tutorial 23 - back analysis material properties (spanish)

5/25/2018 Tutorial 23 - Back Analysis Material Properties (Spanish)

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Anlisis Inverso de Propiedades del Material 23-1

Anlisis Inverso de Propiedades delMaterial

Este tutorial demostrar cmo realizar el anlisis inverso de laspropiedades del material, al utilizar las caractersticas del anlisisprobabilstico o de sensibilidad en el Slide. Se puede utilizar el anlisisinverso para determinar la resistencia del material en la falla del talud, ola resistencia del material requerida para alcanzar un factor deseguridad determinado.Se puede utilizar el anlisis de sensibilidad para el anlisis inverso devariables individuales, y el anlisis probabilstico para el anlisis inversode variables mltiples.

Temas desarrollados:

Talud con superficie de falla conocida Anlisis de sensibilidad Anlisis probabilstico Anlisis inverso de resistencia del material

Se puede encontrar el producto terminado de este tutorial en el archivode datos Tutorial 23 Anlisis Inverso Propiedades delMaterial.slim (Tutorial 23 Back Analysis MaterialProperties.slim). Se puede acceder a todos los archivos del tutorialinstalados con el Slide6.0, al seleccionar Archivo > Carpetas Recientes>Carpeta de Tutoriales (File > Recent Folders > Tutorials Folder) desdeel men principal del Slide.

Nota: si usted no est familiarizado con las opciones del anlisis desensibilidad o probabilstico en el Slide, se recomienda que revise primerolos tutoriales del Slide, 8, 9, 10 y 11.


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Modelo ( Model )

Inicie el programa Modelo (Model) del Slide. Seleccione Archivo >Carpetas Recientes> Carpeta de Tutoriales (File > Recent Folders >Tutorials Folder) del men principal del Slide y abra el archivoTutorial 23 Anlisis Inverso Propiedades del Material.slim(Tutorial 23 Back Analysis Material Properties.slim).

Usted debe ver el siguiente modelo.

Para este modelo, se asume que ocurre una falla de desplazamiento deltalud. La superficie de la falla existente viene determina mediante lalnea roja mostrada en la figura anterior. La superficie de falla es no

circular y pasa a travs de una capa de material dbil (material verde).

El material sobre y bajo la capa dbil (material amarillo) essignificativamente ms fuerte que la capa dbil y tiene las siguientespropiedades de resistencia: cohesin = 17.5 kPa y ngulo de friccin =30 grados.

Asignaremos primero las propiedades de resistencia a la capa dbil:cohesin = 5 kPa y el ngulo de friccin = 15 grados. Primero,ejecutemos el anlisis con estas propiedades para ver los resultados.

Computar ( Compute )

Seleccione la opcin Computar (Compute).

Seleccione: Anlisis Computar (Select: Analysis Compute)

Es instantneo definir el clculo, debido a que slo hay una superficiede falla nica.


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Interpretar ( Interpret )

Para visualizar los resultados del anlisis:

Seleccione: Anlisis

Interpretar (Select: Analysis

Interpret)

Esto iniciar el programa Interpretar (Interpret) del Slide. Usted debever lo siguiente.

Para el mtodo de anlisis Spencer, el factor de seguridad de estasuperficie de falla es 0.99. Esto es consistente con la superficie de fallaexistente, ya que el factor de seguridad es aproximadamente 1.

Hemos obtenido este resultado, al utilizar los valores especficos decohesin y ngulo de friccin para ambos materiales (material fuerte ycapa dbil).

En el contenido restante de este tutorial demostraremos como podemosutilizar el anlisis probabilstico o de sensibilidad, para llevar a cabo elanlisis inverso de las propiedades del material, suponiendo que uno oms parmetros de resistencia del material son desconocidos.

Anlisis de sensibi lidad ( Sensitivi ty Analysis )

Regrese al programa Modelo (Model) del Slide.

Seleccione Parmetros del Proyecto (Project Settings) y seleccione laopcin Estadsticas (Statistics) en la ventana de dilogo Parmetros delProyecto (Project Settings). Note que la opcin Anlisis de Sensibilidad(Sensitivity Analysis) (casilla de seleccin) ya est seleccionada.


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Seleccione OK o Cancelar (Cancel), ya que no haremos ningn cambioahora.

Estadsticas del Material ( Material Statistics )

Ahora, seleccione la opcin Materiales (Materials) desde el menEstadsticas (Statistics). Usted ver lo siguiente.

Para este ejemplo, hemos definido previamente dos variables para unanlisis de sensibilidad:

Cohesin de la capa dbil

ngulo de friccin de la capa dbil

NOTA: los valores medios actualmente definidos de cohesin y ngulo defriccin (5 kPa y 15 grados) resultan en un factor de seguridad de 0.99 para lasuperficie de falla determinada. Para este ejemplo, los valores ya fueron

previamente determinados.

Ahora, supongamos que los parmetros de resistencia del material de lacapa dbil NO son completamente conocidos. Para comenzar,supongamos que la cohesin es desconocida, pero que el ngulo de

friccin es conocido (15 grados). Cmo determinaremos el valor decohesin de capa dbil?


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Al utilizar el anlisis de sensibilidad, y el hecho de que tenemos unasuperficie de falla conocida (factor de seguridad = 1), podemos determinarfcilmente un valor de cohesin de la capa dbil en la falla.

Primero, cambiemos un poco los nmeros. Dado que suponemos que lacohesin es desconocida, si este fuera un talud real, nosotros podramospredecir inicialmente el rango de valores posibles. En la ventana de

dilogo Estadsticas del Material (Material Statistics), ingrese un valormedio = 10 kPa y los valores relativos mnimos y mximos = 10 kPa. Estoefectivamente variar la cohesin entre 0 y 20 kPa para el anlisis desensibilidad.

Seleccione OK en la ventana de dilogo.

Seleccione Computar (Compute) y seleccione Interpretar (Interpret).Usted debe ver el siguiente resultado.

Interpretar ( Interpret )Note que el factor de seguridad es ahora 1.082. Esto se debe a que hemoscambiado la cohesin media de 5 kPa a 10 kPa.


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Debido a que todos los parmetros de los valores medios son utilizadospara calcular el factor de seguridad determinstico durante un anlisisprobabilstico o de sensibilidad, cualquier cambio en los valores mediosafectar el factor de seguridad determinstico.

Ahora, seleccione la opcin Grfico de Sensibilidad (Sensitivity Plot)desde el men Estadsticas (Statistics) o la barra de herramientas.Asegrese que slo la casilla de seleccin Cohesin (Cohesion) est

seleccionada y que la casilla de seleccin ngulo de friccin se haya dejadoen blanco, tal como se muestra a continuacin.

Seleccione el botn Grfico (Plot), usted debe ver el siguiente grfico desensibilidad. Como puede observar, se vari la cohesin entre 0 y 20 kPa,y como consecuencia el factor de seguridad cambi.

Deseamos saber el valor de cohesin, el cual corresponde al factor deseguridad = 1. Podemos hacer esto como sigue. Haga clic derecho en elgrfico y seleccione Muestrear el Valor Exacto (Sample Exact Value)desde el men emergente. Ingrese el valor del factor de seguridad = 1, talcomo se muestra a continuacin y seleccione OK.

0.80.9

1.0

1.1

1.2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Fac

tor

of

Saf

ety

-

spe

nce

r

weak layer : Cohesion (kN/m2)

weak layer : Cohesion (kN/m2)


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El grfico de sensibilidad mostrar el valor exacto de cohesin para elfactor de seguridad = 1. Un valor de cohesin de la capa dbil = 5.5 kPa,corresponde al factor de seguridad = 1. Esto asume que todos losparmetros del talud son exactamente conocidos e iguales a sus valoresmedios (esto es, para un ngulo de friccin =15 grados, la cohesin en lafalla = 5.5 kPa).

Ahora, supongamos que la cohesin es conocida y que el ngulo defriccin es desconocido.

Modelo (Model )

Regrese al programa Modelo (Model) del Slide. Seleccione Materiales(Materials) desde el men Estadsticas (Statistics) e ingrese lossiguientes valores.


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Seleccione OK en la ventana de dilogo.

Seleccione Computar (Compute) e Interpretar (Interpret).


Seleccione Grfico de Anlisis de Sensibilidad (Sensitivity AnalysisPlot) y grafique slo el ngulo de friccin.

Seleccione el botn Grfico (Plot), usted debe ver que el grfico desensibilidad con el ngulo de friccin varan entre 5 y 25 grados. Hagaclic derecho en el grfico y seleccione Muestrear Valor Exacto (SampleExact Value), ingrese un factor de seguridad = 1 y seleccione OK.


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Un ngulo de friccin = 15.3 grados proporciona un factor de seguridad =1. Esto asume que todos los otros parmetros son iguales a sus valoresmedios (esto es, cohesin =5 kPa).

Para resumir: se puede utilizar fcilmente el anlisis de sensibilidad parael anlisis inverso de variables individuales. Slo recuerde, cuando usted

visualice un grfico de sensibilidad de una variable individual, se suponeque todos los otros anlisis son constantes e iguales a sus valores medios.En general, este procedimiento podra requerir algn ensayo y error, porejemplo si el factor de seguridad solicitado no est dentro del rango desalida de datos del grfico de sensibilidad, usted deber ajustar el rangoaceptable de valores de la variable y volver a ejecutar el anlisis.

Anlisis Probabilstico ( Probabilistic Analysis )

Se puede utilizar la opcin anlisis probabilstico en el Slidepara llevar acabo el anlisis inverso de dos variables simultneas. Por ejemplo,

determinar todos los valores posibles de cohesin Y ngulo de friccin porun factor de seguridad especfico.

Regrese al programa Modelo (Model) del Slidey seleccione Parmetrosdel Proyecto (Project Settings). Dirjase a la opcin Estadsticas(Statistics) y regrese a la casilla de seleccin Anlisis Probabilstico(Probabilistic Analysis). Seleccione OK.

Estadsticas del Material ( Material Statistics )

Seleccione Estadsticas del Material (Material Statistics) desde el menEstadsticas (Statistics). Dado que estamos llevando a cabo el anlisisprobabilstico (adems del anlisis de sensibilidad), note que hay dosentradas de datos requeridas para cada variable: Distribucin(Distribution) y Deviacin Estndar (Standard Deviation).


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Utilizaremos una Distribucin Uniforme (Uniform Distribution) paraambos, cohesin y ngulo de friccin. Debido a que suponemos queAMBOS cohesin y ngulo de friccin son variables desconocidas, unadistribucin Uniforme (Uniform) asegurar que las muestras aleatoriassean generadas de forma uniforme sobre el rango completo de cadavariable.

Note que para una distribucin Uniforme (Uniform), la DeviacinEstndar (Standard Deviation) no es aplicable, y que por lo tanto estinhabilitada. Asegrese de que los valores, medios, mnimos y mximossean mostrados (cohesin, 5,5,5 y el ngulo de friccin 15,5,5). SeleccioneOK.

Seleccione Computar (Compute) y luego Interpretar (Interpret).


Usted debe ver los siguientes resultados. Note que el factor de seguridaddeterminstico es an 0.99. Asimismo, se lista un resumen de resultadosprobabilsticos (PF=probabilidad de falla=53.8%, esto es, ms de la mitad

de todos los resultados dan como resultado la falla del talud. Esto escomo se esperaba, ya que la distribucin del factor de seguridad estcentrada aproximadamente en el valor medio de 1).


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Ahora, seleccione la opcin Grfico de Dispersin (Scatter Plot) desde elmen Estadsticas (Statistics).

En la ventana de dilogo Grfico de Dispersin (Scatter Plot) haga lassiguientes selecciones. Grafique la Cohesin (Cohesion) de la capa dbilversus Fi (Phi). Seleccione la casilla de seleccin Resaltar Datos(Hilight Data). Seleccione el Factor de Seguridad (Factor of Safety)-Spencer. Seleccione la opcin Rango (Range) y configure un rango de

0.99 a 1.01. Seleccione el botn Grfico (Plot).

Usted debe ver el siguiente grfico de dispersin (Scatter Plot).

Dado que elegimos una distribucin Uniforme (Uniform) para ambosCohesin (Cohesion) y Fi (Phi), y no utilizamos la Correlacin(Correlation), usted puede observar que las muestras se han generadode forma uniforme en todo el rango especfico de ambas variables (estoes, cohesin de 0 a 10 y ngulo de friccin de 10 a 20).

Note que los puntos de datos estn resaltados en rojo. Esto representapares de cohesin y ngulo de friccin, lo cual resulta en un factor deseguridad entre 0.99 y 1.01 (como lo especificamos en la ventana de


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dilogo de dispersin).

Para visualizar solo los datos resaltados, haga clic derecho en el grfico yseleccione Resaltar Slo Datos (Hilighted Data Only) desde el menemergente. El grfico debe lucir como sigue

Este grfico muestra la relacin entre la cohesin y el ngulo de friccinpara un factor de seguridad de aproximadamente 1. Como puede ver, larelacin es lineal sobre el rango de valores graficados, para este ejemplo.

Los parmetros de la lnea de mejor ajuste lineal a travs de los datosresaltados, son proporcionados en la parte inferior del grfico. Elparmetro alfa es el intercepto -y-, y beta es el talud de la lnea. En estecaso:

ngulo de friccin = -0.58 cohesin + 18.2

Usted puede utilizar esta ecuacin para determinar los valores decohesin y ngulo de friccin sobre este rango de valores. Asimismo,usted puede hacer esto de forma grfica con el muestrario. Si usted haceclic derecho sobre el grfico y selecciona Agregar (Snap) el muestrario ala lnea (coordenada -x) o (coordenada -y), usted puede grficamentearrastrar el muestrario a lo largo de la lnea con el mouse, y lascoordenadas (cohesin, fi) se mostrarn de forma interactiva, tal como semuestra.


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Cualquier par de valores de cohesin y ngulo de friccin, que caen enesta lnea, deben proporcionarle un factor de seguridad deaproximadamente 1. Por ejemplo: al utilizar el muestrario, podemosdeterminar que el par de datos de cohesin = 2 y ngulo de friccin = 17caen en esta lnea. Si usted ingresa estos datos como la resistencia de la

capa dbil y vuelve a ejecutar el anlisis, usted ver que el factor deseguridad es en efecto =1.

A pesar que la relacin es lineal en este ejemplo, esto no ser siempre elcaso. De acuerdo al rango de valores, las variables graficadas y lanaturaleza de su modelo, un grfico de dispersin podra exhibircualquier tipo de relacin funcional entre las dos variables.

Se puede utilizar el procedimiento anterior para cualquier rango defactor de seguridad. Por ejemplo, si usted desea encontrar valores decohesin y ngulo de friccin, que correspondan a algn otro valor del

factor de seguridad, simplemente delimite un pequeo rango queencuadre el factor de seguridad (ej. 1.19 a 1.21), al utilizar la opcinResaltar Datos (Hilight Data) en la ventana de dilogo grfico deDispersin (Scatter).

Exportar a Excel

Si usted desea realizar un proceso posterior de datos con otrasaplicaciones, usted puede fcilmente exportar los datos a Excel. Porejemplo, haga clic derecho en grfico de Dispersin (Scatter) yseleccione Grfico (Plot) en Excel desde el men desplegable y seexportar de forma automtica el grfico y los datos al Excel.


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Anlisis Inverso de Otras Variables

En este tutorial solo hemos revisado el anlisis inverso de los parmetrosde resistencia del material, en particular, la cohesin y ngulo de friccinde un material Mohr-Coulomb.

En el Slide, se pueden definir casi todas las variables en un anlisisprobabilstico o de sensibilidad. En este tutorial, se pueden aplicar losprocedimientos descritos a otros parmetros de resistencia y modelos deresistencia (ej. Hoek- Brown o materiales anistropos) o a cualquier otroparmetro de entrada de datos aleatorio en el Slide(ej. Propiedades deapoyo). El usuario puede experimentar con las opciones disponibles.

Anlis is Inverso ( Back Analysis ) de VariablesMltiples ( Multiple Variables )

Los procedimientos del anlisis inverso que involucran ms de dos

variables han sido descritos para problemas de estabilidad de talud. Sinembargo, esto est ms all del alcance de este tutorial. Las futurasversiones del Slide podran implementar mtodos de anlisis inversospara el anlisis simultneo de ms de dos variables.

Esto concluye el tutorial del anlisis inverso de las propiedades delmaterial. Ahora, usted puede salir del programa.

tutorial 23 - back analysis material properties (spanish)

Documents

anlisis desensibilidad

material requerida

anlisis inversode variables

mtodo de anlisis spencer

propiedades de resistencia

capa dbil material amarillo

slim tutorial

falla existente