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Analisis de modo y efectos de fallas - AMFE - en taludes



Analisis de modo y efectos de fallas - AMFE - en taludes
Agudo, V*.; Chang, A.; Fung, B.; Luo, C.; Rujano, A.; Santos, D. & Villarreal, N.
Licenciatura en Ingeniería Civil – Centro Regional de Veraguas – Universidad Tecnológica de Panama

Resumen: En este documento presentamos el analisis de modo y efectos de fallas de un talud de 10 metros de altura ubicado en el proyecto del Residencial Verdun Hill de la Ciudad de Santiago de Veraguas. En dicho talud se le realizaron diversos ensayos para determinar sus características para estimar los eventuales riesgos y fallas que pueden tener en un futuro y así encontrar posibles soluciones a estos problemas. Como primer paso se hizo reconocimiento de un talud adecuado, luego se procedió a hacer el muestreo, seleccionando siete muestras en recipientes de 18.75L de diferentes sitios del talud. Se perforaron 2.5m con barreno manual. Seguidamente se procedió a llevar las muestras al Laboratorio de Suelo y Materiales de nuestra universidad, en la cual se hicieron los siguientes ensayos según la ASTM (American Society of Testing Materials): Granulometría ASTM C136, ASTM D 6913, Límites de Atterberg ASTM 4318, Clasificación de suelos SUCS ASTM D, Proctor ASTM D698. Con la granulometría se determinó el tipo de suelo, con los límites de Atterberg el módulo de finura, límite líquido y limite plastico, y con el PROCTOR la densidad maxima y la compactación del suelo. Después de culminar con los ensayos del muestreo se prosiguió a hacer el Analisis de Modo y Efecto de Falla (AMFE),evaluando los resultados obtenidos de los diferentes procesos de efectos y causas potenciales de las fallas, evaluadas con un puntaje de 1 a 10 en las tablas de clasificación de los índices de Gravedad o Severidad, Ocurrencia y Detección. Finalmente obtener el índice prioritario de riesgo (RPN) que es el producto de la Gravedad o Severidad, Ocurrencia y Detección (RPN = S x O x D), para ofrecer una solución a los posibles potenciales riesgos.



Palabras claves Talud, PROCTOR, Severidad, Ocurrencia Detección
Abstract In this paper we present the analysis of failure mode and effects of a slope of 10 meters in high localized at Verdun Hills Residential Project. In this slope were performed various tests to determine its characteristics that help assess the possible risks and failures that may have in the future and thus to find possible solutions to these problems. The first step was recognition of a suitable slope, then proceeded to sample, selecting seven samples in 5 gallon tanks from different sites of the slope. It was drilled 2.5 meters with a hand auger. He then proceeded to bring the samples to the laboratory of soil and materials from our university, in which the following tests were made according to ASTM (American Society of Testing Materials): Sieve ASTM C136, ASTM D 6913, ASTM 4318 Atterberg limits, classification ASTM D SUCS soil, Proctor ASTM D698. With the particle size was determined soil type with Atterberg limits the fineness modulus, liquid limit and plastic limit, and the Proctor maximum densityand soil compaction. After completing the sampling trials proceeded to make the analysis of failure modes and effects (FMEA), evaluating the results obtained from the different processes effects and potential causes of failures, evaluated with a score of 1-10 on league tables or indexes Severity Severity, Occurrence and Detection. Finally obtain the risk priority index (RPN) is the product of Gravity or Severity, Occurrence and detection (RPN = S x O x D), to offer a possible solution to the potential risks.
Keywords Slope, PROCTOR, severity. Occurrence, detection.


1. Introduction
Este documento describe paso a paso el proceso de identificación, evaluación y prevención de deficiencias de un proceso. En un Analisis de modo y fallo (AMFE), se otorga una prioridad a los fallos dependiendo de cuan serias sean sus consecuencias, la frecuencia con la que ocurren y con qué dificultad pueden ser localizadas.


También documenta el conocimiento existente y las acciones sobre riesgos o fallos que deben ser utilizadas para lograr una mejora continua.
El AMFE se utiliza durante la fase de diseño para evitar fallos futuros. Posteriormente es utilizado en las fases de control de procesos, antes y durante estos procesos. Idealmente, un AMFE empieza durante los primeros niveles conceptuales del proyecto y continúa a lo largo de la vida del proyecto. Su finalidad es eliminar o reducir los fallos, comenzando por aquellos con una prioridad mas alta.
Puede ser también utilizado para evaluar las prioridades de la gestión delriesgo. Este ayuda a seleccionar soluciones que reducen los impactos acumulativos de las consecuencias del ciclo de vida (riesgos) del fallo de un sistema (fallo).Existen dos tipos AMFE, uno de analisis de resultados o productos y el otro de analisis de procesos.
1.1. Teoría.
1.1.1. Definición
Es una herramienta de analisis para la identificación, evaluación y prevención de los posibles fallos y efectos que pueden aparecer en un proceso.











Figura 1 Diagrama de flujo
1.1.2 Características principales.

Caracter preventivo: El anticiparse a la ocurrencia del fallo de un proceso permite actuar en caracter preventivo para evitar posibles problemas.
Sistematización: El enfoque estructurado que se sigue para la realización de un AMFE asegura, practicamente, que todas las posibilidades de fallo han sido consideradas.
Participación: La realización de un AMFE es un trabajo en equipo, que requiere la puesta en común de los conocimientos de todas las areas afectadas.
1.1.3 Fallo
Se dice que un proceso falla, cuando no se lleva a cabo, de forma satisfactoria, la prestación que de él se espera, su función.
a.- Modo potencial de fallo: Son todas las formas posibles en que un proceso como por ejemplo un talud puede fallar.
Ej. (deformación, rotura, agrietamiento en la corona, inestabilidad, etc.)
b.- Efecto potencial de fallo: Es la consecuencia que puede traer consigo la ocurrencia de un Modo de fallo, tal y como lo experimentaran las personas que seran afectadas en un futuro.
Ej. (Si se llegóa construir habra incomoda satisfacción por parte del dueño, ya sea por penetración del agua, rajadura en paredes, falta de soporte y estabilidad)
c Causas potenciales de fallo: ¿Cómo puede ocurrir la falla? Describirlo en términos de algo que se pueda corregir o controlar. Para cada modo de fallo se identificaran las posibles causas ya sean directas o indirectas. Ejemplos
Falla total o parcial de talud cuando hay agrietamiento en el terreno.
La desecación excesiva de los materiales arcillosos que conforman el talud y reactivación de un antiguo deslizamiento debido al agrietamiento en la corona.
d.- Controles actuales: Los controles actuales son descripciones de las medidas que previenen que ocurra el modo de falla o detectan el modo de falla en caso de que ocurran. Para el analisis de un talud puede ser un muestreo de suelo, para determinar la compactación, % de humedad, densidad, tipos de suelos, entre otras características.
1.1.4. Determinación del índice de prioridad para cada modo de fallo.
Severidad o Gravedad­: Evalúa la gravedad de la consecuencia de que se produzca un determinado Fallo para la persona que construyó o realizo algún tipo de obra en determinado talud.
La evaluación se realiza en una escala del 1 al 10 en base a una 'Tabla de Gravedad', y que es función de la mayor o menor insatisfacción del dueño o encargado del proyecto por la degradación de la función o las prestaciones.


Cada una de las Causas Potenciales correspondientes a un mismo Efecto se evalúa con el mismo Índice deGravedad.


En el caso en que una misma causa pueda contribuir a varios Efectos distintos del mismo Modo de Fallo, se le asignara el Índice de Gravedad mayor. el Modo de Fallo por cada una de las Causas Potenciales en una escala
Ocurrencia: Evalúa la probabilidad de que se produzca Del 1 al 10 en base a una 'Tabla de Ocurrencia'. Para su evaluación, se tendran en cuenta todos los controles actuales utilizados para prevenir que se produzca la Causa Potencial del Fallo.
Detección: Debe seleccionarse el método de inspección adecuado. En primer lugar un ingeniero debe observar los controles actuales del sistema que impidan los modos de fallos o bien que lo detecten antes de que se llegue a realizar una construcción sobre dicho talud y si ya esta en ejecución es mejor tomar las medidas necesarias antes de que llegue al alcance de personas dueñas del proyecto y ocurra algún daño.
Tabla 1. Criterio de severidad
Tabla 2.
Criterio de ocurrencia
Tabla 3.
Criterio de detección


















Posteriormente deben identificarse técnicas o ensayos como muestreo de suelos para llegar a analizar un talud.
De estos controles, un ingeniero puede conocer qué posibilidad hay de que ocurran fallos y como detectarlos pata eso se hace uso de una escala del 1 al 10 en base a una 'Tabla de Detección.
Tras estos tres pasos basicos se calculan los números de prioridad del riesgo conocido como (RPN).
RPN = S x O x D
El valor del RPN estara entre 1 y 1000.
Se debetener un extremo cuidado para asegurar que los criterios objetivos (umbrales) no influyan en las entradas anteriores del AMFE.
Tabla 4. Resultados

2.
Materiales y métodos.
Como fue mencionado en el resumen el analisis de modo y efecto de falla fue aplicado a un talud, que es definido como una pendiente no restringida que puede ser natural o construida. Para el analisis de la estabilidad del talud llegamos a realizar una serie de ensayos en el laboratorio de suelos.
Los analisis que se desarrollaron fueron para llegar a determinar qué tan factible, resistente y estable se encuentra ese talud y así poder dar las recomendaciones necesarias para que llegue a tener un nivel de compactación aceptable según el tipo de suelo.
Cada uno de los ensayos que se presentaron es establecido según la ASTM (American Society of Testing Materials), que es un organismo de normalización de los Estados Unidos de América que se encarga a través de normas de probar la resistencia de los materiales para la construcción de bienes.
Entre los materiales utilizados para llevar a cabo este proyecto podemos mencionar
Barreno, Balanza eléctrica, Hornos, Cristalería, Elementos de porcelana, Palas, tamices, conos, moldes de 4 – 6 pulgadas, cuchara de Casagrande, martillo y cilindros.
2.1. Visita al lugar.
Luego de haber estudiado el marco teórico de estabilidad de talud, visitamos lugares para seleccionar el adecuado. Después de elegido el lugar, se realizaron dos visitas previas al muestro en busca de antecedentes históricos así como lageología de la región, lo que nos permite estimar la susceptibilidad al movimiento.
Por las características encontradas, se decidió que el local seleccionado para la aplicación del AMFE sería el proyecto Residencial Verdum Hill de la Ciudad de Santiago de Veraguas, Panama.
Este es un proyecto consta de 9ha, con cerca perimetral y calles de concreto, en donde se pretenden construir 94 casas, de 4 modelos diferentes. Para este proyecto fue necesario realizar algunos rellenos o terraplenes para nivelar las area de construcción.
2.2. Toma de muestras
Una de las partes mas importantes en la determinación de la estabilidad de talud, es el muestreo ya que a partir del grado de precisión podremos determinar si las condiciones de dicho talud son las adecuadas, o que ofrezcan un grado de seguridad adecuado. Para ello visitamos el lugar con el equipo necesario, tomamos muestra del talud para realizar granulometría,
Proctor, determinar los límites de Atterberg (L. de consistencia), porcentaje de humedad, densidad compactado y no compactado. Las muestras fueron tomadas a partir de perforaciones de hasta 2.5 m de profundidad, donde se podía diferenciar los cambio en el suelo a medida que esta aumentaba.
Para otros analisis, las muestras fueron tomadas mediante paladas de distintas partes del talud, hasta recolectar un total de 7 tanques de 18.75L.
















Figura 2. Perforación con barreno manual
3. Resultados
Después de realizar el muestreo y los analisis pertinentes en el laboratorio pudimosdeterminar las características del suelo que compone el talud seleccionado.
Mediante estas características clasificamos el suelo en el grupo al que pertenece así como también sus componentes, esto mediante tablas encontradas en la ASTM que nos ayuda asignar su grupo mediante calculos sencillos. Todo esto nos lleva a determinar la seguridad y confiabilidad de este proyecto.
3.1. Determinación de fallas, efectos y seguridad
3.1.1. Granulometría
En el analisis granulométrico determinamos el tipo de suelo mediante el tamizado de las muestras obtenidas en campo.
Para la clasificación utilizamos tamiz Nº4 y Nº200, en el tamiz Nº4 el % que pasa fue de 90.33, el % retenido de 9.67 y el % retenido acumulado de 9.67. En el tamiz Nº200 el % que pasa fue de 41.83, el % retenido de 48.5 y el % retenido acumulado de 58.17.
Utilizando la tabla de clasificación de suelo ASTM D 2487 el suelo se clasifica en suelo de partículas gruesas (mas del 50% es retenido en la malla Nº 200) y suelos de partículas finas (el 50% o mas pasa la malla Nº200). A partir de esto podemos clasificar el suelo de nuestro talud como un suelo de partículas gruesas.
El suelo de partículas gruesas se divide en gravas (mas del 50% de la fracción gruesa es retenida en la malla Nº4) y las arenas (el 50% o mas de la fracción gruesa pasa la malla Nº4). Luego de analizar esto podemos clasificar el suelo en el grupo de las arenas.
Las arenas se clasifican en arenas limpias (menos del 5% pasa la malla Nº 200), arenas con finos (mas del 12% pasa la mallaNº200) y arenas limpias y con fino (entre el 5 y 12% pasa la malla Nº200). Es decir estamos tratando arenas con finos, donde lo ideal para un talud sería un suelo grueso con mas del 50% compuesto de grava.














Figura 3.Tamizado
3.1.2.
Límite de Atterberg
Los límites de Atterberg se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos.

Este mide la cohesión del terreno. Siguiendo estos procedimientos se definen tres límites
Límite líquido: Cuando el suelo pasa de un estado líquido a un estado plastico. Para la determinación de este límite se utiliza la cuchara de Casagrande.
Límite plastico: Cuando el suelo pasa de un estado plastico a un estado semisólido y se rompe.
Límite de retracción o contracción: Cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado sólido y deja de contraerse al perder humedad.
A partir de los datos tomados en laboratorio determinamos que el límite líquido es de 46.82, límite plastico de 38.555 y el índice de plasticidad (IP) es de 8.27
En la clasificación de suelo determinamos que tratabamos con un suelo de arenas finas estas se clasifican es Arena limosa y arena arcillosa.
La arena limosa se da cuando el IP 7. Podemos observar que el suelo es un suelo de arena arcillosa (SC
3.1.3. Contenido de humedad
La humedad o contenido de humedad de un suelo es la relación, expresada como porcentaje, del peso de agua en una masa dada de suelo, al peso de las partículas sólidas.
Determinamos el peso de agua eliminada, secando el suelo húmedo hasta un pesoconstante en un horno controlado a 110 ± 5 °C*.
El peso del suelo que permanece del secado en horno es usado como el peso de las partículas sólidas.
La pérdida de peso debido al secado es considerado como el peso del agua.
Se colocó la muestra de suelo en recipientes luego fue pesado y llevado al horno. Después de 24 horas se retiró y fue pesado nuevamente, determinando así
Peso húmedo = 2697.51g
Ps: 2525.85g
%= (2697.51-2525.85/2525.85)*100
%= 6.796













Figura 4. Muestra en el horno para determinar porcentaje de humedad

3.1.4.
Proctor
Ensayo de compactación Proctor es uno de los mas importantes procedimientos de estudio y control de calidad de la compactación de un terreno.
A través del proctor estandar es posible determinar la compactación maxima de un terreno en relación con su grado de humedad.
El ensayo consistió en compactar una porción de suelo en un cilindro con volumen conocido haciéndose variar la humedad para obtener el punto de compactación maxima en el cual se obtiene la humedad óptima de compactación esta definida en las normas americanas ASTM D-698.













Grafica 1. Humedad vs densidad del suelo seco

En la figura a continuación se muestra un cilindro compactado del suelo, con un contenido de 400mL de agua.
En la tabla a continuación se presentan los resultados en términos de densidad, humedad y compactación.

Tabla 1. Principales resultados en términos de densidad, humedad y compactación de muestras de suelo
Parametro del sueloValor
Unidad
Densidad maxima
1536
Kg/m3
Humedad óptima
29
%
Compactación
94
%


















Figura 5. Compactación del suelo
.1.5.
Pluviosidad.
La pluviosidad tiene un efecto primordial en la estabilidad de taludes ya que influencia la forma, incidencia y magnitudes de los deslizamientos. En los suelos residuales, generalmente saturados el efecto acumulativo puede saturar el terreno y activar un deslizamiento. El factor mas influyente en nuestro talud es el ciclo climatico de la región. La precipitación en la estación lluviosa es de un promedio de 2 700.7 mm con intensidad fuerte. Esto nos lleva a concluir un alto riesgo en la estabilidad del talud debido a la falta de detección y sistemas de conducción de aguas.
Cuadro 1. AMFE-Pluviosidad.













Cuadro 2. AMFE-tipo de suelo.

Cuadro 3. AMFE-compactación.

Cuadro 4. AMFE-Humedad



4.
Conclusiones
En este trabajo, para analizar un sistema AMFE se propone, en primer lugar, estructurar el conocimiento que posee un experto (para asignar riesgos a causas de fallos de un sistema), en forma de reglas de decisión cualitativas que permiten otorgar, a cada causa de fallo, su categoría de prioridad de riesgo (RPN) asociada.
El método propuesto soluciona una de las principales críticas realizadas al modelo tradicional, pues la estructura del sistema de reglas permite ponderar de modo notorio la gravedad asociada a una causa de fallo.
En segundo lugar, se propone la creación de un sistema de decisión borrosa paraaumentar la continuidad del modelo de decisión AMFE y para evitar que combinaciones de etiquetas similares en las variables de entrada, proporcionen RPN´s semejantes para diferentes causas de fallo.
Variando los parametros del sistema borroso optimizamos su estructura minimizando los errores de clasificación de riesgos de las causas de fallo.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a el Ing. Luis Muñoz, Ing. Joel Muñoz por permitir el acceso a su proyecto Verdun Hills.
A la Universidad Tecnológica de Panama por la utilización del Laboratorio de suelo y materiales, a el Ing. Adan Cogley y todo su equipo de trabajo por su asesoramiento.

REFERENCias bibliograficas
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Compactación de Suelos. Universidad Católica Valparaíso, 4 Nov 2013. Web. 4 Nov 2013. .
[2] Moreno, Luis. 'Monografías.' Analisis del Modo y Efecto de Fallas. N.p., 11 9 2005. Web. 29 Oct 2013. .
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[5 ed. 'Ministerio de Transporte.' MANUAL PARA EL MANTENIMIENTO DE LA RED VIAL SECUNDARIA (PAVIMENTADA Y EN AFIRMADO Pontificia Universidad Javeriana de Bogota, 8 Nov 2013. Web. 8 Nov 2013. .
[6] Garcia, Javier. 'Sistema de Decisión Borroso para la aplicación del Analisis Modal de Fallos y Efectos (AMFE) . Adingor, 04 7 2003. Web. 4 Nov 2013. .





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