evaluaciÓn de vulnerabilidad fÍsica ante...

EVALUACIÓN DE VULNERABILIDAD FÍSICA ANTE DESLIZAMIENTOS

I.C., MG., MSc., PhD., DIC. CARLOS EDUARDO RODRÍGUEZ PINEDAProfesor Asociado Pontificia Universidad Javeriana

Profesor Asistente Universidad Nacional de Colombia

26 Mayo de 2015

Introducción

IDEAM, 2008

Introducción

IDEAM, 2008

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000En

ero

Feb

rero

Mar

zo

Ab

ril

May

o

Jun

io

Julio

Ago

sto

Sep

tiem

bre

Oct

ub

re

No

viem

bre

Dic

iem

bre

Nú

me

ro d

e e

ven

tos

Introducción

IDEAM, 2008

719

233

111 96 75 71 59 51 49 43 23 23 20 12 9 8 6 4 3 10

200

400

600

800

An

tio

qu

ia

Ca

lda

s

Cun

dina

mar

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Qu

ind

ío

Ris

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da

Tolim

a

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Hu

ila

Ce

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Ma

gd

ale

na

Bo

lívar

Nú

mer

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uer

tos

1978-1987

199170

12891

71 5739 32 29 29 26 25 14 13 10 9 8 7 6 3 2

0

50

100

150

200

250

An

tio

qu

ia

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Nar

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N.S

anta

nd

er

Tolim

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Boy

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Ca

uca

Pu

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V.C

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Ara

uca

Ris

aral

da

Bol

ívar

Mag

dale

na

Nú

mer

o d

e m

uer

tos

1988-1997

272

185

113 9573 62 59 53 42 32 27 15 14 11 10 9 6 4 3 3 2 1

050

100150200250300

An

tio

qu

ia

Cal

das

V.C

auca

Nar

iño

Tolim

a

Cu

nd

ina

ma

rca

Ca

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Ris

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da

Cho

có

N.S

anta

nder

Sant

ande

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Qu

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ío

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Caq

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á

Bol

ívar

Bo

yacá

Ces

ar

Mag

dal

ena

Pu

tum

ayo

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co

Có

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ba

Me

ta

Nú

mer

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tos

1998-2007

Introducción

IDEAM, 2008

Intensidad Características

I - Pérdida local de suelos no agrícolas o de terrenos estériles

II - Pérdida local de suelos agrícolas o de terrenos de importancia económica o ecológica

III - Pérdida de cultivos o de terrenos de importancia económica - Daños locales a infraestructuras civiles - Averías menores en vivienda (agrietamientos)

IV

- Destrucción parcial de pequeñas zonas urbanas - Destrucción de instalaciones de tipo social o industrial -Pérdida de grandes extensiones de suelos agrícolas y cultivos - Pérdida de animales domésticos

V - Pérdida de vidas humanas - Destrucción de viviendas o infraestructuras civiles

VI

- Grandes pérdidas de vidas humanas - Destrucción de grandes zonas urbanas (barrios, pueblos, veredas) - Grandes pérdidas económicas

Introducción

IDEAM, 2008

326

22 22 21 21 20 17 15 13 13 11 10 9 8 6 30

50100150200250300350

An

tio

qu

iaC

ald

asC

auca

San

tan

der

Bo

yacá

Cu

nd

inam

arca

V.C

auca

Tolim

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Met

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ariñ

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tro

s C

ho

có

Nú

me

ro d

e r

egi

stro

s

Eventos Grado 173

22 22 20 19 19 19 19 17 13 13 12 8 5 4 10

1020304050607080

An

tio

qu

iaC

ald

asB

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cáV.

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os

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eta

Qu

ind

íoC

ho

có

Nú

me

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e r

egi

stro

s

Eventos Grado 2

613

329 303256

208 190 188 187 185 182134 133 106 98

51 41

0100200300400500600700

An

tio

qu

iaV.

Cau

caC

ald

asC

un

din

amar…

San

tan

der

Tolim

aN

ariñ

oC

auca

N.S

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Qu

ind

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aM

eta

Ch

ocó

Nú

me

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stro

s

Eventos Grado 3

301

155

97 94 86 83 83 79 73 63 56 56 53 45 31 15

050

100150200250300350

An

tio

qu

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lima

Nar

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V.C

auca

Cu

nd

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ar…

Cau

caB

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San

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Qu

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ho

cóH

uila

Met

a

Nú

me

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egi

stro

s

Eventos Grado 5

156

8268 67 67 66

54 54 52 45 43 3421 20 18 13

0

50

100

150

200

An

tio

qu

iaC

auca

Nar

iño

V.C

auca

San

tan

der

Cal

das

Cu

nd

inam

ar…

Ris

aral

da

Tolim

aB

oya

cáN

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Otr

os

Qu

ind

íoH

uila

Ch

ocó

Met

a

Nú

me

ro d

e r

egi

stro

s

Eventos Grado 4

31 30

15 14 13 12 1210 9 9 8

6 5 52 1

05

101520253035

Cal

das

An

tio

qu

iaTo

lima

Nar

iño

Bo

yacá

Cau

caN

.San

tan

der

Cu

nd

inam

ar…

San

tan

der

Otr

os

V.C

auca

Ris

aral

da

Qu

ind

íoC

ho

cóM

eta

Hu

ila

Nú

me

ro d

e r

egi

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s

Eventos Grado 6

Introducción

Google EarthAránzazu, 2007

Introducción

Google EarthAránzazu, 2014

Introducción

Marco conceptual

• Riesgo

Adaptada de VanDine et al. 2004

Marco conceptual

Adaptada de VanDine et al. 2004

• Gestión del riesgo

Marco conceptual

• Vulnerabilidad física

Se refiere al nivel de daño que puede sufrir unelemento expuesto en términos de su exposición yresistencia contra la magnitud e intensidad de laamenaza, en el caso de flujos es el nivel de dañoque se puede presentar por diferentes velocidadesy alturas de flujo. En el caso de deslizamientosdepende de las presiones e impacto sobre laestructura o de los desplazamientos diferencialesque sufre la estructura.

Marco conceptual

• Solicitaciones del terreno

AB

IM - PL

AC

FLUJO

CAIDA

AC

IM

DV

DESLIZAMIENTO

DL AC

PL

DV

Leone,1996

(Tomada de Jiménez, 2005)

Marco conceptual

• Exposición

Relación entre el volumen deslizado y la distancia de viaje para diferentes

tipos de deslizamiento según Finlay et al. (1999). F es definido como la

relación L/H.

Marco conceptual

• Magnitud de la amenaza

Volumen

estimado (m3)

Deslizamiento rápido

(caída de roca)

Movimiento rápido

(flujo de detritos)

Movimiento lento

(deslizamiento

reactivado)

<0.001

<0.5

>0.5

<500

500-10.000

10.000-50.000

>500.000

>>500.000

Baja

Media

Alta

Alta

Alta

Muy alta

Baja

Media

Alta

Muy alta

Baja

Media

Alta

Muy alta

Magnitud de deslizamientos para evaluación de vulnerabilidad y riesgo

(Adaptado de Cardinali et al., 2002).

Marco conceptual

• Intensidad de la amenaza

Escala de intensidad destructiva de movimientos del terreno según

Leone,1996 (Tomada de Jiménez, 2005)

Marco conceptual

• Niveles de daño

Categoría

de daño

Descripción

del tipo de daño

Ancho

aproximado

de grieta

(mm)

Asentamiento

total (cm)

Asentamiento

diferencial (δ/L)

Insignificante Fisuras del tamaño de un cabello <0.1 <3.0 <1/300

Muy bajo

Incluye fisuras que se pueden

reparar en labores normales de

decoración. Tal vez una grieta

única en la edificación y grietas en

muros de ladrillo exteriores que

sólo se pueden detectar por

inspección detallada

1 3-4 1/300-1/240

Bajo

Incluye grietas que pueden ser

rellenas fácilmente y que

probablemente requieren

redecoración. Varias fisuras

pueden aparecer en la parte

interior de la estructura. Grietas

visibles en la parte externa.

Puertas y ventanas se descuadran.

3 4-5 1/240-1/175

Moderado

Incluye grietas que requieren ser

abiertas ara su reparación con

rellenos en mortero. Grietas

recurrentes que pueden ser

rellenas. En el exterior se puede

requerir reemplaza de ladrillos.

Puertas y ventanas trabadas.

Varias tuberías rotas y …

5-15 o un

número de

grietas

mayor que 3

mm

5-8 1/175-1/120

Severo

Incluye grandes grietas que

requieren trabajos mayores de

reparación que incluyen

reemplazo de muros

especialmente sobre puertas y

ventanas. Marcos de puertas y

ventanas deformadas. Los pisos se

observan inclinados, los muros

ladeados y abombados. Pérdida de

soporte de las vigas y alteración

de la serviciabilidad de tuberías.

15-25 pero

también

depende del

número de

grietas

8-13 1/120-1/70

Muy severo

Generalmente requiere trabajos

considerables de reparación

incluyendo reconstrucción parcial

o total. Las vigas pierden los

apoyos. Los muros se inclinan y

requieren apoyos externos. Las

ventanas se rompen con distorsión

y hay peligro de inestabilidad

estructural.

>25 pero

depende del

número de

grietas

>13 >1/70

Severidad de daños con base en la

descripción de fisuras y grietas

(Adaptado de Day, 1998)

Marco conceptual

• Niveles de dañoMagnitud del

deslizamiento

Edificaciones Vías

principales

Vías

secundarias

Vías

menores

Tuberías

enterradas

Líneas

férreas

Caída de rocas C C C C C C

Flujo de

detritos

C C F F C C Bajo

Deslizamiento C C F S F-S C

Caída de rocas F F F F C F

Flujo de

detritos

F F F F C F Medio

Deslizamiento F F S S S F

Caída de rocas S S S S C S

Flujo de

detritos

S S S S C S Alto

Deslizamiento S S S S S S

Caída de rocas S S S S C S

Flujo de

detritos

S S S S C S Muy

alto

Deslizamiento S S S S S S

Rangos de vulnerabilidad física por deslizamiento para diferentes

elementos expuestos y diferentes tipos y niveles de amenaza (Cardinali

et al., 2002). Los niveles de vulnerabilidad se definen como: C,

cosmético; F, funcional; S, estructural.

Marco conceptual

• Índices de vulnerabilidadZona de riesgo

por flujo de

detritos

Factores Magnitud de

la amenaza

Índice de

vulnerabilidad

(Edificaciones)

Índice de

vulnerabilidad

(Personas)

Extremadamente

alto

Velocidad alta

Profundidad alta Muy alta 1.0 0.8

Alto Velocidad de media a alta

Profundidad media Alta 0.7 0.5

Medio Velocidad alta a baja

Profundidad baja Media 0.4 0.1

Bajo Velocidad media a baja

Profundidad baja Baja 0.1 0.01

Índice de vulnerabilidad para edificaciones y personas ante

flujos de detritos (Adaptada de Fell y Hartford, 1997).

Marco conceptual

• Curva de fragilidad o vulnerabilidad

Pascale, 2010

Marco conceptual

• Curva de fragilidad o vulnerabilidad

Keiler et al., 2006

Tipos de estructuras: (1) construcciones ligeras, (2) construcciones mixtas, (3) construcciones masivas, (4)

construcciones en concreto reforzado, (5) construcciones reforzadas. Valores límite: pu = nivel de daño general,

pui = nivel de daño específico, pai = nivel de destrucción, pai = límite por encima del cual se debe demoler y

reconstruir la estructura, p = presión de avalancha

Vulnerabilidad de edificaciones

• Presiones laterales

Cifuentes, 2011


• Desplazamientos diferenciales

Cifuentes, 2011


• Impacto por caídas de roca

Rivero & Mayorga, 2014




0,1 0,001 1,1 10,8

0,2 0,004 8,8 86,3

0,3 0,014 29,7 291,2

0,4 0,034 70,4 690,3

0,5 0,065 137,4 1348,3

0,6 0,113 237,5 2329,9

0,7 0,180 377,1 3699,8

0,8 0,268 563,0 5522,8

0,9 0,382 801,6 7863,5

1 0,524 1099,6 10786,7

1,5 1,767 3711,0 36405,0

2 4,189 8796,5 86293,3

2,5 8,181 17180,6 168541,5

Peso (N)Volumen (m3)Diametro (m) Masa (kg)




1H 2H 3H

Media 3,39 1,825 0,579

Mínimo 0,05 0,060 0,050

Cuartil 25% 1,15 0,546 0,136

Cuartil 50% 2,65 1,181 0,383

Cuartil 75% 5,26 2,756 0,730

Puntos de aplicación (m)

1H 2H 3H

Media 542,662 493,619 421,708

Mínimo 0,106 0,086 0,122

Máximo 8715,418 5135,380 5612,142

Cuartil 25% 12,830 12,335 9,631

Cuartil 50% 75,317 72,117 64,919

Cuartil 75% 371,719 283,405 233,794

Cuartil 85% 949,804 1006,616 851,560

Cuartil 95% 3173,520 3370,413 2627,932

Fuerza (kN)




Distribución en planta (a) Distribución 3D (b)




Cargas aleatorias aplicada a la estructura Deformada de la estructura debido a la fuerza de impacto

Momentos a flexión producidos por la fuerza de impacto en estructura en 3D

Momentos a flexión producidos por la fuerza de impacto en estructura en eje x




Figura 57. Gráfica de las curvas de vulnerabilidad para los tres muros que

conforman el eje X de la estructura confinada de un piso, en la distancia de

exposición de 0.1H.

Modelación

de acuerdo

a la Tabla

31

𝑟∗ =3 ∗ 𝑓

4 ∗ 𝜋 ∗ ∗ 𝑔




Figura 60. Gráfica de las curvas de vulnerabilidad para los dos muros que

conforman el eje Y de la estructura confinada de un piso, en la distancia de

exposición de 0.1H.

Modelación

de acuerdo

a la Tabla

32




Figura 68. Gráfica de la comparación entre la estructura de un piso confinada y no

confinada para el muro A 2-4 en las tres localizaciones de exposición.


• Impacto por flujos de detritos

Universidad Nacional, 2008


Parra, 2014


• Vulnerabilidad ante inundacionesIR = 0.05 C + 0.05 T + 0.25 SE + 0.35 ES + 0.3 CM

Donde,

C = Cubierta (Valor asignado según tipo)

T = Estructura de techo (Valor asignado según tipo)

SE = Sistema estructural (Valor asignado según tipo)

ES= Estado de la estructura

CM= Cimentación (Valor asignado según tipo)

ES = 0.6 GR + 0.4 D

Donde

GR= Grietas encontradas (Valor asignado)

D = Patología encontrada (Valor asignado)

IR = 0.05 C + 0.05 T + 0.25 SE + 0.35 ES + 0.3 CM

Parra, 2014


• Vulnerabilidad ante inundacionesVALORES ASIGNADOS PARA DIFERENTES TIPOS DE ESTRUCTURAS

Cubiertaestructura de la

cubiertasistema estructural

cimentación

superficial

TipoFactor

TipoFactor

tipoFactor

tipoFactor

c T SE CM

Teja de barro 1Concreto

reforzado 1

Muros

estructurales0,95

Zapatas

corridas 1

Asbesto cemento 0,6Cercha

metálica 0,95 Pórtico 1

Zapatas

aisladas 0,7

Zinc 0,4 Madera 0,7Sistemas

duales0,95

Zapatas

combinadas

Polímero 0,65 Otro 0,5 Prefabricado 0,6Losa de

cimentación 0,6

Fibra de carbono 0,5Mampostería

confinada0,8

No

especificada 0,4

Impermeabilizante 0,6Mampostería

estructural0,85

Pvc 0,7Mampostería

no reforzada0,6

Fibrocemento 0,8

Estructura y

paneles en

madera

0,85

Policarbonato

0,6

Estructura en

madera

paneles en otro

material

0,9

Estructuras de

acero

arriostrado 0.9

Tapia pisada o

bareque 0,4

Parra, 2014


Parra, 2014


• Vulnerabilidad ante inundaciones

Parra, 2014

Vulnerabilidad de vías

Cuadros & Zambrano, 2012

Donde,

E= Valor asignado según severidad de daño en el Encole.

EE= Valor asignado según severidad de daño en la estructura de entrada.

T= Valor asignado según severidad de daño en la Tubería.

ES= Valor asignado según severidad de daño en la estructura de Salida.

D= Valor asignado según severidad de daño en el descole.

A= Valor asignado según porcentaje del área afectada en el elemento.


Parra, 2014

Tabla 1. Factores de Ponderación Daños Cuantitativos – Alcantarillas

PATOLOGÍA SEVERIDAD

Ninguna Baja Media Alta

Grieta- (G) 1 < ( 3mm) (3 - 10) mm > (10mm)

0,9 0,5 0,1

Separación de uniones(m) – (S) 1 Ancho< ( 5 mm) Ancho (3-10)mm Ancho > (10mm)

0,9 0,5 0,1

Escalonamiento(m) – (E) 1 Altura < 10 mm Altura 10 – 35 mm Altura >35mm

0,9 0,5 0,1

Obstrucción (m)- (O) 1 (<10%) (10% -30%) (>30%)

0,95 0,7 0,5

Exposición acero de refuerzo – ( EA) 1 (<10%) (10% -30%) (>30%)

0,9 0,5 0,1

Perdida de material en la unión – (P) 1 (<3mm) (3<SC<10)mm (>10mm)

0,95 0,7 0,5

Vulnerabilidad de vías Alcantarrilla K50+500

𝑰𝑹 = 𝑬 × 𝟎. 𝟐𝟎 𝑨 + 𝑬𝑬 × 𝟎. 𝟏𝟎 𝑨 + 𝑻 × 𝟎. 𝟒𝟎 𝑨 + 𝑬𝑺 × 𝟎. 𝟏𝟎 𝑨 +

𝑫 × 𝟎. 𝟐𝟎 𝑨 Ecuación 1

De acuerdo a los valores de severidad establecidos en la Tabla 13, según la patología

identificada, Tenemos:

E= 0.9, Grietas identificadas en la estructura de encole menores a 3 mm.

EE= 0.7, Obstrucción entre en 10 y 30 % por acumulación de sedimentos.

T= 1, Se encuentra en buen estado

ES= 1 (No se pudo hacer la inspección visual por lo que se considera en buenas

condiciones, siendo este el caso más conservador para fines del ejercicio)

D= 1 (No se pudo hacer la inspección visual por lo que se considera en buenas

condiciones, siendo este el caso más conservador para fines del ejercicio)

A= 0.9 porcentaje de área afectada , < 5 % .

Por lo tanto, reemplazando los valores en la ecuación tenemos: IR= 0.85 Cuadros & Zambrano, 2012


Cuadros & Zambrano, 2012

Vulnerabilidad de tuberías continuas

González, 2010


Sweeney et al., 2004


González, 2010

0,01

0,10

1,00

10,00

100,00

0,1% 1,0% 10,0% 100,0%

De

spla

zam

ien

to d

e la

tu

be

ría,

[m

]

Vulnerabilidad de una tubería en Acero Grado X52 [%]

fy acero X52

f ult acero X52 (e=2.17%)

t1 W=30 m

t1 - W=60 m

t1 W=120 m

t1 W=240 m

t1 W=360 m

fy=0.31% fult=2.17%

RANGO DE DESPLAZAMIENTOS ANTES DE PERDER CONTINUIDAD EL MATERIAL


González, 2010

Conclusiones

• La vulnerabilidad física ante deslizamientos dependedel tipo de proceso que se dé y del tipo deinteracción entre el deslizamiento y la estructura.

• Para poder hacer una evaluación cuantitativa delriesgo es necesario desarrollar curvas de fragilidadpara diferentes elementos expuestos ante diferentestipos de deslizamientos.

• La construcción de curvas de fragilidad es unproblema interdisciplinar que requiere demodelamiento geotécnico y estructural. Es unproblema de interacción suelo-estructura.

GRACIAS

evaluaciÓn de vulnerabilidad fÍsica ante...

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