Modelación numérica del efecto mecánico de las raíces en la estabilidad de taludes

Abstract

Este trabajo de investigación evalúa la contribución de la vegetación en la estabilidad de taludes, con un énfasis en los efectos mecánicos que proporciona el sistema de raíces, mediante cinco tipos de modelaciones, en los cuales se analizaron tres enfoques diferentes; esto con el fin de identificar la mejor forma de modelar numéricamente el efecto de las raíces. Para el primer enfoque, se modificaron las propiedades del suelo, donde se utilizó el término de cohesión aparente, el cual es el incremento del valor de la cohesión de la masa de suelo debido a la presencia de las raíces. En el segundo enfoque se modelaron anclajes asignando propiedades de fuerza de tensión y módulo de Young, los cuales representan la presencia de las raíces en el suelo y, por último, en el tercer enfoque, se modeló la raíz de manera individual aplicando las mismas propiedades del enfoque anterior. Las propiedades mecánicas de las raíces que se utilizaron en cada uno de los enfoques mencionados son las del pasto Vetiver, el cual se escogió después de realizar comparaciones entre diferentes tipos de vegetación, y se pudo evidenciar que el pasto vetiver cuenta con varias propiedades mecánicas y morfológicas que contribuyen con la estabilidad del talud. Para evaluar la contribución de la presencia de las raíces y realizar los análisis de estabilidad se utilizó el método de equilibrio límite, utilizando el método de Bishop, mediante la utilización del software Slide2 y el método de elementos finitos, a través del software Plaxis 2D. Después de realizar los análisis, los resultados mostraron que la presencia de las raíces genera un incremento en los Factores de Seguridad para todos los tipos de modelación, en especial cuando esta se ubica sobre toda la superficie del talud (corona, pendiente y pie), y que a medida que aumenta el ángulo de inclinación del talud, los incrementos son mayores. Adicionalmente, se pudo establecer que la mejor forma para representar las raíces es mediante la modificación de las propiedades del suelo, utilizando los métodos de equilibrio límite y elementos finitos.

This article evaluates the contribution of vegetation to slope stability, with an emphasis on the mechanical effects provided by the root system, through 5 types of modeling, in which 3 different approaches were analyzed; this in order to identify the best way to numerically model the effect of the roots. For the first approach, soil properties were modified, where the term apparent cohesion was used, which is the increase in the value of soil mass cohesion due to the presence of roots. In the second approach, anchors were modeled, representing the presence of roots in the soil, and finally, in the third approach, the root was modeled individually. The mechanical properties of the roots that were used in each of the approaches mentioned are those of the Vetiver grass, which was chosen after making comparisons between different types of vegetation, and it was evident that the Vetiver grass has several mechanical and morphological properties that contribute to the stability of the slope. To evaluate the contribution of the presence of the roots and to carry out the stability analyzes, the limit equilibrium method was used, using the Bishop method, using the software Slide2 and the finite element method, through the software Plaxis 2D. After analysis, the results showed that the presence of the roots generates an increase in Safety Factors for all types of modeling, especially when it is located on the entire surface of the slope (crown, slope and foot), and as the slope tilt angle increases, the increments are greater. Additionally, it was established that the best way to represent the roots is by modifying soil properties, by the methods of limit equilibrium and finite elements.