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Modelación evaluaría mejor resistencia de macizos rocosos

La apropiada caracterización de estas cadenas de bloques de roca en las montañas es fundamental a la hora de diseñar y construir obras civiles como vías, puentes y represas.

Bogotá D. C., 18 de marzo de 2019Agencia de Noticias UN-

En geotecnia, un macizo rocoso hace referencia a la manera en que están compuestas las montañas por bloques de roca. Foto: archivo Unimedios

Conocer el comportamiento y la resistencia de estos terrenos resulta útil para obras de ingeniería como vías, cimentaciones y túneles. Foto: archivo Unimedios.

El objetivo de la investigación fue modelar un macizo rocoso para obtener sus parámetros de resistencia promedio. Fotos: Alejandro Granados, magíster en Ingeniería - Geotecnia U.N.

Comparación de los resultados obtenidos para un sistema con discontinuidad con el método DDA y la solución teórica.

Diagramas conceptuales de los demás sistemas fracturados modelados.

La dificultad de ejecutar ensayos sobre muestras a escala real, que representa un reto en ingeniería, se podría superar con la metodología implementada por Alejandro Edilberto Granados Becerra, magíster en Ingeniería - Geotecnia de la Universidad Nacional de Colombia (U.N.). 

Se trata del “Análisis de deformaciones en medios discretos”, una modelación numérica que evalúa el comportamiento de una serie de macizos rocosos mediante la ejecución de ensayos virtuales. 

“Lo que se pretendía era usar este tipo específico de modelación numérica en la que cada uno de los bloques que componen el macizo se trata como un elemento aparte, y analizar las fuerzas de interacción entre estos y los elementos que los rodean”, explica el magíster. 

Aunque en geografía el “macizo” se entiende como un conjunto de montañas, en geotecnia el término hace referencia al conjunto de bloques de roca, separados por discontinuidades (fracturas) que componen dichas montañas que suelen ser vistas como una gran masa uniforme. 

“En mecánica de rocas eso se conoce como macizo rocoso, ese conjunto de bloques de roca que tienen un orden, cierta geometría y que interactúan entre ellos”, comenta el investigador sobre el tipo de macizos a los que se hace referencia en su trabajo. 

Debido a esa composición fragmentada y discontinua, caracterizar sus parámetros geomecánicos –como la resistencia a la compresión– es una tarea complicada para la que se solían emplear aproximaciones de naturaleza empírica –como la observación–, analítica y más recientemente numérica, que se ha hecho cada vez más común por la rápida evolución de las herramientas computacionales y el desarrollo de métodos que permiten la representación efectiva de las discontinuidades. 

“La modelación con elementos discretos permite representar mejor la realidad de los macizos rocosos. Por eso decidimos usar uno de esos métodos numéricos para recrearlos, realizar sobre ellos ensayos virtuales y tratar de predecir comportamientos mecánicos, específicamente tratar de decir cuánto resisten en ciertas condiciones”, indica el investigador. 

Los modelos virtuales o macizos rocosos sintéticos se construyen a partir de información recuperada en campo sobre la geometría del macizo a estudiar, cómo se encuentran distribuidas sus discontinuidades y qué número de familias de discontinuidades existen. Además se evalúa la resistencia de los bloques de roca individuales recuperando muestras de los bloques de roca para hacer ensayos de laboratorio. 

Dichos modelos brindarían información útil a la hora de plantear obras civiles en las que es necesario saber cuánto resisten los materiales que están interactuando con las estructuras o aquellos que serán intervenidos durante la construcción. 

Las ventajas del modelo 

Este modelo usado por el investigador Granados, además de ser más cercano a la realidad de los macizos rocosos, también lo es a la geografía nacional. Por lo menos en comparación con las aproximaciones empíricas, que en su mayoría han sido desarrolladas en Europa o EE. UU. bajo la observación de sus macizos rocosos y que se han extrapolado a todo el mundo. 

“Los modelos matemáticos son muy buenos pero necesitan realizar abstracciones muy grandes, entonces finalmente no representan muy bien lo que se ve en campo”, comenta el magíster sobre estas aproximaciones. 

“Los métodos continuos representan los bloques como si estuvieran perfectamente unidos y tuvieran continuidad unos con otros, una realidad que no se ve”, señala. De ahí que lo novedoso de la investigación es que se aplican métodos discretos en los que se consideran cada uno de los bloques individuales y se evalúa la cinemática –hacia dónde se pueden mover los bloques–, la interacción entre ellos y la aplicación de solicitaciones bloque a bloque. 

“En algunos de estos modelos teníamos casi miles de bloques y cada uno tenía ecuaciones específicas que permitían ver cómo interactuaba con los demás y con las condiciones de frontera. Esa es la gran ventaja de estos métodos, que consideramos al macizo como lo que es, algo discontinuo, y los sistemas de ecuaciones que se utilizan pueden dar soluciones más precisas al problema”, concluye el investigador.

(Por: fin/ALP/MLA/LOF
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N.° 13

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