Incertidumbre en la estabilidad de taludes

La estabilidad de taludes es uno de los problemas más prominentes y delicados de la ingeniería civil, que se encuentra especialmente en grandes proyectos de construcción, como presas, carreteras y túneles. El análisis de estabilidad de taludes es un importante campo de investigación de la ingeniería muy útil en la prevención y mitigación de desastres, se utiliza para determinar las superficies de deslizamiento más peligrosas y el factor de seguridad del talud.

Por lo tanto, el objetivo principal del análisis de estabilidad de taludes es diseñar un talud que sea estable, económico y que tenga la menor probabilidad de fallar.  Todo esto hace que la intervención de taludes y laderas sea en la actualidad un tema que todo geotecnista debe conocer a profundidad, especialmente si desarrolla sus actividades en áreas rurales o de expansión urbana, con amenaza sísmica, o condiciones geológicas especiales.

Incertidumbre

Es evidente que, en la ingeniería de taludes, existe un ‘fantasma’ llamado incertidumbre el cual puede tener un gran impacto en los modelos matemáticos empleados. Por tal razón cada vez resulta más importante cuantificar el grado de certidumbre de los resultados encontrados, ya que esto puede aumentar o disminuir considerablemente la confiabilidad de una solución ingenieril.

Existen muchas fuentes de incertidumbre en la ingeniería geotécnica, como la debida al estado inicial del suelo, las condiciones de frontera reales, las propiedades físicas de los materiales intervinientes y su variabilidad espacial principalmente de los parámetros geotécnicos, la alteración de las muestras, el cambio en los estados de esfuerzos al recolectar probetas, etc. Estas incertidumbres conducen a una respuesta de ingeniería incierta y hasta la posible descalificación de los modelos computacionales. Como resultado, el comportamiento real de una solución geotécnica no puede ser evaluado con precisión, lo que puede provocar grandes riesgos en las actividades de ingeniería.

La incertidumbre puede ser de varios tipos, los principales son:

Variabilidad natural

El suelo naturalmente es cambiante con variables que involucran el espacio y/o el tiempo.

Incertidumbre en el conocimiento

Se debe a diferentes factores como pueden ser técnicas aun en desarrollo como muchas, falta de información, desconocimiento de mecanismos físicos inherentes al problema.

De esta se podrían desprender la incertidumbre en la caracterización del suelo, en los parámetros encontrados, en las aproximaciones del modelo matemático y en los parámetros obtenidos (incluye muestreo, ensayos de laboratorio, manejo estadístico, sesgos etc.).

Evaluación de la incertidumbre

Un análisis probabilístico nos daría como resultado una evaluación de la confiabilidad de la solución adoptada, basados en la probabilidad de falla, otra evaluación muy útil es el análisis de sensibilidad de los parámetros principales del modelo matemático empleado, cuyos resultados nos muestran cuales son las variables que afectan en mayor medida el comportamiento de la masa de suelo.

Usando la estadística, la seguridad de un talud se cuantifica mediante el índice de confiabilidad medido según el número de desviaciones estándar que separan la mejor estimación de FS del valor de falla definido de 1.0 (Christian John et al. 1994).

Otros métodos para evaluar la incertidumbre son:

• Método de Monte Carlo (distribución probabilística)
• Método FOSM (first-order second moment – método probabilístico)
• Método MEP (Rosemblueth, 1975 – Baecher y Christian 2003)
• Lógica difusa (Juang et al. 1998)

Conclusión

En conclusión, a pesar de toda la experiencia acumulada, la capacidad de la ingeniería para hacer pronósticos confiables de fallas de taludes sigue siendo un reto mayor. Esto se debe en gran medida a las numerosas fuentes de incertidumbre involucradas en la Ingeniería Geotécnica. La variabilidad natural inherente de las propiedades del suelo, la falta de datos representativos, y limitaciones de los modelos y correlaciones utilizados en los análisis son algunas de las incertidumbres a las que se enfrentan a diario los ingenieros geotécnicos.

Las técnicas probabilísticas son mejores herramientas para cuantificar e incorporar la incertidumbre en análisis y diseño de taludes que el enfoque convencional basado en el enfoque determinista del factor de seguridad.

La ingeniería geotécnica debe avanzar hacia la reducción de la incertidumbre y a desarrollar métodos confiables para evaluar la confiabilidad de los análisis y modelos que se usan para predecir el comportamiento de taludes.

Referencias bibliográficas:  

• Ng, Kok Shien, 2005/03/01, Reliability analysis on the stability of slope
• Taromi, M. (2015) Uncertainties and complexities of geological model in slope stability- A case study in Sabzkuh Tunnel, edu.
• Evaluación de la incertidumbre en el análisis de estabilidad de un excavado en suelos residuales: https://www.researchgate.net/profile/Cesar-hidalgo/publication/294874209_evaluacion_de_la_incertidumbre_en_el_analisis_de_estabilidad_de_un_talud_excavado_en_suelos_residuales

Autor: Ing. Msc. Esp. Luis Alberto Cervera Terán profesor del Máster en Geotecnia y cimentaciones – EADIC. Senior Civil Engineer. Máster en Cálculo de Estructuras de Obra Civil. Especialista en Geotecnia Ambiental. Ingeniero Civil. Profesional con 24 años de experiencia en áreas como construcción, diseño y control de obras civiles, desempeñando cargos como constructor y proyectista de obras civiles, edificaciones, vías, contenciones. Docente universitario y Gerente de la empresa CENCOIN SAS.