Análisis del comportamiento mecánico en terrenos cársticos en presencia de agua y aplicación de cargas estáticas

Abstract

One of the activities that has been insufficient studied and that is presented latently in the Yucatan Peninsula, is the karsticity of rocks and calcareous soils. A Karstic zone is one in which the limestone rocks are diluted by different factors, such as the underground water flow, generating cavities or fissures in the subsoil. This leads to the change in the resistance and variation of the stresses generated by the applied loads, causing serious stability problems, due to the fact that the vertical deformations predicted in the time of the infrastructure projects, vary due to the increase in rock cavities for karstic activity. For this reason, it is necessary to obtain the geomechanical parameters "in situ" of the material, as well as the development and variation of hollows in time, which allow to infer behavior of the subsoil due the wear of the subsoil. In this thesis, the Finite Element Method (FEM) is applied to simulate a karstic zone and to determine the deformations, the stresses and the variations when there are presence of water and loads applied in the study area. Behavior was determined through of the stress paths to know the way of the variation of initial and final stress in different scenarios. From this study, it will be possible to induce the critical scenario for the collapse before the loads applied. Finally, based on the results, the variations or combinations that cause greater problems on the surface and thus propose the improvement it in the infrastructure projects will be determined.

Uno de los fenómenos poco estudiados y que se presenta de forma latente en la Península de Yucatán, es la carsticidad de las rocas y suelos denominados calcáreos. Una zona cárstica es aquella en donde las rocas calizas son diluidas por diferentes factores, como el flujo subterráneo del agua, generando oquedades o fisuras en el subsuelo. Este efecto produce un desgaste en la resistencia a los esfuerzos generados por las cargas aplicadas, ocasionando serios problemas de estabilidad, debido a que las deformaciones previstas en el tiempo de las obras de infraestructura, varían debido al aumento de las oquedades de las rocas por la actividad cárstica. En este trabajo, se aplica el método de elementos finitos (MEF), para simular una zona cárstica y determinar las deformaciones, los esfuerzos y las variaciones debido a la presencia de agua en la zona de estudio. Para el desarrollo, se recopilaron estudios geotécnicos e hidrológicos pera obtener los parámetros geomecánicos y geométricos del sitio. Se presentan las trayectorias de esfuerzo, para inducir las variaciones del estado de esfuerzos iniciales y finales ante cargas aplicadas y para diferentes escenarios. Finalmente, a partir de los resultados, se determinarán combinaciones del estado de esfuerzos “in situ” presentándose la problemática que se desarrolla en la superficie del terreno. Este estudio permite apoyar el desarrollo de los futuros proyectos de infraestructura carretera.