Reliability assessment of rock slopes by evidence theory

El objetivo de este proyecto de investigación es desarrollar una metodología para efectuar análisis de confiabilidad de la estabilidad de taludes rocosos, teniendo en cuenta la incertidumbre cuando la información sobre los parámetros geomecánicos de entrada es limitada. En mecánica de rocas, los métodos determinísticos y probabilísticos son ampliamente utilizados en el proceso de toma decisiones. No obstante, el primero no considera la incertidumbre y el segundo tiene limitaciones para representar la incertidumbre epistémica y tiene que asumir la distribución de probabilidad de las variables de entrada. Por lo tanto, se recurre a la Teoría de la Evidencia como una herramienta para describir la incertidumbre aleatoria y epistémica de los parámetros geomecánicos y propagarla a través de modelos de equilibrio límite, en los que la geometría es controlada por la orientación de las discontinuidades. Para llevar a cabo una mejor descripción de la variabilidad en el macizo, el proyecto utilizó fotogrametría de corto alcance, lo que permitió obtener series de datos robustas y confiables de la geometría de las discontinuidades, que fue modelada como una variable aleatoria con distribución Kent. Además, se desarrolló un procedimiento para actualizar los análisis de confiabilidad teniendo en cuenta la distribución de probabilidad de la orientación de las discontinuidades. La aplicación de la metodología en un talud rocoso de una mina de arenisca mostró su aplicabilidad a proyectos reales. Consecuentemente, la principal contribución de este trabajo es la generación de un marco de referencia para efectuar la evolución de confiabilidad de taludes rocoso basado en la teoría de la evidencia que permite combinar las series robustas de la orientación de los planos de discontinuidad, con información limitada de sus parámetros de resistencia, que puede ser actualizada a medida que se genera nueva información.This research project aims to develop a methodology to perform rock slope stability analysis considering the aleatory and epistemic uncertainty when the information on geomechanical parameters is limited. In rock mechanics, deterministic and probabilistic approaches are widely used in the decision-making process. However, the earlier does not consider the uncertainty, and the latter has limitations to account for the epistemic uncertainty and requires assumptions on probability distributions when robust data sets are not available. Therefore, we resorted to the Evidence Theory as a tool to describe the epistemic and aleatory uncertainty of input geomechanical variables and propagate them trough limit equilibrium models, in which the geometry is controlled by the joints orientation. To perform a better description of the variability of the rock mas properties, the project utilized a short-range photogrammetry system, which allowed us to have robust and reliable data sets on joints geometry to be modeled as Kent distributed variables. Besides, we suggested a procedure to update the reliability analysis acknowledging that orientations follow a Kent distribution. The application of the methodology to a rock slope in a sandstone mine showed its suitability to be applied in actual engineering projects. Consequently, the main contribution of this project is an rock slope evidence theory reliability-based framework for combining robust data sets on joints orientation, with limited information on geomechanical parameters, that can be updated as new information is available.ColcienciasAnalisis Cuantitativo de Riesgo en Taludes MinerosLínea de Investigación: Geotecnia y Riesgos Geo ambientalesDoctorad

Evaluación del riesgo ante caída de bloques en taludes de roca a partir de procesamiento de imágenes digitales y simulación de redes de fracturamiento y de trayectorias de bloques

Este documento presenta la formulación de un procedimiento para la evaluación del riesgo ante caída de bloques en taludes de roca, aplicado al caso de estudio de una mina a cielo abierto localizada en cercanías del municipio de Une, Cundinamarca. Haciendo uso de imágenes digitales tomadas con vehículos aéreos no tripulados y fotogrametría digital de corto alcance, se obtuvo información topográfica y estructural de la zona de estudio, mediante la construcción de modelos tridimensionales. La información obtenida de estos modelos fue utilizada para la simulación de redes discretas de fracturamiento y de trayectorias de bloques, lo cual sirvió para determinar el riesgo mediante la adaptación de una serie de metodologías desde diferentes perspectivas y con diferentes niveles de detalle. Inicialmente, se propone la construcción de mapas de amenaza ante caída de rocas, considerando los resultados de la simulación de trayectorias de bloques. Después, se plantea el uso de una metodología semicuantitativa para la determinación del riesgo; teniendo en cuenta información geológica, geotécnica, ambiental y de operación de los taludes de la zona de estudio, se realizaron análisis de estabilidad ante diferentes mecanismos de falla. En un paso siguiente, se propone el uso de redes discretas de fracturamiento para estudiar la estructura del macizo rocoso y formular la construcción de ecuaciones de magnitud-frecuencia sin la necesidad de inventarios de caídas de roca. Por último, mediante estas ecuaciones se realiza una estimación cuantitativa del riesgo y sus consecuencias.This document presents the development of a rockfall risk assessment procedure in rock slopes, applied to the case study of an open pit located near the municipality of Une, Cundinamarca. Based on digital images taken with unmanned aerial vehicles and short-range digital photogrammetry, three-dimensional models were constructed, and topographic and structural information of the study area was obtained. This information was used to simulate discrete fracture networks and rock block trajectories; those simulations were used to determine the risk to falling rocks, by adapting a series of methodologies from different perspectives and with different levels of detail. Initially, hazard maps construction from block trajectory simulation is proposed. Then, the use of a semi-quantitative methodology for risk assessment is applied; considering the geological, geotechnical, environmental and operational information of rock slopes in the study area, stability analysis for different failure mechanisms were carried out. In a next step, the use of discrete fracture networks to study the rock mass structure and to construct magnitude-frequency equations without rockfalls inventories, is proposed. Finally, quantitative risk assessment is carried out, using the constructed equation for risk determination and its consequences.Magíster en Ingeniería GeotecniaMaestrí