EVALUACIÓN DE VULNERABILIDAD FÍSICA ANTE...
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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
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000En
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Oct
ub
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No
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Dic
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Nú
me
ro d
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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
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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
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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
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uer
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
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stro
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Eventos Grado 173
22 22 20 19 19 19 19 17 13 13 12 8 5 4 10
1020304050607080
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Eventos Grado 2
613
329 303256
208 190 188 187 185 182134 133 106 98
51 41
0100200300400500600700
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s
Eventos Grado 3
301
155
97 94 86 83 83 79 73 63 56 56 53 45 31 15
050
100150200250300350
An
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s
Eventos Grado 5
156
8268 67 67 66
54 54 52 45 43 3421 20 18 13
0
50
100
150
200
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s
Eventos Grado 4
31 30
15 14 13 12 1210 9 9 8
6 5 52 1
05
101520253035
Cal
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stro
s
Eventos Grado 6
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
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
• 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)
Vulnerabilidad de edificaciones
• Impacto por caídas de roca
Rivero & Mayorga, 2014
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)
Vulnerabilidad de edificaciones
• Impacto por caídas de roca
Rivero & Mayorga, 2014
Distribución en planta (a) Distribución 3D (b)
Vulnerabilidad de edificaciones
• Impacto por caídas de roca
Rivero & Mayorga, 2014
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
Vulnerabilidad de edificaciones
• Impacto por caídas de roca
Rivero & Mayorga, 2014
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
Vulnerabilidad de edificaciones
• Impacto por caídas de roca
Rivero & Mayorga, 2014
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
Vulnerabilidad de edificaciones
• Impacto por caídas de roca
Rivero & Mayorga, 2014
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.
Vulnerabilidad de edificaciones
• 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 de edificaciones
• 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
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.
Vulnerabilidad de vías
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
Vulnerabilidad de tuberías continuas
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
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.