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“Análisis comparativo de técnicas estadísticas y de aprendizaje para
evaluar la susceptibilidad del terreno a los deslizamientos superficiales” 2011
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“ANÁLISIS COMPARATIVO DE TÉCNICAS ESTADÍSTICAS Y DE
APRENDIZAJE PARA EVALUAR LA SUSCEPTIBILIDAD DEL TERRENO A
LOS DESLIZAMIENTOS SUPERFICIALES”
Carla Maribel Vivanco Quizhpe
UTPL, Loja - Ecuador
Email: [email protected], [email protected]
Resumen:
En primera instancia se realizó una recopilación de información geotécnica y topográfica
de los taludes analizados de dos sectores de estudio, Salapa y San Cayetano , obteniendo
una base de datos que permitió ejecutar un análisis de estabilidad de taludes por medio de
programas computacionales el Plaxis 8.2 y el Slide v.5.0 utilizando las metodologías de
elementos finitos y equilibrio límite respectivamente, con la asistencia de los Sistemas de
información Geográfica en donde se realiza una interpretación de los resultados alcanzados
obteniendo el mapa de pendientes de las dos zonas de estudio.
Con los resultados que se lograron se realizó un análisis y posteriormente una
comparación entre programas, concluyendo en las causas, condiciones, y detonantes, que
provocan estos deslizamientos.
Palabras clave: Deslizamientos, Salapa, San Cayetano, Plaxis 8.2, Slide v.5.0, Sistemas
de Información Geográfica, elementos finitos, equlibrio límite, mapa de pendientes.
Abstract:
In the first instance was a collection of information geotechnical and topographic slopes
analyzed of two sectors of study, Salapa y san Cayetano, obtaining a base data allowed to
run a slope stability analysis by computer programs using the Plaxis 8.2 and Slide v.5.0using finite element methods and limit equilibrium respectively, with the assistance of
Information Systems Geographic where they performed an interpretation of the results
achieved obtaining the slope map of the two areas of study.
With the results that were achieved and an analysis subsequently comparison between
programs, concluding incauses, conditions and triggers that cause these landslides.
Key words: Landslides, Salapa, San Cayetano, Plaxis 8.2, Slide v.5.0, Geographic
Information Systems, finite elements, balancing between limit, slope map.
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INTRODUCCIÓN
El primer paso del análisis de riesgo es la
evaluación a la susceptibilidad. La
determinación de la susceptibilidad en
términos de una probabilidad espacial
permite, además de la comparación directa
entre los distintos métodos de predicción, la
evaluación cuantitativa de la peligrosidad y
del riesgo.
Es importante y necesario el desarrollo de
metodologías rápidas y fiables que
permitan una primera aproximación y
delimitación de las áreas más susceptibles.
En lo posible, estas metodologías deben ser
suficientemente generalizables de forma
que permitan su aplicación a otras zonas
semejantes con una mínima adaptación.
GENERALIDADES Y MÉTODOS
Deslizamientos.- Los deslizamientos son
movimientos de masas de suelo o roca que
deslizan, moviéndose relativamente
respecto al sustrato, sobre una o varias
superficies de roturas netas al superarse la
resistencia al corte de estas superficies; la
masa generalmente se desplaza en
conjunto, comportándose como una unidad
en su recorrido; la velocidad puede ser muy
variable, pero suelen ser procesos rápidos y
alcanzar grandes volúmenes (hasta varios
millones de metros cúbicos). En ocasiones,
cuando el material deslizado no alcanza el
equilibrio al pie de la ladera (por su pérdidade resistencia, contenido en agua o por la
pendiente existente), la masa puede seguir
en movimiento a lo largo de cientos de
metros y alcanzar velocidades muy
elevadas, dando lugar a un flujo; losdeslizamientos también pueden ocasionar
avalanchas rocosas.
(González de Vallejo, L. & Ferrer, M.,
2002)
Susceptibilidad a los deslizamientos.-
Para los movimientos de ladera, la
susceptibilidad es un concepto muyimportante, donde la cuantificación de la
vulnerabilidad y la afectación de los
elementos en riesgo resultan difíciles en un
fenómeno poco intenso.
La susceptibilidad, generalmente, expresa
la facilidad con que un fenómeno puede
ocurrir sobre la base de las condicioneslocales del terreno. La susceptibilidad es
una propiedad del terreno qué indica que
tan favorables o desfavorables son las
condiciones de éste, para que puedan
ocurrir deslizamientos.
Factor de seguridad.- El factor de
seguridad se emplea para conocer cuál es el
factor de ameza frente a una posible falla
del talud, en las peores condiciones del
comportamiento para las cuales se diseña.
Fellenius (1972) presentó el factor de
seguridad como la relación calculada entre
la resistencia al corte real del material en el
talud y los esfuerzos cortantes críticos que
tratan de producir la ruptura, a lo largo dela superficie supuesta.
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Metodologías de cálculo para el
análisis de estabilidad de taludes
Existen diferentes metodologías para el
cálculo de la estabilidad de taludes, las
cuales se diferencian principalmente por el
tipo de geometría de la superficie de
ruptura que consideran, y por el tipo de
parámetros y procesos que se involucran en
el análisis.
En la tabla 1 se presenta un resumen de las
principales metodologías existentes para elcálculo de factores de seguridad.
Equilibrio Límite.- El análisis se puede
realizar estudiando directamente la
totalidad de la longitud de la superficie de
falla o dividiendo la masa deslizada en
tajadas o dovelas. Cada día se han ido
mejorando los sistemas de dovelas
desarrollados por Petterson y Fellenius
(1936).
Los métodos de Bishop (1955) y Janbú
(1954) han sido muy utilizados en los
últimos 50 años y se han desarrollado
métodos de análisis más precisos y
complejos como los de Morgenstern y Price
(1965) y Spencer (1967), ayudados por
programas de software que permiten
realizar análisis muy rigurosos.
Elementos finitos.- El procedimiento deeste modelo matemático consiste en la
reducción progresiva de la resistencia al
corte del suelo hasta producir una rotura
del mismo. El factor de seguridad se define
por el ratio entre la resistencia al corte
original del suelo y la resistencia al corte
para la que se ha producido la rotura.
(Suárez, J. 2003).
Tabla 1: Métodos de análisis de estabilidad de taludes
MÉTODOSUPERFICIE DE
FALLAEQUILIBRIO CARACTERÍSTICAS
Bishop simplificado
(Bishop, 1955)Circulares Momentos
Fuerza cortante entre dovelas igual a cero.
Solución sobredeterminada.
Janbu simplificado
(Janbu, 1968)Circulares Fuerzas
Fuerza cortante entre dovelas igual a cero.
Solución sobredeterminada.
No satisface completamente equilibrio entre
momentos.
Involucra factor de correción Fo para inexactitudes en
equilibrio.
Factores de seguridad bajos.
Spencer (1967)Cualquier geometría de
fallaMomentos y fuerzas
Dirección de fuerzas laterales iguales en las dovelas.
Satisface equilibrio estatico al asumir una fuerza entre
tajadas con inclinación constante desconocida.
Mongenstern y Price
(1965)
Cualquier geometría de
fallaMomentos y fuerzas
Fuerzas laterales bajo sistema predeterminado.
Satisface equilibrio estático al asumir una fuerza entre
tajadas con una inclinación variable según una función
arbitraria.
Elementos finitosCualquier geometría de
falla
Analiza esfuerzos y
deformaciones
Satisface equilibrio.
Obtención de esfuerzos y deformaciones en todos los
nodos.
No se obtiene factor de seguridad.
Fuente: CAPRA (Central América Probabilistic Risk Assessment). Metodología de Modelación Probabilistica de Riesgos Naturales
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La forma de la superficie de falla está
condicionada a las características
geológicas de los materiales, presentándose
fallas de tipo translacional, planar, circular,y curvas no circulares. En algunos casos es
necesario emplear combinaciones de las
anteriores formas para definir de manera
más precisa la superficie de falla esperada.
Modelos Computacionales
Existen gran cantidad de modelos
computacionales para el cálculo de laestabilidad de taludes. Los modelos se
basan en el desarrollo de metodologías
analíticas complejas para el análisis de
susceptibilidad a los deslizamientos, a partir
de refinaciones y aproximaciones
detalladas para resolver el problema de
estabilidad estática y dinámica.
Algunos métodos se basan en la solución,
por medio de estructuraciones particulares,
del método de elementos finitos, mientras
otros emplean el análisis del equilibrio
límite. En la tabla 2 se presenta un resumen
de las metodologías de análisis de
estabilidad de taludes que se aplicaron para
este proyecto y que sistema computacionalse utilizó.
Tabla 2: Métodos de cálculo
MÉTODO DE CÁLCULOSISTEMA
COMPUTACIONAL
Elementos finitos Plaxis 8.2Bishop simplificado
Slide v.5.0Janbu SimplificadoSpencer Morgenstern – Price
Fuente: La autora
Modelación en los Software
Plaxis 8.2.- Plaxis es un programa basado
en la teoría de los elementos finitos
utilizado mundialmente para el análisis de
las tensiones, deformaciones y estabilidad
de los suelos y todo tipo de estructuras en
contacto con ellos. Sus
aplicaciones van desde la ingeniería a la
investigación científica, siendo posible
obtener resultados satisfactorios en todo
tipo de trabajos geotécnicos.
El programa utiliza una interfaz gráfica que
permite a los usuarios generar rápidamente
un modelo geométrico y una malla de
elementos finitos basada en una sección
transversal vertical representativa del
problema que se trate, en la Figura 1 se
muestra la interfaz de análisis del
programa.
Fig. 1.- Análisis por medio del programa PLAXIS
Fuente: La autora
Slide V.5.0.- El Slide v.5.0 es un programa
de análisis de estabilidad de taludes con
sensibilidad, probabilística y capaz de
realizar “back - analysis”. El programa
muestra muchos modelos gráficos para unanálisis riguroso y rápido.
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Se puede determinar la probabilidad de
error y un índice de fiabilidad para cada
superficie de rotura con el menor factor de
seguridad, así como los efectos de undeterminado parámetro sobre el factor de
seguridad.
En la figura 2 se muestra la manera de
análisis del programa.
Fig. 2.- Análisis por medio del programa SLIDE
Fuente: La autora
ArcGIS 9.3.- Es un software GIS paravisualizar, crear, manipular y gestionar
información geográfica, estos corresponden
a lugares, direcciones, posiciones en
terreno, áreas urbanas y rurales; regiones y
cualquier tipo de ubicaciones en terrenos
determinados.
Se elaboraron dos mapas de pendientes,generándose cinco rangos de pendientes,
para los dos sectores de estudio,
clasificados de la siguiente manera:
Tabla 2: Rango de pendientes
RANGO DE PENDIENTES MUY BAJA 0°-10°
BAJA 10°-20°MEDIANA 20°-30°
ALTA 30°-50°MUY ALTA 50°-85°Fuente: La autora
El cambio de pendientes que sufre cada
talud para cada sector, permite realizar una
comparación con los factores de seguridad
alcanzados con los programas Plaxis 8.2 ySlide v.5.0 para corroborar los resultados
obtenidos.
Fig. 3.- Mapa de pendientes sector Salapa
Fuente: La autora
Fig. 4.- Mapa de pendientes sector San Cayetano
Fuente: La autora
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RESULTADOS
El análisis de estabilidad se lo realizó
partiendo de once perfiles de terreno
tomados a partir de un levantamiento
topográfico, que para efectos de análisis se
toman como representativos de las zonas
de estudio (Sector Salapa y San Cayetano).
Para proceder al análisis y comparación de
resultados se tomaron los valores obtenidos
por los dos programas propuestos. En lo
que respecta a la metodología de equilibrio
límite (Slide v.5.0), se toma como
representativo el método Bishop
Simplificado; mientras que la metodología
de elementos finitos (Plaxis 8.2), se
caracteriza por un análisis de reducción
constante de la resistencia cortante del
suelo.
Una vez terminada la modelación
numérica de las diferentes metodologías, se
ha obtenido los siguientes datos
representados en las siguientes gráficas para
los sectores de estudio.
Gráfica 1.- Resultados de factores de seguridadde Plaxis 8.2 vs Slide v.5.0 (Salapa)
Fuente: La autora
Gráfica 2.- Resultados de factores de seguridad
de Plaxis 8.2 vs Slide v.5.0 (San Cayetano)
Fuente: La autora
Una vez llevada a cabo las simulaciones de
los taludes se procedió a la digitalización
sobre la cartografía disponible. El resultado
fueron los mapas de pendientes de las dos
zonas de estudio.
El análisis de las superficies digitalizadas es
decir el mapa de pendientes muestra que laspendientes comprendidas entre 0 y 10°
corresponden a pendientes muy bajas, de
10 a 20° son bajas, de 20 a 30° medianas,
de 30 a 50° altas y finalmente las
pendientes de 50 a 85° estan en el rango de
muy altas. Estan rango de pendientes
reclasificadas se utilizaron para las dos
zonas de estudio.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
Uno de los factores más importantes
que se debe considerar dentro de un
análisis de estabilidad de taludes es la
presencia del nivel freático influyendode gran manera en la reducción del
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factor de seguridad, especialmente
cuando se encuentre más cercano a la
superficie.
Para determinar los factores de
estabilidad de los perfiles mencionados
se utilizaron los programas de análisis
de estabilidad Plaxis 8.2 y Slide v.5.0, la
mayoría de los valores más altos fueron
conseguidos con el programa Slide
v.5.0 mientras que los valores logrados
en el Plaxis 8.2 son menores y estos
fueron considerados críticos para los
taludes de los dos sectores de estudio.
Si bien los factores de seguridad de los
taludes uno y cinco del sector Salapa y
los taludes uno y cuatro del sector San
Cayetano muestran taludes
relativamente estables, en el campo se
ha observado un deslizamiento muy
lento por lo que de alguna manera se
deben tomar las respectivas propuestas
de obras de estabilización como
construcción de cunetas de coronación
u otro sistema de drenaje que ayude a
controlar el exceso de agua en el cuerpo
del talud y así protegerlo. Otra
alternativa es la construcción de una
obra de retención como un muro.
También en lo posible se puede realizar
reposición de material vegetal en zonas
donde exista presencia de material
suelto para así contrarrestar la erosión.
Los taludes dos, tres y cuatro del sector
Salapa y el talud dos del sector San
Cayetano presentan estabilidad
superando altamente al valor de
estabilidad de uno, no siendo necesario
por el momento tomar alguna medida
de mitigación.
En el presente trabajo los taludes de
más peligro son el tres, el cinco y el seis
del sector San Cayetano porque no
cumplen con la condición de que el
factor de seguridad sea mayor a uno
para considerarlos estables, logrando
valores de 0.73, 0.45 y 0.90
respectivamente. Uno de los factores
que hace que estos taludes sean
inestables son sus características
geotécnicas que no ayudan a dar
soporte a la masa de suelo, además de
las lluvias constantes que se producen
en ese sector provocan la saturación del
suelo lo que contribuye a posteriores
deslizamientos. El principal factor es su
gran pendiente y hay clara evidencia dematerial suelto en la parte baja lo que
da una pauta de la existencia de
deslizamientos anteriores.
El análisis de estabilidad efectuado para
los taludes de las dos áreas de estudio,
permitió comparar los factores de
seguridad obtenidos con el método de
equilibrio límite y el de elementos
finitos con los mapas de pendientes,
haciendo una cotejación entre estas
metodologías.
Entre las metodologías utilizadas en el
proyecto, sobresale el método de
elementos finitos porque se obtiene
resultados casi reales de la superficie defalla; mientras que el método de
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equilibrio límite sobredimensiona tales
superficies, siendo la superficie de falla
propuesta por el modelador.
El mapa de pendientes permite observar
las categorías del rango de pendientes,
reclasificadas de la siguiente manera
para los dos sectores: Pendiente muy
baja (0 a 10°), baja (10 a 20°), mediana
(20 a 30°), alta (30 a 50°) y muy alta (50
a 85°).
Recomendaciones
Que este trabajo sirva para posteriores
estudios, tratando de ampliar y mejorar
en lo referente a la estabilización y
análisis de susceptibilidad de taludes
proyectándose a buscar nuevas técnicas
de estabilización.
Para la construcción de obras civiles
dentro del área de estudio se debe
planificar y elaborar un estudio
geotécnico, especialmente en los
terrenos más propensos a
deslizamientos debido a su litología y
estructura.
En las zonas de estudio se debe elaborar un plan de medidas de monitoreo con
la ayuda de piezómetros e
inclinómetros, así como la colocación
de puntos de control topográfico, para
monitorear los deslizamientos y tomar
los correctivos necesarios de manera
oportuna.
El mapa de pendientes indica las zonas
potencialmente peligrosas debido a las
pendientes elevadas. El riesgo
empezará al romper el desequilibrioactual de los suelos con la construcción
de obras civiles, por lo tanto se debe
planificar tomando muy en cuenta los
factores geotécnicos para el diseño de
obras.
El ánalisis de estabilidad y la obtención
del mapa de pendientes son dos
herramientas de análisis que,trabajando en forma interrelacionada,
brindan elementos de juicio, tanto para
estimar la estabilidad de un talud y la
influencia sobre la seguridad que este
ofrece para tomar las respectivas
medidas de mitigación.
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C.%20CONST.%20SOCIAL%20C
on%20Figuras%20Compactas1.pdf
![Deslizamientos - Solución [Jaime Suarez]](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/55cf99e3550346d0339fa45c/deslizamientos-solucion-jaime-suarez-568531100a8da.jpg)
