Modelación numérica y física de la estabilidad de taludes con infiltración

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(1)MIC 2011-I0-5. MODELACIÓN NUMÉRICA Y FÍSICA DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES CON INFILTRACIÓN.. MAURICIO CARDONA OSORIO. |. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACTULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO CIVIL Y AMBIENTAL 2011.

(2) MIC 2011-I0-5. MODELACIÓN NUMÉRICA Y FÍSICA DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES CON INFILTRACIÓN.. TESIS DE GRADO Presentada por: MAURICIO CARDONA OSORIO. Para la obtención del grado de: MAGISTER EN INGENIERIA. Área: Geotecnia. Director – Asesor: BERNARDO CAICEDO HORMAZA Ph.D. Ingeniero Civil. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACTULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO CIVIL Y AMBIENTAL 2011.

(3) MIC 2011-I0-5. A mis padres, Roberto y Helena, a mi hermana Cristina, a mis sobrinitos Juan Camilo y Mariana y mi Diana. Por el hecho de acompañar mi vida con un amor incondicional..

(4) MIC 2011-I0-5. AGRADECIMIENTOS. A la Universidad de los Andes, por ser fuente de conocimiento, con los mejores estándares de calidad, poniendo a mi disposición todas aquellas herramientas necesaria para la culminación satisfactoria de esta tesis, y todo el posgrado. Al Doctor Bernardo Caicedo por su ayuda y disposición en la atención de dudas e inquietudes en el proceso de elaboración del trabajo. A todos los técnicos del laboratorio de la Universidad de los Andes que hicieron parte de este trabajo de tesis por su constante ayuda en los procesos experimentales que se requirieron en el desarrollo del presente. A todos los compañeros de la maestría, por hacer de las aulas un lugar de constante curiosidad intelectual..

(5) MIC 2011-I0-5. Tabla de contenido 1. COMENTARIOS INTRODUCTORIOS ........................................................... 1-12. 2. ALCANCE ............................................................................................................... 2-13. 3. OBJETIVOS ............................................................................................................ 3-14. 4. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................... 4-15. 5. METODOLOGIA DE TRABAJO ....................................................................... 5-16 5.1. SELECCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO. ................................................................................ 5-16. 5.2 17. ADQUISICIÓN DE LOS DATOS E INFORMACIÓN COMPETENTE AL PROYECTO. 55.2.1. Sistemas de información geográfica ................................................................................. 5-17. 5.3. METODOLOGÍAS DE APLICACIÓN. .................................................................................. 5-19 5.3.1 Mecanismo de Falla Traslacional o Falla Plana. ............................................................. 5-20 5.3.2 Parámetros del modelo. ..................................................................................................... 5-21 5.3.3 Ejecución del modelo. ........................................................................................................ 5-26. 5.4. MAPAS DE AMENAZA POR DESLIZAMIENTO............................................................... 5-27. TRABAJOS DE CAMPO Y LABORATORIO .................................................. 6-30. 6 6.1. TRABAJO DE CAMPO .............................................................................................................. 6-30 6.1.1 EXTRACCIÓN DE MUESTRAS ....................................................................................... 6-30. 6.2. ENSAYOS DE LABORATORIO .............................................................................................. 6-32. 6.3. PERFIL GEOTÉCNICO.............................................................................................................. 6-33 6.3.1 Descripción del perfil ......................................................................................................... 6-33. 7 PRUEBAS HIDRÁULICAS PARA SIMULACIÓN DE LA LLUVIA EN CENTRIFUGA................................................................................................................ 7-37 7.1. CÁMARA DE AGUA. ................................................................................................................ 7-40 7.1.1 Montaje para la prueba hidráulica ................................................................................... 7-41 7.1.2 Prueba de caudal ................................................................................................................ 7-43. 7.2. PRUEBA DE VELOCIMETRIA DE PARTICULAS POR IMAGENES (PIV) EN 2D. .... 7-44 7.2.1 Procedimiento de análisis. ................................................................................................. 7-45 7.2.2 Pruebas de homogeneidad del riego................................................................................ 7-48. MODELACIÓN FÍSICA....................................................................................... 8-52. 8 8.1. SELECCIÓN DE LA METODOLOGIA EXPERIMENTAL ................................................. 8-52. 8.2. SIMILITUD CON LA PRECIPITACIÓN. .............................................................................. 8-53 8.2.1 Velocidad de caída de la gota de lluvia. .......................................................................... 8-54. 8.3 ANÁLISIS DE LA DEFORMACIÓN MEDIANTE LA IMPLEMENTACIÓN DEL GEOPIV. .................................................................................................................................................. 8-55 MAURICIO CARDONA OSORIO. v.

(6) MIC 2011-I0-5. 8.4. CONSIDERACIONES PARA EL MONTAJE. ....................................................................... 8-55. MONTAJE DEL MODELO FÍSICO EN LA CENTRIFUGA GEOTÉCNICA. 9-57. 9 9.1. PROCEDIMIENTO DE MONTAJE......................................................................................... 9-57. 9.2. INSTRUMENTACIÓN .............................................................................................................. 9-58 9.2.1 Medición de presion de poros........................................................................................... 9-58 9.2.2 Control de las deformaciones............................................................................................ 9-60 9.2.3 Procedimiento vuelo en centrifuga .................................................................................. 9-62. 10. ANÁLISIS DE RESULTADOS. ........................................................................ 10-65. 10.1 MEDIDAS DE LOS SENSORES. ........................................................................................... 10-66 10.1.1 Modelo N°1. .................................................................................................................. 10-66 10.1.2 Modelo N° 2 .................................................................................................................. 10-70 10.2 GEOPIV. ANÁLISIS BASADOS EN PARES DE IMÁGENES PARA CONOCER LOS VECTORES DE DESPLAZAMIENTOS. ......................................................................................... 10-73 10.2.1 Modelo N° 1. ................................................................................................................. 10-73 10.2.2 Modelo N° 2. ................................................................................................................. 10-80 10.3 TIPOS DE FALLA PRESENTADOS...................................................................................... 10-87 10.3.1 Resultados de análisis succión y la humedad posteriores a la finalización de los ensayos. 10-88. 11. CONCLUSIONES................................................................................................ 11-91. 11.1 SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y APLICACIÓN DEL PROGRAMA FSTALUD. ............................................................................................................................................. 11-91 11.2 MAPAS DE AMENENAZA A DESLIZAMIENTO. ........................................................... 11-91 11.3 CALIBRACIÓN DE LLUVIA.................................................................................................. 11-92 11.4 MODELACIÓN FÍSICA .......................................................................................................... 11-93. 12. Referencias ............................................................................................................ 12-96. MAURICIO CARDONA OSORIO. vi.

(7) MIC 2011-I0-5. Índice de figuras FIGURA FIGURA FIGURA FIGURA. 5-1. UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE MANIZALES. ............................................................................. 5-16 5-2. MODELO DIGITAL DE ELEVACIÓN MANIZALES. .................................................................... 5-17 5-3. DIVISIÓN DE LOS SUELOS DE MANIZALES SEGÚN SU ORDEN. ................................................ 5-18 5-4. POLÍGONOS DE THIESSEN PARA LA CIUDAD DE MANIZALES, SEGÚN LAS ESTACIONES METEOROLÓGICAS EXISTENTES. .......................................................................................................... 5-19 FIGURA 5-5. GRÁFICO ILUSTRATIVO DEL MECANISMO DE FALLA PLANA. ................................................. 5-21 FIGURA 5-6. DEM PARA LA CIUDAD DE MANIZALES. ................................................................................ 5-22 FIGURA 5-7. MAPA DE SUELOS RASTERIZADO. ............................................................................................ 5-23 FIGURA 5-8. ESQUEMA PARA LA GENERACIÓN DE ESCENARIOS HIDROLÓGICOS. ...................................... 5-24 FIGURA 5-9. VARIACIÓN DEL NIVEL FREÁTICO AL DÍA 30 DEL RÉGIMEN DE LLUVIA USADO ..................... 5-25 FIGURA 5-10. VARIACIÓN DEL NIVEL FREÁTICO AL DÍA 180 DEL RÉGIMEN DE LLUVIA USADO ................. 5-25 FIGURA 5-11. VARIACIÓN DEL NIVEL FREÁTICO AL DÍA 360 DEL RÉGIMEN DE LLUVIA USADO ................. 5-26 FIGURA 5-12. VARIACIÓN DEL NIVEL FREÁTICO AL DÍA 540 DEL RÉGIMEN DE LLUVIA USADO ................. 5-26 FIGURA 5-13. MAPA DE AMENAZA PARA LA CIUDAD DE MANIZALES CON UN AUMENTO DE NIVEL FREÁTICO REPRESENTATIVO PRODUCTO DEL ESCENARIO HIDROLÓGICO PARA EL DÍA 30 DEL RÉGIMEN DE LLUVIA ADAPTADO. ....................................................................................................................... 5-27 FIGURA 5-14. MAPA DE AMENAZA PARA LA CIUDAD DE MANIZALES CON UN AUMENTO DE NIVEL FREÁTICO REPRESENTATIVO PRODUCTO DEL ESCENARIO HIDROLÓGICO PARA EL DÍA 180 DEL RÉGIMEN DE LLUVIA ADAPTADO. ....................................................................................................... 5-28 FIGURA 5-15. MAPA DE AMENAZA PARA LA CIUDAD DE MANIZALES CON UN AUMENTO DE NIVEL FREÁTICO REPRESENTATIVO PRODUCTO DEL ESCENARIO HIDROLÓGICO PARA EL DÍA 360 DEL RÉGIMEN DE LLUVIA ADAPTADO. ....................................................................................................... 5-28 FIGURA 5-16. MAPA DE AMENAZA PARA LA CIUDAD DE MANIZALES CON UN AUMENTO DE NIVEL FREÁTICO REPRESENTATIVO PRODUCTO DEL ESCENARIO HIDROLÓGICO PARA EL DÍA 540 DEL RÉGIMEN DE LLUVIA ADAPTADO. ....................................................................................................... 5-28 FIGURA 5-17. MAPA DE AMENAZA PARA LA CIUDAD DE MANIZALES CON UNA CONDICIÓN DE AGUA A NIVEL DE SUPERFICIE PARA TODO EL LÍMITE MUNICIPAL. .................................................................. 5-29 FIGURA 6-1.TALUD SELECCIONADO PARA EXTRACCIÓN DE LA MUESTRA EN CENIZA VOLCÁNICA, EN LA CIUDAD DE MANIZALES. ..................................................................................................................... 6-30 FIGURA 6-2. CORTE DEL CUBO SOBRE CENIZA VOLCÁNICA. ....................................................................... 6-31 FIGURA 6-3. PROTECCIÓN DE LA MUESTRA, PARA SU ENVÍO AL LABORATORIO. ....................................... 6-32 FIGURA 6-4. DISTRIBUCIÓN DE LA HUMEDAD, LOS LÍMITES DE ATTERBERG Y PESOS UNITARIOS EN PROFUNDIDAD PARA LAS MUESTRAS DE CENIZA VOLCÁNICA ANALIZADAS..................................... 6-35 FIGURA 6-5. DISTRIBUCIÓN DEL ÁNGULO DE FRICCIÓN Y LOS DIFERENTES VALORES DE RESISTENCIA EN PROFUNDIDAD PARA LAS MUESTRAS DE CENIZA VOLCÁNICA ANALIZADAS..................................... 6-35 FIGURA 6-6. ANÁLISIS MEDIANTE ENSAYO TRIAXIAL PARA DEFINIR LA TRAYECTORIA DE ESFUERZOS EN LA CENIZA VOLCÁNICA DE ESTUDIO. ....................................................................................................... 6-36 FIGURA 7-1. HISTOGRAMA PARA UN REGISTRO DE LLUVIAS DE 4 MESES EN HORAS. ................................. 7-38 FIGURA 7-2 HISTOGRAMA PARA UN REGISTRO DE LLUVIAS DE 4 MESES EN DÍAS ...................................... 7-38 FIGURA 7-3. HISTOGRAMA PARA UN REGISTRO DE LLUVIAS DE 1 MES INVERNAL EN HORAS. .................. 7-39 FIGURA 7-4. HISTOGRAMA PARA UN REGISTRO DE LLUVIAS DE 1 MES INVERNAL EN DÍAS. ...................... 7-39 FIGURA 7-5. VISTA DE LA CÁMARA DE AGUA.............................................................................................. 7-40 FIGURA 7-6. VISTA FRONTAL DE LA CÁMARA DE AGUA. ............................................................................ 7-40 FIGURA 7-7. MODELO DE CÁMARA DE AGUA, DONDE SE ESPECIFICAN SUS COMPONENTES PRINCIPALES.7-41 FIGURA 7-8. PRUEBA DE ASPERSIÓN PARA LOS NEBULIZADORES. .............................................................. 7-42 FIGURA 7-9. GRÁFICO DE DEFINICIÓN DE LA NOMENCLATURA PARA EL ANÁLISIS DE LA ASPERSIÓN. ..... 7-43 FIGURA 7-10. MONTAJE PARA REALIZACIÓN DEL ENSAYO DE PIV ............................................................ 7-45 MAURICIO CARDONA OSORIO. vii.

(8) MIC 2011-I0-5. FIGURA 7-11. FOTOGRAFÍA DE ASPERSIÓN DE AGUA CON CONTENIDO DE PARTÍCULAS, IRRADIADAS POR EL LÁSER ................................................................................................................................................... 7-46 FIGURA 7-12. VECTORES DE VELOCIDAD A UNA PRESIÓN DE DOS BARES. .................................................. 7-46 FIGURA 7-13. VECTORES DE VELOCIDAD A UNA PRESIÓN DE TRES BARES. ................................................. 7-47 FIGURA 7-14. VECTORES DE VELOCIDAD A UNA PRESIÓN DE CUATRO BARES. ........................................... 7-47 FIGURA 7-15. VECTORES DE VELOCIDAD A UNA PRESIÓN DE CINCO BARES. .............................................. 7-48 FIGURA 7-16. UBICACIÓN DE UN SOLO NEBULIZADOR PARA LA PRUEBA DE RIEGO .................................. 7-49 FIGURA 7-17. GRÁFICA PARA LOS DATOS RECUPERADOS DE LA PRUEBA N°1 DE RIEGO DE UN SOLO NEBULIZADOR...................................................................................................................................... 7-49 FIGURA 7-18. GRÁFICA PARA LOS DATOS RECUPERADOS DE LA PRUEBA N°2 DE RIEGO DE UN SOLO NEBULIZADOR...................................................................................................................................... 7-50 FIGURA 7-19. DISTANCIA DE 10 CM ENTRE NEBULIZADORES PARA BUSCAR MINIMIZAR LAS ZONAS CENTRALES SIN RIEGO. DISPOSICIÓN HECHA PARA LA PRUEBA N°3 ................................................. 7-50 FIGURA 7-20. GRÁFICA PARA LOS DATOS RECUPERADOS DE LA PRUEBA N°3 DE RIEGO CON DOS NEBULIZADORES. ................................................................................................................................. 7-51 FIGURA 8-1. PRINCIPIOS DEL ANÁLISIS POR PIV (WHITE AND TAKE,2002) ............................................... 8-55 FIGURA 8-2. CONFIGURACIÓN PROPUESTA PARA EL DESARROLLO DE LA MODELACIÓN FÍSICA A ESCALA REDUCIDA. LOS PUNTOS EN NARANJA REPRESENTAN LA UBICACIÓN DE LOS SENSORES DE PRESIÓN DE POROS, LOS RECTÁNGULOS VERDES REPRESENTAN LOS LVDTS, Y LOS PUNTOS EN AZUL MUESTRAN LA UBICACIÓN DE LOS NEBULIZADORES. ................................................................................................. 8-56 FIGURA 9-1. PREPARACIÓN DEL ESPÉCIMEN DE CENIZA VOLCÁNICA, EN LA CAJA DE VUELO PARA CENTRIFUGA. ....................................................................................................................................... 9-57 FIGURA 9-2. MALLADO CON PUNTOS DE CONTROL SOBRE LA CARA EN LA QUE VA A SER APLICADO EL ANÁLISIS MEDIANTE EL GEOPIV. ...................................................................................................... 9-58 FIGURA 9-3 UBICACIÓN DE LOS SENSORES DE PRESIÓN DE POROS EN LA MUESTRA. ................................. 9-59 FIGURA 9-4. UBICACIÓN DE LOS DEFORMÍMETROS Y LOS NEBULIZADORES EN EL MODELO FALSO PARA LA COLOCACIÓN SOBRE LA MUESTRA A ENSAYAR. .................................................................................. 9-60 FIGURA 9-5. VISTA DESDE LA PARTE ALTA DEL MODELO A ESCALA, EN EL FONDO SE APRECIA EL RECIPIENTE INSTALADO PARA LA RECOLECCIÓN DE LAS AGUAS DE ESCORRENTÍA. ......................... 9-61 FIGURA 9-6. VISIÓN DEL MONTAJE DEFINITIVO A TRAVÉS DEL ACRÍLICO, DONDE SE APRECIAN LOS PUNTOS DE CONTROL SOBRE LA CARA LATERAL DEL TALUD, EL RECIPIENTE EN LA PATA DEL TALUD PARA LA RECOLECCIÓN DE LAS AGUAS QUE ESCURRAN, LOS DEFORMÍMETROS COLOCADOS SOBRE EL TALUD Y LOS NEBULIZADORES DISPUESTOS EN LAS ZONAS A PRODUCIR LA LLUVIA. ...................................... 9-61 FIGURA 9-7.PANORÁMICA DE LA COLOCACIÓN DE LA MUESTRA EN EL BRAZO AL LADO IZQUIERDO DE LA IMAGEN, CONTRAPESO AL LADO DERECHO DE LA IMAGEN. .............................................................. 9-62 FIGURA 9-8. VISUALIZACIÓN DEL SOFTWARE QUE GUARDA LOS RESULTADOS DE LAS MEDICIONES DE LOS SENSORES DURANTE EL VUELO EN CENTRIFUGA, IGUALMENTE EJECUTA EL PROGRAMA DE LLUVIA IMPUESTO AL MODELO, TAMBIÉN TIENE LA POSIBILIDAD DE IR GRAFICANDO LOS DATOS DE CADA SENSOR EN FUNCIÓN DEL TIEMPO Y UNA VENTANA ADICIONAL QUE MUESTRA EL VUELO EN TIEMPO REAL. .................................................................................................................................................... 9-64 FIGURA 10-1. GEOMETRÍA DE LOS MODELOS A ESCALA REDUCIDA PARA LA IMPLEMENTACIÓN EN LA CENTRIFUGA GEOTÉCNICA. ............................................................................................................... 10-65 FIGURA 10-2. CONTROL DE LA GRAVEDAD MEDIANTE CELDA DE CARGA INSTALADA EN EL CONTRAPESO. ........................................................................................................................................................... 10-66 FIGURA 10-3. UBICACIÓN DE LOS DEFORMÍMETROS EN EL MODELO N° 1................................................ 10-67 FIGURA 10-4. DESPLAZAMIENTO SOBRE LA MUESTRA INDUCIDOS POR LA ACCIÓN DE LA GRAVEDAD Y LA SIMULACIÓN DE LLUVIA. ................................................................................................................... 10-67 FIGURA 10-5. DEFORMÍMETRO LVDT-C2 UBICADO VERTICALMENTE SOBRE LA CARA DEL TALUD EN LA PARTE SUPERIOR ................................................................................................................................ 10-68 FIGURA 10-6. DEFORMÍMETRO LVDT-C4 UBICADO VERTICALMENTE SOBRE LA CORONA DEL TALUD. . 10-68 FIGURA 10-7. DEFORMÍMETRO LVDT-C5 UBICADO VERTICALMENTE SOBRE LA PATA DEL TALUD. ...... 10-69. MAURICIO CARDONA OSORIO. viii.

(9) MIC 2011-I0-5. FIGURA 10-8. COMPARACIÓN ENTRE LOS TRES LVDTS QUE PRESENTARON VALORES DE DEFORMACIÓN CONSISTENTES CON LO OCURRIDO DURANTE LA PRUEBA. ............................................................... 10-69 FIGURA 10-9. UBICACIÓN DE LOS DEFORMÍMETROS EN EL MODELO N° 2................................................ 10-70 FIGURA 10-10. DESPLAZAMIENTO SOBRE LA MUESTRA INDUCIDOS POR LA ACCIÓN DE LA GRAVEDAD Y LA SIMULACIÓN DE LLUVIA. ................................................................................................................... 10-70 FIGURA 10-11. DEFORMÍMETRO LVDT-C1 UBICADO VERTICALMENTE SOBRE LA CORONA DEL TALUD.10-71 FIGURA 10-12. DEFORMÍMETRO LVDT-C2 UBICADO VERTICALMENTE SOBRE LA CARA DEL TALUD EN SU PARTE SUPERIOR. ............................................................................................................................... 10-71 FIGURA 10-13. DEFORMÍMETRO LVDT-C4 UBICADO VERTICALMENTE SOBRE LA CARA DEL TALUD EN SU PARTE INFERIOR. ................................................................................................................................ 10-72 FIGURA 10-14. DEFORMÍMETRO LVDT-C6 UBICADO VERTICALMENTE SOBRE LA PATA DEL TALUD...... 10-72 FIGURA 10-15. COMPARACIÓN ENTRE LOS CUATRO LVDTS QUE PRESENTARON VALORES DE DEFORMACIÓN CONSISTENTES CON LO OCURRIDO DURANTE LA PRUEBA....................................... 10-73 FIGURA 10-16. FOTOGRAFÍA BASE, ESTADO INICIAL DEL ANÁLISIS, MODELO N° 1.. .............................. 10-73 FIGURA 10-17. MALLA DE ANÁLISIS DEFINIDA PARA EL MODELO DE 16 X 16 PIXELES............................. 10-74 FIGURA 10-18. IMAGEN QUE IDENTIFICA EL COMPORTAMIENTO ENTRE EL PAR DE IMÁGENES ENTRE LA IMAGEN 1 Y 2. DIFERENCIA DE TIEMPO DE 1.1 MINUTOS. ................................................................. 10-74 FIGURA 10-19. IMAGEN QUE IDENTIFICA EL COMPORTAMIENTO ENTRE EL PAR DE IMÁGENES ENTRE LA IMAGEN 1 Y 10. DIFERENCIA DE TIEMPO DE 11 MINUTOS. ................................................................ 10-75 FIGURA 10-20. IMAGEN QUE IDENTIFICA EL COMPORTAMIENTO ENTRE EL PAR DE IMÁGENES ENTRE LA IMAGEN 1 Y 20. DIFERENCIA DE TIEMPO DE 22 MINUTOS. ................................................................ 10-75 FIGURA 10-21. IMAGEN QUE IDENTIFICA EL COMPORTAMIENTO ENTRE EL PAR DE IMÁGENES ENTRE LA IMAGEN 1 Y 30. DIFERENCIA DE TIEMPO DE 33 MINUTOS. ................................................................ 10-76 FIGURA 10-22. IMAGEN QUE IDENTIFICA EL COMPORTAMIENTO ENTRE EL PAR DE IMÁGENES ENTRE LA IMAGEN 1 Y 40. DIFERENCIA DE TIEMPO DE 44 MINUTOS. ................................................................ 10-76 FIGURA 10-23. IMAGEN QUE IDENTIFICA EL COMPORTAMIENTO ENTRE EL PAR DE IMÁGENES ENTRE LA IMAGEN 1 Y 51. DIFERENCIA DE TIEMPO DE 56.1 MINUTOS. ............................................................. 10-77 FIGURA 10-24. GRÁFICO DE FRECUENCIA Y DE FRECUENCIA ACUMULADA PARA LAS DEFORMACIONES EN EL MODELO N° 1. ............................................................................................................................... 10-79 FIGURA 10-25. FOTOGRAFÍA BASE, ESTADO INICIAL DEL ANÁLISIS, MODELO N° 2. ................................ 10-80 FIGURA 10-26. MALLA DE ANÁLISIS DEFINIDA PARA EL MODELO DE 16 X 16 PIXELES............................. 10-80 FIGURA 10-27. IMAGEN QUE IDENTIFICA EL COMPORTAMIENTO ENTRE EL PAR DE IMÁGENES ENTRE LA IMAGEN 1 Y 2. DIFERENCIA DE TIEMPO DE 28 SEGUNDOS. ............................................................... 10-81 FIGURA 10-28. IMAGEN QUE IDENTIFICA EL COMPORTAMIENTO ENTRE EL PAR DE IMÁGENES ENTRE LA IMAGEN 1 Y 10. DIFERENCIA DE TIEMPO DE 4.6 MINUTOS. ............................................................... 10-81 FIGURA 10-29. IMAGEN QUE IDENTIFICA EL COMPORTAMIENTO ENTRE EL PAR DE IMÁGENES ENTRE LA IMAGEN 1 Y 20. DIFERENCIA DE TIEMPO DE 9.3 MINUTOS. ............................................................... 10-82 FIGURA 10-30. IMAGEN QUE IDENTIFICA EL COMPORTAMIENTO ENTRE EL PAR DE IMÁGENES ENTRE LA IMAGEN 1 Y 30. DIFERENCIA DE TIEMPO DE 14 MINUTOS. ................................................................ 10-82 FIGURA 10-31. IMAGEN QUE IDENTIFICA EL COMPORTAMIENTO ENTRE EL PAR DE IMÁGENES ENTRE LA IMAGEN 1 Y 40. DIFERENCIA DE TIEMPO DE 18.6 MINUTOS. ............................................................. 10-83 FIGURA 10-32. IMAGEN QUE IDENTIFICA EL COMPORTAMIENTO ENTRE EL PAR DE IMÁGENES ENTRE LA IMAGEN 1 Y 51. DIFERENCIA DE TIEMPO DE 24 MINUTOS. ................................................................ 10-83 FIGURA 10-33. GRÁFICO DE FRECUENCIA Y DE FRECUENCIA ACUMULADA PARA LAS DEFORMACIONES EN EL MODELO N° 2. ............................................................................................................................... 10-86 FIGURA 10-34. GRIETAS PRODUCTO DE LA MODELACIÓN EN CENTRIFUGA PARA EL MODELO A ESCALA REDUCIDA N° 1.................................................................................................................................. 10-87 FIGURA 10-35. VISTA LATERAL DEL ESPÉCIMEN DEL MODELO N° 2. ........................................................ 10-88 FIGURA 10-36. GRÁFICO DE HUMEDAD PARA EL MODELO N° 1, GENERADO A PARTIR DE 10 MUESTRAS TOMADAS SOBRE TODO EL CUERPO DEL TALUD Y A DIFERENTES PROFUNDIDADES, LAS MEDIDAS DENTRO DEL GRAFICO ESTÁN EN PORCENTAJE ................................................................................. 10-89 MAURICIO CARDONA OSORIO. ix.

(10) MIC 2011-I0-5. FIGURA 10-37. GRÁFICO DE SUCCIÓN PARA EL MODELO N° 1, GENERADO A PARTIR DE 7 MUESTRAS TOMADAS SOBRE TODO EL CUERPO DEL TALUD Y A DIFERENTES PROFUNDIDADES, LAS MEDIDAS DENTRO DE LOS GRÁFICOS ESTÁN EN MPA. ..................................................................................... 10-89 FIGURA 10-38. GRÁFICO DE HUMEDAD PARA EL MODELO N° 2, GENERADO A PARTIR DE 10 MUESTRAS TOMADAS SOBRE TODO EL CUERPO DEL TALUD Y A DIFERENTES PROFUNDIDADES, LAS MEDIDAS DENTRO DEL GRAFICO ESTÁN EN PORCENTAJE ................................................................................. 10-90 FIGURA 10-39. GRÁFICO DE SUCCIÓN PARA EL MODELO N° 2, GENERADO A PARTIR DE 6 MUESTRAS TOMADAS SOBRE TODO EL CUERPO DEL TALUD Y A DIFERENTES PROFUNDIDADES, LAS MEDIDAS DENTRO DE LOS GRÁFICOS ESTÁN EN MPA. ..................................................................................... 10-90. MAURICIO CARDONA OSORIO. x.

(11) MIC 2011-I0-5. Índice de tablas TABLA 6-1. ENSAYOS REALIZADOS PARA CARACTERIZACIÓN DE LA CENIZA VOLCÁNICA. ....................... 6-33 TABLA 6-2. PROPIEDADES GEOMECÁNICAS DE LAS CENIZAS VOLCÁNICAS ANALIZADAS. ........................ 6-34 TABLA 6-3. PARÁMETROS DE RESISTENCIA CALCULADOS A PARTIR DE LOS ENSAYOS TRIAXIALES. .......... 6-34 TABLA 7-1. MÁXIMOS VALORES DE PRECIPITACIÓN E INTENSIDAD ACUMULADOS PARA LOS CUATRO MESES ANALIZADOS. ...................................................................................................................................... 7-37 TABLA 7-2. ANÁLISIS DE PRESIÓN Y ASPERSIÓN PARA LOS NEBULIZADORES. ............................................. 7-42 TABLA 7-3. ANÁLISIS DE CAUDAL PARA DIFERENTES PRESIONES EN LOS NEBULIZADORES DE ASPERSIÓN. .. 744 TABLA 7-4. CÁLCULO DE VELOCIDADES Y ÁNGULOS DE ASPERSIÓN PARA EL NEBULIZADOR A PARTIR DEL ENSAYO DE PIV ................................................................................................................................... 7-46 TABLA 8-1. RELACIONES DE SIMILITUD ENTRE EL MODELO Y EL PROTOTIPO. ............................................. 8-52 TABLA 8-2. RELACIONES DE SIMILITUD ENTRE EL PROTOTIPO Y EL MODELO PARA EL ANÁLISIS DE LA LLUVIA. ............................................................................................................................................................. 8-54 TABLA 8-3. COMPARACIÓN DE LAS CONDICIONES DURANTE LA PRECIPITACIÓN CON EL DIÁMETRO DE LAS GOTAS. ................................................................................................................................................. 8-54 TABLA 9-1. PESOS DE LA CÁMARAS DE PRUEBA Y DE CONTRAPESO. ........................................................... 9-62 TABLA 10-1. COMPARACIÓN DE LAS CONDICIONES INICIALES PARA EL PROTOTIPO Y LOS MODELOS CONSTRUIDOS. ................................................................................................................................... 10-65 TABLA 10-2. MAGNITUDES DE LOS VECTORES DE DESPLAZAMIENTO PARA EL PAR DE IMÁGENES 1-51 QUE REPRESENTAN EL ESTADO INICIAL Y FINAL DEL VUELO EN CENTRIFUGA EN EL MODELO N° 1. ...... 10-77 TABLA 10-3. MEDIDAS DE ESTADÍSTICA DESCRIPTIVA SEGÚN LOS VECTORES DE DESPLAZAMIENTO PARA EL MODELO N° 1. ................................................................................................................................... 10-78 TABLA 10-4. FRECUENCIA PARA EL ANÁLISIS GEOPIV EN EL MODELO N° 1............................................ 10-79 TABLA 10-5. MAGNITUDES DE LOS VECTORES DE DESPLAZAMIENTO PARA EL PAR DE IMÁGENES 1-51 QUE REPRESENTAN EL ESTADO INICIAL Y FINAL DEL VUELO EN CENTRIFUGA PARA EL MODELO N° 2. . 10-84 TABLA 10-6. MEDIDAS DE ESTADÍSTICA DESCRIPTIVA SEGÚN LOS VECTORES DE DESPLAZAMIENTO PARA EL MODELO N° 2. ................................................................................................................................... 10-85 TABLA 10-7. FRECUENCIA PARA EL ANÁLISIS GEOPIV EN EL MODELO N° 2............................................ 10-85. MAURICIO CARDONA OSORIO. xi.

(12) MIC 2011-I0-5. 1 COMENTARIOS INTRODUCTORIOS Colombia debido a su ubicación espacial en la geografía mundial hace parte de la designada zona tropical, zona muy afectada por fuertes lluvias, lo que genera problemas de erosión intensos Los controles de erosión para países como Colombia conforman uno de los mayores dolores de cabeza para la nación, debido a que gran parte de los suelos son jóvenes, con una climatología adversa detonante de erosión y movimientos en masa. Los suelos de mayor biodiversidad vegetal del mundo son los tropicales que conforman un abanico multivariado de tipos de suelo; unos creados hace millones de años, en contraste con los que se han creado de forma impetuosa como los depositados a partir de flujos piroclásticos. La ciudad de Manizales no es ajena a las circunstancias antes mencionadas, por lo tanto se ha seleccionado como centro de estudio para este proyecto.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 1-12.

(13) MIC 2011-I0-5. 2 ALCANCE Creación de mapas de amenaza por deslizamiento paraManizales, mediante la implementación de sistemas de información geográfica y el programa de informática creado para tal fin. Con base en la información existente de propiedades de los suelos de Manizales y su relieve. La implementación del programa, dará como respuesta mapas de amenaza por deslizamiento para todo Manizales, en condiciones saturadas del suelo según se presenten las variaciones del nivel freático en función del régimen de lluvias. Con base en la zonificación de la amenaza alcanzada para la ciudad, se tomara una de las zonas que más presente efectos por deslizamientos y que su suelo este conformado por cenizas volcánicas para proceder a un análisis puntual de los taludes de esta zona mediante la implementación de un modelo físico en centrifuga geotécnica tratando de inducir la falla por medio de la asignación de un régimen de lluvias fuerte.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 2-13.

(14) MIC 2011-I0-5. 3 OBJETIVOS Elaborar Mapas de amenaza por deslizamiento inducidos por lluvia para la ciudad de Manizales mediante un modelo numérico que mide las variaciones del nivel freático a partir de un régimen de lluvias. Con base en los mapas de amenaza obtenidos por la metodología numérica, seleccionar un sector de Manizales con características de suelo inestables y que sean de tipo ceniza volcánica para su prospección y caracterización. Realizar un modelo físico, y tratar de inducir la falla en un talud conformado con material tipo ceniza volcánica mediante la implementación de la centrifuga como regulador de los esfuerzos internos, incluyendo como factor detonante principal la infiltración producida por lluvia, que será simulada con nebulizadores de aspersión durante el tiempo de simulación.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 3-14.

(15) MIC 2011-I0-5. 4 JUSTIFICACIÓN Una de las condiciones que más aqueja el entorno nacional colombiano, son los deslizamientos de tierra, para la ciudad de Manizales, es un temor constante debido a que el asentamiento humano hace parte de un entorno topográfico de altos relieves, con suelos tipo ceniza volcánica que presentan condiciones especiales en su comportamiento, de tal manera que en aras de identificar el potencial de inestabilidad que sufre la ciudad se plantea el estudio a nivel regional mediante la implementación de sistemas de información geográfica, con lo que es posible generar mapas de amenaza, que identifican las zonas potencialmente deslizables; consecuentemente se pretende conocer el comportamiento físico a escala reducida de un talud en ceniza volcánica con efectos de lluvia similares a los históricamente existentes en la ciudad, debido a que estos tipos de taludes son los que comúnmente presentan mayores daños por desestabilización.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 4-15.

(16) MIC 2011-I0-5. 5 METODOLOGIA DE TRABAJO La metodología de trabajo para el análisis del factor de seguridad al deslizamiento con el uso de sistemas de información geográfica, requiere definir los pasos a seguir para la consecución del mapa de amenaza por deslizamiento. Selección del área de estudio. Adquisición de los datos e información competente al proyecto. Análisis de los datos. Creación del mapa de amenaza. Conclusiones del uso del software y análisis de resultados de los mapas de amenazas para los diferentes escenarios seleccionados.. 5.1 SELECCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO. Para el análisis de amenaza por deslizamiento, con base en información geográfica se ha tomado el municipio de Manizales en el departamento de Caldas, Colombia. La ciudad se encuentra ubicada en la cordillera central, al costado occidental de esta, entre las latitudes norte 4° 59’ y longitud oeste 75° 42’. Con una altura promedio sobre el nivel del mar de 2150 m.. 4. Leyenda Depto Caldas 0. 75 150. 300. 450. 600 Kilometers. Figura 5-1. Ubicación geográfica de Manizales.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 5-16.

(17) MIC 2011-I0-5. 5.2 ADQUISICIÓN DE LOS DATOS E INFORMACIÓN COMPETENTE AL PROYECTO. Para el análisis de la calidad de la información se tuvieron en cuenta dos fuentes diferentes. 1. Sistemas de información geográfica. 2. Bases de datos IDEA. 5.2.1. Sistemas de información geográfica. Para la creación de mapas de amenaza por deslizamiento, mediante la implementación de los programas infiltra3D y FSTalud, se requiere información detallada de la zona de estudio embebida en una cartografía digital. Con base en este requerimiento se definen los siguientes datos cartográficos de entrada, que hacen parte de la información geográfica existente de Manizales: 5.2.1.1. Topografía. Se tiene la topografía de detalle para ciudad de Manizales con curvas de nivel cada 2 m. de tal manera que fue posible generar un modelo digital de elevación de muy buena precisión:. Figura 5-2. Modelo Digital de ElevaciónManizales.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 5-17.

(18) MIC 2011-I0-5. 5.2.1.2. Suelos.. Los tipos de suelos presentes en la ciudad de Manizales han sido tomados de lo microzonificación geotécnica para dicha ciudad. En la imagen siguiente se muestra la ubicación espacial para cada uno de ellos. En el anexo xx se presenta el nombre y las características para cada uno de ellos. Figura 5-3. División de los suelos de Manizales según su orden.. La base de datos de esta capa es igualmente muy completa, ya que cuenta con datos como el nombre del suelo, el orden, las características de este orden, el suborden, las características del suborden, el grupo al que pertenecen, el elemento formador y las características del terreno. Falencia: no se cuenta con una estratigrafía de precisión de los suelos existentes en el país, por ende los espesores de suelo deben ser inferidos. 5.2.1.3. Precipitación y estaciones.. Esta característica tiene una clara incidencia en el análisis de amenaza por deslizamiento, para este fin se cuenta con una capa shape de estaciones meteorológicas, desde la cual es posible generar polígonos de thiessen, controlando con ello la entrada de información pertinente a lluvias dependiendo de la zona de medición.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 5-18.

(19) MIC 2011-I0-5. Figura 5-4. Polígonos de Thiessen para la ciudad de Manizales, según las. estaciones meteorológicas existentes.. 5.3 METODOLOGÍAS DE APLICACIÓN. En el estudio de las amenazas por deslizamiento, se cuenta con un extenso repertorio de métodos y tipos de análisis, sin embargo definir con seguridad cuál es el más acertado redunda en un sinfín de opiniones y discrepancias, en la que se puede tener la razón en todas, o errar en todas, según se generen los análisis. Esta situación de incertidumbre se debe esencialmente a la variabilidad de las condiciones de los suelos y de los factores ambientales tan impredecibles que los alteran constantemente. Las metodologías seleccionadas para el análisis de la amenaza por deslizamiento en el presente proyecto, hacen parte de los métodos más usados por la ingeniería y la geotecnia en los análisis de estabilidad de taludes y laderas. Hasta este punto, no se recalca nada innovador en el uso de software para el cálculo de factores de seguridad, sin embargo, la toma de decisiones de esta forma se reducía a una área de estudio específica, y hacerlo de esta manera para toda una región, resulta materialmente inadecuado, por ello, se pretende fundir en un solo elemento, el uso de los métodos tradicionales de análisis para amenazas por deslizamientos, con la tecnología SIG (Sistemas de Información Geográfica).. MAURICIO CARDONA OSORIO. 5-19.

(20) MIC 2011-I0-5. 5.3.1. Mecanismo de Falla Traslacional o Falla Plana.. El movimiento se presenta por corte a través de una superficie relativamente plana (deslizamiento plano) o a través de la línea de intersección de dos planos (deslizamiento en cuña). Este mecanismo es común en masas rocosas que están afectadas por discontinuidades tales como planos de estratificación, juntas de enfriamiento, fracturas de origen tectónico, esquistosidad entre otras. Las condiciones para que se produzca este tipo de movimiento son que las discontinuidades o bien la línea de intersección, aflore en el frente del talud de manera que el movimiento sea cinemáticamente posible, además de que la resistencia al esfuerzo cortante en las discontinuidades sea menor que las fuerzas aplicadas (peso propio, sobrecargas, fuerzas de infiltración o fuerzas sísmicas). Para calcular el factor de seguridad para superficies de tajadas planas se utiliza el método tradicional. El cálculo se hace por medio de un análisis celda por celda y calculando la relación entre las fuerzas actuantes y las resistentes a lo largo del plano de falla. En los cálculos se desprecia el efecto de la fuerza horizontal entre tajadas, el cual se anula en forma aproximada entre tajada y tajada. Los términos que intervienen en los cálculos son los siguientes: 1. La altura del primer estrato que define el plano de deslizamiento y que está determinado según la información geotécnica obtenida. 2. La cohesión entre estratos, también definida por la información geotécnica. 3. El coseno y el seno del ángulo de la superficie con la horizontal, el cual depende de la topografía. 4. La aceleración sísmica, que esta descrita punto a punto, según amenaza sísmica. Las expresiones para el cálculo del factor de seguridad por el método de la falla plana son: Fh. .l.b.h. Fh W .K / g. (1) (2). Entonces:. MAURICIO CARDONA OSORIO. 5-20.

(21) MIC 2011-I0-5. FS. Clb ( w FhSen )Cos Tan Wsen FhCos. (3). FS. Clb ( lbh lbh.KSen )Cos Tan WSen WKCos / g. (4). C / h (1 KSen / g )Cos Tan Sen KCos / g. FS. (5). Con: : : C: W: : : K: g:. Ángulo de inclinación del plano de falla Ángulo de inclinación de la superficie del terreno, se considera paralelo a Cohesión del suelo Peso del bloque deslizante Angulo de fricción interna del suelo Peso específico del suelo Factor de fricción estática Aceleración gravitacional. Figura 5-5. Gráfico ilustrativo del mecanismo de falla plana.. 5.3.2. Parámetros del modelo.. El programa para deslizamiento, requiere los siguientes parámetros de entrada dependiendo del método de análisis: -. Topografía. Suelos. o Cohesión del estrato potencialmente deslizable o Cohesión del estrato base o Ángulo de fricción del estrato potencialmente deslizable. MAURICIO CARDONA OSORIO. 5-21.

(22) MIC 2011-I0-5. -. o Ángulo de fricción del estrato base o Peso específico del estrato potencialmente deslizable o Peso específico del estrato base o Espesor del estrato potencialmente deslizable Aceleración Sísmica. Humedad del suelo (directamente ligado a la ubicación del nivel freático en el suelo). 5.3.2.1. Topografía.. El modelo digita de elevación o MDE, debe ser convertido a un archivo raster para que pueda ser leído por el software a usar en el análisis.. Figura 5-6. DEM para la ciudad de Manizales.. 5.3.2.2. Suelos.. Con base en la microzonificación geotécnica para Manizales, se le asigna un identificador a cada tipo de suelo con el cual el programa es capaz de ir y leer en un archivo de propiedades definido para cada suelo.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 5-22.

(23) MIC 2011-I0-5. Figura 5-7.Mapa de suelos rasterizado.. 5.3.2.3. Aceleración Sísmica.. Este parámetro debe ir de la mano con la zonificación sísmica de Manizales; dicha información debe estar contenida en un archivo raster de las mismas condiciones que los mostrados anteriormente, en donde se escriben las aceleraciones máximas de las zonas. Para el presenta proyecto, la evaluación por sismo no se ha tenido en cuenta, por lo tanto el raster de aceleraciones es igual a cero.. 5.3.2.4. Humedad del suelo.. Como el aumento del nivel freático en el suelo es uno de los fenómenos más complejos en el que la resistencia del suelo tiende a disminuir, siendo uno de las condiciones más desfavorable en la estabilidad de taludes y laderas, se ha implementado el programa infiltra3D, con el que es posible obtener infinidad de escenarios de agua, producto de la infiltración de la lluvia en el suelo, generando cambios de niveles freáticos, que pueden ser involucradas en los cálculos del factor de seguridad.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 5-23.

(24) MIC 2011-I0-5. Figura 5-8. Esquema para la generación de escenarios hidrológicos.. Para el desarrollo de los escenarios hidrológicos, hace falta definir varios tipos de variables, unas internas y unas externas. Variables internas: permeabilidad al agua y al aire del material en función de su grado de saturación. curva de retención de agua del material o curva de succión. leyes de deformación del esqueleto del material en función del esfuerzo aplicado. Variables Externas: Precipitación Escorrentía Evapotranspiración. MAURICIO CARDONA OSORIO. 5-24.

(25) MIC 2011-I0-5. DÍA 30 Figura 5-9. Variación del nivel freático al día 30 del régimen de lluvia usado. DÍA 180 Figura 5-10. Variación del nivel freático al día 180 del régimen de lluvia usado. MAURICIO CARDONA OSORIO. 5-25.

(26) MIC 2011-I0-5. DÍA 360 Figura 5-11. Variación del nivel freático al día 360 del régimen de lluvia usado. DÍA 540 Figura 5-12. Variación del nivel freático al día 540 del régimen de lluvia usado. 5.3.3. Ejecución del modelo.. Una vez se cuentan con todos los archivos de entrada, se procede a la ejecución del software. Incluyendo los escenarios hidrológicos. El archivo contiene todos aquellos escenarios que el usuario ha querido evaluar, la cantidad de escenarios que se escriben, dependen de la cantidad de escenarios sísmicos y de escenarios de agua involucrados en el análisis, de tal manera, para el caso concreto del presente proyecto, se tomaron 4 escenarios de aguas representados por laFigura 5-9 a la Figura 5-12que se mostraron anteriormente, MAURICIO CARDONA OSORIO. 5-26.

(27) MIC 2011-I0-5. igualmente se evaluó un escenario crítico donde el nivel freático se encuentra a nivel de superficie para toda la zona de estudio ( situación poco probable), pero que dará una idea de los cambios de estabilidad dependiendo de los niveles de agua que se puedan presentar para los diferentes suelos. 5.4. MAPAS DE AMENAZA POR DESLIZAMIENTO. Con base en la información existente para Manizales y con ayuda del programa de cómputo, se generaron mapas de amenaza por deslizamiento usando el método de Falla traslacional o plana.. Figura 5-13. Mapa de amenaza para la ciudad de Manizales con un aumento de nivel freático representativo producto del escenario hidrológico para el día 30 del régimen de lluvia adaptado.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 5-27.

(28) MIC 2011-I0-5. Figura 5-14. Mapa de amenaza para la ciudad de Manizales con un aumento de nivel freático representativo producto del escenario hidrológico para el día 180 del régimen de lluvia adaptado.. Figura 5-15. Mapa de amenaza para la ciudad de Manizales con un aumento de nivel freático representativo producto del escenario hidrológico para el día 360 del régimen de lluvia adaptado.. Figura 5-16. Mapa de amenaza para la ciudad de Manizales con un aumento de nivel freático representativo producto del escenario hidrológico para el día 540 del régimen de lluvia adaptado.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 5-28.

(29) MIC 2011-I0-5. Figura 5-17. Mapa de amenaza para la ciudad de Manizales con una condición de agua a nivel de superficie para todo el límite municipal.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 5-29.

(30) MIC-2011-I0-5. 6 TRABAJOS DE CAMPO Y LABORATORIO 6.1 TRABAJO DE CAMPO Con base en la sectorización realizada por la microzonificación geotécnica de Manizales es este estudio y teniendo en cuenta los mapas de amenaza por deslizamiento obtenidos en capítulos anteriores, se definieron los sectores del barrio la Cumbre y los Yarumos como aptos para el análisis de estabilidad de taludes con infiltración a escala física reducida y como material de evaluación la ceniza volcánica. 6.1.1. EXTRACCIÓN DE MUESTRAS. Pasos para la extracción de muestras inalteradas, toma de cubos para modelación física en centrifuga. a) Preparación de la zona de toma. Se debe buscar una zona limpia del material, en este caso ceniza volcánica, buscar que no tenga grandes intercalaciones o zonas de debilidad en el material, lo cual hace muy difícil la extracción, igualmente que no tenga grandes zonas de oxidación y libre de materia orgánica y de raíces.. Figura 6-1.Talud seleccionado para extracción de la muestra en ceniza volcánica, en la ciudad de Manizales. MAURICIO CARDONA OSORIO. 6-30.

(31) MIC-2011-I0-5. b) En taludes, el corte del cubo debe hacerse inicialmente en las paredes laterales, ampliando progresivamente la excavación por comodidad de la extracción. La cara inferior (piso) y la cara en profundidad (arista en contacto con el talud), debe irse excavando progresivamente, alternándose, debido a que si se hace el corte completo en una de las caras, el peso de la muestra tiende a desequilibrar el cubo, generando sobreesfuerzos que producen agrietamientos o fallas completas de la muestra.. Figura 6-2. Corte del cubo sobre ceniza volcánica.. c) Luego de tener el corte completo, se debe conservar la muestra de tal forma que no pierda humedad y no se resquebraje, la mejor opción entonces es emparafinar el cubo a medida que se realiza el corte y la excavación lo vaya permitiendo, alcanzando mínimo una capa entre 5 y 10 mm. Al final todas las caras del cubo deben quedar cubiertas con parafina. Igualmente se enrolla la muestra en plástico que conserve las condiciones lo mejor posible y evitar los golpes directos sobre la muestra y la parafina. Con este proceso se logra mantener al máximo las condiciones ambientales de extracción de la muestra.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 6-31.

(32) MIC-2011-I0-5. Figura 6-3. Protección de la muestra, para su envío al laboratorio.. d) Posterior a la emparafinada, se debe proteger la muestra para el transporte y el almacenaje, ya que los cambios de temperatura y los movimientos bruscos pueden perjudicar la muestra. Para tal fin se han implementado dos tipos de protección, paredes de icopor de 1 cm de espesor y una protección de madera externa en triplex. No se recomiendan madera muy gruesa o más fina que esta debido a que en la extracción, maderas más fuertes son muy difíciles de despegar y se pueden dar golpes fuertes a la muestra. Sin embargo para el cargue de esta se debe hacer un guacal en madera para poderla manipular fácilmente. Situación: al cortar la muestra se pasa de estar en un estado de esfuerzos compresivos, debido al esfuerzo geoestacional que la cubre, a pasar a un estado de relajación, al encontrarse fuera del campo de esfuerzos, induce un reacomodo sobre la muestra produciendo grietas y nuevos esfuerzos internos, igualmente el material a la intemperie reacciona negativamente.. 6.2. ENSAYOS DE LABORATORIO. En el área de proyecto se ha venido conformando una base de datos importante de las propiedades geomecánicas del perfil del subsuelo, lo que permitió una programación del laboratorio dirigida principalmente a identificar los diferentes estratos y a ajustar los parámetros de resistencia al esfuerzo cortante. La siguiente tabla muestra la relación cuantitativa de los ensayos realizados: MAURICIO CARDONA OSORIO. 6-32.

(33) MIC-2011-I0-5. Tabla 6-1. Ensayos realizados para caracterización de la ceniza volcánica. ENSAYO Triaxiales CU de tres puntos - Cortes Directos - Compresión inconfinada - Consolidación - Límites - Clasificaciones - Humedad Natural - Gravedad Especifica - Peso unitario. CANTIDAD 3 3 3 1 3 3 3 1 3. 6.3 PERFIL GEOTÉCNICO 6.3.1. Descripción del perfil. Con base en las investigaciones de campo y laboratorio se elaboró el siguiente perfil de análisis: 6.3.1.1. Cobertura. Desde el nivel actual del terreno, se encontró la cobertura del terreno consistente en un limo arenoso con pilli, de humedad normal y gran presencia de raíces, de aproximadamente unos 50 a 90 cm. 6.3.1.2. Ceniza volcánica. Debajo de la cubertura, se encuentra un estrato limo arenoso gris amarillento con vetas y costras de óxido con humedad normal y resistencia media desde los 90cm hasta los 4.20 m de espesor máximo alcanzado. Las propiedades índices de esta ceniza, tiene contenido de humedad natural fluctuando entre 56 y 69%, límites líquidos fluctuando entre 51.5 y 81.2%, límites plásticos fluctuando entre 34 y 42.7%. Material clasificado según sistema SUCS como un MH con fracción fina superior al 50%. En ninguno de los apiques se registró nivel freático (NF) Resistencia a la Compresión Inconfinada: El valor promedio de la resistencia a la compresión inconfinada para el estrato de ceniza volcánica fluctúa entre 35.28 y 98 kPa. Este valor indica que los suelos son de resistencia media, sin embargo se aprecia que son valores erráticos para un mismo material en un cambio de profundidad pequeño.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 6-33.

(34) MIC-2011-I0-5. Peso Unitario del Suelo: El valor promedio para los depósitos de ceniza volcánica es de 15 kN/m3 para pesos unitarios húmedos, presentando una variación que va desde 13.6 kN/m3 hasta 16 kN/m3 y de 9.08 kN/m3 para pesos unitarios secos presentando una variación que va desde 8.74 kN/m3 hasta 9.40 kN/m3. Angulo de Fricción: Mediante el ensayo de corte en condiciones no consolidado no drenado (U.U.) se presenta un valor promedio de esta propiedad de 28.33º con un rango de variación entre 24.97 a 34.72º para las cenizas volcánicas. Igualmente se realizaron a las muestras ensayos triaxiales consolidados no drenados (C.U.). Los que arrojaron valores de ángulo de fricción entre 26° y 19.4 ° con un promedio de 21°. Cohesión: Calculada mediante el ensayo de corte directo U.U. presentando un valor promedio de 36.26 kPa y una variación entre 12.74 kPa y 49.98 kPa para las cenizas analizadas. La cohesión promedio calculada para los triaxiales es de 35.66 kPa. A continuación se presenta el cuadro resumen de cada una de estas propiedades: Tabla 6-2. Propiedades geomecánicas de las cenizas volcánicas analizadas. Prof LL [%] LP [%] IP [%] W [%] PUH [kN/m3] PUS [kN/m3] C [kPa] φ [°] Qu [kPa] Cu [kPa] E (kPa) (m) 13.65 8.74 12.74 34.72 35.28 17.64 13230 1.7 51.5 35.5 16.0 56.1 2.0. 65.0. 34.0. 31.0. 65.7. 15.11. 9.11. 46.06. 24.97. 92.12. 46.06. 34545. 4.0. 81.2. 42.7. 38.5. 69.0. 16.03. 9.40. 49.98. 25.31. 98.00. 49.00. 36750. Tabla 6-3. Parámetros de resistencia calculados a partir de los ensayos triaxiales. Triaxial 1. 2. 3. combinación. MAURICIO CARDONA OSORIO. muestra 1 2 3 1 2 3 1 2 3. e phi (°) c kN/m2 3.1 26.6 65.0 3.28 3.2 3.403 17 32 3.6 3.363 3.9 19.4 10.0 3.316 3.8 11.7 80.6. 6-34.

(35) MIC-2011-I0-5. LÍMITES DE ATTERBERG 0. 0. Límite Llíquido Límite Plástico Índice de Plasticidad Humedad Natural. 0.5 1. PUH PUS. 0.5 1. 1.5. 1.5. 2. 2 Profundidad[m]. Profundidad[m]. PESOS UNITARIOS. 2.5. 2.5. 3. 3. 3.5. 3.5. 4. 4. 4.5. 4.5 0. 20. 40. 60. 80. 100. 0. 5. Valores [% ]. 10. 15. 20. 25. 30. Peso Unitario [kN/m^3]. Figura 6-4. Distribución de la humedad, los límites de atterberg y pesos unitarios en profundidad para las muestras de ceniza volcánica analizadas ÁNGULOS DE FRICCIÓN 0. ángulo de fricción. 0.5. 0.5. 1. 1. 1.5. 1.5. 2. 2. Profundidad[m]. Profundidad[m]. 0. RESISTENCIA. 2.5. 2.5. 3. 3. 3.5. 3.5. 4. 4. 4.5 10. 15. 20. 25. 30. 35. Ángulo de fricción [°]. 40. 45. 50. Cohesión Resistencia al corte no drenada Cu Compresión simple Qu. 4.5 10. 20. 30. 40. 50. 60. Resistencia [kN/m^2]. Figura 6-5. Distribución del ángulo de fricción y los diferentes valores de resistencia en profundidad para las muestras de ceniza volcánica analizadas MAURICIO CARDONA OSORIO. 6-35.

(36) MIC-2011-I0-5. Deformación Axial Contra esfuerzo desviador 4. Trayectoria de esfuerzos 4.5. Muestra 1. Presión camara 1 kg/cm^2 Muestra 2. Presión cámara 2 kg/cm^2 Muestra 3. Presión cámara 3 kg/cm^2. 3.5. Muestra 1. Presión camara 1 kg/cm^2 Muestra 2. Presión cámara 2 kg/cm^2 Muestra 3. Presión cámara 3 kg/cm^2. 4 3.5. 3. 3 2.5. Esfuerzodesviadorq'[kg/cm^2]. Esfuerzodesviadorq'[kg/cm^2]. 2.5 2 1.5 1. 2 1.5 1. 0.5. 0.5. 0. 0 0. 0.05. 0.1 Deformación axial. 0.15. 0.2. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Invariante P' [kg/cm^2]. Figura 6-6. Análisis mediante ensayo triaxial para definir la trayectoria de esfuerzos en la ceniza volcánica de estudio.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 6-36.

(37) MIC-2011-I0-5. 7 PRUEBAS HIDRÁULICAS PARA SIMULACIÓN DE LA LLUVIA EN CENTRIFUGA. Para poder encontrar el sistema más acertado que simule una lluvia de características específicas, requiere de un estudio exhaustivo de diferentes métodos y clases de elementos que puedan satisfacer el tipo de análisis que se quiere realizar. Para simular una lluvia de alta intensidad sobre un talud tratando de inducir la falla, se ha seleccionado un tipo de nebulizador denominado “Green Mist” creados con un doble propósito de funcionamiento, nebulizar e irrigar de una forma uniforme sobre mesas de propagación. Con la selección de los nebulizadores, se procede a realizar las pruebas pertinentes para determinar su viabilidad en el funcionamiento del modelo físico, teniendo en cuenta un análisis de lluvia que determinara las condiciones reales de efecto sobre un talud en ceniza volcánica. Como ya se ha nombrado insistentemente en capítulos anteriores, el sector de análisis seleccionado para la extracción de muestras tipo cenizas volcánicas se ha realizado en la ciudad de Manizales, de tal manera que tomando de nuevo los registros de precipitación usados en la consecución de los mapas de cambios de niveles freáticos, se generaron varios histogramas de cuatro meses de precipitación en temporada invernal para la ciudad, que serán los insumos para seleccionar la lluvia a usar en el modelo a escala reducida. Tabla 7-1. Máximos valores de precipitación e intensidad acumulados para los cuatro meses analizados.. MAURICIO CARDONA OSORIO. MIN. MM. MM/H. 5 10 15 30 60 90. 10.92 19.05 23.37 30.74 34.04 38.87. 131.04 114.3 93.48 61.48 34.04 25.91. 7-37.

(38) MIC-2011-I0-5. LLUVIA ACUMULADA EN HORAS. P r e c i p i ta c i ó n [m m ]. 25. 20. 15. 10. 5. 0 0. 200. 400. 600. 800. 1000. 1200. 1400. 1600. 1800. 2000. 2200. 2400. 2600. 2800. 3000. Tiempo [hr]. Figura 7-1. Histograma para un registro de lluvias de 4 meses en horas.. LLUVIA ACUMULADA EN DÍAS. P r e c i p i ta c i ó n [m m ]. 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 100. 110. 120. Tiempo [días]. Figura 7-2 Histograma para un registro de lluvias de 4 meses en días. MAURICIO CARDONA OSORIO. 7-38.

(39) MIC-2011-I0-5. LLUVIA ACUMULADA EN HORAS - 1 MES. P r e c i p i ta c i ó n [m m ]. 25. 20. 15. 10. 5. 0 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600. 700. Tiempo [hr]. Figura 7-3. Histograma para un registro de lluvias de 1 mes invernal en horas.. LLUVIA ACUMULADA EN DÍAS - 1 MES. P r e c i p i ta c i ó n [m m ]. 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. Tiempo [días]. Figura 7-4. Histograma para un registro de lluvias de 1 mes invernal en días.. Teniendo la base física de lo que se quiere lograr, se realizan varias pruebas hidráulicas para determinar la competencia de los nebulizadores seleccionados a la hora de implementarlos en el modelo, de tal manera que a continuación se describen los ensayos y pruebas realizadas para tal fin y los implementos usados para llevarlos a cabo.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 7-39.

(40) MIC-2011-I0-5. 7.1 CÁMARA DE AGUA. La cámara de agua cumple la función de controlar y transportar el agua con presiones determinadas, con la ayuda de cuatro válvulas independientes que se pueden abrir y cerrar a voluntad mediante un mecanismo electrónico.. Figura 7-5. Vista de la cámara de agua. Figura 7-6. Vista frontal de la cámara de agua.. En las figuras siguientes se muestran en detalle los componentes principales de la cámara.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 7-40.

(41) MIC-2011-I0-5. 3. 2 1. Figura 7-7. Modelo de cámara de agua, donde se especifican sus componentes principales.. 1. Válvula neumática para el control del paso del agua. 2. Electroválvulas. Accionamiento eléctrico (12v) controla el paso del aire para las válvulas neumáticas. 3. Cámara para el almacenamiento del agua.. 7.1.1. Montaje para la prueba hidráulica. Para la implementación de la cámara de agua, en la simulación de la lluvia, se deben instalar unos nebulizadores de tal forma que se tenga una distribución pareja del riego del agua sobre la superficie requerida. En la figura siguiente se muestra el montaje realizado para las pruebas hidráulicas.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 7-41.

(42) MIC-2011-I0-5. Figura 7-8. Prueba de aspersión para los nebulizadores.. En la Figura 7-8 se aprecia la colocación del nebulizador, que incluye igualmente un dispositivo antigoteo, se le prepararon dos soportes a lado y lado graduables, de tal manera que se puede conseguir la altura deseada con una buena precisión. La tubería va directamente a una de las válvulas neumáticas de la cámara de agua. Se realizó un enlace mediante “tes” para verificar presiones con manómetros de precisión tanto a la salida de la cámara, como a la llegada al nebulizador. Los fabricantes de los nebulizadores, recomiendan presiones entre 2 y 4 bares para conseguir riegos uniformes y no afectar el funcionamiento del mecanismo. En la Tabla 7-2se presentan los resultados de las pruebas. Para poder controlar de manera más precisa las presiones con que el agua se encuentra en el interior de la cámara de agua y su posterior salida a los nebulizadores, se instaló un sistema de manómetros a la entrada y salida del agua, que además de preservar las condiciones calculadas para su posterior uso en la modelación física, dan una idea de las pérdidas que se pueden estar generando en el sistema y sus posibles fallas, como la implementación de las medidas correctivas. Tabla 7-2. Análisis de presión y aspersión para los nebulizadores. Altura h(cm). Presión de salida Pe (bar). 20. Presión entrada Pe (bar) 2. 1.8. 40. 20. 4. 3.75. 25. 2. 25. 4. MAURICIO CARDONA OSORIO. Radio de Área Mojada riego Ro (cm) Ao(cm2). Ángulo de incidencia(°). Ángulo en la boquilla(°). 5026.55. 26.57. 63.4. 37. 4300.84. 28.39. 61.6. 1.86. 43. 5808.80. 30.17. 59.8. 3.7. 40. 5026.55. 32.01. 58.0. 7-42.

(43) MIC-2011-I0-5. 30. 1.5. 1.5. 52. 8494.87. 29.98. 60.0. 30. 2. 1.82. 48. 7238.23. 32.01. 58.0. 30. 2. 1.825. 45. 6361.73. 33.69. 56.3. 30*. 2. 1.85. 54. 9160.88. 29.05. 60.9. 30. 3. 2.8. 45. 6361.73. 33.69. 56.3. 30. 4. 3.64. 44. 6082.12. 34.29. 55.7. 30. 4. 3.8. 45. 6361.73. 33.69. 56.3. *La fila en amarillo corresponde a una prueba en la que no se usó válvula antigoteo.. Como se puede apreciar en laTabla 7-2, existen perdidas de presión en el sistema, que se logró identificar gracias a un goteo en las válvulas neumáticas, sin embargo igualmente se puede ver que los valores tienen una variación muy pequeña y por lo tanto no fue necesario desechar la prueba como ayuda para la calibración de la cámara de agua y nos nebulizadores simuladores de lluvia, sin embargo la perdida de presión fue corregida satisfactoriamente. A continuación se realiza una breve descripción del ángulo de riego de los nebulizadores según su altura con respecto al punto de riego y la presión usada.. h. Ro Figura 7-9. Gráfico de definición de la nomenclatura para el análisis de la aspersión.. 7.1.2. Prueba de caudal. Para la prueba de caudal, se usó un recipiente plástico, como no fue posible medirle exactamente sus dimensiones para realizar la prueba al volumen, se realizó mediante peso. Se asignaron tiempos fijos para el llenado del recipiente a diferentes presiones, evaluadas en laTabla 7-2, de tal manera que los resultados se muestran en la tabla siguiente: MAURICIO CARDONA OSORIO. 7-43.

(44) MIC-2011-I0-5. Tabla 7-3. Análisis de caudal para diferentes presiones en los nebulizadores de aspersión. Presión entrada Pe (bar). tiempo de medición t (min). tiempo de medición t (seg). peso del recipiente Wr (gr). 2. 5. 300. 638.6. 2. 5. 300. 640.36. 1.98. 3090.6. 2450.24. 3. 4. 240. 639.53. -. 3542. 3. 4.5. 270. 639.63. 2.85. 4. 3.5. 210. 639.9. 4. 3.5. 210. 640.27. peso específico del agua=. 1. gr/cm. Presión Peso peso del Volumen de salida recipiente + agua (gr) ocupado Pe (bar) agua Wr+w por el agua (gr) (cm3) 1.95 3096.37 2457.77 2457.77. caudal (cm3/seg). caudal (lt/seg). caudal (lt/h). 8.193. 0.008. 29.493. 2450.24. 8.167. 0.008. 29.403. 2902.47. 2902.47. 12.094. 0.012. 43.537. 3903. 3263.37. 3263.37. 12.087. 0.012. 43.512. 3.95. 3641. 3001.1. 3001.1. 14.291. 0.014. 51.447. 3.9. 3648. 3007.73. 3007.73. 14.323. 0.014. 51.561. 3. 7.2 PRUEBA DE VELOCIMETRIA DE PARTICULAS POR IMAGENES (PIV) EN 2D. La prueba PIV ha tenido extensas aplicaciones en el estudio del comportamiento de los fluidos gracias a que esta técnica es capaz de hallar campos de velocidad sobre un plano de estudio específico. Inicialmente se debe definir el montaje para el fluido en estudio, en este caso, el fluido es agua, así que no se debe tener en cuenta su viscosidad como un factor determinante en el modelo. La importancia de la viscosidad radica en que esta determina que la velocidad del experimento sea equivalente a la realidad.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 7-44.

(45) MIC-2011-I0-5. Figura 7-10. Montaje para realización del ensayo de PIV. Como se aprecia en la fotografías, el modelo consta básicamente de la cámara hidráulica, con la cual, es posible contralar la presión de salida del agua, manguera de adapte a la válvula hidroneumática para regular el paso del agua, y el nebulizador tipo aspersor. El aspersor se ubica horizontalmente, de manera que el plano del láser corta el nebulizador por la mitad. Los componentes que conforman el montaje para la medición de velocimetría por imágenes de partículas en 2D (PIV), son una cámara de alta definición y un láser que genera un plano con una distancia focal definida. 7.2.1. Procedimiento de análisis.. El láser genera un plano de análisis en el que irradia las partículas disueltas en el agua, dichas partículas al iluminarse son captadas por la cámara de alta definición en pares de imágenes, que permiten una ubicación absoluta de las partículas, con ayuda del software especializado DaVis 7.2, es posible procesar dichas imágenes para obtener vectores de velocidad de manera estadística del experimento desarrollado.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 7-45.

(46) MIC-2011-I0-5. Figura 7-11. Fotografía de aspersión de agua con contenido de partículas, irradiadas por el láser. El experimento se llevó a cabo a distintas presiones, para comprobar los cambios de velocidades, la forma del riego y los ángulos que forman a la salida del nebulizador. En la tabla siguiente se muestran las diferentes presiones de análisis. Tabla 7-4. Cálculo de velocidades y ángulos de aspersión para el nebulizador a partir del ensayo de PIV PRESIÓN 2 bares 3 bares 4 bares 5 bares. Nº ENSAYOS 2 2 2 1. Velocidad máxima (m/s) 22.47 24.18 29.94 28.33. Ángulo máximo de dispersión 63 60 57 47. Figura 7-12. Vectores de velocidad a una presión de dos bares. MAURICIO CARDONA OSORIO. 7-46.

(47) MIC-2011-I0-5. Figura 7-13. Vectores de velocidad a una presión de tres bares.. Figura 7-14. Vectores de velocidad a una presión de cuatro bares.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 7-47.

(48) MIC-2011-I0-5. Figura 7-15. Vectores de velocidad a una presión de cinco bares.. Según los análisis anteriores, se definió como presión de trabajo 2 bares, para evitar una salida excesiva de caudal, igualmente esta es la presión escogida para aplicar al modelo físico, para evitar que la aspersión cause erosión en el material debido al impacto. La altura estimada de la válvula con respecto a la superficie de entrada en los tubos es de 5 a 5.5 cm, con esta altura se controla que la abertura de aspersión no sobrepase los 20 cm que se tiene como máximo de ancho en la cámara para la centrifuga. 7.2.2. Pruebas de homogeneidad del riego.. Para comprobar si los nebulizadores tomados para la simulación de la lluvia, pueden mantener un disparo homogéneo, se implementó el montaje que se muestra a continuación.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 7-48.

(49) MIC-2011-I0-5. Figura 7-16. Ubicación de un solo nebulizador para la prueba de riego. Figura 7-17. Gráfica para los datos recuperados de la prueba N°1 de riego de un solo nebulizador.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 7-49.

(50) MIC-2011-I0-5. Figura 7-18.Gráfica para los datos recuperados de la prueba N°2 de riego de un solo nebulizador.. Figura 7-19. Distancia de 10 cm entre nebulizadores para buscar minimizar las zonas centrales sin riego. Disposición hecha para la prueba N°3. MAURICIO CARDONA OSORIO. 7-50.

(51) MIC-2011-I0-5. Figura 7-20. Gráfica para los datos recuperados de la prueba N°3 de riego con dos nebulizadores.. Es claro que debido a la naturaleza para la que ha sido creada este tipo de nebulizador, el interés primordial es generar una aspersión lo más amplia posible, de tal manera que en las pruebas que se le realizaron a uno sola, se aprecia una zona sin riego que coincide con el centro del nebulizador. Sin embargo para las pruebas con dos válvulas consecutivas, si se les alinea adecuadamente se logra corregir en gran parte este fenómeno, mostrando igualmente que se mantienen los anchos requeridos.. MAURICIO CARDONA OSORIO. 7-51.

(52) MIC-2011-I0-5. 8 MODELACIÓN FÍSICA 8.1 SELECCIÓN DE LA METODOLOGIA EXPERIMENTAL Como metodología básica de análisis para la modelación física de un talud a escala reducida en la centrifuga geotécnica induciendo la falla con infiltración, se requiere generar un control de los límites ambientales, buscando medir las presiones intersticiales y la deformación debida a la infiltración en la masa de suelo. El análisis de esfuerzos efectivos de cualquier talud observado requiere del conocimiento de la presión de poros del agua dentro del talud. Para adelantar dichas mediciones se cuentan con diferentes técnicas para lograr las medidas de succión, tanto durante la realización del ensayo como posterior a ello. Resultados sobre ensayos en centrifuga como en todos los ejercicios de modelos son susceptibles a errores si son introducidas las condiciones de frontera incorrectas. Para la modelación de taludes en materiales limoarcillososcomo la ceniza volcánica, a menudo se pasa por alto condiciones de frontera como la humedad relativa sobre la superficie del talud. Asentamientos producidos por consolidación de su propio peso en el tiempo son muy comunes en la modelación con centrifuga mientras se consigue un acomodamiento debido al aumento de las gravedades. Consecuencia directa del cambio de presión de poros en el modelo, donde no será posible una recuperación total del espécimen. Tabla 8-1. Relaciones de similitud entre el modelo y el prototipo. MODELO/PROTOTIPO Densidad Altura talud Ángulo de inclinación talud Área Aceleración. MAURICIO CARDONA OSORIO. 1 1/N 1 1/N2 N. Tiempo. 1/N2. Desplazamiento. 1/N. Deformación. 1. Esfuerzo. 1. Velocidad Masa Fuerza. 1 1/N3 1/N2. 8-52.

(53) MIC-2011-I0-5. Al medir deformaciones mediante imágenes no es necesario definir los puntos de control antes de la ocurrencia del evento a modelar. Es posible de esta manera monitorear la generación de la falla y las tensiones que se presentan sobre esta. Al contar con un mecanismo de imágenes, se puede conseguir una medición de deformaciones más limpias, con sensores de medición de deformaciones dentro de la masa de suelo, se inducen mecanismos de falla no correspondientes al material, solo por el hecho de turbar el medio ensayado. Sin embargo los puntos de control sobre el talud, definen de mejor manera el área de estudio, para el análisis por imágenes. Los nebulizadores de aspersión seleccionados para la simulación de la lluvia producen goteos con un diámetro de 0.13mm (130µ), usados para reducir la presión de impacto sobre la superficie del suelo al aumento de gravedades en la centrfuga. Dos aspersores fueron usados sobre el campo con una intensidad de precipitación de 2000 mm/h sobre el modelo a 50 g correspondiente a una intensidad de precipitación en el prototipo de 40 mm/h.. 8.2 SIMILITUD CON LA PRECIPITACIÓN. Un valor de 40mm/hr de intensidad de lluvia (rp) , para una precipitación (Rp)de 400 mm fueron escogidos como las condiciones normales para una lluvia fuerte en el prototipo según los registros meteorológicos para la ciudad de Manizales, y una fuerza de aplicación con ayuda de la centrifuga de 50 veces la gravedad. Como notaciones, p y m son usadas para referirse al prototipo y el modelo en centrifuga en una escala 1/N, respectivamente. El valor de N corresponde al factor de escala así como a un valor de gravedad en la maquina centrifuga. Ecuaciones para la intensidad de precipitaciones en el prototipo (rp) y el modelo en centrifuga (rm) son se pueden realcionar como se muestra en las ecuaciones(6) y (7). (6) (7) Donde Rp y Rm son las cantidades de lluvia precipitada (mm) en el prototipo y en el modelo para centrifuga, tp y tm expresan la duración de la precipitación en horas (hr). Consecuentemente, la ecuación (8) muestra la relación entre Rp y Rm en función del factor de escala. MAURICIO CARDONA OSORIO. 8-53.