basara en estudios determinado por instituciones como el CISMID, Laboratorio de Mecánica de Suelos de la UNI, por los estudios de Mecánica de suelos da cada Obra y por investigaciones realizadas por diferentes especialistas (Dr. Jorge Alva, Ing. Genaro Humala, Ing. Martínez, etc.)


  • Delimitar la zona estudiar se busca trabajar con un suelo que represente las características promedio del conglomerado aluvial del distrito de San Isidro, así como que otros distritos aledaños pueden tener similares características, con la finalidad de empalmar aquellas obras que se estén realizando actualmente y poder aprovechar de este para realizar los experimentos.


Resultado:

Aquí se determinara los suelos que forman parte del estudio, para realizar las excavaciones in situ.


  1. Conocer la geometría a estudiar.

  • ¿Que formas debe tener el modelo o zona a excavar:

La forma vista en planta:

Es una esquina de ángulo recto y lados iguales.

  • ¿Qué dimensiones debe tener el modelo?

La dimensión más crítica es aquella en que los lados son más largos que la altura

  1. Procedimiento de Excavación.

¿Cual es aquel procedimiento de excavación que provoca el mejor comportamiento del suelo?, es decir ¿cual es aquel que menos libera los esfuerzos?.


Tipo 1

Tipo 2


En esta etapa, se realizara entrevista a especialistas del medio: ingenieros constructores.


  1. Procedimiento de medición de la superficie potencial de falla.


En esta etapa, se realizara entrevista a especialistas del tema


  1. Determinación de hipótesis para la idealización del mecanismo de falla


Existirán zonas de la superficie potencial de falla que se simplifiquen por un plano y zonas que se simplifique con superficies curvas.


  1. Método de análisis

  • Análisis para la determinación de la distribución de esfuerzos y deformaciones utilizando elementos finitos.


En esta etapa, se realizara entrevista a especialistas del medio: Dr. Escaletti



  1. Software comercial a utilizar.


PLAXIS


Resultados:

Con la determinación de los siguientes factores se determinara un comportamiento analítico del procedo de formación de la superficie de falla

  • Análisis de las deformaciones

  • Distribución de los esfuerzos cortantes

  • Verificación de las formas de superficie de falla


  1. Recomendaciones y observaciones.



miércoles, 20 de agosto de 2008

ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES FINITOS

La presente nota son unos apuntes del libro de Fundamentos de Ingebiería Geotécnica de Braja M Das. Aquí se explica uno de los metodos más utilizados para el análisis de estabilidad de taludes.

viernes, 15 de agosto de 2008

CARACTERISITICAS DE LOS TALUDES

La siguiente nota son unos apuntes tomados del libro de Mecánica de Suelos de Peter L. Berry – David Reid. Se hablará sobre los tipos de taludes, pues lo que se busca es partir de lo más general, además se realizará un análisis de estabilidad para taludes infinitos conformado por arenas así como también el análisis de un talud infinito de arcilla, con la finalidad de conocer en que se diferencia su comportamiento.

viernes, 8 de agosto de 2008

INDICE DE TESIS

TITULO: DETERMINACION DE LAS CARACTERISTICAS DE LA SUPERFICIE DE FALLA DE UN CONGLOMERADO ALUVIAL SOMETIDO A UN CORTE VERICAL EN ESQUINA

INDICE

RESUMEN

INTRODUCCION

  1. CARACTERÍSTICAS DEL CONGLOMERADO DE LIMA

    1. Zona de estudio

    2. Características típicas de la zona de estudio

  1. CONCEPTOS BÁSICOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES

    1. Movimiento de masas

    2. Tipos de falla en suelos

    3. Factores que producen las fallas

    4. Pruebas de campo y laboratorio

    5. Determinación de la estabilidad de un talud

      1. Distribución de esfuerzos

      2. Análisis de las deformaciones

      3. Determinación de los factores de seguridad

  1. EXPERIMENTACIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DE LA SUPERFICIE DE FALLA DE UN TALUD EN ESQUINA

    1. Introducción

    2. Experimentación en arenas

    3. Experimentación en arenas + gravas

    4. Experimentación en arenas + gravas + arcillas

    5. Experimentación en un suelo que simule la zona de estudio

    6. Experimentación en un conglomerado aluvial (analizando posibilidad)

  1. ANÁLISIS DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES MEDIANTE SOFTWARE COMERCIAL

    1. Introducción

    2. Análisis en arenas

    3. Análisis en arenas + gravas

    4. Análisis en arenas + gravas + arcillas

    5. Análisis en un suelo que simule la zona de estudio

    6. Experimentación en un conglomerado aluvial

  1. RECOMENDACIONES

    1. Recomendaciones para evaluar la seguridad

    2. Recomendaciones para la excavación

  1. CONCLUSIONES

ANEXOS

BIBLIOGRAFIA

viernes, 1 de agosto de 2008

PLANO DE FALLA DE TALUDES EN ESQUINA

Un corte vertical en una excavación para sótanos de edificaciones en un conglomerado aluvial como el de Lima, requiere un análisis detallado cuando dicho corte tiene una geometría en forma de esquina
En este vídeo se podrá observar cual es el porqué un talud en esquina requiere mayor cuidado y también de una manera básica y sencilla se explicará cómo y con qué herramientas se puede desarrollar este estudio

video

Instituto de Investigacion Facultad de Ingenieria Civil (IIFIC-UNI-PERU)