Trabajo de grado - Maestría
Análisis probabilístico de estabilidad de taludes con falla planar en la comuna universitaria, de la ciudad de Manizales, Colombia
Registro en:
Universidad de Caldas
Repositorio institucional Universidad de Caldas
Autor
Arias Valencia, Diana Carolina
Institución
Resumen
Ilustraciones, gráficas, fotografías spa:El presente trabajo fue realizado en la comuna Universitaria de la ciudad de Manizales, con el fin de estimar la probabilidad de falla planar en los taludes presentes en el sector, la realización de este estudio parte de la recopilación de información de 14 años de estudios geotécnicos de la zona, el procesamiento estadístico de los datos permitió conocer la vasta variabilidad de los mismos y la asertividad del enfoque probabilístico del análisis. Así mismo por medio de análisis estadístico de datos se determinó la función de densidad y ajuste de la función de probabilidad de los variables del modelo. El método probabilístico usado fue el Método de Montecarlo, en el que a partir de la modelación de la ecuación de talud infinito se analizaron escenarios típicos de entrada para propiedades como; cohesión, ángulo de fricción, nivel de aguas freáticas e inclinación de estratos de ceniza y llenos antrópicos hallados en la zona mediante prospección. Los resultados representan una herramienta para detección de condiciones que generan probabilidades de falla en la comuna Universitaria de la ciudad de Manizales, para la modelación se usaron 5000 iteraciones para cada variable, con el fin de determinar la probabilidad de falla y su clasificación de amenaza. Adicionalmente se realiza un estudio de caso por medio de análisis retrospectivo, con el fin de modelar un talud del sector y determinar si los datos usados en la modelación guardan relación con los parámetros usados en el modelo. eng:The present study took place at "La Comuna Universitaria" located in Manizales, Colombia, aiming to estimate factors of safety and the probability of planar failure in the sector’s slopes, this analysis relies on the gathering of information of 14 years of geotechnical studies in the zone, the statistical data processing allowed to identify its vast variability and the assertiveness of the probabilistic approach of the analysis. Moreover, through statistical data analysis the density function was determined and the probability distribution fitting of the model’s variables. The probabilistic method employed was the Montecarlo Method, in which by modelling the infinite slope equation, typical entrance scenarios for properties such as cohesion, friction angle, underground water level and (llenos antrópicos) found in the zone through exploratory drilling were analysed. The results represent a tool for the detection of slope instability generating conditions in the “comuna universitaria” of Manizales, to model this, 5000 iterations per variable were used, so that the failure probability could be determined and that the threat could be classified according to the Colombian geology service guidelines. 1. Resumen / Introducción/ 2.1. Objetivos / 2.1.1. Objetivo general/ 2.1.2. Objetivos específicos/ 3. Marco geológico / 3.1. Geología regional/ 3.2. Geología local/ 3.3. Geomorfología / 3.4. Condiciones de lluvia / 4. Fundamento teórico/ 4.1. Talud/ 4.2. Deslizamientos / 4.3. Tipos de deslizamientos / 4.3.1. Volcamiento/ 4.3.2. Reptación (Creep)./4.3.3. Rotacional y planar / 4.3.4. Propagación o extensión lateral / 4.3.5. Hundimientos/ 4.3.6. Flujos/ 4.4. Parámetros físicos y mecánicos de los suelos usados en los análisis de estabilidad / 4.4.1. Parámetros físicos/ 4.4.2. Parámetros mecánicos/ 4.4.3. Ensayos directos para obtención de parámetros mecánicos / 4.4.4. Ensayos indirectos para obtención de parámetros mecánicos / 4.5. Análisis de estabilidad de taludes / 4.5.1. Métodos determinísticos para análisis de estabilidad de taludes/ 4.5.2. Método de talud infinito probabilidad de falla / 4.5.3. Métodos probabilísticos para análisis de estabilidad de taludes/ 4.5.4. Método de primer orden segundo momento (FOSM)/4.5.5. Método de estimativas puntuales/ 4.5.6. Probabilidad de falla / 4.5.7. Método de Monte Carlo/ 4.6. Conceptos de probabilidad y estadística para tratamiento de datos usados en los análisis de estabilidad / 4.6.1. Variable estadística / 4.6.2. Variable continua / 4.6.3. Valor medio muestral/ 4.6.4. Varianza muestral / 4.6.5. Coeficiente de variación muestral/ Coeficiente de asimetría / 4.6.6. Covarianza / 4.6.7. Distribuciones de probabilidad / 4.6.8. Distribución Gamma/ 4.6.9. Distribución Exponencial/ 4.6.10. Distribución normal / 4.6.11. Distribución log normal / 4 4.6.12. Valor esperado / 4.6.13. Función de densidad de probabilidad / 4.6.14. Función de distribución acumulada / 4.6.15. Método de máxima verosimilitud / 4.6.16. Pruebas de normalidad/ 4.6.17. Test de Cramer-von Mises/ 4.6.18. Test de Kolmogórov-Smirnov / 4.6.19. Criterios para la clasificación del factor de seguridad y probabilidad de falla85 5. Metodología/ 5.1. Recopilación de información, Parámetros de campo y laboratorio / 5.2. Tratamiento estadístico a las variables / 5.3. Obtención de distribución de probabilidad de las variables/ 5.4. Cálculo del factor de seguridad y probabilidad de falla/ 6. Análisis de resultados/ 6.1. Parámetros geotécnicos/ 6.2. Tratamiento estadístico de las propiedades físicas y mecánicas/ 6.3. Verificación de Ajuste de las distribuciones de probabilidad/ 6.4. Función de densidad y ajuste de la distribución de probabilidad acumulada/ 6.5. Determinación de la probabilidad de falla mediante la simulación de Montecarlo / 6.5.1. Altura del estrato blando/ 6.5.2. Altura del nivel de aguas freáticas/ 6.5.3. Ángulos de inclinación característicos del sector/ 6.5.4. Coeficiente sísmico horizontal/ 6.5.5. Método Montecarlo taludes nivel de aguas freáticas 0%, alturas estrato blando 1.0 a 9.0 m 1/ 6.5.6. Método Montecarlo taludes nivel de aguas freáticas 50%, altura de estrato blando 1.0 a 9.0 m / 6.5.7. Método Montecarlo taludes nivel de aguas freáticas 100% y alturas estrato blando 1.0 a 9.0 m / 7. Estudio de caso/ 7.1. Localización de la zona de estudio/ 7.2. Evento ocurrido en el sector/ 7.3. Registro fotográfico del sector/ 7.4. Geología local/ 7.5. Formaciones superficiales/ 7.6. Clasificación geotécnica de los materiales/ 7.7. Topografía del sector / 7.8. Análisis retrospectivo de estabilidad de taludes/ 7.8.1. Análisis de estabilidad de taludes retrospectivo condición con sismo y nivel de aguas freáticas del 0%. / 7.8.2. Análisis de estabilidad de taludes retrospectivo condición con sismo y nivel de aguas freáticas del 50% de estratos blandos/ 7.8.3. Análisis de estabilidad de taludes retrospectivo condición con sismo y nivel de aguas freáticas 100% de estratos blandos/ 7.8.4. Resultados análisis retrospectivo de estabilidad de taludes/ 8. Conclusiones/ 9. Bibliografía/ 10. Anexos/ 10.1. Anexo función de probabilidad Normal y Log Normal/ 10.2. Bondad de ajuste Komogórov Smirnov peso unitario húmedo / 10.3. Bondad de ajuste Komogórov Smirnov cohesión/ 10.4. Bondad de ajuste Komogórov Smirnov ángulo de fricción/ 10.5. Anexo síntesis método de Montecarlo 5000 iteraciones altura de agua del 0%./10.6. Anexo síntesis método de Montecarlo 5000 iteraciones altura de agua del 50%. /10.7. Anexo síntesis método de Montecarlo 5000 iteraciones altura de agua del 100%./ 10.8. Anexo modelación 5000 iteraciones altura de agua del 0%. / 10.9. Anexo modelación 5000 iteraciones altura de agua del 0%. / 10.10. Anexo modelación 5000 iteraciones altura de agua del 0%. Maestría Magister en Ciencias de la Tierra