Modelación Numérica de Erosión Interna de Suelos

Abstract

El estudio se enmarca en un análisis numérico orientado a determinar la distribución de tensiones efectivas que se generan en un medio poroso cuando el gradiente hidráulico se aproxima al gradiente hidráulico crítico, condición que gatilla la migración de finos en medios porosos de estructura inestable. Este fenómeno ha sido crítico en los suelos de transición y núcleo pertenecientes a la presa W.A.C. Bennet, la cual presentó serias anomalías con manifestaciones de “sinkholes” en varios puntos del coronamiento, luego de 30 años de funcionamiento. Para estos efectos, se ha desarrollado un modelo numérico que utiliza el programa computacional que resuelve las ecuaciones de un medio continuo vía diferencias finitas, para reproducir las trayectorias de esfuerzos verticales obtenidas en probetas de suelos durante la etapa de flujo, i.e., los ensayos efectuados en el permeámetro de grandes dimensiones del laboratorio de UBC. Un aspecto relevante que requiere la solución del fenómeno, se refiere a modelar la pérdida de esfuerzos verticales en el suelo, producto del roce generado en el contacto suelo – permeámetro. Se contempla la implementación de dos alternativas que permiten evaluar por separado dicha pérdida. Éstas corresponden a una interfaz, con propiedades de fricción y rigidez y a la distribución del módulo de deformación, expresada en función del nivel de confinamiento del suelo. La primera solución establece que la interfaz es capaz de provocar la pérdida de los esfuerzos verticales, independiente del módulo de deformación del suelo utilizado. La segunda, que no usa interfaz, requiere del ajuste del parámetro que controla la expansión lateral en el modelo (Modulo de Poisson), en cuanto permite que el suelo se “cuelgue” de las paredes del permeámetro para provocar la pérdida deseada. Debido a que ambas aproximaciones corresponden a diferentes formas de modelar el mismo problema, se establece que la mejor solución corresponde a la alternativa que considera la distribución del módulo de deformación en la probeta. El presente estudio incluye conceptos como línea de falla hidromecánica que, en definitiva, entrega el marco geotécnico requerido para generar una solución que se aproxime al problema de inestabilidad interna, por lo que el programa computacional desarrollado en esta tesis es una útil herramienta práctica en el análisis de estabilidad interna de presas de tierra.