Simulación mediante el método elementos finitos (FEM) y elementos discretos (DEM) para mejorar la estabilidad de taludes para eventos sísmicos en una cantera de agregados en Moquegua

Abstract

La presente investigación evalúa la estabilidad geotécnica de los taludes operativos de una cantera de agregados ubicada en la región Moquegua, una zona caracterizada por alta sismicidad y materiales con baja cohesión. Se aplicó una metodología de simulación combinada mediante el Método de los Elementos Finitos (FEM) y el Método de los Elementos Discretos (DEM), utilizando los softwares Phase2 y UDEC/3DEC. Los parámetros geomecánicos empleados en los modelos fueron obtenidos mediante ensayos de laboratorio certificados, observación de campo y análisis documental, permitiendo reproducir propiedades físicas y mecanicas. Los resultados muestran que los taludes actuales presentan factores de seguridad marginales en estado estático y condiciones claramente inestables bajo análisis pseudoestático, particularmente en las progresivas 000+720, 000+740 y 000+750. Las simulaciones DEM revelan mecanismos de falla localizados asociados a la interacción bloque–bloque, mientras que los modelos FEM evidencian deformaciones plásticas progresivas bajo cargas sísmicas, confirmando la vulnerabilidad estructural del talud. Sin embargo, al aplicar propuestas de optimización geométrica, reducción del ángulo del talud, incremento de bermas y disminución de altura, los factores de seguridad se incrementan entre 10% y 18% en ambos métodos de análisis. Los taludes optimizados alcanzan valores de FS pseudoestáticos entre 1.03 y 1.15 en DEM y entre 1.10 y 1.14 en FEM, cumpliendo con los criterios mínimos establecidos en el Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE E.050) y alcanzando los estándares recomendados por el U.S. Army Corps of Engineers (USACE). La integración metodológica FEM–DEM permitió identificar zonas críticas de inestabilidad, caracterizar los mecanismos de falla más probables y evaluar de forma rigurosa el comportamiento dinámico del talud. Se concluye que la modelación numérica combinada constituye una herramienta eficaz para el rediseño geotécnico de taludes en zonas altamente sísmicas, proporcionando criterios técnicos sólidos para la gestión de riesgo geotécnico y la toma de decisiones operativas en canteras de agregados, sirviendo como guía técnica replicable para otras operaciones mineras en el sur del Perú expuestas a condiciones sísmicas similares.