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Un marco basado en probabilidad para evaluar el fallo de taludes bajo lluvia utilizando análisis de elementos finitos acoplados

Autores: Ravichandran, Nadarajah; Vickneswaran, Tharshikka

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Un marco basado en probabilidad para evaluar el fallo de taludes bajo lluvia utilizando análisis de elementos finitos acoplados


Categoría

Ciencias Naturales y Subdisciplinas

Subcategoría

Ciencias de la Tierra y Geología

Palabras clave

Precipitación
Peligros geológicos
Fallos de talud
Factor de Seguridad
Método probabilístico
Simulación de Monte Carlo

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 17

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La lluvia es una de las principales causas de peligros geológicos como deslizamientos de tierra y fallos de taludes, ya que disminuye la resistencia al corte a lo largo de la superficie de fallo y aumenta la fuerza impulsora de la masa deslizante debido al movimiento del frente de humectación en los medios geológicos. Los métodos deterministas de equilibrio límite se utilizan típicamente para evaluar la estabilidad de los taludes en términos de Factor de Seguridad (FoS), considerando el peor escenario posible. Sin embargo, se requiere un procedimiento de análisis de flujo-deformación acoplado combinado con un método probabilístico para considerar las variaciones temporales y espaciales en las propiedades del suelo debido a la infiltración de agua y para evaluar la probabilidad de fallo del talud. El estudio tiene como objetivo desarrollar un marco probabilístico para evaluar la probabilidad de fallo de un talud de tierra utilizando la superficie de respuesta derivada de datos de muestra generados a partir de un programa de elementos finitos (EF) de flujo-deformación acoplado, considerando características de lluvia inciertas. Se analizaron taludes finitos con relaciones de talud de 1.5H:1V y 2H:1V compuestos de suelo arenoso, considerando las posibles variaciones en los parámetros del suelo y de la lluvia. Basado en los resultados de los EF, se desarrolló una superficie de respuesta para el FoS como función de los parámetros del suelo y de la lluvia. La superficie de respuesta se utilizó para generar escenarios aleatorios y calcular la probabilidad de fallo utilizando Simulación de Monte Carlo (MCS). Los resultados obtenidos de la MCS se compararon utilizando el Método de Fiabilidad de Primer Orden (FORM). Los resultados indicaron que la probabilidad total de fallo predicha por la MCS estaba más cerca de la probabilidad de fallo por FORM. La probabilidad total de fallo predicha por MSC y FORM fue de 0.0633 y 0.0640 para el talud 1.5:1 y 0.0249 y 0.0229 para el talud 2:1, respectivamente. Este nivel de probabilidad de fallo se consideró insatisfactorio a pobre según los criterios del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. Por lo tanto, el marco propuesto proporciona una herramienta valiosa desde la perspectiva probabilística para evaluar el nivel de rendimiento de los taludes sometidos a condiciones de lluvia inciertas.

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