Sobre el mecanismo de volteo en taludes y laderas, enfoque numérico aplicado con elemento finito.

Abstract

El presente trabajo aborda el estudio del fenómeno de volteo o toppling en la estabilidad de taludes bajo el punto de vista geotécnico. Éste consiste en un vuelco o vuelcos de bloques de roca de un talud o ladera por condiciones geológicas y estructurales específicas y cuya consecuencia directa es la caída de bloques de roca. Dentro del ámbito de la geotecnia es común tratar con problemas que requieran análisis precisos y cuantificables de fenómenos, que por su naturaleza, no son sencillos de plantear y resolver, sin embargo es deber del ingeniero proporcionar una solución pertinente y efectiva a tal problemática. Dado que el mecanismo de volteo es una de las causas de movimiento de masas, las consecuencias de un mal diseño ingenieril o una revisión exhaustiva de este fenómeno puede ser grave, yendo éstas desde daños a las infraestructuras hasta accidentes fatales. Aunque las condicionantes exigidas al tratar con un mecanismo natural no son sencillas, se han realizado estudios a través del tiempo, los cuales nos han proporcionado una mejor idea acerca del comportamiento de éste. Los estudios para tal mecanismo que se tratarán posteriormente abarcan, primeramente, los análisis de condiciones geológico-estructurales y de hidrogeología y posteriormente, los análisis cinemáticos bidimensionales, tanto para la estabilidad del bloque como su movimiento una vez iniciada la inestabilidad, su recorrido y hasta el término de la caída. Estos análisis brindan una noción acerca del comportamiento del mecanismo de volteo y la caída de rocas, sin embargo, su tratamiento analítico tradicional está basado en considerables suposiciones, las cuales elevan el grado de incertidumbre de dichos análisis. En la actualidad el uso de los métodos numéricos permite solventar las carencias de los análisis tradicionales. Los métodos numéricos más usados en el rubro geotécnico son el método el elemento finito (FEM) y el método de los elementos discretos o distintos (DEM). Estos últimos permiten considerar más parámetros que los métodos convencionales, además de reducir considerablemente la incertidumbre debido a su formulación matemática. Los métodos numéricos que se tratarán a continuación son el FEM y el JFEM o método del elemento finito con juntas explícitas, por sus siglas en inglés. El JFEM, a comparación del FEM tradicional, permite analizar materiales que se vean afectados por discontinuidades corrigiendo el problema de compatibilidad del FEM. Para demostrar el alcance de dichos métodos numéricos se realizaron modelos de un bloque de roca potencialmente inestable cuyas repercusiones directas afectarían la central hidroeléctrica Fernando Hiriart Balderrama (Zimapán). Los resultados obtenidos por los métodos numéricos fueron comparados entre sí y con los análisis convencionales.