SLOPE STABILITY ANALYSIS BY FINITE ELEMENTS: A CASE STUDY IN LA PAZ-BOLIVIA Translated title: ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES MEDIANTE EL EMPLEO DE ELEMENTOS FINITOS: UN CASO DE ESTUDIO EN LA PAZ - BOLIVIA

Abstract

The geomechanically analysis of slopes is one important application within the geotechnical engineering scope; this fact comprehends the evaluation of natural or artificial slope stability conditions. Such evaluation process can be optimized by means of modelling combined with engineer criteria. It is important to apply a mathematical model that focuses in the analysis objective and expected results; stress-strain methods allow determining the resistant and deformational parameters in a slope, being capable to reproduce its natural behavior [1]. The present research applies to a specific sector of La Paz city, named Villa Exaltación. The objective of this study is the performing of slope stability analysis through finite elements, in order to determine the areas that need remediation. The evaluation of stability alternatives it is also included. These alternatives go from simple remediation techniques (unstable material removal, slope undercut, inclination reduction, toe counterweight) to complex stabilization works such as pile curtains. The results reveal that a head slope undercut technique can bring stable conditions and minimal strain generation, being a satisfactory and feasible answer with low complexity works. Finally, verification was performed by means of limit equilibrium analysis. Both methodologies show satisfactory results, demonstrating that numerical methods are more representative and conservative. The calibration process of soil parameters plays a key role for the generation of a reliable model; critical conditions were simulated in order to determine minimal parameters needed for a stable slope.

Translated abstract

Una aplicación importante de la ingeniería geotécnica es el análisis geomecánico de taludes que comprende el análisis de las condiciones de estabilidad de una ladera o talud artificial; este proceso puede ser optimizado a través de modelaciones, combinadas con el criterio del ingeniero. Dentro de las diferentes metodologías de modelación matemática, es importante emplear aquella que se enfoque en el objetivo del análisis y los resultados esperados, las modelaciones mediante métodos tensión-deformación permiten determinar los parámetros resistentes y deformacionales de una ladera, pudiendo reproducir el comportamiento real observado [1]. La presente investigación aplica a un sector específico de la ciudad de La Paz, denominado Villa Exaltación. El objetivo de este estudio radica en realizar un análisis de estabilidad de taludes mediante el método de elementos finitos para determinar las zonas donde sea necesaria la remediación. En este sentido, el estudio se complementa con análisis de alternativas de estabilización que permitan mejorar la estabilidad en curso de la zona de estudio. Dichas alternativas abarcan desde técnicas simples (remoción total de materiales inestables, corte de cabeza de talud, abatimiento de pendiente, contrapeso) hasta obras complejas de estabilización (cortina de pilotes). Los resultados revelan que, mediante un corte de cabeza de talud, se obtiene un factor de seguridad estable y deformaciones mínimas, demostrando de esta manera que es factible la implementación de obras civiles de baja complejidad, para obtener resultados satisfactorios. Finalmente se realizan verificaciones con métodos de cálculo simples basados en equilibrio límite. Los resultados, satisfactorios por ambas metodologías de cálculo, demuestran que los métodos numéricos son más representativos y además conservadores. Es importante considerar que el proceso de calibración de los parámetros del suelo, en un proceso significativo para generar una modelación numérica fiable; en el presente caso se simularon condiciones críticas para determinar los parámetros mínimos que brindarían sostenimiento al talud.