Maestría en Ingeniería - Geotecnia

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Modeling of Florida limestone Intermediate geomaterials for foundation engineering applications
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Cardona Tobón, Alejandra; Zapata Medina, David Guillermo; Arboleda Monsalve, Luis Guillermo
This study evaluates three constitutive models: Hoek-Brown, Hoek-Brown with softening, and the Hardening Soil model in intermediate geomaterials (IGM) derived from Florida limestone, aiming to predict their main behavioral characteristics. A comprehensive database of laboratory tests, including index and drained triaxial (CID-TXC) probes under confinements ranging from 0.35 MPa to 20.7 MPa were collected and complemented with full size field load tests performed in the IGM derived from Florida Limestone. Finite element models, implemented in Plaxis 2D software, were used to extrapolate the parameters obtained from laboratory calibrations to shallow foundation applications. Laboratory based parameters showed higher strength and stiffness compared to those obtained from field load test simulations, which reflected lower capacity due to the high degree of fracturing in the limestone and the poor quality of the rock mass. The study emphasizes the importance of interpreting laboratory test results with caution, as they may overestimate the material's actual capacity under in situ conditions, influenced by sampling challenges, the natural variability of the material, and the poor quality of the rock mass. This underscores the need for a comprehensive analysis that combines laboratory tests, field tests, and back-analysis for intermediate geomaterials. (Tomado de la fuente)
Sistema para el gerenciamiento del riesgo asociado a movimientos en masa en corredores viales de zonas montañosas
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-10-20) Montoya Cañola, Sandra Marcela; Martínez Carvajal, Hernán Eduardo
Este estudio propone una metodología para la gestión de riesgos por movimientos en masa en corredores viales en zonas montañosas. El objetivo principal es desarrollar un modelo integral que permita evaluar la amenaza, vulnerabilidad y el riesgo por movimientos en masa del corredor vial, en cualquier etapa del ciclo de vida del proyecto, permitiendo al usuario visualizar el escenario de riesgo del corredor completo o de secciones específicas, según las capacidades gráficas del sistema de información geográfica utilizado. El sistema proporciona recomendaciones prácticas tanto para la reducción de la exposición como para el tratamiento de la amenaza. El método se aplicó en un segmento de vía en el Nordeste Antioqueño, entre los municipios de Vegachí y Remedios, donde se analizaron 69 secciones distribuidas a lo largo del tramo. Los resultados de la evaluación mostraron coherencia con las condiciones reales de la vía, y los indicadores numéricos de riesgo permitieron emitir recomendaciones prácticas de gestión a lo largo del segmento analizado. El sistema de gestión propuesto facilita la identificación de las zonas más críticas y la priorización de intervenciones, optimizando los recursos y mejorando la seguridad vial. Este enfoque es replicable en cualquier proyecto de infraestructura lineal, como ferrocarriles, ductos o canales. Finalmente, el modelo presentado recibe el nombre de METIS (GR) por sus siglas en inglés: Methodology for Transportation Infrastructure Geotechnical Risk Management. (Texto tomado de la fuente)
Exploración del efecto sísmico asociado a la polarización de ondas en las laderas instrumentadas del Valle de Aburrá, utilizando análisis espectral de eventos sísmicos y ruido ambiental
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-10-25) Molina Salazar, David Leonardo; Monsalve Mejía, Gaspar; https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001841272; Grupo de Estudios en Geología y Geofísica Egeo; Grupo de Investigación en Geotecnia Gigun
Este estudio aborda cómo la litología, la pendiente y la rigidez del suelo influyen en la polarización de las ondas sísmicas en el Valle de Aburrá. A través de un análisis que combina registros sísmicos, análisis espectrales y matrices de covarianza, se ha logrado una cuantificación de la amplificación sísmica en laderas y una correlación detallada entre las frecuencias de vibración natural del suelo y las características topográficas. El estudio revela que la litología y la pendiente del terreno son factores decisivos en la polarización sísmica, con una tendencia de alineación con la pendiente en laderas pronunciadas y una influencia significativa de la geología subyacente en pendientes más suaves. Además, la rigidez del suelo emerge como un elemento clave, modificando la polarización de las ondas en función de las características topográficas. La investigación aporta a la comprensión teórica de la interacción entre geología, topografía y respuesta sísmica, abriendo caminos para modelos predictivos en ingeniería sísmica y mitigación de riesgos. Los hallazgos subrayan la importancia de considerar de manera integrada la configuración topográfica y la rigidez del suelo para una evaluación precisa de la respuesta sísmica. Este trabajo no solo contribuye al conocimiento en geotecnia y sismología, sino que también proporciona herramientas prácticas para mejorar la prevención y mitigación de desastres naturales, destacando la necesidad de incorporar estos conocimientos en la práctica profesional y la formulación de políticas públicas. (Texto tomado de la fuente)
Shallow landslide cluster propagation in tropical mountainous terrains. Case study Colombian Andes
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-11) Palacio Cordoba, Johnnatan Arley; Aristizábal Giraldo, Edier Vicente; Echeverri Ramírez, Óscar; Mergili, Martin; Echeverri Ramírez, Óscar; Mergili, Martin; Aristizábal Giraldo, Edier Vicente; Palacio Cordoba, Johnnatan Arley [WSGNHRUAAAAJ&hl]; Palacio Cordoba, Johnnatan Arley [0000-0002-1603-4614]; Mergili, Martin [0000-0001-5085-4846]; Echeverri Ramírez, Óscar [0000-0002-4665-8786]; Aristizábal Giraldo, Edier Vicente [0000-0002-2648-2197]; Palacio Cordoba, Johnnatan Arley [Johnnatan-Palacio]; Investigación en Geología Ambiental Gea
Approximately one-fifth of the Earth’s surface is considered vulnerable to at least one natural hazards such as cyclones, droughts, floods, earthquakes, volcanoes, and landslides. Landslides are one of the most destructive; there are several triggering factors. In the Colombian Andes, rainfall is the primary triggering factor. Historical records of landslide occurrences in the country between 1900 and 2018 found that rainfall was responsible for 87 percent of them. These landslides are typically shallow and can evolve into more rapid movements such as flows or avalanches. According to recent records, debris flows have caused some of the most severe damage and some of them happened as a result of the occurrence of Clustered Shallow Landslides (CSL). In terms of spatial analysis, most study in the country focuses on estimating the areas most susceptible to the occurrence of Shallow Landslides (SL). But what happens when an SL propagates? This research focuses on parameters for modelling the propagation of SL triggered by rainfall occurred on March 31, 2017, in Mocoa that supply mass to bigger chain processes that affect the city and surrounding villages with approximately 306 dead people. The modeling is carried out through two useful tools. The empirical tool Flow-R, it requires little input information, the propagation is performed using different algorithms and friction laws, fundamental factors are the travel distance angle, velocity, and dispersion. And r.avaflow that incorporates various physics-based models. It was established for each tool the best-fit parameters for modeling with minimal requirements. Results indicated a maximum velocity of 10 m s−1, minimum travel distance angle of 15, and x value of 2 and 4 for modeling in Flow-R. In addition, the cut-off for the probability of impact was set to 25% as the minimal threshold for zoning. The results concerning to the parameters to modeling SL in r.avaflow suggest; to consider the basal friction equal to the internal friction of the material as the starting value. And to use the minimum heights in the range of 0.51 m to 0.61 m to perform hazard zoning of the possible affected areas.
Determinación de la proporción bloque-matriz en litologías volcánicas BIM Soil en la Vía Panamericana, Departamento de Nariño.
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-11-21) Benavides Getial, Jefferson Andres; Castro Caicedo, Alvaro Jesus; Nanclares Arango, Francisco Javier
A continuación, se presenta una propuesta metodológica para la determinar la proporción bloque-matriz BIM en litologías volcánicas, por medio del procesamiento de imágenes de un modelo 3D generado mediante fotografías de dron y de alta resolución tomadas con el sistema Giga Pan ®, posteriormente se construirán secciones de estudio, se calibrará un modelo y se calculará la estabilidad de los taludes analizando la incidencia de la proporción bloque matriz sobre los parámetros mecánicos cohesión y ángulo de fricción, el caso de estudio se propone en el cañón del rio Guáitara aledaño a la doble calzada Pasto- Ipiales, en el Municipio de Imués, Departamento de Nariño. (Texto tomado de la fuente)
Analytical solution for the dynamic study of non-uniform cylindrical piles with generalized end conditions in non-homogeneous elastic soil
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-10-04) Cordoba Ordoñez, Andres Felipe; Zapata Medina, David Guillermo; Vega Posada, Carlos Alberto; https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0002006127; Cordoba Ordoñez, Andres Felipe [0002006127]; Zapata Medina, David Guillermo [0000-0001-8868-8740]; Vega Posada, Carlos Alberto [0000-0002-0923-356X]
This paper presents a simplified analytical method for the dynamic study of non-uniform cylindrical piles with generalized end conditions in non-homogeneous elastic soil. The governing differential equation (GDE) of the proposed element is derived in a classical way by using Timoshenko approach and solved using the Differential Transformation Method (DTM). This complex analysis is reduced to solve a system of two linear algebraic equations, which solution is readily available and easy to code. The proposed model represent a general solution capable to solve, just by using a single segment per element, the static, dynamic and stability analyses. The proposed model includes the frequency effects on the stiffness matrix and load vector as well as the coupling effects of: (i) bending and shear deformations along the member; (ii) translational and rotational masses uniformly distributed along its span; (iii) axial load (tension or compression) applied at both ends; (iv) shear forces along the span induced by the applied axial load as the beam deforms according to the “mo dified shear equation” proposed by Timoshenko; (v) generalize boundary condition at the ends of the element (i.e., translational and rotational constraints) and (vi) two-parameter elastic foundations. The dynamic analyses of framed structures can be performed by including the effects of the imposed frequency (ω > 0) on the dynamic-stiffness matrix and load vector while the static and stability analyses can be carried out by making the frequency (ω = 0). Analytical results indicate that the elastic behavior of non-uniform cylindrical piles is frequency dependent and highly sensitive to the coupling effects mentioned above.
Incorporación del análisis pseudoestático al sistema HsQI para la clasificación geotécnica de taludes en corredores viales
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-06-13) Mejía Pérez, María Fernanda; Martínez Carvajal, Hernán Eduardo
El sistema de clasificación geotécnica basado en el índice de calidad HsQI (Hillslope Quality Index), es una herramienta para la estimación del grado de susceptibilidad al deslizamiento de los taludes de los proyectos viales de una manera simple y práctica, ya que permite la zonificación del corredor vial considerando su geometría, la geomorfología, la hidrogeología y los parámetros de resistencia mecánica de los suelos de la zona de estudio. Así, lleva a conocer los sectores que van a presentar problemas de estabilidad durante las diferentes fases del proyecto, favoreciendo la predicción de las zonas donde se deben aunar mayores esfuerzos ingenieriles, tanto de diseño como de construcción, incurriendo en una disminución de los sobrecostos que se generan en este tipo de proyectos al no prever adecuadamente dichos problemas de estabilidad. La metodología HsQI, ha pasado por diversas calibraciones y validaciones bajo diferentes condiciones de precipitación y geología variable, tal como el corredor vial Las Palmas (Medellín), la carretera Sifón – La Abundancia (Costa Rica), la carretera BR-381 (Brasil) y la Conexión Vial Pacífico 2 (suroeste Antioqueño), considerando únicamente las condiciones estáticas con el factor detonante de lluvia, mostrando que reflejaban adecuadamente el comportamiento de los taludes de dichos proyectos. El propósito de esta tesis, es incorporar el análisis pseudoestático en las ecuaciones de la metodología y validando las mismas en el corredor vial de la Conexión Vial Pacífico 2, obteniendo un comportamiento semejante al estático, ya que se refleja de manera apropiada las condiciones de los taludes del proyecto. (Texto tomado de la fuente)
Constitutive model evaluation for predicting the mechanical behavior of a residual igneous soil in the south of the Aburrá Valley
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-06) Valencia Cifuentes, Daniel Fernando; Zapata Medina, David Guillermo; Aparicio Ortube, Alan Jaret; Aparicio Ortube, Alan Jaret [0000-0003-0114-7779]; Zapata Medina, David Guillermo [0000-0001-8868-8740]
The dynamic growth shown by cities has generated an accelerated reduction in useful areas and therefore the need to optimize space. This implies the need to execute works with special conditions such as important excavations, often surrounded by infrastructure that is prone to suffer affectations in its functionality and stability. In these cases, a stress-strain behavior evaluation of the soil is necessary. Geotechnical modeling has become the main engineers resource, providing a tool to numerically reproduce or predict the soil behavior. Advanced constitutive models which account for soil anisotropy, stress history, hardening-softening, among other soil characteristics, have been developed in the last decades. Nevertheless, the state of local practice shows that the vast majority of analyses are approached through limit equilibrium theories, or the application of very simple constitutive models. The application of these methods leads to not very accurate predictive results. Another important identified limitation is the lack of studies focused on the mechanical behavior of residual soils and the development and validation of constitutive models, which are often carried out on sedimentary soils. In this work an evaluation of the capabilities of three (3) constitutive models to reproduce the mechanical behavior of an Igneous residual soil in south of The Aburrá Valley is presented. Starting from advanced available residual soil characterization experimental data, the predictive capacity of the evaluated constitutive models was evaluated against very small and large strain responses, drain and undrained conditions, and different shearing paths, considering one single set of constitutive parameters per model. Inverse analysis techniques were applied in order to identify correctly the constitutive parameters that could not be obtained from the experimental data, demonstrating the high applicability of these tools on geotechnical modeling.
Caracterización geológica-geotécnica de un material transportado meteorizado en el norte del Valle de Aburrá
(Universidad Nacional de Colombia, 2022-11-22) Cataño Salas, Diana Paulina; Echeverri Ramírez, Óscar; Rendón Giraldo, Diego Armando; Rendón Giraldo, Diego Armando [0000-0002-7086-4088]; Echeverri Ramírez, Óscar [0000-0002-4665-8786]
El Valle de Aburrá está localizado en un área inter-cordillerana de los Andes septentrionales de Colombia y se caracteriza porque gran parte de las zonas medias y bajas de las vertientes se encuentran cubiertas por depósitos aluviales, aluviotorrenciales y flujos de lodo y/o escombros, muchos de ellos meteorizados por procesos químicos. La alteración química tiene un efecto directo en el comportamiento geotécnico, por tanto, los conceptos de la mecánica de suelos clásica (suelos transportados o sedimentarios no meteorizados), no permiten diagnosticar acertadamente las problemáticas en suelos residuales. Este trabajo de investigación se enfocó en la caracterización geológica y geotécnica de un suelo transportado y alterado ubicado al norte del Valle de Aburrá, el análisis de su origen geológico y la incidencia de los avanzados procesos de meteorización en el comportamiento geomecánico. El estudio detallado de dichos suelos ayudó a dilucidar el marco geológico de la secuencia depositacional objeto de estudio y la interpretación de su origen y ambiente con relación al contexto geológico del Valle de Aburrá; a identificar la procedencia de los depósitos de vertiente, con relación a los depósitos aluviales del actual río Medellín, y a comprender si el suelo se comporta geotécnicamente como un suelo residual o como un suelo transportado. Para llevar a cabo el desarrollo de la investigación, se elaboró una metodología a partir de una base experimental y de observación de campo, que incluyó la caracterización geológica (litología, estratigrafía, tectónica, proveniencia de sedimentos) y geomorfológica del área de estudio, junto con la caracterización mineralógica y geotécnica de los suelos involucrados. Con este trabajo se aportó a la comprensión de la formación reciente del sector norte del Valle de Aburrá. Se planteó cómo la tectónica ha jugado un rol importante en la configuración y formación de paisaje en estrecha relación con procesos fluviales erosivos y depositacionales, así como de vertiente. Adicionalmente, se verificó mediante ensayos de caracterización de propiedades índice y de resistencia, que suelos de origen transportado afectados por procesos profundos y prolongados de meteorización pueden comportarse como un suelo residual. (Texto tomado de la fuente)
Predicción de alertas de falla para planes de monitoreo geotécnico aplicando el método del inverso de la velocidad acoplado con algoritmos de aprendizaje supervisado
(Universidad Nacional de Colombia, 2022-11) Arcila Quintero, Norbey; Martínez Carvajal, Hernán Eduardo; 0000-0001-6963-2741; Grupo de Geotecnia
Se realizó un modelo para predicción de niveles de alerta para fallas de geomateriales utilizando el método del Inverso de la Velocidad del desplazamiento en conjunto con métodos de aprendizaje de máquinas de tipo supervisado, que puede ser utilizado en planes de monitoreo geotécnico continuo. Para el modelo se propuso el uso de Máquinas de Soporte Vectorial (SVM), y Árboles de Decisión como métodos de aprendizaje de máquinas a evaluar, obteniendo resultados de desempeño con la matriz de confusión cercanos a 0,6 en el primero y de 0,98 con el segundo. En ambos casos el entrenamiento del modelo se ejecutó con datos sintéticos y la evaluación se efectuó empleando datos de casos reales donde ocurrió una falla del geomaterial monitoreado. El modelo demuestra la idoneidad de la utilización de datos sintéticos para su entrenamiento, especialmente para el modelo implementado con árboles de decisión. No obstante, es clara la dependencia del modelo a datos de instrumentación geotécnica de tipo automatizada para la aplicación del plan de monitoreo continuo. Esto para poder contar con un sistema de predicción en tiempo cuasi real, además de que se hace incuestionable que se obtiene un mejor desempeño cuando se cuentan con volúmenes de información superiores a 8 datos por hora, asimismo para la metodología desarrollada es imprescindible contar con un registro de datos con un espaciado de tiempo constante. (texto tomado de la fuente)
Analytical solution for the soil-structure interaction of a non-uniform section pile on non-homogeneous soil conditions
(Universidad Nacional de Colombia, 2022-12) Meza Abalo, Maria de los Angeles Clariet; Zapata Medina, David Guillermo; Vega Posada, Carlos Alberto
Non-prismatic piles are typically used in cases where large lateral loads must be resisted. In many applications, these elements are implemented in partially and fully-embedded layered soils to improve the load transfer to the soil with a more efficient strength distribution due to their larger cross-sectional area at the top of the element. However, they require complex and more comprehensive analysis and design than uniform elements. This investigation presents the derivation of the stiffness matrix and load vector of an analytical solution for non-uniform section piles fully and partially embedded on non-homogeneous soils. The methodology presented herein allows to i) perform static and stability analyses of non-prismatic circular piles (i.e., tapered piles, stepped-tapered piles, etc.), ii) consider soil variation along depth with a linear and trapezoidal distribution of the modulus of subgrade reaction, iii) evaluate fully and partially embedded piles in multilayered soils by just neglecting the soil contribution in the unembedded section, iv) consider partially and fully restricted connections, v) account for a Pasternak soil foundation. The Differential Transformation Method (DTM) was used to solve the governing differential equation and determine the polynomial terms that satisfy the boundary conditions. Then, compatibility conditions were applied at the bounds of each pile segment to derive the stiffness matrix and load vector. Four examples are presented to evaluate the lateral response of tapered, stepped and prismatic piles: 1) Fully-embedded tapered and prismatic pile in two homogeneous soil layers; 2) Influence a non-homogeneous layer in the lateral deformation on tapered and prismatic piles; 3) Deformation, rotation, moment, and shear profile of a tapered pile in a four layers soil; 4) Prismatic pile and non-prismatic piles partially embedded in a two-layered soil. The reliability of the proposed method is validated using finite element analysis in SAP2000 for the above-mentioned examples. The results show excellent agreement with the FE analyses at a lower computational cost, and it is observed that lateral deformations are mainly affected by the taper ratio of the pile and the thickness and stiffness relationship of the layers.
Determinación de la erodabilidad de un suelo superficial del Oriente Antioqueño mediante ensayo Inderbitzen
(Universidad Nacional de Colombia, 2022) Montoya Ruiz, Melissa; Valencia González, Yamile; Echeverri Ramírez, Óscar; Grupo de Geotecnia
Durante los últimos años los procesos erosivos se han incrementado en el país como respuesta a las variaciones ambientales y a las acciones antrópicas, como el aumento desmedido de los grandes centros urbanos y sus necesidades de consumo. Esta situación genera consecuencias que no solo afectan la estabilidad de los terrenos, sino que también afectan de manera negativa áreas como la agricultura. Bajo este contexto se hace necesario establecer medidas de mitigación y remediación para los terrenos susceptibles a la erosión. Sin embargo, actualmente las metodologías que se emplean para la medición directa de la erodabilidad de los suelos de la región son escasas o su implementación resulta costosa. Por esta razón es necesario implementar ensayos de medición directa de la erodabilidad que han funcionado de manera efectiva en otros países, como es el caso del ensayo Inderbitzen. El estudio presentado a continuación fue desarrollado sobre un suelo con características de ceniza volcánica, localizado en un talud sin cobertura vegetal en la vereda Alto de la Virgen, del Municipio de Guarne, Departamento de Antioquia. Las muestras recuperadas fueron sometidas a una campaña de ensayos del laboratorio, los cuales incluían pruebas de caracterización física, química, mineralogía, estructural e hidro/mecánica; así como ensayos de Inderbitzen. De la batería de ensayos ejecutados se pudo concluir que la pérdida de suelo aumenta conforme se aplican caudales mayores. De igual manera esta pérdida aumenta cuando se incrementa la pendiente de la rampa. Sin embargo, el factor que mayor influencia tiene en la cantidad de suelo arrastrado es la magnitud del caudal. Se observa además que la clasificación cualitativa de la erodabilidad del suelo obtenida mediante el ensayo Inderbitzen coincide con la indicada por la Ecuación Universal de pérdida de suelo (USLE) por lo que se considera que la implementación del equipo conlleva a resultados satisfactorios con respecto a la metodología más usada a nivel internacional. También se verifica el nivel de erodabilidad obtenido mediante correlaciones con propiedades físicas, químicas y mineralógicas, evidenciando que dichas expresiones requieren de ajustes que permitan un mayor acercamiento a los resultados obtenidos mediante Inderbitzen. Con el objetivo de comparar los resultados de laboratorio con una situación de campo, se ejecuta una parcela hidro-erosiva sobre la cual se toman mediciones de lluvia, caudal y pérdida de suelo, para tres eventos distintos sobre la misma área de prueba. Se concluye que el efecto de escala influye en la erodabilidad (K) obtenida en campo y en laboratorio, siendo la magnitud de K_laboratorio la multiplicación de un escalar y la K_campo. Finalmente, esta investigación apunta a resaltar el uso de un equipo que se emplea en países latinoamericanos como Brasil, con el objetivo de incentivar su aplicación en Colombia, ya que su simplicidad y bajo costo representa la posibilidad de ser empleado en varias zonas del país que sufren grandes procesos de erosión. (Texto tomado de la fuente)
Sistema de clasificación geotécnico de taludes para proyectos viales basado en el índice de calidad (HSQI), aplicación y validación de la susceptibilidad al deslizamiento en la vía Pacifico 2.
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-08) Valderrama Ochoa, Natalia; Martínez Carvajal, Hernán Eduardo
Se plantea la calibración y validación de la metodología de clasificación geotécnica de taludes para proyectos viales basado en el índice de calidad de laderas HSQI, que permite establecer de una manera simple pero sistemática la sectorización del corredor vial según su susceptibilidad al deslizamiento, teniendo en cuenta la geometría proyectada, la geomorfología, la hidrogeología y la mecánica de suelos. Con esto se pretende obtener información certera sobre los sectores que pueden presentar problemas de inestabilidad durante las diferentes fases del proyecto vial, dando elementos para mejorar la previsión de trabajos y costos asociados a la estabilización del corredor. La calibración y validación inicial de la metodología HSQI se realizó en el corredor vial Las Palmas, en el municipio de Medellín, la cual cuenta con una distribución de lluvia bimodal y geología compuesta principalmente por rocas metamórficas. Adicionalmente, se realizó una calibración con otra vía localizada en una región tropical montañosa en la zona norte de Costa Rica, con condiciones climáticas y geología diferentes a las previstas en la validación inicial, con un régimen de lluvias intensas a lo largo de año y una geología caracterizada principalmente por cenizas volcánicas y flujos piroclásticos. De acuerdo con los resultados obtenidos, la metodología proporciona una estimación cercana al comportamiento real de los taludes intervenidos en los proyectos. (Texto tomado de la fuente)
Caracterización geomecánica y petrográfica de carbones húmicos de la cuenca del Sinifaná sector Amagá Titiribí Antioquia
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-11-21) Gómez Gómez, Alejandro; Castro-Caicedo, Alvaro; Blandon Montes, Astrid
El carbón es un material frágil y heterogéneo, y su composición varía según su génesis, lo que genera un desafío al abordar su análisis como material en ingeniería. Por este motivo, en esta investigación se aborda el estudio de sus principales características desde el punto de vista de calidad y resistencia. Para esto, se realizó el análisis de 7 mantos de carbón de tipo húmico con grado bituminoso alto en volátiles tipo C en minas en explotación, las cuales pertenecen a la cuenca del Sinifaná en los municipios de Titiribí, Angelópolis y Venecia. Las pruebas ejecutadas incluyen un análisis próximo completo (humedad, ceniza, materia volátil, carbono fijo, azufre total y poder calorífico), un conteo maceral mediante procedimiento informático de segmentación y ensayos de resistencia en laboratorio (Carga puntual, compresión uniaxial y triaxial). Desde el punto de vista de calidad, los resultados mostraron características comunes a los carbones de esta zona. Adicionalmente, se encontró al grupo de la vitrinita como el maceral predominante, el cual muestra tendencia lineal inversa con la resistencia. Lo anterior es un efecto relacionado con el subgrupo maceral Colotelinita, donde se observó al microscopio su relación con el micro-fracturamiento. Con respecto al grupo de las Liptinitas, estas presentaron una tendencia lineal directa con la resistencia, el contenido de materia volátil y el poder calorífico. (Texto tomado de la fuente)
Efecto de los ciclos de humedecimiento y secado en la succión, de un suelo residual de anfibolita proveniente del occidente de Medellín en estado natural y compactado
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-09) Patiño Restrepo, Juliana; Echeverri Ramírez, Óscar; Valencia González, Yamile; Grupo de Geotecnia
La estabilidad de los taludes se ve afectada por diversidad de fenómenos físicos y químicos, el clima es uno de los factores más relevantes en este aspecto. En las zonas tropicales existen grandes variaciones meteorológicas durante todo el año, y son los suelos superficiales los más susceptibles a cambio de humedad y temperatura que repercuten en su comportamiento y resistencia. Para evaluar la influencia de estas variaciones, se desarrollaron varios ciclos de humedecimiento y secado para el suelo de un talud vial localizado al occidente del Valle de Aburra. Las pruebas de laboratorio se realizaron inicialmente en muestras inalteradas y compactadas y posteriormente en muestras sometidas a humedecimiento por goteo y secado al horno a 30°C. Se realiza inicialmente la caracterización física y química del suelo y se mide la curva de succión por el método del papel filtro, la permeabilidad y los parámetros de resistencia para cada ciclo de humedecimiento y secado. Los resultados mostraron que la succión del suelo disminuye gradualmente con el número de ciclos de humedecimiento y secado para ambas muestras, más notorio en la natural que en la compactada ya que esta última tiene una estructura con poros de menor tamaño y las variaciones se perciben en menor grado. Los resultados de la investigación incluyen un análisis de estabilidad de taludes donde se incluyen las propiedades hidráulicas y de resistencia de ambas muestras, obteniéndose una disminución del factor de seguridad después de los ciclos de humedecimiento y secado, en comparación con la muestra inicial, tanto para la muestra natural y compactada. Con los resultados se da un paso adelante en el estudio de los movimientos en masa detonados por lluvia ya que a través de la metodología experimental por la cual se recrean los ciclos de humedecimiento a partir de datos de campo como humedad, temperatura y precipitación, se puede anticipar la variación en los parámetros que influyen en la estabilidad del talud. 8Texto tomado de la fuente)
Aplicación de métodos de análisis retrospectivos (Back Analysis) para estimar el estado de esfuerzo de un túnel del oriente Antioqueño
(Universidad Nacional de Colombia, 2021) Velásquez Ortiz, Andrés Felipe; Castro Caicedo, Álvaro Jesús; Zapata Medina, David Guillermo; Villarraga Herrera, Manuel Roberto
Esta investigación presenta un análisis sobre las deformaciones obtenidas en un macizo rocoso debido a la construcción del proyecto Conexión Vial Túnel Aburrá Oriente (Túnel de Oriente), que comunica el aeropuerto internacional José María Córdova con la ciudad de Medellín. El estudio se centra en dos túneles paralelos que se excavaron empleando el método convencional de perforación y voladura (drilling and blasting). Para realizar esta investigación, se analizaron las deformaciones presentadas en el macizo rocoso utilizando estaciones de convergencia en diferentes secciones de ambos túneles. También, se instalaron y se monitorearon sensores ópticos FBG (Fiber Bragg Grating) con el fin de evaluar la aplicabilidad de los sensores de fibra óptica para la medición de los desplazamientos de la roca alrededor de la excavación. Adicionalmente, se realizaron ensayos de resistencia a la compresión inconfinada en muestras cilíndricas de roca no meteorizada extraídas directamente de los sondeos exploratorios del proyecto para determinar las propiedades geomecánicas de la roca intacta. Los resultados obtenidos se presentan en gráficas de desplazamiento versus tiempo para determinar el comportamiento del macizo rocoso durante la construcción y se analiza la influencia que tiene una excavación sobre la otra debido a la proximidad de los túneles. Finalmente, se realiza una simulación de la excavación, por medio del software de elementos finitos RS2 (Rock and Soil 2). La simulación es alimentada con la geometría de los túneles y la secuencia de excavación. Se determinan algunos parámetros geomecánicos del macizo rocoso con los resultados de resistencia a la compresión inconfinada y las clasificaciones geomecánicas (RQD, RMR y Q) y se utilizan diferentes valores de la relación de esfuerzos K para ajustar los resultados de la simulación hasta obtener los valores medidos con las estaciones de convergencia. (Texto tomado de la fuente)
Evaluación de la vulnerabilidad física de estructuras impactadas por deslizamientos de ladera
(Univrsidad Nacional de Colombia, 2021-12-27) Hamón Barrero, Guillermo Heriberto; Martínez Carvajal, Hernán Eduardo; Grupo de Geotecnia
La vulnerabilidad física de estructuras es definida como el grado de daño o perdida de un elemento. Es un valor adimensional con un rango de 0 a 1. Además, es un elemento clave para la evaluación del riesgo a deslizamientos de ladera, siendo este esencial para la predicción de las consecuencias de un deslizamiento de tierra. El presente trabajo, muestra el diseño, construcción y calibración de un modelo a escala de laboratorio que posee la capacidad de reconstruir parámetros geométricos de la ladera y la resistencia de la estructura para la estimación de la vulnerabilidad de estructuras individuales expuestas a deslizamientos. El modelo tiene en cuenta parámetros de intensidad del deslizamientos por medio del gradiente modificado Z propuesto por Guimaraes-Silva (2015) y la resistencia de las estructuras calculada por medio de la metodología de Li et al. (2010) la cual fue parametrizada por medio del modelo T. El dimensionamiento del modelo se hizo a partir del banco de datos de los deslizamientos en Nova Friburgo, Brasil, en Enero del 2011 y los deslizamientos ocurridos en Corea del sur entre Julio y Agosto del 2011. Se evalúo la relación entre la vulnerabilidad física y el impacto de deslizamientos de masa a partir de la interpretación de los experimentos en el modelo físico para la obtención de curvas equivalentes de vulnerabilidad. Obteniendo que cuanto mayor es el gradiente modificado, mayor es la vulnerabilidad y que a medida que el centro de gravedad de la estructura se encuentre mas alejada del deslizamiento, menor es su vulnerabilidad. (Texto tomado de la fuente)
Experimental investigation of collapse in eolian soil: a case study in Mayapo, Colombia
(Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín, 2021-05-17) Teheran Ochoa, Kandy Manuela; Echeverri Ramirez, Oscar; Villarraga Herrera, Manuel Roberto (Thesis advisor)
The principal target of this research is to focus on the study of the volumetric behavior of the eolian soil and the influence of the geology, the soil structure, and suction on possible collapse behaviour of the eolian soils. An experimental program of laboratory tests was designed including geotechnical classification tests, Micro-structure tests, suction measurement, and oedometer tests included classical and unsaturated in order to know the characteristics and properties of the eolian soils. There are large and continuous macropores between grains and a low amount of micropores. The macropores could control the volumetric behaviour of the eolian soils. The salt concentration influences the osmotic suction and the total suction of the eolian soil, affecting its hydraulic condition. It can govern the water flow and attract more water to the soil, increasing the saturation degree, causing a decrease in total suction in the soil. The collapse potential of the eolian soils was classified as a moderated problem. The collapse potential increase with the increment of the initial void ratio. As suction decreases and soil wets, water menisci between liquid and vapour phase disappears, and the empty pores are flooded, and it causes a loss in the soil stiffness. The unsaturated oedometer tests allowed to understand the influence of suction on the volumetric behaviour of the eolian soils. A constitutive model was proposed to describe the volumetric behaviour of the eolian soil. The model is represented by a Loading Collapse (LC) curve, and to allow knowing the reversible compressive volumetric strains for any stress path of loading (L), collapse (C), or both in the elastic domain and to predict irreversible compressive volumetric strain for any stress loading or collapse paths. There is an important dependence of collapse and loading paths in the volumetric behaviour of the eolian soils. The deformations are very small at suction changes. The soils will suffer higher deformations in loading paths at low suction levels due to the soil stiffness is less.
Aumento de la profundidad de exploración implementando el método de la “correlación cruzada” de registros pasivos obtenidos por medio de geófonos comerciales de 4.5Hz
(2020-08-13) López Ruiz, Esteban; Zapata Medina, David Guillermo; Monsalve Mejía, Gaspar; GRUPO DE GEOTECNIA
Este trabajo presenta la implementación de la técnica de la “Correlación Cruzada” en registros pasivos tomados con geófonos comerciales de 4.5 Hz para definir las propiedades de dispersión representadas en un modo fundamental, mejorar la obtención de velocidades de fase a frecuencias bajas, y determinar perfiles de velocidades de onda cortante a mayores profundidades que los métodos geofísicos indirectos convencionales (MASW y ReMi). Para esto se dispuso entre 3 y 10 geófonos en alineamiento horizontal en tres diferentes sitios de estudio, y se tomaron registros pasivos con duraciones entre 1.8 y 5.8 horas. La parte teórica de esta investigación se llevó acabo programando en un algoritmo con la técnica “Correlación Cruzada” en el software Matlab para obtener diferentes espectros de la “Correlación Cruzada” que se asemejen a la función de Bessel de orden cero de primera clase (Jo) en los cuales se identifican los cruces por cero. En este trabajo se determinan las curvas de dispersión que físicamente son aceptables y se calculan diferentes perfiles unidimensionales en función de la velocidad de onda cortante V_s versus la profundidad. El método propuesto es comparado y validado con métodos geofísicos directos e indirectos. Se encontró que aplicar la técnica “Correlación Cruzada” en registros pasivos con equipos y métodos convencionales aumenta la profundidad de exploración en comparación con métodos geofísicos indirectos (MASW) en un 60 % como mínimo.
Efecto del agua destilada y agua lluvia en la respuesta físico mecánica de un suelo residual originado de rocas ígneas
(2020-09-10) Vanegas Chaverra, Eduard Danilo; Valencia González, Yamile; Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín
Soil in tropical zones develop particular properties and behavior due to different agents, as weather temperature, presence of water, among others. In classical geotechnical testing, the use of distilled water is recommended to determine the physical and mechanical properties of soils. However, this condition does not fully represent the in situ conditions, moreover if it is considered the chemical effect that rainwater can have on these materials. The present investigation is carried out for a residual soil located at the south of the Valle de Aburrá in the Municipality of Caldas (Antioquia), with the aim of analyzing, from a chemical and physical approach, the differences between the rain and distilled water. Subsequently, a laboratory program will be to obtain physical, chemical mineralogical, structural and mechanical properties of the soil to evaluate the differences between the use of rain and distilled water and finally, analyze the influence that each of the liquids have on the properties of the soil. The obtained results indicate that for the physical properties, specifically in the consistency limits, there is an influence of chemical agents from the rainwater, affecting apparently its plastic behavior and the its classification, passing from silt using distilled water to clay with rainwater. Differences in mechanical properties were also observed in one-dimensional compressibility behavior, showing larger strains in specimens submerged with rainwater than in distilled water; in the same way, larger suction and strength by direct shear test (affected by said suction) were observed with distilled water. In conclusion, the type of water influences the soil response for the tests herein performed.

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