Análisis de estabilidad de taludes mediante técnicas de optimización heurística

Abstract

El problema de la estabilidad de taludes es de gran importancia en obras de Ingeniería, dicha estabilidad es cuantificada a través del factor de seguridad, el cual depende de las cargas actuantes, y de las características geométricas y físicas de la masa de suelo. La determinación del factor de seguridad puede ser abordada mediante el empleo de teorías simplificadas de resistencia de materiales, como los métodos de equilibrio límite, o bien, mediante técnicas más precisas como el Método de los Elementos Finitos, conduciendo, en ambos casos, a soluciones determinísticas. Sin embargo la obtención de la superficie de deslizamiento crítica, o de menor factor de seguridad, de una estructura de suelo no puede ser obtenida en virtud del carácter heurístico de la misma. En estos casos pueden emplearse técnicas iterativas de búsqueda donde la solución no es única, sino que está acotada en un intervalo. Específicamente el hallazgo de la superficie de deslizamiento crítica constituye un problema de optimización donde las variables son tan diversas como desconocidas. En este trabajo se plantea el desarrollo de un método de optimización basado en algoritmos genéticos aplicado a la obtención de la superficie de deslizamiento crítica, analizada mediante el método del equilibrio límite a través del MEF. La función objetivo evaluada es el factor de seguridad de las superficies de deslizamiento propuestas, la cual se obtiene utilizando un programa de Elementos Finitos desarrollado específicamente para suelos (FECCUND) junto a un módulo para la determinación de Factores de seguridad (FACTF). Como ejemplo de aplicación se ensayó una masa de suelo con talud vertical y otra con talud inclinado. Los resultados numéricos indican, que existe un tamaño mínimo de la población inicial por debajo de la cual no se consigue la convergencia esperada. Sin embargo, superado este tamaño mínimo de población no se observa gran dependencia de la solución respecto del tamaño de la población inicial, mostrando además que a pesar de una lenta convergencia, la ubicación de la superficie de falla responde a lo esperado según las teorías de suelo.