Cinética de taludes en suelos compresibles viscoplásticos

Abstract

En esta investigación se propone un método de análisis para evaluar las condiciones de estabilidad de un talud en suelo compresible y viscoplástico, y para calcular, en caso de estar en condición de falla, los desplazamientos, las velocidades y las aceleraciones de la cuña de falla que se desliza sobre una superficie de falla en forma de espiral logarítmica. Adicionalmente, el método propuesto permite establecer la geometría de la masa deslizada para diferentes intervalos de tiempo, y las influencias de la geometría inicial del talud y de los parámetros geo-mecánicos del suelo, en la cinética del movimiento. Para hacer los cálculos y apreciar los resultados del método propuesto, se diseñó un programa de computador en lenguaje Java ©. El software está constituido por dos módulos principales; el modulo estático y el módulo dinámico. El primer módulo avalúa el margen de seguridad de un talud mediante el método del equilibrio límite; esto es: estableciendo la espiral logarítmica que conduzca al mínimo factor se seguridad. Si por alguna causa el factor de seguridad llega a ser inferior a la unidad entonces el módulo dinámico permite evaluar la geometría de la cuña de falla y las variables del movimiento – posición, velocidad y aceleración – durante el deslizamiento. Para el logro de estos objetivos la cuña deslizante se hizo equivalente a un sistema de unidades reológicas viscoelásticas sostenidas por unidades reológicas viscoplásticas dispuestas a lo largo de la espiral logarítmica. Es decir, se asumió que la masa del suelo es viscoelástica y que en la superficie de falla se moviliza una resistencia viscoplástica. La solución de ese sistema conduce a un conjunto de ecuaciones no lineales que el módulo dinámico resuelve escribiendo las ecuaciones en diferencias finitas y resolviéndolas mediante el Método Multivariable de Newton – Raphson.

Abstract: In this research, an analysis method is proposed in order to evaluate the stability conditions of a slope composed by compressible viscoplastic soil and to calculate, if it is in a fault condition, displacements, velocities, and accelerations of the wedge fault that slips over a failure surface logarithmic spiral. Additionally, the proposed method allows defining the geometry of mass slid in different time intervals, the influences of the slope initial geometry and the geo-mechanical soil features in the kinetic motion. In order to compute and visualize the proposed method results, a computer software was designed using Java ©. The program is constituted by two main modules; static module, and dynamic module. The first module evaluates the safety condition of a slope by the limit equilibrium method; that is, identifying the logarithmic spiral that leads to a minimum safety factor. whether for any reason the safety factor it becomes less than unity then the dynamic module evaluates the geometry of the failure wedge and motion variables - position, speed, and acceleration - during the slip. To achieve these objectives the sliding wedge was made equivalent to a system with viscoelastic rheological units supported by viscoplastic rheological units arranged along the logarithmic spiral. That is, it is assumed that the soil mass is viscoelastic and in the failure surface, a viscoelastic resistance is mobilized. The solution of this system leads to a set of nonlinear equations that the dynamic module solves writing those equations in finite-difference method (FDM) and solves them by Multivariable Newton – Raphson Method