Vuelco inverso en taludes de macizos rocosos

Abstract

La relevancia que toma la Geotecnia, tanto en proyectos de ingeniería civil como industrial, crece en el caso de que las estructuras no se emplacen en suelos sino en material rocoso fracturado. La mecánica de rocas y sus criterios no lineales de rotura hacen de mayor complejidad la solución de los problemas. Además, los mecanismos de rotura referentes a dichos casos son menos habituales y por ende menos conocidos. Dentro de estos, y para el caso de taludes en macizos rocosos, existe uno realmente infrecuente y poco conocido: el vuelco inverso, también llamado vuelco atípico. En el presente documento se analiza detenidamente el mecanismo de fallo por vuelco inverso en taludes de macizos rocosos en los que existe una familia de discontinuidades con similar dirección y mayor buzamiento que el mismo talud. Se definen sus condicionantes más característicos como son: la geometría, el tipo de material y sus criterios de rotura, las discontinuidades y la existencia de agua. Además, se ha llevado a cabo un análisis estático, tanto analítico como numérico, mostrando pormenorizadamente la metodología empleada para la resolución del problema. Adicionalmente, se aporta un estudio paramétrico referenciado al factor de seguridad (FoS) en el que se analizan las principales variables y su influencia en la estabilidad de los taludes potenciales de sufrir vuelco inverso. Los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas numéricas, basadas en el método de los elementos finitos (MEF), son presentados en gráficos y evaluados cuantitativa y cualitativamente. Complementariamente, se ha desarrollado una función para transformar el criterio de rotura de Hoek-Brown Generalizado en el de Mohr-Coulomb para el caso concreto del vuelco inverso, con resultados dispares y concluyendo la no idoneidad de dicha hipotética linealización. Por último, se resuelve numéricamente un caso de estudio y se compara con la inestabilidad ocurrida en la realidad. Como consecuencia, se generan nuevas hipótesis que incorporan singularidades en el talud, contrastándose estas al estudio paramétrico y aportándose así mayor fiabilidad a los resultados obtenidos. Para cerrar la Tesis, se indican las conclusiones y se proponen recomendaciones a la hora de enfrentarse a un talud en macizo rocoso susceptible de sufrir vuelco inverso. ----------ABSTRACT---------- The relevance that Geotechnics takes, both in civil and industrial engineering projects, grows when the structures are not located on soils but on fractured rocky material. Rock mechanics and its nonlinear failure criteria make problem-solving more complex. In addition, the failure mechanisms related to such cases are less common and lesser-known. Within these, and in the case of rock mass slopes, there is one really unusual little known: the underdip toppling, also called cataclinal toppling. This document carefully analyses the failure mechanism by underdip toppling on rock mass slopes in which there is a set of discontinuities with same direction and a higher dip than the slope itself. Their most characteristic conditions, such as geometry, type of material and its failure criteria, discontinuities, or the existence of water, are defined. Furthermore, a static analysis has been carried out, both analytical and numerical, showing in detail the methodology used to solve the problem. Additionally, it is provided a parametric study referenced to the factor of safety (FoS), in which the main variables, and their influence on the stability of the potential slopes to suffer from underdip toppling, are analysed. The results obtained through the use of numerical tools, based on the finite elements method (FEM), are presented in graphs and quantitatively and qualitatively assessed. As a supplementary contribution, it has been developed a function to transform the Generalized Hoek-Brown failure criterion into the Mohr-Coulomb one for the specific case of underdip toppling, with varying degrees of success, concluding with the inappropriateness of said hypothetical linearization. Finally, a case study is solved numerically and compared with the instability occurred in reality. As a consequence, new hypotheses that incorporate singularities in the slope are generated, contrasting these with the parametric study and providing greater reliability to the results thus achieved. In closing, conclusions and recommendations are proposed in facing rock mass slopes susceptible to underdip toppling.