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Tradicionalmente los suelos se analizan como materiales homogéneos y las rocas como un medio continuo y sólido. Sin embargo, la evaluación de parámetros mecánicos de materiales altamente heterogéneos resulta ser en la mayoría de casos incierta. Este artículo plantea la implementación de un esquema de modelamiento multiescala para el estudio de materiales discontinuos como los bloques embebidos en matriz fina (BIM). Se desarrollan simulaciones micromecánicas de ensayos triaxiales, en donde se muestran los cambios en los parámetros de resistencia en función de la forma y de la proporción volumétrica de bloques (PVB). Se presentan modelos en elementos finitos de taludes con la inclusión de elementos rígidos representativos de los bloques. Los resultados de los factores de seguridad se comparan con los análisis de equilibrio límite, empleando parámetros homogeneizados de resistencia. Se establece que es posible definir parámetros homogeneizados de resistencia en función de funciones exponenciales que involucran la relación superficial de área entre los bloques y la matriz. Se observa una tendencia decreciente del ángulo de fricción a medida que disminuye la esfericidad de los bloques, junto con un aumento del ángulo de fricción y reducción de la cohesión para mayores proporciones volumétricas de bloques en la matriz. Se comparan los factores de seguridad de los taludes modelados con equilibrio límite y elementos finitos. Finalmente se concluye la necesidad de emplear herramientas de modelación multiescala cuando se aborden problemas de estabilidad en materiales no homogéneos.
Multiscale Modelling of Slope Stability of Block-in-matrix (BIM) Materials
Soils are usually evaluated as homogeneous materials and rocks as solid or continuous media. However, there has always been a great uncertainty when evaluating materials with a high degree of heterogeneity; such materials are referred as Bimsoils. In this paper the implementation of multiscale numerical modeling is shown for the study of materials with discontinuous nature. Triaxial tests using Discret Element Modelling were developed, where the variation of shear strength parameters, according to the block volumetric proportion (BVP) and the blocks shape was shown. Slopes in FEM were modeled with the inclusion of individual blocks and compared with limit equilibrium slope analysis using parameters from homogenized resistance. It was established that it is possible to define the parameters of homogenized resistance as dependent exponential functions of the surface area ratio of the blocks. It was showed a decreasing friction angle trend as the sphericity of the blocks decreased, in addition to conventional friction angle increase and decrease in cohesion with increasing volume ratio of blocks. A comparison of the factor of safety obtained by finite elements and limit equilibrium is performed. Finally, the need of a multiscale approach for heterogeneous materials analysis is established.
