6. Zonificación determinista de riesgo de deslizamiento de tierra
En este ejercicio, se utiliza un modelo simple de estabilidad de pendientes (el m odelo de pendiente infinita) para calcular mapas de factores de seguridad para diferentes condiciones. El efecto de la profundidad del agua subterránea y la aceleración ac eleración sísmica se evalúa usando mapas de entrada de estos factores para diferentes períodos de retorno de lluvia (relacionados con el nivel de agua subterránea) y terremotos (relacionados con la aceleración sísmica). En ILWIS, el modelo está representado por una función definida por el usuario. Los diferentes escenarios se calculan cambiando las variables de esta función. El modelo se aplica en un conjunto de datos de la ciudad de Manizales, en el centro de Colombia.
Introducción y preparación de datos Dos de los mapas de entrada son un mapa de pendiente y un mapa de espesor de ceniza El grado de riesgo de pendiente puede ser expresado por el Factor de Seguridad (F) que es la relación de las fuerzas que hacen que una pendiente falla y aquellas que impiden una pendiente de fallar.
F <1 condiciones de pendiente inestables, F = 1 pendiente está en el punto de falla, F> 1 condiciones de pendiente estable. Para simplificar, se utiliza el modelo de pendiente infinita. Este es un modelo bidimensional que describe la estabilidad de las pendientes con un plano de falla infinitivamente grande.
La profundidad del posible plano de falla se toma en el contacto de las cenizas volcánicas y el material subyacente. La consecuencia de esto es que los factores de seguridad no se calcularán para toda la zona, sino sólo para las áreas donde hay cenizas volcánicas en la superficie.
La fórmula para calcular el Factor de Seguridad (Brunsden y Prior, 1979) dice:
Creación de una función definida por el usuario para el modelo de pendiente infinita y cálculo de los factores de seguridad para diversos escenarios de aguas subterráneas La fórmula del Factor de Seguridad, tal como se ha presentado anteriormente, se transformará en una función FS definida por el usuario. Esta f unción ya contiene los parámetros conocidos (mapas ASHT, SI, CO, CO2 y las constantes conocidas), pero también contiene las variables Gamma y m.
La función se puede entonces aplicar fácilmente para varias alturas de la tabla de agua (zw), llenando las variables Gamma y m. Esto resultará en una serie de mapas de Factor de seguridad para alturas específicas de la mesa de trabajo.
Función FS lee: (10000 + ((Gamma-m * 10000) * ASHT * CO2 * 0,58)) / (Gamma * ASHT * SI * CO)
Explicación de información existente
Dos de los mapas de entrada son un mapa de pendiente y un mapa de espesor de ceniza:
ASH Thickness
Histograma de ASTH
Slope (Degrees)
Histograma de Slope
Además de asumir la profundidad de la superficie de falla como la profundidad de cenizas volcánicas. Se asumirán valores promedios de los parámetros físicos mecánicos del suelo, provenientes de ensayos de laboratorio:
C'
= 10000 Pa
γ = 10000 N/m³ γ w =
10000 N/m³ bajo condiciones secas 16000 N/m³ bajo condiciones de saturación 14000 N/m³ en condiciones intermedias
z = mapa ASHT β = mapa Slope
θ´ = 30 Tan (θ´ ) = 0.58
El parámetro que desconocemos es el valor de m, que representa la relación entre la profundidad del nivel freático y de la superficie de falla, expresado como (m = zw/z). Para condiciones secas podemos asumir: zw = m = 0 y para condiciones saturadas: z = zw and so m = 1.
Explicación de metodología
Dentro de los modelos para realizar mapeo de deslizamientos se encuentran los modelos determinísticos. Con el objeto de realizar un análisis de la amenaza a deslizamiento traslacional o superficial a gran escala ( escalas mayores a 1:10.000), realizaremos un mapa de amenaza cuantitativo.
El grado de amenaza puede ser expresado por el factor de seguridad que deriva de la relación entre fuerzas que previenen el fenómeno de remoción de masa y fuerzas que la causan.
F <1 condiciones de pendiente inestables,
F = 1 pendiente está en el punto de falla,
F> 1 condiciones de pendiente estable.
El modelo determinístico a emplear es un modelo en dos dimensiones que describirá la estabilidad de taludes con un plano de falla infinito. Es fácilmente aplicable a SIG puesto que el cálculo se puede realizar pixel por pixel. La influencia de los pixeles vecinos no es considerada, el factor de seguridad puede ser calculado con la ecuación de Brunsden ¬ Prior (1979):
=
´ + ( − ) ∗ 2 ∗ ´ ∗ ∗
C’ = cohesión efectiva del suelo (Pa= N/m²) γ = peso unitario del suelo (N/m³) γ w = peso unitario del agua (N/m³) z w = z
altura del nivel de agua sobre la superficie de falla (m)
= profundidad de la superficie de falla (m)
m
=
z w /z
(Adimensional)
β= inclinación del talud (°)
θ´ = ángulo de fricción interna efectivo
El modelo de talud con pendiente infinita puede ser usado en perfiles transversales como en pixeles. La figura 1, muestra el diagrama de flujo de un problema de este tipo.
Todo el análisis requerirá la preparación de una base de datos y la ceración de un modelo de infiltración subterránea.
Sistemas de Información Geográfica Aplicada 2 Ejercicio 1, Tema 5 (Proyecto) Maestría en Ingeniería de Carreteras y Puentes Docente Fabiana Viscarra, UPB Enero- 2017
Adjunta carpeta con base de datos para la elaboración de su proyecto final. El mismo deberá ser presentado en PDF, documento tipo consultoría con Introducción, objetivos, area de estudio, explicación de información existente, explicación de metodología, presentación - análisis de resultados, conclusiones. El procesamiento de los mapas puede ser efectuado en ILWIS, y la presentación final de mapas debe ser trabajada en ARCMAP. El plazo máximo de entrega tanto de proyectos como la resolución de los ejercicios en clase es el día 18-02-16.
mapas de factor de seguridad a obtener pueden ser empleados en la creación de mapas de probabilidad de falla. Figura 1: Flowchart of deterministic landslide hazard analysis gggg Sistemas de Información Geográfica Aplicada 3 Ejercicio 1, Tema 5 (Proyecto) Maestría en Ingeniería de Carreteras y Puentes Docente Fabiana Viscarra, UPB Enero- 2017
2. DATOS PROPORCIONADOS - Mapa Asht: mapa ráster que contiene e l espesor de los estratos de ceniza volcánica superficial. - Mapa Slope: mapa ráster de pendientes e n grados - Mapa border: delimitación del área de Manizales
3. METODOLOGÍA La ciudad de Manizales presenta una característica muy pec uliar, está cubierta en gran parte por cenizas volcánicas y generalmente la potencial superficie de falla llega a ser el contacto e ntre la ceniza y la unidad subyacente. De esta forma simplificamos la ecuación uno para condiciones secas: (2) cos sin 10000 cos5800 10000 2 z z F para condiciones saturadas: Sistemas de Información Geográfica Aplicada 4 Ejercicio 1, Tema 5 (Proyecto) Maestría en Ingeniería de Carreteras y Puentes Docente Fabiana Viscarra, UPB Enero- 2017
(3) cos sin 16000 cos58 .0)1000016000 (10000 2 z z F Para condiciones intermedias: (4) cos sin 14000 cos58 .0)1000014000 (10000 2 z z m F
4. PREPARACION DE DATOS Como vemos en todas las ecuaciones corremos