Maestría en Ingeniería - Geotécnia

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Comportamiento esfuerzo deformación en discontinuidades presentes en rocas debido a fracturamiento hidráulico en yacimientos de hidrocarburos no convencionales
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Mateus Tarazona, Jefferson Said; Tapias Camacho, Mauricio Alberto; Rueda Cordero, Julio Alberto; Tarazona, Jefferson Mateus [0000448559]; Geotechnical Engineering Knowledge and Innovation Genki
En el presente trabajo se investiga el comportamiento mecánico de discontinuidades geológicas presentes en el subsuelo cuando se realizan operaciones de fracturamiento hidráulico. Se desarrollaron 2 modelos numéricos de elementos finitos (FEM) utilizando elementos cohesivos para representar las discontinuidades y simular el fracturamiento hidráulico en rocas con permeabilidad intrínseca diferente. Se encontró que la energía de fractura se optimiza en tratamientos de fracturamiento hidráulico realizados en rocas de menor permeabilidad. En la roca de menor permeabilidad se obtuvo: Mayor apertura de fractura, mayor longitud de fractura, mayor desplazamiento de los bordes de fractura, mayor esfuerzo normal en la zona del proceso cohesivo, mayor espesor de la zona en donde se da el proceso cohesivo y menor presión de inyección. En un siguiente nivel de la investigación se incluyó una fractura natural en el modelo, se estableció una metodología para manejar las características topológicas de los elementos cohesivos con el fin de dar continuidad al flujo del fluido en los puntos de intersección de la fractura hidráulica (FH) y la fractura natural (FN) permitiendo la propagación de las dos discontinuidades luego de la intersección. Se encontró que la presencia de la FN en el medio de propagación de la FH genera una caída característica en la presión de inyección que representa una marca dejada por la presencia de la FN. También se encontró que la FN y la FH, en el punto de inyección, sufren un cerramiento por efecto de la propagación simultánea de las dos discontinuidades. Este comportamiento realístico tiene implicaciones significativas para los tratamientos de estimulación en la vida real, teniendo en cuenta que la geometría alcanzada por la FN y la FH son aspectos que condicionan el flujo de los hidrocarburos al controlar el paso de materiales propantes. En el mismo sentido el cerramiento de las discontinuidades puede romper ciertos tamaños de partícula del material propante que ingresó previamente a las discontinuidades (Texto tomado de la fuente).
Evaluación paramétrica de la respuesta mecánica de un sistema de suelo reforzado con geoceldas apoyado sobre suelos finos mediante simulaciones numéricas
(Univesridad Nacional de Colombia, 2025) Cortes Torres, Daniel Alejandro; Pineda Jaimes, Jorge Arturo
El desarrollo de infraestructura sobre suelos blandos, como las arcillas altamente compresibles de la Sabana de Bogotá, exige soluciones técnicas que mejoren la capacidad portante y reduzcan asentamientos. Las geoceldas, estructuras tridimensionales que generan confinamiento lateral y redistribuyen cargas, han demostrado ser una alternativa eficiente y sostenible. Aunque a nivel internacional existen estudios avanzados sobre su comportamiento, en Colombia no se habían documentado análisis con modelación numérica tridimensional realista para suelos finos. Este trabajo presenta una serie de simulaciones en PLAXIS 3D que emplean geometría real tipo panal para representar la interacción suelo-refuerzo. Se analizaron 25 modelos combinando diferentes diámetros de celda (244, 320 y 508 mm), espesores de material granular (20 y 25 cm) y tamaños de placa de carga (0.2 m y 0.4 m). Los resultados mostraron que configuraciones con una relación h/d cercana a 1 optimizan el comportamiento estructural del refuerzo, al activar completamente el confinamiento lateral y mejorar la redistribución de esfuerzos en la base. También se identificaron fenómenos como el punzonamiento o la pérdida de eficiencia por sobredimensionamiento de celdas, posibles de detectar únicamente mediante modelación tridimensional. Para evaluar la eficiencia del refuerzo, se utilizó el Bearing Capacity Ratio (BCR), definido como la relación entre la capacidad portante de un sistema reforzado con geoceldas y la capacidad del mismo suelo sin refuerzo. Se obtuvieron valores de BCR entre 1.5 y 4.5, siendo más eficientes las configuraciones que alcanzaronvalores entre 1.5 y 2.5. Los hallazgos sientan bases técnicas aplicables al contexto colombiano y promueven soluciones más sostenibles en ingeniería geotécnica. En este estudio también se evaluó el desempeño mediante el factor PSR (Percentage Settlement Reduction), que cuantifica la reducción porcentual del asentamiento atribuible al refuerzo con geoceldas. Los resultados muestran que el PSR aumenta con rapidez al incrementar la relación h/d desde valores bajos, por el mayor confinamiento y la rigidez compuesta de la capa; no obstante, alrededor de h/d ≈ 0.7–0.8 aparecen comportamientos decrecientes y, después de ese óptimo, una leve disminución asociada a límites estructurales de celdas de mayor altura (pandeo o pérdida de tensión). En conjunto, se obtuvieron reducciones de asentamiento del 35% al 58%, con valores máximos de hasta 73% en los análisis desarrollados. También se evaluó el desempeño mediante el índice SSR, que refleja la proporción de esfuerzo vertical efectivo transmitido a la subrasante. Se obtuvieron reducciones del 30 % al 45 %, evidenciando la capacidad del refuerzo con geoceldas para disipar cargas y mejorar la eficiencia estructural del sistema (Texto tomado de la fuente).
Análisis paramétrico de grupos de pilotes usados como estructura de estabilización en taludes
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Garzón Espejo, Ronald Steve; Colmenares Montañez, Julio Esteban; García Feria, William Mauricio; Geotechnical Engineering Knowledge and Innovation Genki
Se estudió el comportamiento de grupos de pilotes que sirven como estructura de estabilización en taludes que presentan movimientos de remoción en masa activos. El análisis incluyó la generación de modelos computacionales del sistema suelo-pilotes con modelos bidimensionales aplicando el método de las curvas empuje-deflexión, y con modelos tridimensionales aplicando el método de los elementos finitos. Se estudió el desplazamiento y acciones internas del pilote para veintiocho (28) grupos con diferente separación entre pilotes y diferente configuración de las filas (comúnmente se denominan arreglo rectangular y arreglo al tresbolillo). Este análisis incluyó pilotes de sección transversal circular y pilotes de sección cuadrada, un suelo inestable de origen residual y un suelo estable de origen residual con cementación. Los resultados mostraron que un aumento en la separación entre pilotes (en dirección perpendicular al deslizamiento) aumenta la eficiencia del grupo y la fuerza resistente desarrollada por cada elemento, pero también aumentan los desplazamientos y el momento flector actuante. Los pilotes en grupos de una sola fila son más eficientes que en dos filas, pero en un sentido práctico, los grupos en dos filas son más convenientes, pues ofrecen una mayor fuerza resistente y menores deflexiones. La comparación entre el arreglo rectangular y el arreglo al tresbolillo demostró que la segunda opción logra reducir los desplazamientos del suelo en un mayor área del deslizamiento. Los pilotes de sección cuadrada desarrollan un efecto de arco en una extensión menor que los pilotes de sección circular y su eficiencia no aumenta notablemente, pero reducen los desplazamientos del suelo cercano de forma más pronunciada. Lo anterior indica que los pilotes de sección cuadrada se pueden instalar con mayores separaciones para lograr una solución óptima. Se concluyó que una separación centro a centro de cinco veces el ancho del pilote es óptima. (Texto tomado de la fuente)
Evaluación de la calidad de un asfalto colombiano modificado con grano de caucho reciclado y elaborado por vía húmeda en laboratorio para su aplicación en mezclas asfálticas
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-04-21) Rojas Llanos, Andrés Mauricio; Betancourt Cardozo, Ferney; Grupo de Investigación en Geotecnia Gigun
Este trabajo final de maestría se centró en la producción y control de calidad de asfaltos colombianos modificados con grano de caucho reciclado (GCR) por vía húmeda. El estudio se fundamentó en lineamientos técnicos preliminares que resultaron de la recopilación de información normativa y soportes experimentales. Se seleccionaron como materiales base el asfalto 60-70 del CIB y dos productos de GCR de un proveedor nacional a nivel industrial. A partir de mezclas preliminares de prueba se definieron las variables de producción: Tres granulometrías (A, B y C); tres temperaturas de mezclado (130, 160 y 190 °C), tres contenidos de GCR según la granulometría (13, 17 y 21%, Tipo A; 11, 15 y 19%, Tipo B y 9, 11 y 17%; Tipo C); tiempo de reacción de 60 minutos y velocidad de agitación de 1530 RPM. Se configuró un diseño central compuesto y se fabricaron 33 mezclas de asfalto modificado de GCR caracterizadas mediante ensayos de penetración, punto de ablandamiento, viscosidad, recuperación elástica por torsión, resiliencia y envejecimiento en laboratorio TFTOT. Se aplicó la metodología de superficies de respuesta para identificar las regiones óptimas de desempeño físico para cada granulometría determinando condiciones óptimas de fabricación: Tipo A: 17%-175 °C; Tipo B: 16%-175 °C; Tipo C: 13%-175 °C. Las mezclas optimizadas se caracterizaron mediante ensayos físicos y físico-químicos. Se definieron lineamientos técnicos de referencia y se evidenció que la granulometría tiene un impacto directo en la consistencia del ligante modificado recomendándose su implementación tipo A, B y C en clima cálido, templado y frío; respectivamente. (Texto tomado de la fuente).
Análisis Geoestadístico y por confiabilidad para la interpretación del ensayo CPTu en un depósito lacustre del occidente de la sabana de Bogotá
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Rodriguez Bejarano, Julian Felipe; Ávila Álvarez , Guillermo Eduardo
Este estudio propone una metodología integral para la caracterización geotécnica de un depósito lacustre, integrando datos de ensayos CPTu y de laboratorio con herramientas de modelación geoestadística y análisis probabilístico por confiabilidad. A partir del índice de comportamiento del suelo (Ic), se generó un modelo estratigráfico tridimensional mediante Kriging Bayesiano Empírico (EBK), que permitió representar la distribución espacial del subsuelo hasta 25 metros de profundidad e incorporar la incertidumbre asociada a la predicción. La consistencia del modelo fue reforzada mediante análisis mineralógico por difracción de rayos X (DRX), lo cual mejoró la correlación entre unidades geotécnicas y su composición litológica. De manera complementaria, se realizó una calibración local de los coeficientes empíricos Nkt y NΔU, generando intervalos de confianza que representan la variabilidad natural del depósito y permitieron mejorar la estimación de la resistencia al corte no drenado (Su) en condiciones in situ. En paralelo, se llevó a cabo un análisis de confiabilidad estructural aplicado al predimensionamiento de cimentaciones profundas, mediante simulaciones de Monte Carlo basadas en una función de desempeño definida como la diferencia entre la capacidad portante y la carga aplicada. Este enfoque permitió estimar de forma probabilística la probabilidad de falla (Pf) y el índice de confiabilidad (β), aportando herramientas para evaluar el desempeño estructural frente a la variabilidad de los parámetros del suelo. Los resultados obtenidos evidencian el potencial de una metodología que articula modelación geoestadística, calibración empírica y análisis por confiabilidad, contribuyendo a una interpretación más precisa del subsuelo y al fortalecimiento del diseño geotécnico en entornos sedimentarios complejos (Texto tomado de la fuente).
Verificación de la efectividad de la metodología de conservación programada para la malla vial de Bogotá aplicada a cuatro casos de estudio
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-04-21) Herrera Leal, Aixa Gabriel; Beltrán Calvo, Gloria Inés; Grupo de Investigación en Geotecnia Gigun
La conservación de la malla vial de Bogotá representa uno de los mayores desafíos en términos de movilidad, sostenibilidad urbana y eficiencia en el uso de recursos públicos. En este contexto, el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) ha diseñado e implementado una metodología para el diagnóstico, diseño de alternativas y técnicas de intervención aplicables a la conservación programada de pavimentos. Aunque esta herramienta ha sido adoptada formalmente como referencia técnica en diversos contratos y procesos de mantenimiento, no se contaba con una evaluación rigurosa que verificara su efectividad real en la práctica. Este trabajo de investigación se propuso validar dicha metodología mediante el análisis técnico y comparativo de cuatro casos de estudio ubicados en vías arteriales de la ciudad: Avenida Boyacá, Avenida Caracas, Avenida Jorge Gaitán Cortés y la Troncal de la Calle 80. Para cada uno de estos tramos, se recopilaron datos provenientes de los informes de diagnóstico inicial (fase de estudios y diseños) y se compararon con los resultados obtenidos tras la ejecución de las intervenciones (fase de construcción), analizando la evolución de la condición global del pavimento, medida principalmente a través del índice PCI (Pavement Condition Index) y otros indicadores técnicos establecidos por el IDU. El análisis incluyó la evaluación de la pertinencia de las soluciones propuestas en el diagnóstico inicial, su correspondencia con las patologías identificadas, el impacto real de las intervenciones aplicadas en la condición estructural y superficial del pavimento, y los tiempos en los que se realizaron dichas actividades (criterio de oportunidad). La validación de estos aspectos permite no solo determinar si la metodología fue aplicada correctamente, sino también si las decisiones técnicas adoptadas generaron mejoras sustanciales y sostenidas en la funcionalidad de las vías. Los resultados obtenidos muestran que, en la mayoría de los casos, las intervenciones contribuyeron a mejorar la condición de los pavimentos, aunque también se identificaron oportunidades de mejora, especialmente relacionadas con los tiempos de implementación y con la necesidad de ajustar las intervenciones según las características particulares de cada vía. Así, esta investigación contribuye al fortalecimiento de los procesos de gestión de pavimentos del IDU, ofreciendo recomendaciones para optimizar la aplicación de la metodología de conservación programada y mejorar su impacto técnico y operativo en la infraestructura vial de Bogotá. (Texto tomado de la fuente).
Mezclas asfálticas de tipo discontinuo con matriz granular de soporte producidas en caliente para rodaduras bajo condiciones técnicas exigentes
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Urrea Cardenas, Carlos Andrés; Betancourt Cardozo, Ferney
Bajo las condiciones de tránsito, climáticas, geográficas y económicas que caracterizan a Colombia, la red vial primaria del país presenta una baja durabilidad, donde predominan pavimentos flexibles conformados por mezclas asfálticas densas que no satisfacen las exigencias operativas. Estas mezclas, además de su limitada vida útil, presentan deficiencias en términos de seguridad vial, contribuyendo a una alta tasa de accidentalidad, especialmente en escenarios de precipitación intensa. En el contexto internacional, se han desarrollado y aplicado soluciones como las mezclas asfálticas con matriz granular de soporte, del tipo Stone Mastic Asphalt (SMA), las cuales se destacan por su estructura granular abierta, alta estabilidad y excelente desempeño mecánico. Estas propiedades las convierten en una alternativa prometedora para mejorar la durabilidad y seguridad de los pavimentos colombianos, especialmente en corredores sometidos a condiciones de alta carga y clima adverso. Este trabajo analiza la viabilidad técnica de las Mezclas Asfálticas con Matriz Granular de Soporte (MAMGS), considerando tres granulometrías SMA (19 mm, 12,5 mm y 9,5 mm). Se emplearon materiales colombianos: agregados pétreos, ligante asfáltico y fibras estabilizantes, suministrados por proveedores nacionales. Se llevaron a cabo ensayos de caracterización de materiales y pruebas de comportamiento mecánico para evaluar parámetros como estabilidad y flujo Marshall, resistencia al ahuellamiento, susceptibilidad a la humedad y escurrimiento de ligante, con el fin de verificar el desempeño de estas mezclas bajo condiciones locales. Los resultados obtenidos permiten establecer un punto de partida para la adopción de esta tecnología en Colombia, contribuyendo a la construcción de una infraestructura vial más segura, durable y eficiente. Tal como lo demuestra su uso exitoso en otros países, la implementación de mezclas SMA podría representar una solución efectiva para capas de rodadura en vías sometidas a altos requerimientos técnicos, mejorando la estabilidad a altas temperaturas, la resistencia al desgaste, el comportamiento estructural y la seguridad frente al deslizamiento, lo cual se traduce en una reducción del índice de accidentalidad y en la generación de corredores viales más seguros y sostenibles. (Texto tomado de la fuente).
Influencia del contenido de materia orgánica en la resistencia al corte residual de la arcilla de Bogotá
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Rodríguez Ramírez, Daniel Felipe; Colmenares Montañez, Julio Esteban; Geotechnical Engineering Knowledge and Innovation Genki
Se realizó un estudio experimental de la resistencia al corte residual de las arcillas de Bogotá con alto contenido de materia orgánica (CMO). Para lo anterior, se desarrolló un equipo de corte anular, diseñado para evaluar la resistencia al corte de las arcillas a grandes desplazamientos. Las muestras analizadas fueron extraídas del campus de la Universidad Nacional de Colombia y caracterizadas física, química y mineralógicamente con el objetivo de evaluar su comportamiento mecánico. Los resultados obtenidos mostraron que el alto CMO de las muestras analizadas aumentó el contenido de agua natural y los límites de consistencia mientras que disminuyó la gravedad especifica debido a su estructura porosa y su baja densidad. El CMO no influye directamente el ángulo de resistencia pico (𝜙), manteniéndose aproximadamente constante; mientras que la cohesión aparente (𝑐′) tiende a disminuir a medida que aumenta el CMO. Respecto a la resistencia residual se identificó una disminución significativa con el incremento del CMO. El coeficiente de resistencia residual (𝜏𝑟/𝜎′) disminuyó hasta un 40% y en ángulo de resistencia residual (𝜙 ) disminuyó un 20% con un aumento de 38% del CMO. La materia orgánica no fibrosa reduce la fricción interna entre las partículas de arcilla, disminuyendo los puntos de contacto y, por ende, la resistencia al deslizamiento de las partículas de suelo. Adicionalmente, comparando los parámetros de resistencia al corte residual con resultados obtenidos en estudios previos, se identificó que la arcilla con alto CMO no sigue las tendencias de comportamiento observadas en otros suelos arcillosos. A diferencia de los suelos convencionales, en las arcillas de Bogotá con alto CMO, un mayor contenido de fracción de arcilla se asocia con una mayor resistencia al corte residual. Esta singularidad implica que las correlaciones propuestas en otros contextos no son aplicables, identificando la necesidad de estudios locales específicos. Finalmente, la aplicación y calibración de un modelo constitutivo de daño permitió predecir eficazmente el comportamiento de las arcillas de Bogotá bajo grandes desplazamientos de corte. Suelos con alto CMO presentan una rigidez cortante y desplazamientos de cedencia significativamente menores comparados con suelos con bajo CMO, lo que resulta en una rápida degradación de la resistencia al corte y una transición rápida hacia el estado residual. Lo anterior tiene implicaciones en el diseño, análisis y construcción de proyectos geotécnicos en suelos con altos CMO, puesto que una menor resistencia residual puede comprometer la estabilidad y seguridad de estas obras. (Texto tomado de la fuente).
Estudio preliminar de susceptibilidad por deslizamientos submarinos en el Caribe colombiano
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Rodríguez Contador, David Styman; Ávila Álvarez, Guillermo Eduardo
En Colombia se han realizado múltiples estudios de estabilidad de laderas y análisis de susceptibilidad, amenaza y riesgo por procesos de remoción en masa en zonas continentales, pero son escasos los estudios de estabilidad en relieves submarinos. Con el fin de comprender mejor las condiciones generales de estabilidad en estos ambientes, en la presente investigación se realizó un estudio preliminar de susceptibilidad a deslizamientos submarinos en un sector denominado la Cuenca Sinú Offshore, frente a las costas del Caribe colombiano, donde se dispone de información base, ya que se proyecta la exploración de hidrocarburos en un área de 15.530 km². El estudio se lleva a cabo a una escala de 1:50.000 y tiene como base el modelo de elevación digital, la geología, la geomorfología y la densidad de fallas en la región. Ante la falta de información detallada, se desarrolló una cartografía geológica fundamentada en datos estratigráficos y estructurales, complementada con un análisis geomorfológico basado en estudios previos. Estas variables se integran para establecer relaciones estadísticas con factores condicionantes, permitiendo identificar áreas con mayor susceptibilidad a inestabilidad. Para la zonificación de susceptibilidad, se aplican los métodos bivariados de Peso de Evidencia y el Valor de Información, combinados con unidades de condición única. Se construyen cinco combinaciones de variables, validadas a través de curvas de éxito, y se selecciona la combinación que mejor coincida con el inventario de procesos. Finalmente, se definen los intervalos de susceptibilidad alta, media y baja mediante un análisis de distribución de frecuencias. Este estudio preliminar proporciona una base sólida para la zonificación de deslizamientos submarinos en la Cuenca Sinú Offshore (Texto tomado de la fuente).
Implementación del método del punto material con formulación acoplada de doble fase para aplicaciones geotécnicas bajo cargas estáticas
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Caro Gonzalez, Wilson Guillermo; Tapias Camacho, Mauricio Alberto; León Vanegas, David Eduardo; Geotechnical Engineering Knowledge and Innovation Genki
La modelación numérica de problemas de grandes deformaciones en Geotecnia presenta diversos desafíos numéricos debido a las limitaciones inherentes de los métodos comúnmente empleados. Estos métodos suelen utilizar mallas de discretización bajo una formulación Lagrangiana, lo que conlleva problemas de distorsión en el caso de grandes deformaciones. Alternativamente, utilizan términos convectivos en las derivadas materiales al emplear formulaciones Eulerianas, lo que añade complejidad y un alto costo computacional para resolver las ecuaciones de movimiento. Además, la naturaleza multifase de los materiales térreos requiere simular el aumento y la disipación de las presiones de poros de la fase líquida, dependiendo de las condiciones de drenaje, la velocidad de aplicación de cargas y las propiedades hidromecánicas inherentes de los suelos. Estos aspectos físicos, junto con los desafíos numéricos mencionados, incrementan la complejidad de la modelación numérica de los procesos de esfuerzo-deformación en condiciones de falla y post-falla en una amplia gama de problemas geotécnicos. Recientemente, el Método del Punto Material (MPM) ha emergido como una herramienta poderosa para abordar estos complejos problemas geotécnicos. Este método combina las ventajas de las descripciones Lagrangiana y Euleriana y permite una formulación multifase, ideal para simular comportamientos hidromecánicamente acoplados en los suelos. Este trabajo presenta una implementación, validación y aplicación de una formulación hidromecánicamente acoplada recientemente desarrollada, conocida en la literatura del MPM como "de doble fase y único punto". El código desarrollado se basa en una formulación dinámica explícita que facilita la resolución de problemas geotécnicos de grandes deformaciones en una condición plana de deformación, bajo cargas estáticas, permitiendo simular el aumento y la disipación de la presión de poros. La implementación se realizó en el lenguaje de programación Python utilizando código abierto y se basó en una versión inicial del código desarrollado para el MPM de una sola fase material, conocido como MPM - UN. Además, este desarrollo tiene un propósito pedagógico y busca facilitar futuras mejoras y avances computacionales en el código, promoviendo el uso de métodos numéricos en proyectos futuros y trabajos académicos dentro de la línea de investigación en modelación numérica en Geotecnia de la Universidad Nacional de Colombia (Texto tomado de la fuente).
Metodología para obtener distancias de viaje de movimientos en masa en la Región Andina Nororiental con base en métodos probabilísticos
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Ortiz Contreras, Jose David; Tapias Camacho, Mauricio Alberto; Román Quintero, Daniel Camilo; Geotechnical Engineering Knowledge and Innovation Genki
La geografía colombiana presenta grandes desafíos debido a la variabilidad de su topografía y los materiales presentes, dando como resultado uno de los países con mayor densidad de procesos de remoción en masa en la región, siendo valioso cada avance en el entendimiento y el análisis de estos procesos. El presente documento busca dar un paso más en el cumplimiento de este objetivo, planteando una metodología que parte de la obtención y categorización de la información, pasando por un análisis de validación estadística y finalizando en un modelo de Machine Learning que sirve como alternativa a las curvas de regresión utilizadas actualmente para el cálculo de la distancia de viaje. El resultado se compone de un algoritmo que puede usarse dependiendo del nivel de procesamiento de la información que tenga el usuario, un modelo de Random Forest elaborado en R para facilitar su uso y calibración junto con una curva de probabilidad de excedencia de distancia de viaje aplicada a un caso de estudio. Estos productos presentan una mejoría tomando como base los modelos utilizados actualmente, aumentando su precisión y exactitud al disminuir el error relativo dando una alternativa sólida de cálculo (Texto tomado de la fuente).
Influencia del método de excavación por perforación y voladura en la convergencia de túneles en rocas blandas
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Castañeda Cordero, Johana Katherine; Torres Suárez, Mario Camilo
La convergencia en túneles es el resultado de los desplazamientos o deformaciones producidas alrededor del mismo a causa de la redistribución de esfuerzos que experimenta el medio al ser sometido al proceso de excavación. Esta convergencia, puede ser influenciada por diferentes factores asociados a características geológico-geotécnicas propias del medio o debido a los métodos de excavación utilizados, teniendo en cuenta este último, en el presente trabajo de grado se realizó un evaluación de la influencia del proceso de perforación y voladura en la convergencia de túneles de roca blanda por medio del método analítico de interacción roca. Para el desarrollo del trabajo de grado se aplicó el método de análisis de interacción roca- soporte planteado por Hoek & Brown, el factor de perturbación por perforación y voladura (Factor D) propuesto por Hoek & Diederichs (2006) así como las dos ecuaciones para módulo de deformación del macizo rocoso, donde, la primera de ellas es dependiente de GSI y la segunda, dependiente módulo de deformación de la roca intacta y del GSI. Calculado el módulo de deformación, se calculó la convergencia. Con el fin de representar diferentes calidades de macizo rocoso correspondiente a roca blanda, se evaluaron valores de GSI de 90, 50 y 30, y se tomaron factores de perturbación entre 0 y 1 para evaluar diferentes grados de perturbación. Los resultados del trabajo de grado mostraron módulo de deformación infravalorados hasta 95% respecto al módulo de deformación de la roca intacta, obteniendo así falla de la excavación por convergencia (Texto tomado de la fuente).
Influencia de la estructura en el comportamiento dinámico de suelos arcillosos
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Wiest Zea, Hans Kurt; Tapias Camacho, Mauricio Alberto; Colmenares Montañez, Julio Esteban; Geotechnical Engineering Knowledge and Innovation Genki
El presente trabajo tiene como objetivo principal el análisis de la influencia de la estructura en el comportamiento dinámico de suelos arcillosos estabilizados con cemento, identificando las variaciones en sus propiedades mecánicas y dinámicas. La investigación se centró en la generación de estructura inducida en el suelo mediante la mezcla de un suelo arcilloso (caolín) con cemento Portland, evaluando su respuesta bajo cargas estáticas y cíclicas. Para ello, se realizó una serie de ensayos de caracterización física, química, mecánica y dinámica. Los resultados demostraron que el proceso de cementación inducida generó una estructura a nivel microscópico en el suelo, incrementando significativamente el módulo de corte (G) y reduciendo la relación de amortiguamiento (D), a medida que el contenido de cemento fue mayor. Además, fue posible identificar cambios relevantes en: (1) la compresibilidad, por el aumento en el esfuerzo de cedencia (σ’vy) y en los índices de compresibilidad (Cc y Cr), y (2) en la resistencia al corte por el incremento en el intercepto de cohesión (c’) y el ángulo de resistencia al corte (ϕ’), lo cual corrobora la generación de estructura en el suelo. La investigación también permitió concluir que la degradación de la rigidez y los incrementos en la presión de poros, característicos del ablandamiento cíclico, afectan a los suelos arcillosos cementados bajo ciertas condiciones, y ocurren de forma simultánea con la rotura de enlaces entre las partículas generadas por la cementación. Sin embargo, se destacó el mejoramiento en las propiedades dinámicas del suelo arcilloso gracias a la estructura generada. Este trabajo contribuye al entendimiento del comportamiento dinámico de suelos estructurados artificialmente, proporcionando bases para su aplicación en la práctica de la ingeniería como en el diseño de cimentaciones y estructuras en suelos estabilizados, así como para la comparación con el comportamiento de suelos estructurados naturalmente (Texto tomado de la fuente).
Fabricación de adoquines provenientes de “desechos” de losas de Transmilenio
(Universidad Nacional De Colombia, 2024) Calvache Hernandez, Deyvid Alexander; Murillo Feo, Carol Andrea; Geotechnical Engineering Knowledge and Innovation Genki
El trabajo de investigación analiza el uso de agregados reciclados provenientes de losas de TransMilenio (A-RCD-LT) para la fabricación de adoquines de concreto. Se realizó una campaña experimental para evaluar el desempeño mecánico y físico de los adoquines, sustituyendo entre 0%, 30%, 50% y 100% de agregados naturales por agregados reciclados. Los ensayos incluyeron resistencia a la compresión, módulo de elasticidad y relación de Poisson, flexotracción, tracción indirecta, tasa de absorción de agua, absorción de agua y resistencia a la abrasión, comparando los resultados con las normativas de la Especificación Técnica 701-17 del Instituto de Desarrollo Urbano (IDU), Especificaciones Generales para la Construcción de Carreteras, Articulo 510 del INVIAS – 2022 y Norma Técnica Colombiana (NTC) 2017-2004. Los resultados demostraron que la mezcla con un 30% de A-RCD-LT alcanzó un equilibrio óptimo entre resistencia mecánica y absorción de agua, cumpliendo con los requisitos normativos para su uso en pavimentos articulado. Sin embargo, a mayores porcentajes de sustitución, la absorción de agua aumentó dada la alta porosidad de los agregados reciclados. Se concluye que los diferentes porcentajes de sustitución de A-RCD-LT presentan mejoras significativas en la mayoría de los parámetros mecánicos respecto al concreto patrón. La mezcla con un 30% de sustitución alcanza los valores más altos en las propiedades mecánicas evaluadas. Las mezclas con un 50% y 100% también exhiben mejoras destacables respecto a la mezcla patrón, favoreciendo la sostenibilidad al emplear una mayor cantidad de material reciclado sin comprometer las propiedades mecánicas. Estos resultados destacan el potencial de los agregados reciclados para su uso en la fabricación de adoquines (Texto tomado de la fuente).
Modelo conceptual de subsidencia asociado a la extracción de hidrocarburos en un yacimiento no convencional colombiano
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Robayo Niño, Jose Luis; Ávila Álvarez, Guillermo Eduardo
El proceso de subsidencia del terreno puede tener diferentes causas, algunas de tipo natural y otras de tipo antrópico. Una de las principales causas de tipo antrópico, corresponde a la extracción de fluidos subsuperficiales, bien sea agua o hidrocarburos. Este proceso de subsidencia se analiza mediante el cálculo de las deformaciones en los diferentes estratos y la correspondiente deformación en la superficie del terreno en un cierto tiempo. Las deformaciones en cada estrato son causadas por variaciones en los niveles piezométricos y por los correspondientes cambios en los esfuerzos efectivos, los cuales generan un proceso de consolidación de los materiales, gobernado por las condiciones de compresibilidad de estos. En Colombia, donde la industria de hidrocarburos es significativa y se está considerando la investigación de la producción de yacimientos no convencionales, es decir aquellos yacimientos que cuentan con características geológicas especiales, surge la propuesta de estudiar la subsidencia derivada de la extracción de hidrocarburos en este tipo de yacimientos. En esta investigación, se realizará una estimación de los posibles niveles de subsidencia como resultado de la futura producción de hidrocarburos en un yacimiento no convencional de un caso de estudio en Colombia. Con este propósito, se plantea el desarrollo de un modelo conceptual y la utilización de la modelación numérica del proceso de consolidación axisimétrico, considerando los flujos de descarga y de recarga, los tipos de materiales, modelos constitutivos y modelos de poroelasticidad, haciendo uso del software de elementos finitos MIDAS GTS NX. Los resultados de la modelación muestran que las deformaciones esperadas en los estratos de roca localizados entre los 3.852 m y los 3.952 m de profundidad representan un 24% de la subsidencia total, mientras que el depósito superficial localizado entre los 750 m y los 1.140 m de espesor puede representar un 76% de la subsidencia total. Con los datos de análisis se encontró que los niveles de subsidencia en el sitio de estudio son del orden de 38 cm en un tiempo de 50 años (Texto tomado de la fuente).
Análisis de estabilidad de taludes mediante modelación 3D con vegetación considerando su variación temporal
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-05-30) Téllez Campos, Tatiana Samantha; Rodríguez Pineda, Carlos Eduardo
La estabilidad de taludes dentro de la ingeniería civil ha llevado a la búsqueda de soluciones que minimicen la amenaza ante la falla, con lo cual se han desarrollado diversas alternativas como: muros de contención, soil nailing, mallas, pantallas, concreto lanzado; sin embargo, dado el impacto y costo de estas soluciones en los últimos años se han buscado opciones como las técnicas de bioingeniería, que incluyen la vegetación como un elemento que aporta a la estabilidad de un talud, mediante el reforzamiento mecánico. En este trabajo se presenta la evaluación de estabilidad en 3D mediante SCOOPS 3D una herramienta de libre acceso del Servicio geológico de estados unidos (USGS), que permite evaluar la estabilidad por el método de Bishop con un DEM, para un área de estudio de 0,44 km2 en el municipio de Apia departamento de Risaralda. Se recopilan los efectos hidrológicos y mecánicos de la vegetación sobre los taludes, considerando las ventajas y las desventajas estimadas, porque la interacción suelo-raíces es compleja dado que intervienen muchas variables, como el tipo de suelo, la humedad, la composición mineral, el diámetro, la densidad e inclinación de las raíces, las condiciones climatológicas y el mantenimiento en el tiempo de la especie. Dados los antecedentes, se evaluó principalmente el aporte de resistencia al suelo debido al crecimiento homogéneo de dos especies vegetales; una arbustiva (Café) y la otra herbácea (pasto vetiver), lo anterior se realizó para diferentes periodos de tiempo. De acuerdo con las investigaciones previas, se considera que el sistema radicular proporciona anclaje, a través de la transferencia del esfuerzo cortante en el suelo debido a la resistencia a la tensión de las raíces; lo que se traduce en un aumento en la cohesión. Este parámetro autores como Norris et al, 2008; lo denominan cohesión aparente (CR) y es una característica aumenta en función del tiempo, por lo cual se considera influyente en la capa superficial del suelo, lo que puede reducir la ocurrencia de deslizamiento superficiales. En total para la modelación se consideraron cuatro escenarios de crecimiento para el pasto vetiver (Vetiveria Zinazoides), para dos (2) meses, cuatro (4) meses, seis (6) meses y un año; mientras que para el café (Coffea Arabica) se evaluaron dos escenarios para edades de 6 meses y un año, los resultados muestran un incremento de los factores de seguridad en algunos sectores comparados con el escenario sin vegetación. Lo que permite concluir que la vegetación por medio de sus raíces si puede tener efectos positivos en la estabilidad de laderas, aunque estos cambios no se consideren una solución definitiva puede ser una solución preventiva o complementaria a alternativas como terraceo, mantos contra erosión o geotextiles en sectores donde por sus características se prevé el desarrollo de movimientos en masa. (Texto tomado de la fuente).
Estudio de movimientos en masa detonados por el sismo de Quetame (Cund.) de mayo de 2008
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Ramírez Rodríguez, Cesar Santiago; García Lopez, Manuel; Fierro Morales, Héctor Julio; Geotechnical Engineering Knowledge and Innovation Genki
En este documento se desarrolla el estudio de movimientos en masa detonados por el sismo de Quetame, Cundinamarca, ocurrido en mayo de 2008. En el trabajo realizado se desarrolló una metodología para cartografiar y analizar los rasgos geomorfológicos y las propiedades morfométricas de los movimientos detonados por el sismo, y diferenciar los movimientos existentes anteriores al sismo. También se analizó tanto el contexto regional donde ocurrió el sismo, cómo los materiales geológicos involucrados, la precipitación, las estructuras geológicas y la sismicidad antecedente de la zona de estudio. En la zona de estudio se encontró que la inmensa mayoría de los movimientos en masa detonados fueron del tipo de flujos de detritos, y en menor número flujos de lodo (“debris flows” y “mudflows” de acuerdo con la clasificación de movimientos en masa de Varnes, 1996), y no se evidenció una dirección preferencial de los movimientos respecto al epicentro del sismo. En el análisis de la información generada se encontró para los movimientos detonados un rango preferencial de pendientes entre los 30° y 40° con respecto a la horizontal, y se analizaron dos relaciones morfométricas que involucran las propiedades geométricas, confirmando su aplicación para la clasificación de flujos de detritos y de lodos. (Texto tomado de la fuente).
Evaluación de la cedencia y la resistencia al corte en suelos provenientes de cenizas volcánicas con diferentes contenidos de alófana
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-06) Navarrete Redondo, Diego Nicolas; Colmenares Montañez, Julio Esteban; Geotechnical Engineering Knowledge and Innovation Genki
Los depósitos de ceniza volcánica expuestos a las condiciones medioambientales atraviesan un proceso de meteorización química que lleva a la formación de minerales como la alófana, la imogolita y la haloisita; la presencia de estos minerales condiciona la fábrica, la estructura y el comportamiento mecánico de los suelos derivados de cenizas volcánicas. Con el fin de evaluar las características físicas, la composición, el comportamiento de la resistencia al corte y la cedencia de este tipo de materiales en condición inalterada, se tomaron muestras de suelo en el Municipio de Montenegro, Quindío. Se realizaron ensayos de caracterización química, se evaluaron sus propiedades índice y se efectuaron ensayos de compresión triaxial, consolidación unidimensional e isotrópica, con el fin de obtener los parámetros de resistencia y deformabilidad de los suelos derivados de ceniza volcánica objeto de estudio. A partir de los resultados obtenidos, se logró identificar la importancia y la influencia de la alófana en el comportamiento geomecánico de este tipo de suelos, analizando sus causas y posibles implicaciones en el desarrollo de la cedencia y la resistencia al corte. Posteriormente, se evaluó la capacidad de predecir la cedencia inicial de los materiales estudiados, mediante la implementación del criterio de falla Mohr Coulomb y de los modelos del estado crítico Cam-Clay (CC), Cam-Clay Modificado (MCC) y Clay and Sand Model (CASM), identificando que el modelo CASM logra estimar adecuadamente la superficie de decencia en el espacio p’-q. (Texto tomado de la fuente).
Efecto del uso de barreras flexibles en el comportamiento de un flujo de detritos aplicado a la cuenca alta de la quebrada Taruca, municipio de Mocoa, utilizando DEM
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-06-14) Torres Rodríguez, Ginna Marcela; Tapias Camacho, Mauricio Alberto; 0000-0002-5685-4190; Geotechnical Engineering Knowledge and Innovation Genki
En este estudio, se presenta un análisis de lo que habría sido el empleo de barreras flexibles en el comportamiento del flujo de detritos que tuvo lugar en el año 2017 en la parte alta de la cuenca Taruca, específicamente en Mocoa. Para llevar a cabo esta investigación, se desarrolló un código utilizando el programa "YADE". Este código representa la caída de material granular a lo largo de una distancia predeterminada de 2.5 km en la cuenca, con el objetivo de calcular la interacción entre las partículas y las barreras, teniendo el volumen de material involucrado. La formulación del código se basó en el Método de Elementos Discretos (DEM), un enfoque numérico que posibilita el estudio del comportamiento entre partículas mediante la evaluación de las interacciones individuales entre ellas. Este método proporciona una representación detallada de la dinámica de partículas, permitiendo así una comprensión más profunda del impacto de las barreras flexibles en el flujo de detritos en la cuenca de interés. El código está diseñado específicamente para la simulación numérica del movimiento ocurrido en las coordenadas correspondientes a la parte alta de la cuenca de Mocoa, particularmente en la Quebrada Taruca. Como resultado, se obtienen datos cruciales, tales como las fuerzas de impacto con las que las partículas alcanzan las barreras, así como la energía y el desplazamiento de dichas partículas. Utilizando esta información, se realiza la variación de la posición de las barreras, generando así cuatro casos de estudio iniciales. Estos casos se comparan con el flujo sin barreras con el objetivo de determinar la posición óptima de las barreras. Posteriormente, se exploran variaciones en las alturas de las barreras para evaluar el impacto que estas modificaciones tienen en el comportamiento del flujo. Este enfoque sistemático permite identificar la configuración más efectiva de las barreras para mitigar el impacto del flujo de detritos en la cuenca. Los resultados mostraron que la implementación de estructuras transversales en la trayectoria de los flujos de detritos reduce la energía cinética del movimiento de partículas en hasta un 85%. Este porcentaje es crucial para considerar en la mitigación del impacto en las áreas que necesitan protección. (Texto tomado de la fuente).
Interacción hidromecánica en un macizo rocoso alrededor de un túnel
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Valbuena Cerinza, Jefersson; Rodríguez Pineda, Carlos Eduardo
El vínculo entre las propiedades mecánicas y de flujo de un macizo rocoso, en relación con la construcción de un túnel circular, es evaluado mediante diferentes modelos numéricos hipotéticos. Para tal fin, se utilizó principalmente el programa de elementos finitos Plaxis 2D®. Con base en estas simulaciones se realizó un análisis comparativo que da cuenta de la influencia de los siguientes aspectos en la estabilidad del túnel y en los cambios del flujo debidos a su construcción: modelo estructural, coeficiente de presión lateral, coeficiente de Biot, separación y apertura de las discontinuidades, condición de saturación, cobertura y diámetro del túnel. Los parámetros de evaluación fueron: deformación máxima alrededor del túnel, subsidencia, esfuerzo desviador, caudal de infiltración y factor de seguridad. Se encontró que el parámetro de presión lateral modifica de manera significativa la distribución y concentración de esfuerzos alrededor del túnel; el coeficiente de Biot afecta directamente al valor de los esfuerzos efectivos, por lo que no debe subestimarse y las deformaciones alrededor del túnel, la subsidencia y los esfuerzos desviadores son menores en los modelos homogéneos en relación con los modelos anisotrópicos. Consecuentemente, los factores de seguridad son mayores en los modelos homogéneos. Respecto al caudal de infiltración, se observa un claro incremento en su valor con el aumento de la apertura de las discontinuidades y el número de intersecciones con el túnel. Por lo anterior, a pesar de las dificultades que pueden presentarse en la obtención de información, se hace el llamado a caracterizar adecuadamente los macizos rocosos en las simulaciones numéricas, en orden de realizar diseños más útiles y realistas. (Texto tomado de la fuente).

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