Uso del Modelo de Mohr-Coulomb Modificado en Análisis Geotécnicos Sísmicos: Limitaciones y Consideraciones

En el ámbito de la ingeniería geotécnica, la precisión y la adaptabilidad de los modelos utilizados para analizar el comportamiento del suelo bajo diferentes condiciones de carga son cruciales para garantizar la seguridad y eficacia de cualquier proyecto.

Uno de los modelos frecuentemente empleado es el de Mohr-Coulomb modificado, conocido por su aplicabilidad en el análisis estático y de carga continua. Sin embargo, su uso en contextos sísmicos presenta desafíos significativos que a menudo son subestimados o mal comprendidos.

Este artículo se propone explorar en profundidad las limitaciones técnicas del modelo de Mohr-Coulomb modificado cuando se enfrenta a análisis geotécnicos en condiciones sísmicas.

A través de una revisión meticulosa, discutiremos cómo la simplificación inherente a los coeficientes pseudoestáticos y la estructura del modelo pueden no ser suficientes para capturar la complejidad y la no linealidad del comportamiento del suelo durante eventos sísmicos.

Nuestro objetivo es proporcionar una perspectiva crítica que no solo subraye las restricciones del modelo, sino que también promueva la consideración de metodologías más robustas y exhaustivas para la evaluación geotécnica.

Al hacerlo, esperamos fomentar un replanteamiento de las prácticas convencionales y ofrecer una guía para abordar las complejidades de los análisis geotécnicos en ambientes dinámicos.

Aunque los resultados obtenidos mediante el análisis simplificado, utilizando coeficientes pseudoestáticos, parecen inicialmente satisfactorios, es imperativo reconocer que estos poseen limitaciones técnicas significativas.

En particular, el uso del algoritmo c-phi, que incorpora parámetros de cohesión y ángulo de fricción interna, para analizar los efectos sísmicos mediante el Método de Elementos Finitos (MEF) empleando un modelo de Mohr-Coulomb Modificado, enfrenta diversas restricciones críticas.

Estas limitaciones subrayan la necesidad de aproximaciones más robustas y exhaustivas para la evaluación geotécnica en contextos sísmicos, sugiriendo un replanteamiento de las metodologías convencionales para asegurar resultados más precisas y confiables.

Aquí se detallan algunas de las principales restricciones asociadas con la aplicación de este enfoque en el análisis.

1. Comportamiento No Lineal del Suelo

- Limitación de No Linealidad: El modelo de Mohr-Coulomb es fundamentalmente bi-lineal, lo que significa que asume una relación lineal entre los esfuerzos y las deformaciones hasta alcanzar la falla. Durante un sismo, el comportamiento del suelo puede volverse altamente no lineal, especialmente bajo grandes deformaciones, y el modelo puede no capturar adecuadamente este comportamiento.

- Sensibilidad a Grandes Deformaciones: El suelo puede sufrir licuefacción, grandes deformaciones permanentes y otros comportamientos no lineales durante un sismo, los cuales son difíciles de predecir con precisión usando un modelo de Mohr-Coulomb.

2. Respuesta Dinámica

- Falta de Respuesta Dinámica: El modelo de Mohr-Coulomb, incluso en su forma modificada, no está diseñado para analizar la respuesta dinámica del suelo, como la propagación de ondas sísmicas o las interacciones complejas entre el suelo y las estructuras durante un sismo.

- Frecuencias Naturales y Amortiguamiento: El modelo no incluye un tratamiento explícito de las propiedades dinámicas del suelo como el amortiguamiento y las frecuencias naturales, que son críticas en la respuesta sísmica.

3. Dependencia de Parámetros Precisos

- Estimación de Parámetros: La precisión del modelo depende críticamente de la estimación precisa de la cohesión y el ángulo de fricción interna. Estos parámetros pueden variar significativamente bajo condiciones dinámicas y no están diseñados para ajustarse a cambios rápidos en las condiciones de carga.

- Variabilidad del Suelo: Los parámetros del suelo pueden variar sustancialmente a lo largo de un sitio, y el modelo de Mohr-Coulomb no maneja bien esta heterogeneidad, en respuesta a cargas dinámicas como las sísmicas.

4. Simplificación del Comportamiento del Material

- Propiedades Isotrópicas: Nuestro modelo asume generalmente un comportamiento isotrópico del material, lo cual puede no ser válido para suelos estratificados o anisotrópicos comúnmente encontrados en zonas sísmicas.

- Falla por Corte: El modelo de Mohr-Coulomb se centra en el corte como mecanismo de falla, pero durante un sismo, otros modos de falla, como la tensión o la compresión volumétrica, también pueden ser significativos.

5. Aplicabilidad Limitada para Análisis de Licuefacción

- Licuefacción del Suelo: Durante un sismo, la licuefacción del suelo es un fenómeno crítico que el modelo de Mohr-Coulomb modificado no puede simular adecuadamente. La licuefacción requiere un análisis específico que considere la saturación del suelo, las presiones de poro y otras dinámicas específicas de fluidos.

Estas limitaciones sugieren que, aunque el modelo de Mohr-Coulomb modificado puede ser útil para ciertos tipos de análisis geotécnicos estáticos y de carga continua, para estudios sísmicos complejos y dinámicos se requieren modelos más sofisticados que puedan abordar adecuadamente la no linealidad, la respuesta dinámica y los cambios rápidos en las condiciones de carga.

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