Estudio experimental de infiltración de agua en un sistema suelo-geosintético parcialmente saturado

RESUMEN: Esta investigación presenta resultados experimentales de columnas de suelo-geosintético construidas para estudiar la capacidad de drenaje de geosintéticos instalados en suelos parcialmente saturados y sometidos a procesos de infiltración de agua. Se ensayaron dos tipos diferentes de geosintéticos permeables denominados geotextil no tejido y geocompuesto tejido-no tejido. El proceso de infiltración se monitoreó usando sensores de presión de poros negativa/positiva y de contenido volumétrico de agua, los cuales se colocaron por encima y por debajo del geosintético. Los resultados mostraron que los geosintéticos se comportaron como una capa impermeable hasta que el suelo circundante estaba casi saturado. Los geosintéticos empezaron a drenar agua lateralmente solo cuando la presión de poros en el suelo arriba de él era positiva o negativa pero cercana a cero. Este estudio busca proveer algunas ideas sobre la física del funcionamiento de suelo con geotextil y complementar la información técnica existente usada para realizar simulaciones numéricas de estructuras de suelo complejas sometidas a procesos de infiltración.ABSTRACT: This investigation presents experimental results from soil-geosynthetic column tests constructed to study the drainage capability of geosynthetics installed within an unsaturated soil and subjected to a water infiltration process. Two different types of permeable geosynthetics were tested; namely, non-woven geotextile and woven non-woven geocomposite. The infiltration process was monitored using negative/positive pore water pressure and volumetric water content transducers placed above and below the geosynthetic. The results showed that the geosynthetics behaved as an impermeable layer until the surrounding soil was nearly saturated. The geosynthetics started draining water laterally only when the pore water pressure within the soil above it was positive or negative but close to zero. This study intends to provide some insights into the physics of soil-geosynthetics performance, and to complement the available technical data used to conduct numerical simulations of complex soil-structures subjected to water infiltration processes

Efecto de la infiltración de lluvia en la respuesta hidráulica y en los mecanismos de falla de modelos de taludes arenosos

RESUMEN: Presenta los resultados experimentales obtenidos en modelos de taludes arenosos sometidos a lluvia. Se construyeron cuatro modelos para evaluar el efecto del contenido inicial de agua y de la intensidad de la lluvia en el comportamiento hidráulico y el mecanismo de falla en los taludes. Estos modelos fueron instrumentados con sensores de contenido volumétrico de agua, para monitorear el avance del frente húmedo y con inclinómetros para medir los movimientos laterales de talud. Los modelos fueron sometidos a intensidades de lluvia y duraciones que se encontraron entre 25 y 50 mm/h y 19 y 152 minutos, respectivamente. Adicionalmente, se discutió el efecto de un evento de lluvia de baja intensidad previo a una lluvia de alta intensidad. De los resultados, se observa que el tiempo requerido para alcanzar la falla del talud está influenciado por el contenido inicial de agua; siendo más corto el tiempo para contenidos de agua iniciales más altos. Los resultados presentados son útiles para entender el comportamiento de los taludes naturales y terraplenes parcialmente saturados y expuestos a infiltración de lluvias; así como para complementar la base de datos existente en este tema.ABSTRACT: This paper presents experimental results obtained from silty sand slope models subjected to an artificial rainfall. Four models were constructed to evaluate the effect of initial water content and rainfall intensity on the hydraulic behavior and failure mechanisms of the slopes. The models were instrumented with volumetric water content sensors to monitor the advance of the water front, and inclinometers to measure lateral movements of the slope. The models were subjected to rainfall intensities ranging from 25 to 50 mm/h, and durations from 19 to 152 minutes. The influence of low intensity rainfall events before a high intensity rainfall is discussed herein. The results showed that the time the slope models required to reach failure was influenced by the soil initial water content; being shorter at high initial water contents. These results are useful to understand the behavior of unsaturated natural slopes and embankments exposed to rainfall infiltration, and to complement the existing laboratory database existing in this subject

Monitoreo y muestreo de aguas subterráneas y gases en arenas densificadas con explosivos

RESUMEN: Este manuscrito presenta los resultados de un estudio de densificación de suelos en campo utilizando explosivos y realizado en un relleno sanitario localizado en Carolina de Sur, Estados Unidos; este estudio se realizó con el objeto de determinar los tipos de gases que se liberan y sus respectivas concentraciones in situ después del proceso de densificación. Se utilizó un sistema de sonda BAT para recolectar las muestras de aguas subterráneas y de gas en la mitad del estrato en estudio, así como para medir la evolución de las presiones del agua durante y después de la detonación de las cargas explosivas. Adicionalmente, se hicieron mediciones topográficas a través del eje central longitudinal de la zona de estudio después de cada explosión para medir la magnitud y la efectividad de esta técnica de densificación en depósitos de arena sueltas. Los resultados de este estudio mostraron que: a) el sistema de sonda BAT puede ser una técnica confiable para recolectar muestra de agua subterránea y gas en campo antes y después de la explosión; b) la masa de suelo afectada por la detonación de los explosivos licuó por un periodo de 6 horas, mientras el esfuerzo vertical efectivo alcanzó sus valores iniciales después de 3 días; y c) se observaron deformaciones verticales significativas en el área de estudio después de cada explosión, lo cual indica que la masa de suelo fue exitosamente densificada.ABSTARCT: This paper presents the results of a blast densification field study conducted at a waste disposal landfill located in South Carolina, United States, to determine the type of gases released and their in-situ concentrations in the ground after blast densification. The BAT probe system was used to collect groundwater and gas samples at the middle of the targeted layer and to measure the porewater pressure evolution during and after the detonation of the explosive charges. In addition, standard topographic surveys along the centerline of the tested zones were conducted after each blast event to quantify the effectiveness of the blast densification technique to densify loose sand deposits. The results of this study show that: a) the BAT probe system is a reliably in situ technique to collect groundwater and gas samples before and after blasting; b) the soil mass affected by the detonation of the explosives fully liquefied over a period of 6 hours while the in-situ vertical effective stresses returned to their initial values after about 3 days; and c) significant induced vertical strains were observed in the blasting area after each detonation, indicating that the soil mass has been successfully densified

Asentamiento de la superficie del terreno de arenas sueltas densificadas con explosivos

RESUMEN: Este artículo presenta los resultados de un programa de densificación con explosivos que se realizó en un relleno sanitario localizado en el Sur de Carolina, Estados Unidos, para densificar un depósito de arena suelta altamente licuable, y así aumentar su resistencia a licuación y flujo en caso de un evento sísmico. Se seleccionaron cinco zonas para densificar, y se ejecutaron un total de cuatro detonaciones en cada una ellas. Adicionalmente, se realizaron ensayos de CPT antes de la primera detonación para determinar la localización de la capa de arena suelta, y así definir distribución de los explosivos. En cada una de las zonas se llevaron a cabo levantamientos topográficos, a lo largo de la línea central de la dirección larga, para medir los asentamientos de la superficie del terreno antes y después de cada detonación. Los asentamientos medidos mostraron que, independiente de la “perdida” inicial en resistencia a la penetración comúnmente medida por ensayos de campo, la densificación con explosivos es una técnica efectiva para densificar el suelo. En las zonas ensayadas, la densidad relativa final varió entre 65 % y 91 %. A estas densidades, la capa de arena mejorada no es considerada susceptible a licuación y flujo esperándose un comportamiento dilativo durante un evento sísmico.ABSTRACT: This paper presents the results of a blast densification program conducted at a sanitary landfill located in South Carolina, U.S., to densify a liquefiable loose sand layer deposit and thus increase its resistance to liquefaction and flow during a seismic event. Five zones were selected for improvement, and a total of four blasting passes were implemented at each zone. Additionally, preblast CPT soundings were performed to determine the location of the loose sand layer, and thus define the distribution of the explosives. Topographic surveys were conducted along the centerline of the long direction to measure the ground surface settlements before and after each blast event. Measurements of ground surface settlements indicated that, regardless of the initial “apparent” decrease in penetration resistance commonly measured by standard verification tests, blast densification is an effective technique to increase the soil density. At the tested zones, the final relative densities varied from 65% to 91%. At these densities, the improved sand layer is not considered susceptible to liquefaction and flow, and a dilative response will be expected during a seismic event

Identificación y caracterización de flujos regionales de recarga de agua a un acuífero libre

RESUMEN: La recarga a un acuífero puede ser directa y difusa produciéndose a través de la superficie donde este aflora, puede darse mediante la interacción con cuerpos de agua superficial o a partir de aportes de flujos regionales desde zonas distantes según condiciones de porosidad y permeabilidad secundaria de la roca encajante. En este estudio se determinó para el valle de Aburrá-Colombia, las áreas de recarga directa y las zonas de aporte por flujo regional. Para la identificación de las zonas de recargas se tuvieron en cuenta cinco propiedades del sistema: localización de manantiales, perfiles de meteorización, topografía, patrones estructurales e infiltración. Métodos hidrogeoquímicos e isotópicos se usaron para validar el modelo.ABSTRACT: The aquifer recharge can be direct and diffuse, or can occur through interaction with surface water bodies, or from input of regional flows from remote areas according to the conditions of porosity and second permeability from the host rock. In this study, direct recharge areas and regional flow systems were determined for the Aburrá Valley-Colombia. Five factors were taken into consideration in order to identify recharge areas: location of the springs, weathering profiles, topography, structural patterns and infiltration. Hydrogeochemical and isotope methods were used in order to validate the model

Numerical analysis of the water infiltration process and strain localization in partially saturated soils

RESUMEN: En este trabajo se presentan simulaciones del proceso de infiltración de agua en suelos parcialmente saturados en una y en dos dimensiones, haciendo uso de un método acoplado infiltración-deformación. El estudio de la infiltración unidimensional se realizó en dos partes: primero, considerando un suelo homogéneo y, posteriormente, un suelo estratificado compuesto de dos horizontes diferentes. Para ambos casos se modelaron columnas unidimensionales de un metro de espesor, con las que se realizó un estudio paramétrico tomando diferentes valores de Intensidad de lluvia. Del análisis se encontró que el fenómeno de infiltración unidimensional tiene una alta dependencia de la relación intensidad de lluvia (I)/Permeabilidad del suelo (ksW) y en el caso de los suelos estratificados se evidenció un control de la infiltración por parte del suelo de menor permeabilidad. Finalmente, se analizó el caso de infiltración bidimensional mediante la modelación de un talud sometido a lluvia de alta intensidad donde se pudo localizar la superficie de falla en el talud. Los resultados de este análisis muestran el potencial de esta metodología para el estudio de estructuras de suelo sometidas a procesos de infiltración.ABSTRACT: This paper presents one- and two-dimensional simulations of the water infiltration process on unsaturated soils by using a coupled infiltration-deformation model. Two examples are presented for the one-dimensional infiltration analysis. The first example simulates the infiltration process on a homogenous soil, and the second on a stratified soil composed of two different layers. For both cases, a one-meter column of soil was used to conduct a parametric study by assuming different values of rainfall intensity. It was found from this analysis that the one-dimensional infiltration process on the homogenous soil is highly dependent on the rainfall intensity (I) / permeability (ksW) ratio, and for the stratified soil, the infiltration process was controlled by the soil with less permeability. Finally, one example is presented to study the bi-dimensional infiltration process on a slope subjected to a high-intensity rainfall, where the localization of the failure surface is presented. The results of this analysis show the advantages of this methodology to study soil structures subjected to infiltration processes

Análisis de la amenaza por movimientos en masa detonados por sismo en los Andes colombianos, caso de estudio: Barbosa (Antioquia)

Earthquakes are one of the biggest triggers of mass wasting in the world. Various methodologies have been developed to predict and evaluate these phenomena from statistical or physical approaches or a combination of both. This study analyzes the threat of mass wasting triggered by earthquakes in the municipality of Barbosa, located in the Colombian Andes, through the two most widely implemented methods: pseudo-static analysis and Newmark ́s method, due to their easy use, long history and research acceptance in limit equilibrium analysis. The results allow us to understand the geomechanical response of the subsoil to earthquakes in both saturated and dry conditions. The case study presented indicates the great potential of the abovementioned methodologies as tools for analyzing the threat of mass wasting triggered by earthquakes in mountainous areas. As it has been presented in different studies, the percentage of unstable areas is directly related to the degree of the land saturation and the slope. For the municipality of Barbosa, and using Newmark’s method, the unstable area reaches 59% of the municipality in saturated conditionsand 17% in dry conditions; while using the pseudostatic method they represent 22% and 8% of the municipality, respectively.Los sismos constituyen uno de los mayores detonantes de movimientos en masa en el mundo. Diversas metodologías han sido desarrolladas para predecir y evaluar estos fenómenos desde enfoques estadísticos, físicos o combinación de ambos. En el presente estudio se analiza la amenaza por movimientos en masa detonados por sismos en el municipio de Barbosa, ubicado en los Andes colombianos, a través de los dos métodos más implementados: el análisis seudoestático y el método de Newmark, debido a su fácil uso, larga trayectoria y aceptación investigativa en los análisis de equilibrio límite. Los resultados permiten entender la respuesta geomecánica del subsuelo ante sismos en condiciones tanto saturadas como secas. El caso de estudio presentado señala un gran potencial de las metodologías mencionadas como herramientas de análisis de la amenaza de movimientos en masa detonados por sismos en zonas montañosas. Como se ha presentado en diferentes estudios, el porcentaje de áreas inestables se encuentra directamente relacionado con el grado de saturación del terreno y la pendiente. Para el municipio de Barbosa, y utilizando el méto- do de Newmark, el área inestable alcanza el 59% del municipio en condiciones saturadas y 17% en  condiciones secas; mientras que utilizando el método seudoestático representan el 22% y 8% del municipio, respectivamente

Effect of gas on shear wave velocity of sandy soils densified with explosives

RESUMEN: Contexto: Los ensayos de velocidad de onda de corte (Vs), son comúnmente utilizados para estimar el incremento en resistencia de suelos densificados con explosivos. En algunos casos históricos los ensayos de Vs realizados después del proceso de mejoramiento de suelo no muestran un incremento significativo en la resistencia del suelo, aun cuando la superficie del terreno se asienta más de 0,50 m. Se cree que esta respuesta se debe a la presencia de gas en la masa de suelo. Método: En este trabajo se presentan los resultados de ensayos triaxiales monotónicos realizados en muestras de suelos arenosos gaseosos medianamente densos, para evaluar el efecto del gas ocluido en la respuesta a la velocidad de onda de corte en arenas densificadas con explosivos. Muestras de arena fueron recolectadas de un depósito de arena suelta localizado in Carolina del Sur, Estados Unidos, y el cual fue densificado in situ con explosivos. Las muestras fueron consolidadas a las condiciones de esfuerzo efectivo in situ, las cuales se consideran representativas de las condiciones de esfuerzo en el momento de realizar la densificación con explosivos. Resultados: Los resultados de los ensayos triaxiales, realizados bajo condiciones no-drenadas globales, mostraron que, independientemente de la densidad de la muestra, el gas hace que los valores de velocidad de onda de corte obtenidos para las arenas gaseosas se aproximen a los valores de velocidad de onda de corte obtenidos en las muestras saturadas ensayadas bajo condiciones drenadas. Además, este comportamiento tiende a ser más pronunciado a medida que el suelo es más denso. Conclusiones: Esta respuesta podría ofrecer algunas luces sobre porqué la velocidad de corte no se incrementa significantemente en suelos densificados con explosivos aun cuando la densidad se incrementa considerablemente.ABSTRACT: Context: Shear wave velocity tests (Vs) are commonly used to estimate the increase in resistance of explosive densified soils. In some historical cases, Vs tests performed after the soil improvement process do not show a significant increase in soil resistance, even though the soil surface sits more than 0.50 m. It is believed that this response is due to the presence of gas on the soil mass. Method: This paper presents the results of monotonic triaxial tests performed on samples of dense gaseous sandy soils to evaluate the effect of occluded gas on the response to the shear wave velocity in densified sands with explosives. For sand sampling, it was collected from a loose sand deposit located in South Carolina, USA. These samples were densified in-situ with explosives, and consolidated to the insitu effective stress conditions, which are considered representative in the conditions of effort at the moment of the densification with explosives. Results: Triaxial tests were performed under global non-drained conditions. The results of these tests show that gas causes the shear wave velocity values obtained for the gaseous sands to approximate the shear wave velocity values obtained in the saturated samples tested under drained conditions. In addition, behavior tends to be more pronounced as the soil is denser. Conclusions: These response may offer some insights as to why the shear wave velocity does not increase significantly in densified soils with explosives, even though the density increases considerably

Efecto del gas en la velocidad de onda de corte de suelos arenosos densificados con explosivos

Context: Shear wave velocity tests (Vs) are commonly used to estimate the increase in resistance of explosive densified soils. In some historical cases, Vs tests performed after the soil improvement process do not show a significant increase in soil resistance, even though the soil surface sits more than 0.50 m. It is believed that this response is due to the presence of gas on the soil mass.Method: This paper presents the results of monotonic triaxial tests performed on samples of dense gaseous sandy soils to evaluate the effect of occluded gas on the response to the shear wave velocity in densified sands with explosives. For sand sampling, it was collected from a loose sand deposit located in South Carolina, USA. These samples were densified in-situ with explosives, and consolidated to the in-situ effective stress conditions, which are considered representative in the conditions of effort at the moment of the densification with explosives.Results: Triaxial tests were performed under global non-drained conditions. The results of these tests show that gas causes the shear wave velocity values obtained for the gaseous sands to approximate the shear wave velocity values obtained in the saturated samples tested under drained conditions. In addition, behavior tends to be more pronounced as the soil is denser.Conclusions: These response may offer some insights as to why the shear wave velocity does not increase significantly in densified soils with explosives, even though the density increases considerably.Contexto: Los ensayos de velocidad de onda de corte (Vs), son comúnmente utilizados para estimar el incremento en resistencia de suelos densificados con explosivos. En algunos casos históricos los ensayos de Vs realizados después del proceso de mejoramiento de suelo no muestran un incremento significativo en la resistencia del suelo, aun cuando la superficie del terreno se asienta más de 0,50 m. Se cree que esta respuesta se debe a la presencia de gas en la masa de suelo.Método: En este trabajo se presentan los resultados de ensayos triaxiales monotónicos realizados en muestras de suelos arenosos gaseosos medianamente densos, para evaluar el efecto del gas ocluido en la respuesta a la velocidad de onda de corte en arenas densificadas con explosivos. Muestras de arena fueron recolectadas de un depósito de arena suelta localizado in Carolina del Sur, Estados Unidos, y el cual fue densificado in situ con explosivos. Las muestras fueron consolidadas a las condiciones de esfuerzo efectivo in situ, las cuales se consideran representativas de las condiciones de esfuerzo en el momento de realizar la densificación con explosivos.Resultados: Los resultados de los ensayos triaxiales, realizados bajo condiciones no-drenadas globales, mostraron que, independientemente de la densidad de la muestra, el gas hace que los valores de velocidad de onda de corte obtenidos para las arenas gaseosas se aproximen a los valores de velocidad de onda de corte obtenidos en las muestras saturadas ensayadas bajo condiciones drenadas. Además, este comportamiento tiende a ser más pronunciado a medida que el suelo es más denso.Conclusiones: Esta respuesta podría ofrecer algunas luces sobre porqué la velocidad de corte no se incrementa significantemente en suelos densificados con explosivos aun cuando la densidad se incrementa considerablemente.

Implementation of the TRIGRS model with reliability analysis for hazard assessment of shallow rainfall-triggered landslides

Landslides triggered by rainfall infiltration are common in tropical regions. Slope failures represent one of the most common causes of human and economic losses around the world. This study presents a methodology for hazard assessment of shallow landslides triggered by rainfall. The implemented methodology uses the physical based model - TRIGRS (Transient Rainfall Infiltration and Gridbased Slope-Stability), as well as a reliability analysis using the FOSM probabilistic method (First Order Second Moment), which allow to incorporate the uncertainty of strength parameters of the soil (cohesion and friction) and the thickness of the failure surface, these soil properties present great variability associated with the geological and geomorphological conditions for each zone. Additionally, the used methodology allows an adequate analysis of the effect of the rainfall infiltration process on the soil instability since it considers both, the rainfall characteristics (intensity-duration), as well as the hydraulic conductivity and the strength parameters of the soil. The contrast of the results obtained by the FOSM compared to the deterministic results, highlights the importance of considering the uncertainty within the stability analysis. The procedure and obtained results intend to show a useful tool for land use plans, that allows a progressive and sustainable socio-economic development of the areas which can be susceptible to landslides triggered by rainfall infiltration