Fundamentos de Elementos Finitos aplicados a la Geotermia: guía del diplomado y uso de Geo5

Introducción

Este documento resume la presentación de la masterclass que da la bienvenida al diplomado "Fundamentos de Elementos Finitos con aplicaciones a la Geotermia". La sesión está a cargo de Catherine, geóloga de ICE, y del ingeniero Daniel Moreno, experto con más de 14 años de experiencia en la industria.

¿Qué es el método de elementos finitos (MEF)?

• Es una técnica numérica que discretiza un medio continuo en millones de partículas (elementos) para calcular esfuerzos y deformaciones bajo distintas cargas.
• Permite obtener la solución del problema estructural o geotécnico mediante la evaluación de ecuaciones diferenciales en cada elemento.
• Los resultados (esfuerzos, desplazamientos, presión de poros, etc.) indican la respuesta del suelo o la estructura y sirven para validar diseños.

Software central: Geo5

• Geo5 es una de las 28 aplicaciones de la suite Find Software, disponible en versión libre con algunas restricciones.
• No existe un "software mejor" en términos de capacidad de cálculo; la diferencia radica en las herramientas y el costo‑beneficio.
• Se comparará con otros paquetes como RS2, PLAXIS, Praxis y RS3 para mostrar ventajas y limitaciones.

Aplicaciones típicas del MEF en geotecnia

• Taludes y estabilidad: cálculo del factor de seguridad y localización de zonas críticas de deformación.
• Zapatas y cimentaciones: análisis de bulbos de presión, asentamientos por consolidación y interacción entre varias zapatas.
• Pavimentos: modelado de placas‑huella, evaluación de deformaciones bajo tráfico y diseño de capas (asfalto, granular, subrasante).
• Excavaciones y túneles: estudio de deformaciones alrededor de cavidades, diseño de sostenimiento y análisis dinámico de ondas sísmicas.

Configuración del modelo en Geo5

1. Tipo de geometría: plano (2D) o rotacional (ejes cilindro).
2. Tipo de análisis: estático (peso propio), pseudo‑estático (cargas sísmicas) o dinámico (transmisión de ondas).
3. Materiales: selección de modelos constitutivos (elástico, elástico‑modificado, plástico, visco‑plástico) y definición de parámetros como módulo de elasticidad, cohesión, ángulo de fricción, módulo de drenaje, etc.
4. Condiciones de contorno y contactos: definición de restricciones, contactos entre capas (resortes normales y de corte) y condiciones de flujo de agua (estacionario o transitorio).
5. Generación de malla: uso de elementos triangulares (3, 6, 10 nodos) o cuadriláteros; refinamiento local para zonas de alta gradiente de esfuerzos.

Etapas de análisis y resultados

• Etapa geo‑estática: cálculo del peso propio y presión de poros.
• Etapas de carga: incorporación de cargas externas (vehículos, presión de agua, anclajes, etc.) de forma secuencial.
• Interpretación: mapas de colores que indican magnitudes de esfuerzo, desplazamiento y presión de poros; identificación de áreas rojas (máximas) para decidir refuerzos o cambios de diseño.

Estructura del diplomado

• 10 sesiones, cada una con al menos 8 ejercicios prácticos.
• Se trabajará con casos reales, comparando resultados de Geo5 con otros softwares.
• Se cubrirán temas como modelado de zapatas, análisis de taludes, diseño de pavimentos, excavaciones controladas y sostenimiento de túneles.
• Los participantes podrán hacer preguntas vía chat y recibirán descuentos en la adquisición de la licencia educativa de Geo5.

Conclusión del contenido

El objetivo del diplomado no es profundizar en teoría de geotecnia, sino en la aplicabilidad práctica del software para modelar, analizar e interpretar problemas geotécnicos complejos, facilitando la toma de decisiones de diseño.

Dominar el método de elementos finitos con Geo5 permite a ingenieros y geotécnicos modelar con precisión problemas reales, optimizar diseños y reducir riesgos en proyectos de geotermia y otras aplicaciones estructurales.