Aspectos geomecánicos de los deslizamientos rápidos : modelización y diseño de estructuras de contención

Abstract

Los deslizamientos rápidos de laderas son uno de los grandes riesgos naturales que provocan en el mundo importantes daños, tanto materiales como de pérdida de vidas humanas. Para poder realizar una protección eficaz frente a estos desastres es necesario un completo conocimiento de las causas que los producen y de su comportamiento una vez que se han iniciado. Los modelos matemáticos y numéricos son una herramienta eficaz para conocer estos fenómenos. Desde el punto de vista de la ingeniería, la modelización de la fase de propagación de los deslizamientos rápidos presenta grandes dificultades debido al cambio de comportamiento del material, que puede llegar a asemejarse a un fluido. El papel del agua intersticial es fundamental en muchos casos (flujos de derrubios y de Iodos), aunque en otros, se trata de materiales secos (avalanchas de materiales y granulares). En estos casos existe un fuerte acoplamiento entre la fase sólida y la fase fluida (agua y/o aire). Uno de los modelos utilizados para el estudio de la propagación de los deslizamientos rápidos está basado en el método de los elementos discretos cuya descripción se da en esta tesis, y tiene aplicación para la modelización de avalanchas de materiales granulares y el cálculo de los empujes sobre muros de contención. El método de los elementos finitos es también de gran utilidad para la modelización de estos fenómenos. En esta tesis se realiza una formulación euleriana para el estudio de la fase de propagación acoplando las presiones intersticiales. Despreciando las aceleraciones verticales y realizando una serie de hipótesis, se formula un sistema integrado en profundidad que será resuelto mediante la aplicación del algorítmo de Taylor Galerkin de dos pasos y del método de Runge Kutta de cuarto orden para la integración de las fuentes. Debido a que la mayor parte de los deslizamientos tienen lugar en topografías de grandes pendientes y lechos curvos se ha introducido en la formulación una aproximación para tener en cuenta el efecto de la curvatura. Por otro lado, uno de los problemas que surgen en la modelización es la necesidad de mallas de un gran número de elementos. Para disminuir el tiempo de cálculo se ha desarrollado un algoritmo de optimización basado en la selección de nodos y elementos activos de la malla. Se han realizado diversos ejemplos de aplicación para la validación de las formulaciones descritas, basados algunos de ellos en deslizamientos reales, como es el caso de los producidos en Valtellina (ltalia), Vaiont (Italia), Aberfan (Gales) y Las Colinas (El Salvador). Se ha aplicado, además, el modelo acoplado termo-hidro-mecánico (THM), desarrollado por I. Vardoulakis, para deslizamiento unidimensional infinito, siendo una herramienta bastante útil para la modelización de este tipo de fenómenos. Como conclusión a estas aplicaciones se ha propuesto una metodología de estudio para posibles deslizamientos. En la última parte de esta tesis se presenta una descripción de los pasos necesarios para desarrollar una planificación cuyo objetivo sea evitar las consecuencias de un posible deslizamiento catastrófico, presentando una descripción de algunas topologías utilizadas para la contención y canalización de deslizamientos rápidos