Modelación de vulnerabilidad física de estructuras de uno y dos … · 2011-08-19 · modelación...

Modelación de vulnerabilidad física de estructuras de uno y dos pisos,

asociada a deslizamientos

Doris Liliana Cifuentes Zaldúa

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingeniería

Departamento de Civil y Agrícola

Unidad Académica de Geotecnia

Bogotá, Colombia

2011

Modelación de vulnerabilidad física de estructuras de uno y dos pisos,

asociada a deslizamientos

Doris Liliana Cifuentes Zaldúa

Tesis de investigación presentada como requisito parcial para optar al título de:

Magister en Ingeniería - Geotecnia.

Director:

Ing. Civil, Ph.D, MG, MSc, DIC Carlos Eduardo Rodríguez Pineda

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingeniería

Departamento de Civil y Agrícola

Unidad Académica de Geotecnia

Bogotá, Colombia

2011

Agradecimientos Al profesor Carlos Eduardo Rodríguez Pineda, quien como director del proyecto le prestó la dedicación conocimiento y paciencia necesaria para poder realizar y culminar este proyecto. A todos los profesores de la unidad de geotecnia en la facultad de ingeniería quienes con sus sugerencias y comentarios lograron generar en mí el compromiso para poder desarrollar esta investigación. Igualmente a los profesores de la unidad de estructuras, por sus oportunas contribuciones, sugerencias y aclaraciones. A mis padres, hermanos y demás personas de mi familia quienes me ha apoyado durante este proyecto de vida y quienes han entendido el sacrificio que esto representa. A Javier quien con su apoyo y colaboración, y sobre todo por su paciencia y compañía en la consecución de esta meta. A todas las demás personas que de alguna manera contribuyeron para la ejecución de este proyecto.

Resumen y Abstract VII

Resumen El presente proyecto hace referencia a la evaluación de vulnerabilidad física en estructuras de uno y dos pisos, ante deslizamientos, donde el principal objetivo es la generación de curvas de daño o fragilidad que sean útiles para hacer una estimación cuantitativa del riesgo. Se identificaron las solicitaciones que los movimientos del terreno generan sobre la estructura, asociados a diferentes procesos, en este caso en particular fueron evaluados presiones laterales y desplazamientos verticales como son los asentamientos diferenciales, generados por deslizamientos. Para la generación de estas curvas de fragilidad se obtuvieron a partir de un índice de daño encontrado de la modelación de la respuesta estructural de viviendas en mampostería simple y confinada de uno y dos pisos. Palabras clave: Vulnerabilidad física, deslizamientos, estructuras de mampostería, curvas de daño

Abstract

This project mainly looks for the creation of damage graphs to make quantitative risk estimates referring to the evaluation of landslides vulnerability of one and two floor structures. Loads applied to structures by landslides are identified. In this case, the evaluation was done on horizontal loads and vertical settlement, such as differential settlement caused by landslides. This damage curves were obtained with the damage index as the result of a structural response model in unreinforced and confined masonry in one and two floor structures. Keywords: physical vulnerability, landslides, masonry structures, damage curves.

Contenido IX

Contenido

Pág.

Resumen ........................................................................................................................ VII

Lista de figuras ............................................................................................................... XI

Lista de tablas ............................................................................................................ XVII

1. Introducción ............................................................................................................. 11.1 Descripción del problema ................................................................................ 11.2 Justificación ..................................................................................................... 21.3 Objetivos .......................................................................................................... 3

1.3.1 Objetivo General ................................................................................... 31.3.2 Objetivos Específicos ............................................................................ 3

1.4 Antecedentes del estudio ................................................................................. 31.5 Descripción del Documento ........................................................................... 12

2. Marco Conceptual .................................................................................................. 152.1 Terminología .................................................................................................. 152.2 Proceso de manejo del riesgo ........................................................................ 19

2.2.1 Análisis de riesgo ................................................................................ 192.2.2 Evaluación del riesgo .......................................................................... 232.2.3 Manejo del riesgo ................................................................................ 24

3. Marco Teórico ......................................................................................................... 273.1 Vulnerabilidad ................................................................................................ 27

3.1.1 Valoración de las consecuencias ........................................................ 273.1.2 Vulnerabilidad física ............................................................................ 303.1.3 Curvas fragilidad o vulnerabilidad ....................................................... 31

3.2 Solicitaciones de los movimientos del terreno sobre las estructuras .............. 323.2.1 Parámetros representativos del poder destructivo de los movimientos del terreno ......................................................................................................... 343.2.2 Relación de los parámetros con los desplazamientos ......................... 373.2.3 Escalas de intensidad ......................................................................... 38

3.3 Competencia estructural ................................................................................ 433.3.1 Viviendas en mampostería .................................................................. 443.3.2 Patrones de daños estructurales ......................................................... 47

4. Antecedentes .......................................................................................................... 554.1 Modelos de vulnerabilidad física .................................................................... 55

4.1.1 Modelos Cualitativos ........................................................................... 564.1.2 Modelos Semicuantitativos .................................................................. 59

X Modelación de vulnerabilidad física de estructuras de uno y dos pisos, asociada a deslizamientos

4.1.3 Modelos Cuantitativos ..........................................................................734.2 Cargas asociadas a deslizamientos ...............................................................89

5. Modelamiento ..........................................................................................................975.1 Descripción del modelo ..................................................................................98

5.1.1 Identificación de los tipos de solicitaciones ..........................................995.1.2 Caracterización de las estructuras a modelar .................................... 102

5.2 Parámetros de modelación ........................................................................... 1035.2.1 Dimensiones de viviendas y elementos estructurales ........................ 1035.2.2 Materiales .......................................................................................... 1065.2.3 Cargas ............................................................................................... 1075.2.4 Modelo computacional ....................................................................... 1105.2.5 Escenarios de análisis ....................................................................... 112

5.3 Resultados del modelamiento ...................................................................... 118

6. Análisis de resultados .......................................................................................... 1256.1 Procesamiento de resultados ....................................................................... 125

6.1.1 Procesamiento de muros y placas (elementos shell) ......................... 1256.1.2 Procesamiento de vigas y columnas (elementos frame) .................... 131

6.2 Definición del índice de daño ........................................................................ 1356.3 Curvas de daño ............................................................................................ 144

7. Conclusiones y recomendaciones ...................................................................... 155

A. Anexo: Cálculo de las presiones ......................................................................... 159

B. Anexo: Modelos estructurales en SAP2000 - en medio magnético ................... 165

C. Anexo: Curvas de daño por cada tipo de elemento estructural ........................ 167

Bibliografía ................................................................................................................... 185

Contenido XI

Lista de figuras Pág.

Figura 1-1: Resultados de encuesta Control Urbano DNP, (Adaptado de DNP, 2009) .. 6Figura 1-2: Distribución de asentamientos ilegales a 2007 en Bogotá (Tomada de Secretaria Distrital de Habital, 2009) ................................................................................ 8Figura 1-3: Monitoreo de deslizamientos activos que afectan el sector de Altos de La Estancia. (Tomada de Georiesgos, 2004) ........................................................................ 9Figura 2-1: Representación esquemática de cómo el riesgo es el producto de la amenaza y la vulnerabilidad. (Adaptada de Lee y Jones, 2004, basado en Coburn y Spence, 1992) ................................................................................................................ 17Figura 2-2: Esquema conceptual del proceso del manejo del riesgo (Adaptado de Fell et al. 2005) .................................................................................................................. 20Figura 3-1: Relación entre amenaza potencial y exposición potencial, y división de los deslizamientos en grupos con referencia a la importancia de la amenaza. (Tomada de Lee y Jones, 2004). ........................................................................................................ 29Figura 3-2: Ejemplos de curvas de fragilidad o daño. (Tomada de Douglas, 2007) ..... 32Figura 3-3: Solicitaciones generadas por algunos tipos de movimientos del terreno según Leone,1996 (Tomada de Jiménez, 2005). ............................................................ 33Figura 3-4: Relación entre volumen del deslizamiento y distancia de viaje, según Leroueil et al., 1996. (Tomada de Lee y Jones, 2004). ................................................... 35Figura 3-5: Relación entre el volumen deslizado y la distancia de viaje de deslizamientos en Hong Kong según Ho et al., 1996. (Tomada de Lee y Jones, 2004). . 35Figura 3-6: Determinación de la distancia de viaje a partir de modelación cinemática del movimiento. (Tomada de Okura et al., 2000). ................................................................. 36Figura 3-7: Escala de velocidad propuesta por Cruden y Varnes (1996). (Adaptada de AGS, 2000, Lee y Jones, 2004) ................................................................................. 36Figura 3-8: Algunos tipos de solicitaciones, en zonas sometidas a desplazamientos laterales, según Leone,1996 (Tomada de Jiménez, 2005). ............................................ 37Figura 3-9: Algunos tipos de solicitaciones, en zonas sometidas a desplazamientos verticales según Leone,1996 (Tomada de Jiménez, 2005). ............................................ 37Figura 3-10: Movimiento Absoluto, Diferencial y Diferencial Unitario. según Leone,1996 (Tomada de Jiménez, 2005) ....................................................................... 39Figura 3-11: Modelo idealizado de un estructura como viga simple (Izq.) y relación entre las deflexiones teóricas límite y los grados de daños (Der.), según de Burland y Wroth, 1975; Burland et al., 1977. (Tomadas de Boone, 1996 y 2001) ........................... 41

XII Modelación de vulnerabilidad física de estructuras de uno y dos pisos, asociada a deslizamientos

Figura 3-12: Relación entre la distorsión angular, la deformación axial horizontal para diferentes categorías de daños, según Boscardin y Cording, 1989. (Tomada de Negulescu y Foerster, 2010) ........................................................................................... 41Figura 3-13: Tipos de unidades de mampostería. (Tomadas de NTC 4205) ............... 45Figura 3-14: Relaciones esfuerzo-deformación para el mortero, unidades aisladas y panales de mampostería, según Paulay y Priestley (1992). (Tomada de Bonett, 2003) .. 45Figura 3-15: Mampostería no reforzada. (Tomada de Peralta, 2002) ......................... 46Figura 3-16: Mampostería reforzada. (Tomada de Peralta, 2002) .............................. 47Figura 3-17: Mampostería confinada. (Tomada de Peralta, 2002) .............................. 47Figura 3-18: Fisuramiento en muros portantes ........................................................... 48Figura 3-19: Agrietamiento escalonado diagonalmente por falla de fricción-cortante (Tomada de Bonett, 2003). ............................................................................................. 49Figura 3-20: Agrietamiento unidades de mampostería por falla de tensión diagonal (Tomada de Bonett, 2003). ............................................................................................. 50Figura 3-21: Agrietamiento vertical excesivo por falla a compresión (Tomada de Bonett, 2003). ............................................................................................................... 50Figura 3-22: Agrietamiento por falla a cortante (Tomada de Bonett, 2003). ................ 50Figura 3-23: Agrietamiento por falla a flexión (Tomada de Bonett, 2003). .................. 51Figura 3-24: Ejemplos de modelos de fisuración. Arriba, patrones de fisuración en pared. Abajo, patrones de fisuración en piso (Tomadas de Audell, 1996) ....................... 52Figura 4-1: Ejemplo de la matriz de vulnerabilidad estructural por el método de Leone (Tomado de Dai et al., 2002) ........................................................................................... 62Figura 4-2: Ángulo entre la horizontal y una línea trazada desde el límite proximal o distal del flujo de detritos (Tomada de Michael-Leiba et al. 2003). .................................. 63Figura 4-3: Funciones de profundidad-daño para diferentes elementos expuestos, basada en Klaus & Schmidtke 1990 (Tomada de Messner y Meyer, 2005). .................... 66Figura 4-4: Curva profundidad-daño para diferente duración de inundación, de Penning-Rowsell et al., 2003 (Adaptada de Messner y Meyer, 2005). ............................ 67Figura 4-5: Ejemplos de daños causados por deslizamientos, sobre edificaciones, en Umbría, Italia (Tomado de Galli y Guzetti, 2007). ............................................................ 67Figura 4-6: Proporción de daño (DL) función del área de deslizamiento, para edificaciones. (Adaptada de Galli y Guzzetti., 2007). ...................................................... 68Figura 4-7: Zonas de susceptibilidad a deslizamientos y vulnerabilidad espacial de edificaciones, en Lichtenstein (Alemania). (Adaptada de Papathoma-Kohle et al. 2007). 70Figura 4-8: Evaluación de los índices de daño usando SAF y SAFL para los tres casos de estudio. (Tomada de Petrucci y Gullà 2009). .............................................................. 72Figura 4-9: Mapa de vulnerabilidad para edificaciones (Tomada de Das et al., 2010) .. 73Figura 4-10: .Relación entre presión de impacto de la avalancha y vulnerabilidad de edificios para diferentes tipos de estructuras (Tomada de Keiler et al., 2006). ................ 76Figura 4-11: Relación entre la intensidad de los flujos de detritos x y la vulnerabilidad y. (Tomada de Fuchs, et al. 2007) ................................................................................... 77Figura 4-12: Ejemplo de la modelación de estructura de dos pisos en mampostería, típica en la zona de estudio (Universidad Nacional, 2008). ............................................. 77

Contenido XIII

Figura 4-13: Determinación de los niveles de daño para edificaciones por flujos de detritos (Universidad Nacional, 2008). ............................................................................ 78Figura 4-14: Curva de vulnerabilidad para estructuras en mampostería, obtenida a partir de modelación de respuesta estructural (Universidad Nacional, 2008). ................. 78Figura 4-15: Curva de vulnerabilidad para diferentes tipos de elementos en riesgo. Las categorías A, B y C son conjuntos de elementos de riesgo con diferentes características físicas, sociales y económicas (Tomada de Pascale et al., 2010). .................................. 79Figura 4-16: Metodología para obtener curvas de vulnerabilidad de las estructuras de concreto (Tomada de Bertrand et al., 2010). .................................................................. 80Figura 4-17: Distribución de la deformación de compresión máxima para diferentes presiones (Pmax), en los muros de referencia (Tomada de Bertrand et al., 2010). .............................................................................................................. 81Figura 4-18: Función de la vulnerabilidad (ID) obtenidos para varios valores de: (a) resistencia a la compresión del concreto ( , (b) densidad del acero dentro del concreto ( ), (c) ancho de la pared (L) y (d) su espesor (e). (Tomada de Bertrand et al., 2010). .............................................................................................................. 81Figura 4-19: Modelo de elementos finitos de la edificación (Tomada de Mavrouli y Corominas, 2010a). ........................................................................................................ 83Figura 4-20: Escenarios de amenaza (Tomada de Mavrouli y Corominas, 2010a). ... 83Figura 4-21: Propiedades del impacto suficiente para colapsar una a cuatro columnas (Tomada de Mavrouli y Corominas, 2010a). ................................................................... 83Figura 4-22: Estado final del sistema estructural e DI para cada escenario. (Tomada de Mavrouli y Corominas, 2010a). .................................................................................. 84Figura 4-23: Correlación del CRR (Costo relativo de reparación) con el DI (Índice de daño). (Tomada de Mavrouli y Corominas, 2010b). ........................................................ 85Figura 4-24: Curvas de fragilidad para diferentes velocidades de la roca (Tomada de Mavrouli y Corominas, 2010b). ....................................................................................... 86Figura 4-25: Marco de concreto reforzado y desplazamientos considerados para el análisis, así como las secciones consideradas (Tomada de Negulescu y Foerster, 2010). .............................................................................................................. 87Figura 4-26: Curvas de fragilidad obtenidas para el marco de concreto reforzado, considerando cuatro estados límite el daño: leve (LS1), moderada (LS2), extensa (LS3) y Completo (LS4). (Tomada de Negulescu y Foerster, 2010). ........................................... 88Figura 4-27: Esquema (izq.) y fotografía (der.) del modelo experimental. (Tomadas de Moriguchi et al. 2009) ..................................................................................................... 89Figura 4-28: Fuerzas de impacto medidas para diferentes ángulos de inclinación (Tomado de Moriguchi et al., 2009). ............................................................................... 90Figura 4-29: Resultados de simulaciones: superficie libre para φ= 35° y θ=45° (Der.), y fuerzas de impacto para φ = 30°, 35° y 40° (Izq.) (Tomadas de Moriguchi et al., 2009). 90Figura 4-30: Geometría de la arena con profundidad - H apoyada sobre un muro e inclinada en su ángulo de reposo φ (Tomada de Moriguchi et al., 2009). ....................... 91Figura 4-31: Comparación de los resultados de fuerza sobre un muro de suelo granular, para diferentes ángulos de inclinación del terreno. (Tomado de Moriguchi et al., 2009). .............................................................................................................. 91

XIV Modelación de vulnerabilidad física de estructuras de uno y dos pisos, asociada a deslizamientos

Figura 4-32: Efectos de la excentricidad en la fuerza de impacto (Tomada de Haehnel y Daly, 2004). ............................................................................................................... 94Figura 4-33: Efectos de la orientación en la fuerza de impacto (Tomada de Haehnel y Daly, 2004). ............................................................................................................... 94Figura 5-1: Escenarios de consecuencias seleccionados. ........................................... 97Figura 5-2: Modelo tridimensional (Izquierda) y distribución en planta (Derecha), de una de las estructuras estudiadas. ......................................................................................... 98Figura 5-3: Variación de la presión P's, en función de la altura H y la inclinación del terreno θ, para γ = 20 kN/m³ y φ = 45°. ............................................................................ 99Figura 5-4: Variación de la presión P's, en función de la altura H y el ángulo de fricción φ, para γ = 20 kN/m³. ..................................................................................................... 100Figura 5-5: Variación de la presión P's, en función la inclinación del terreno θ y el ángulo de fricción φ, para H = 1.0 m, γ = 20 kN/m³. .................................................................. 100Figura 5-6: Variación de la presión P's, en función del peso unitario γ y el ángulo de fricción φ, para H = 1.0 m. ............................................................................................. 101Figura 5-7: Comparación de la presión P's, y las presiones de tierras laterales. ......... 102Figura 5-8: Estructuras mampostería confinada (MC), de un piso (1p) y dos pisos (2p). ................................................................................................................ 103Figura 5-9: Estructuras de mampostería simple (MS), de un piso (1p) y dos pisos (2p). ................................................................................................................ 104Figura 5-10: Distribución de la estructura de largo de 7.5 m y ancho de 5.0 m. ........ 104Figura 5-11: Distribución de la estructura de largo de 9.0 m y ancho de 6.0 m. ........ 105Figura 5-12: Distribución de la estructura de largo de 10.5 m y ancho de 7.0 m. ...... 105Figura 5-13: Ejemplo de presiones aplicadas en sentido de la longitud (L) para diferentes alturas de aplicación. .................................................................................... 108Figura 5-14: Ejemplo de presiones aplicadas en sentido del ancho (B) para diferentes alturas de aplicación. .................................................................................................... 108Figura 5-15: Ejemplo de desplazamientos aplicados en sentido del ancho (B) (arriba) y de la Longitud (L) (abajo), para una estructura de un piso. ........................................... 109Figura 5-16: Elemento Shell de cuatro nodos, definición de las caras y nodos (Tomada de Manual - SAP2000) .................................................................................................. 112Figura 5-17: Ejemplo de los esfuerzos básicos en el Shell y la obtención de esfuerzos principales (Adaptada de Manual - SAP2000). .............................................................. 120Figura 5-18: Elemento rectangular bilineal ............................................................... 120Figura 5-19: Sistema natural de coordenadas para un elemento rectangular. .......... 122Figura 6-1: Criterio de falla del material, dominio elástico del criterio de fluencia de Tresca para un estado tridimensional de esfuerzos, (a) vista general y (b) plano normal (Tomada de Linero y Garzón, 2010). ............................................................................ 126Figura 6-2: Criterios de falla de un material, con (a) curva esfuerzo-deformación en tracción y compresión axial y (b) dominio elástico del criterio de Tresca para un estado plano de esfuerzos (Tomada de Linero y Garzón, 2010). .............................................. 126

Contenido XV

Figura 6-3: Criterios de falla de un material, con (a) curva esfuerzo-deformación en tracción y compresión axial diferenciada y (b) dominio elástico del criterio de Rankine para un estado plano de esfuerzos (Tomada de Linero y Garzón, 2010). ......................127Figura 6-4: Criterio de falla del material, Envolvente de falla del material elasto-plástico perfecto y circulo de Mohr. (Tomada de Linero y Garzón, 2010). .....................127Figura 6-5: Criterio de falla del material, dominio elástico del criterio de fluencia de Mohr - Coulomb para un estado tridimensional de esfuerzos, (a) vista general y (b) plano normal al eje hidrostático (Tomada de Linero y Garzón, 2010). .....................................128Figura 6-6: Criterios de falla de un material, dominio elástico del criterio de Rankine para un estado plano de esfuerzos (Tomada de Linero y Garzón, 2010). ......................129Figura 6-7: Método de Whitney - bloque de compresiones (Tomada de Rochel, 1999) .................................................................................................................131Figura 6-8: Diagrama de interacción para la resistencia nominal, utilizando el programa SAP para columnas del modelo. ...................................................................134Figura 6-9: Curvas de daño para estructuras de un piso de mampostería confinada, con un rango de presiones aplicadas en el sentido de B (ancho) - MC-1p-EB .....................145Figura 6-10: Curvas de daño para estructuras de un piso de mampostería confinada, con un rango de presiones aplicadas en el sentido de L (longitud) - MC-1p-EL ............145Figura 6-11: Curvas de daño para estructuras de un piso de mampostería simple, con un rango de presiones aplicadas en el sentido de B (ancho) - MS-1p-EB .....................146Figura 6-12: Curvas de daño para estructuras de un piso de mampostería simple, con un rango de presiones aplicadas en el sentido de L (longitud) - MS-1p-EL ...................146Figura 6-13: Curvas de daño para estructuras de dos pisos de mampostería confinada, con un rango de presiones aplicadas en el sentido de B (ancho) - ................... MC-2p-EB .............................................................................................................147Figura 6-14: Curvas de daño para estructuras de dos pisos de mampostería confinada, con un rango de presiones aplicadas en el sentido de L (longitud) - ................ MC-2p-EL .............................................................................................................147Figura 6-15: Curvas de daño para estructuras de dos pisos de mampostería simple, con un rango de presiones aplicadas en el sentido de B (ancho) - MS-2p-EB ...............148Figura 6-16: Curvas de daño para estructuras de dos pisos de mampostería simple, con un rango de presiones aplicadas en el sentido de L (Longitud.) - MS-2p-EL ...........148Figura 6-17: Curvas de daño para estructuras de un piso de mampostería confinada, con diferentes niveles de desplazamientos en el sentido de B (ancho) - MC-1p-SB. .....149Figura 6-18: Curvas de daño para estructuras de un piso de mampostería confinada, con diferentes niveles de desplazamientos en el sentido de L (longitud) - MC-1p-L. .....150Figura 6-19: Curvas de daño para estructuras de un piso de mampostería simple, con diferentes niveles de desplazamientos en el sentido de B (ancho) - MS-1p-SB. ............150Figura 6-20: Curvas de daño para estructuras de un piso de mampostería simple, con diferentes niveles de desplazamientos en el sentido de L (longitud) - MS-1p-SL. ..........151Figura 6-21: Curvas de daño para estructuras de dos pisos de mampostería confinada, con diferentes niveles de desplazamientos en el sentido de B (ancho) - MC-2p-SB. .............................................................................................................151

XVI Modelación de vulnerabilidad física de estructuras de uno y dos pisos, asociada a deslizamientos

Figura 6-22: Curvas de daño para estructuras de dos pisos de mampostería confinada, con diferentes niveles de desplazamientos en el sentido de L (longitud) - MC-2p-SL. ............................................................................................................. 152Figura 6-23: Curvas de daño para estructuras de dos pisos de mampostería simple, con diferentes niveles de desplazamientos en el sentido de B (ancho) - MS-2p-SB. .... 152Figura 6-24: Curvas de daño para estructuras de dos pisos de mampostería simple, con diferentes niveles de desplazamientos en el sentido de L (longitud) - MS-2p-SL. ... 153

Contenido XVII

Lista de tablas Pág.

Tabla 1-1: Daños o pérdidas en viviendas, desastres menores y moderados en Colombia. (Adaptada de Cardona y Yamín, 2006). .......................................................... 4Tabla 1-2: Costos estimados de pérdidas causadas desastres menores, en miles de dólares y % del PIB del sector vivienda (Adaptada de Cardona y Yamín, 2006). ............. 4Tabla 1-3: Comparativo de afectación de los desastres menores con los desastres extremos ocurridos en Colombia. (Adaptada de Cardona y Yamín, 2006). ....................... 5Tabla 1-4: Porcentaje de construcción en Bogotá (Tomada Cardona y Yamín, 2006). . 7Tabla 1-5: Desagregación por zonas sísmicas y por estrato para Bogotá, de acuerdo a las tipologías de los sistemas constructivos. (Adaptada de Cardona y Yamín, 2006). ...... 7Tabla 2-1: Definiciones de riesgo por deslizamientos (Adaptada de Düzgün y Lacasse, 2005). .................................................................................................................. 16Tabla 2-2: Tipos de análisis de riesgo por deslizamientos (Adaptada de VanDine et al. 2004). .................................................................................................................. 17Tabla 3-1: Intensidad del deslizamiento, para diferentes procesos. (Adaptado de Cardinali et al., 2002). .................................................................................................... 35Tabla 3-2: Escala de intensidad destructiva de movimientos del terreno según Leone,1996 (Tomada de Jiménez, 2005) ....................................................................... 38Tabla 3-3: Severidad de daños con base en la descripción de fisuras y grietas (Adaptado de Day, 1998) ............................................................................................... 42Tabla 3-4: Escala de Intensidad destructiva de movimientos del terreno según Leone,1996 (Tomada de Jiménez, 2005) ....................................................................... 43Tabla 3-5: Sistema para la descripción del carácter y la ocurrencia de las grietas en edificaciones (Adaptada de Audell, 1996). ...................................................................... 53Tabla 4-1: Clasificación de daño estructural según Alexander (2002). ....................... 56Tabla 4-2: Escala de intensidad de daños debidos a deslizamientos según Alexander, (1986). .................................................................................................................. 57Tabla 4-3: Medida cualitativa de las consecuencias para determinar la vulnerabilidad física según la AGS (2000). ............................................................................................ 57Tabla 4-4: Clasificación de las consecuencias o niveles de vulnerabilidad, para estructuras según VanDine et al. (2002). ........................................................................ 58Tabla 4-5: Vulnerabilidad física, daño esperado de diferentes elementos en riesgo, y diferentes tipo y niveles de amenaza (Adaptada de Cardinali et al. 2002) ...................... 59Tabla 4-6: Vulnerabilidad para edificaciones ante flujos de detritos, Montrose, Australia (Adaptada de Fell y Hartford, 1997). ............................................................................... 59

XVIII Modelación de vulnerabilidad física de estructuras de uno y dos pisos, asociada a deslizamientos

Tabla 4-7: Valores de vulnerabilidad física en edificaciones adoptado por el proyecto IMIRILAND, según Bonnard et al., 2004. (Tomada de Rodríguez y Jiménez, 2009) ....... 60Tabla 4-8: Descripción de los niveles de daño por deslizamientos (Adaptada de Blong 2003). .................................................................................................................. 60Tabla 4-9: Ejemplo de estimación de la vulnerabilidad de edificaciones ante deslizamientos (Adaptada de Lee y Jones, 2004). .......................................................... 60Tabla 4-10: Modos y niveles de daño de las edificaciones expuestas a movimientos del terreno según Leone, 1996. (Tomada de Jiménez, 2005) ......................................... 61Tabla 4-11: Determinación de la Intensidad de Daño e Índice de Daño o índice de Vulnerabilidad para el caso de flujos de detritos (Tomada de Chaparro, 2005). .............. 62Tabla 4-12: Vulnerabilidad de personas, edificación y vías en la comunidad de Cairns – Australia (Adaptada de Michael-Leiba et al. 2003). ...................................................... 64Tabla 4-13: Vulnerabilidad de personas, edificación y vías en Queensland-Australia, de Michael-Leiba et al. 2000 (Tomada de Hayne et al. 2000) ......................................... 64Tabla 4-14: Categorías de daños y resistencia estimada basada en Heinimann, 1999 (Adaptada de Glade, 2003). ............................................................................................ 65Tabla 4-15: Vulnerabilidad de las estructuras de acuerdo con la magnitud de la caída de rocas, basada en Heinimann,1999 (Adaptada de Glade, 2003). ................................ 65Tabla 4-16: Vulnerabilidad para estructuras Vp, personas, Vpe, y personas dentro de estructuras Vpep, utilizados en Islandia (Adaptada de Bell y Glade, 2004). ...................... 66Tabla 4-17: Puntajes estandarizados (Adaptada de Papathoma-Köhle et al., 2007). 69Tabla 4-18: Valores propuestos del factor de susceptibilidad de tipología estructural -

(Adaptada de Kaynia et al.,2008, Uzielli et al., 2008) ........................................... 70Tabla 4-19: Valores propuestos del factor de susceptibilidad de estado de mantenimiento (Adaptada de Kaynia et al.,2008, Uzielli et al., 2008) .................. 71Tabla 4-20: Perfil de Vulnerabilidad para edificaciones con A= 38 m2

y j= 1 (Tomada

de Kelman, 2002). ........................................................................................................... 74Tabla 4-21: Escala de daño para inundaciones con variables dependientes (Tomada de Kelman, 2002). ........................................................................................................... 75Tabla 4-22: Vulnerabilidad física y funcionalidad intrínseca de algunos elementos característicos del estudio. (Adaptada de Pascale et al., 2010). ..................................... 80Tabla 4-23: Estados de daño (Adaptada de Mavrouli y Corominas, 2010b). ............. 85Tabla 4-24: Niveles de daño para las curvas de fragilidad. (Tomada de Mavrouli y Corominas, 2010b) ......................................................................................................... 86Tabla 4-25: Estados límite de deformaciones propuestos en este análisis, para el acero de refuerzo y concretos. (Adaptada de Negulescu y Foerster, 2010). ................... 88Tabla 5-1: Valores de asentamientos diferenciales considerados para el modelo generado de estructuras de 1 y 2 pisos, de mampostería simple y confinada. .............. 102Tabla 5-2: Valores de presiones laterales aplicadas a las estructuras de dos pisos, de mampostería simple y confinada, para cada una de las 4 alturas definidas. ................. 109Tabla 5-3: Valores de presiones laterales aplicadas a las estructuras de un piso, de mampostería simple y confinada, para cada una de las 4 alturas definidas. ................. 109

Contenido XIX

Tabla 5-4: Valores de desplazamientos verticales aplicados a las estructuras en sentido B, de mampostería simple y confinada. .............................................................110Tabla 5-5: Valores de desplazamientos verticales aplicados a las estructuras en sentido L, de mampostería simple y confinada. .............................................................110Tabla 5-6: Combinaciones de presiones aplicadas, para estructuras de mampostería simple. .................................................................................................................113Tabla 5-7: Combinaciones de presiones aplicadas, para estructuras de mampostería confinada. .................................................................................................................114Tabla 5-8: Combinaciones de desplazamientos aplicados, para estructuras de mampostería simple. .....................................................................................................116Tabla 5-9: Combinaciones de desplazamientos aplicados, para estructuras de mampostería confinada. ................................................................................................117Tabla 6-1: Propiedades mecánicas de mampostería existente (Adaptada de Miha Tomazevic, 2000) ..........................................................................................................129Tabla 6-2: Intervalos aproximados de resistencia a la tracción del concreto (Nilson y Winter, 1998) .................................................................................................................131Tabla 6-3: Índice de daño para los elementos de la edificación de mampostería simple de un piso, con presiones laterales (MS-1p-E). .............................................................136Tabla 6-4: Índice de daño para los elementos de la edificación de mampostería confinada de un piso, con presiones laterales (MC-1p-E). .............................................137Tabla 6-5: Índice de daño para los elementos de la edificación de mampostería simple de dos pisos, con presiones laterales (MS-2p-E). ..........................................................138Tabla 6-6: Índice de daño para los elementos de la edificación de mampostería confinada de dos pisos, con presiones laterales (MC-2p-E). .........................................139Tabla 6-7: Índice de daño para los elementos de la edificación de mampostería simple de un piso, con desplazamientos verticales (MS-1p-S). ................................................140Tabla 6-8: Índice de daño para los elementos de la edificación de mampostería confinada de un piso, con desplazamientos verticales (MC-1p-S). ................................141Tabla 6-9: Índice de daño para los elementos de la edificación de mampostería simple de dos pisos, con desplazamientos verticales (MS-2p-S). .............................................142Tabla 6-10: Índice de daño para los elementos de la edificación de mampostería confinada de dos pisos, con desplazamientos verticales (MC-2p-S). ............................143

1. Introducción

En los últimos años a nivel mundial se vienen desarrollando investigaciones y destinando esfuerzos y recursos en temas relacionados con la evaluación del riesgo, con el fin de proponer y establecer medidas de mitigación para los diferentes procesos naturales que se presentan, en particular los deslizamientos. En esta medida ha sido de primordial interés el poder evaluar todos los aspectos que componen el riesgo, donde uno de los elementos fundamentales es la evaluación de la vulnerabilidad, encontrando que se requiere ampliar el conocimiento hasta ahora generado en cuanto a la evaluación de la vulnerabilidad física de manera cuantitativa. En nuestro medio se ha identificado el creciente y descontrolado crecimiento poblacional en las zonas urbanas, donde los asentamiento humanos se han venido ubicando en zonas de riesgo y donde además los tipos de construcciones que se desarrollan no cumplen desde el punto de vista normativo con los requerimientos necesarios. En este documento se hace una revisión general del proceso de evaluación de riesgo el cual incluye la definición de los conceptos de amenaza y vulnerabilidad enfocados a deslizamientos. En este proyecto se hace énfasis particular en la evaluación de la vulnerabilidad física para viviendas de uno y dos pisos por deslizamientos, para lo cual se requirió de un modelo computacional con el fin de obtener curvas de fragilidad de la estructuras evaluadas.

1.1 Descripción del problema Dentro de la evaluación de vulnerabilidad física no se ha tenido un adecuado modelamiento e interpretación de los niveles de daño presentados en edificaciones de uno y dos pisos, asociados a diferentes movimientos del terreno, que permitan definir curvas de daño de estas estructuras, para la determinación cuantitativa de la vulnerabilidad; que junto a la amenaza permitan la toma de decisiones en términos de riesgo. La evaluación del riesgo de un elemento expuesto a una amenaza dada requiere la consideración de la vulnerabilidad del elemento, la cual expresa qué tan propenso es a sufrir daño. Esto permite realizar una estimación del nivel de riesgo, lo cual es frecuente en la evaluación del riesgo sísmico donde existen numerosas curvas de fragilidad (expresando el nivel de daño de las edificaciones con la amplitud del movimiento), y

2 Modelación de vulnerabilidad física de estructuras de uno y dos pisos, asociada a deslizamientos

permite la evaluación para diferentes niveles de amenaza; sin embargo para otras amenazas naturales, como son los movimientos en masa, la incorporación de vulnerabilidad con la evaluación del riesgo no está bien establecida y pocas curvas de fragilidad han sido desarrolladas, y por tanto la estimación cuantitativa del riesgo no se realiza.

1.2 Justificación Se han venido generando nuevas situaciones de riesgo asociadas al incremento de la actividad de deslizamientos a nivel mundial y en nuestro medio, debido a: Aumento de las áreas urbanizadas en zonas potenciales de deslizamientos. Deforestación continua de las áreas propensas a deslizamientos. Incremento de la precipitación debido a los cambios de los patrones climáticos. La práctica de la ingeniería tradicional se ha enfocado principalmente en determinar la condición de estabilidad de los taludes, sin embargo es importante, dentro de la evaluación de vulnerabilidad, la cuantificación de los niveles de esfuerzos y deformaciones que se generan en el talud, y las causas de la concentración de deformaciones y daños que ocurren en las estructuras. En la evaluación de riesgo de la mayoría de amenazas diferentes a los sismos y en algunos casos los ciclones, no se usan las curvas de fragilidad, los niveles de amenaza son presentados en mapas que muestran los elementos en riesgo y su vulnerabilidad, generalmente expresada como baja, media o alta. Este tipo de evaluación proporciona una guía cualitativa acerca del nivel de riesgo debido a una amenaza particular, pero no pueden ser usadas para realizar estimaciones cuantitativas, por ejemplo las pérdidas económicas directas. En cuanto a la evaluación de riesgo por deslizamientos Glade (2003) encontró que hay una falta de estudios sobre la vulnerabilidad de los elementos y por tanto no se acostumbra el uso de las curvas de fragilidad, comúnmente estos métodos asumen que si ocurre el deslizamiento, las estructuras en su trayectoria son totalmente destruidas, esto toma una curva de fragilidad constante igual a la unidad para todos los valores diferentes a cero de los parámetros que caracterizan la amenaza. En nuestro medio es importante determinar la vulnerabilidad de las edificaciones de baja altura (1 y 2 pisos) debido a que en ellas habita gran cantidad de la población, estableciendo metodologías cuantitativas que permitan hacer este tipo de valoraciones. Surge la necesidad de estudiar la magnitud de los daños sobre este tipo de edificaciones, teniendo en cuenta aspectos de tipo local, debido a la poca relevancia que ha tenido el análisis de vulnerabilidad física de viviendas por deslizamientos, requiriéndose un aporte más cuantitativo y técnico al análisis de riesgo.

Introducción 3

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo General Construir curvas de daño o fragilidad con las cuales se pueda evaluar la vulnerabilidad de estructuras de uno y dos pisos de forma cuantitativa debido a los desplazamientos y presiones causados por deslizamientos.

1.3.2 Objetivos Específicos Identificar patrones de deformación generados por los deslizamientos, por medio de

una revisión bibliográfica, así mismo, el tipo y nivel de daño para la tipología de estructuras de uno y dos pisos utilizada.

Establecer los diferentes tipos de solicitaciones en términos de las presiones y/o los desplazamientos, que generan los movimientos del terreno sobre las estructuras de uno y dos pisos.

Caracterizar las viviendas de uno y dos pisos a modelar, teniendo en cuenta los materiales, sistemas estructurales y tipos de falla más frecuentes en nuestro medio.

Establecer por medio de modelación numérica de la respuesta estructural, los niveles de deformación o esfuerzos generados en la edificación debidos a las solicitaciones impuestas por el movimiento.

Generar las curvas de daño o fragilidad, con las cuales se pueda evaluar la vulnerabilidad de forma cuantitativa ante deslizamientos.

1.4 Antecedentes del estudio Es claro que las inversiones económicas por declaratoria de emergencia se han destinado en forma inmediata a atender los grandes desastres (entendido como desastre a los eventos que hayan generado algún tipo de daño económico o social) que acurren en la naturaleza y que afectan la población, pero desafortunadamente no se invierten por diferentes razones de manera optima en la mitigación de estas, y mucho menos, en la prevención de eventos posteriores a la emergencia que permitan disminuir la afectación a la población y a la infraestructura que se vio involucrada. Eventos como los fenómenos climáticos de El Niño y La Niña exacerban eventuales inundaciones, deslizamientos y sequias en diferentes lugares por lo cual no son fácilmente cuantificables los efectos para estos desastres menores y/o moderados comparados por su magnitud y afectación respecto a los grandes desastres, siendo importante evaluar el impacto que en forma recurrente genera una problemática muy delicada de riesgo social y ambiental a nivel regional y local de vital importancia en el país, puesto que además afecta principalmente a las población de condiciones socioeconómicas más vulnerables.


De acuerdo con el Programa de Información para la Gestión de Riesgos BID - CEPAL de 2006, Estudio Nacional de Colombia realizado por Cardona y Yamín, donde se utilizó la la base de datos DesInventar, el cual es un sistema de información sobre eventos históricos desastrosos y tiene registros del país desde principios del siglo veinte por tipos de evento, entre 1971-2002 el país se vio afectado por una gran cantidad de desastres de magnitud menor o moderada, en total se registraron 19,202 eventos, con un promedio de 600.1 eventos al año, siendo el nivel de recurrencia y temporalidad más alto en Latinoamérica. Los deslizamientos representan el 24.6% del total de registros causantes de algún tipo de daño y son el segundo tipo de evento de origen natural asociado con desastres (después de las inundaciones con el 36 %), donde la mayoría de estos deslizamientos están asociados a fenómenos de tipo hidrogeológico, como el ablandamiento del terreno por exceso de lluvia. Cifras estadísticas obtenidas por Cardona y Yamín (2006), muestran información como la presentada en la Tabla 1-1 de datos de daños y pérdidas en viviendas por eventos menores y moderados ocurridos en Colombia, que incluyen inundaciones y deslizamientos. También se obtuvieron datos en términos de costos, a partir de la metodología del programa sobre indicadores de riesgo BID - IDEA, los cuales se muestran en la Tabla 1-2. Tabla 1-1: Daños o pérdidas en viviendas, desastres menores y moderados en Colombia. (Adaptada de Cardona y Yamín, 2006).

Tabla 1-2: Costos estimados de pérdidas causadas desastres menores, en miles de dólares y % del PIB del sector vivienda (Adaptada de Cardona y Yamín, 2006).

PERIODO PERDIDAS EN VIVIENDA Participación del perdidas en

el PIB sectorial (%) 1971-1980 68,217.00 4.25 1981-1990 78,424.50 3.95 1991-2000 385,892.33 12.62 2001-2002 47,127.42 1.48 1971-2002 579,661.25 19.92

En la Tabla 1-3 se presenta la comparación de la afectación en viviendas que se generaron debido los mayores desastres ocurridos en nuestro país, con la acumulación de daños y pérdidas ocasionados por desastres menores entre 1971 y 2002. Los daños de los grandes eventos han generado un impacto económico de hasta el 1,88% del PIB

PERIODO CASAS DESTRUIDAS VIVIENDAS AFECTADAS1971-1980 18,588 16,6041981-1990 19,754 16,0441991-2000 50,465 163,0512001-2002 4,353 21,3761971-2002 93,160 217,075

Introducción 5

nacional del año en que ocurrieron. Los desastres pequeños y moderados, que son eventos de menor magnitud y menor impacto nacional pero de mayor recurrencia, generaron daños estimados de US$1652 millones sumando un costo estimado de 2,25% del PIB. Los totales de viviendas destruidas y afectadas por los eventos menores representan 2.5 veces el valor de la viviendas destruidas en el Quindío y 17 veces las destruidas en Armero - Erupción del Nevado del Ruiz (Cardona y Yamín, 2006). Tabla 1-3: Comparativo de afectación de los desastres menores con los desastres extremos ocurridos en Colombia. (Adaptada de Cardona y Yamín, 2006).

Pérdidas estimadas 246.05 [0.70] 1,590.81 [1.88] 1,652.89 [2.25]

en millones de dólares (corrientes) y en % PIB de los años 1985, 999 y 2002 respectivamente. Como se observa en las tablas anteriores, a lo largo del tiempo las pérdidas se han ido incrementando de manera importante sin corresponder con el número de eventos ocurridos. A nivel mundial, según ISRD/UN (2007), en las tres últimas décadas hay una tendencia ascendente en el número de desastres, especialmente acentuada desde 1997, pasando de menos de 100 eventos en 1975 a más de 500 en el 2000. Los costos económicos mundiales ocasionados por los desastres de origen natural también muestran un aumento, pasando de un estimado de $75.500 millones de dólares en la década de los sesenta, a $138.400 millones en los setenta, $213.900 millones en los años ochenta y $659.900 millones en la última década del siglo XX (PNUD, 2004). Adicionalmente el crecimiento de las ciudades colombianas ha seguido un patrón desequilibrado con una visión de pequeña escala, lo cual ha generado fenómenos espaciales urbanos como el predominio de asentamientos precarios en las periferia de las ciudades, la expansión no planificada, la escasez de suelo urbanizable, el deterioro y despoblamiento de las zonas centrales de las ciudades y la insuficiencia de espacio público. En una encuesta adelantada por el Departamento Nacional de Planeación, en las principales ciudades del país: Bogotá, Medellín, Cali, Barranquilla, Cúcuta, Bucaramanga, Pereira, Manizales y Valledupar de donde se obtuvieron en forma general los siguientes indicadores estadísticos acerca del control urbano y su desarrollo (DNP, 2009), que se presentan en la Figura 1-1, en particular en lo referente a las principales causas sobre las cuales se presenta una alteración de los planes de desarrollo urbano de cada ciudad. Dentro de los municipios y ciudades a nivel nacional según la información con que cuenta el DNP presenta situaciones concurrentes que se observan en las áreas urbanas, las cuales demandan acciones de control, como son: Uso indebido del espacio público,

Viviendas destruidas 5,402 35,949 93,160Viviendas afectadas NA 43,422 217,075

TIPOS DE DAÑOS Y PERDIDAS

ERUPCION NEVADO DEL RUIZ (1985)

TERREMOTO DEL QUINDIO (1999)

EVENTOS MENORES (1971-2002)


formación de nuevos asentamientos precarios (invasiones), ocupación ilegal del suelo de protección establecido en el POT, construcciones que no siguen las condiciones establecidas en las licencias de construcción y urbanismo, amenazas y riesgos así como la ocupación de áreas no aptas para urbanización, mala disposición de residuoc , contaminación visual y cesiones obligatorias del espacio público. Figura 1-1: Resultados de encuesta Control Urbano DNP, (Adaptado de DNP, 2009)

A nivel de Bogotá se tiene información respecto a una tipología de distribución de las viviendas, de acuerdo con los trabajos realizados por CEDERI (2005) y ERN (2006), en el informe del BID - CEPAL (Cardona y Yamín, 2006) reportan que en la capital el 41.7% de las edificaciones se construyeron antes de 1985, antes del primer código de construcciones sismorresistentes. El 6.7% de las edificaciones de Bogotá pueden ser de concreto reforzado, el 55.7% de mampostería no reforzada y el 35.5% de mampostería confinada. lo que significa que el 91.2% de las edificaciones de la ciudad han sido construidas en mampostería, en términos de área construida corresponde al 66.5% y su valor corresponde a 51.4%. Adicionalmente los predios de los estratos 0, 1 y 2 suman el 59.7% y del estrato 3 el 32.6%, en consecuencia los predios de estos estratos son el 92.3%, equivalente al 79.7% del área de la ciudad y su valor alcanza al 63.1%. Se puede decir que la mayor parte de estos estratos corresponden a edificaciones de uno y dos pisos. En la Tabla 1-4 se presenta un resumen de las cifras referentes a los porcentajes de construcción en Bogotá, estimación del número de edificaciones, el área construida y el valor aproximado de las edificaciones que no cumplen con las normas sismorresistentes. A partir de las bases de datos catastrales disponibles, se realizó la desagregación de acuerdo a las zonas de microzonificación sísmica y según los diferentes sistemas constructivos para la ciudad de Bogotá, como se presenta en la Tabla 1-5

Introducción 7

Tabla 1-4: Porcentaje de construcción en Bogotá (Tomada Cardona y Yamín, 2006).

Tabla 1-5: Desagregación por zonas sísmicas y por estrato para Bogotá, de acuerdo a las tipologías de los sistemas constructivos. (Adaptada de Cardona y Yamín, 2006).


La ocupación y desarrollo informal del suelo como proceso de urbanización del territorio del Distrito Capital es un fenómeno que afecta la planeación y pone en riesgo la población. La ciudad presenta desde hace más de 50 años esta problemática como consecuencia de problemas estructurales de pobreza, falta de oferta de soluciones de vivienda dignos y a bajos costos. Hasta 2007 se habían legalizado en Bogotá más de 1400 desarrollos de origen informal. En la Figura 1-2 se presenta como fue hasta 2007, según el Departamento Administrativo de Planeación del Distrito, la distribución de los asentamientos de origen ilegal que se consolidaron en Bogotá, representados en las áreas en color rojo, respecto a la población urbanística consolidada y legalizada en color gris.

Figura 1-2: Distribución de asentamientos ilegales a 2007 en Bogotá (Tomada de Secretaria Distrital de Habital, 2009)

En cuanto a la evaluación de vulnerabilidad que hoy hace la DPAE – Dirección de Prevención y Atención de Emergencias de Bogotá, se realiza teniendo en cuenta el mapa del uso del suelo, el cual presenta limitaciones con respecto a la ubicación real de las viviendas, junto al mapa de zonificación de amenaza que presenta limitaciones de tipo

Introducción 9

topográfico, por tal razón la evaluación que se realiza de vulnerabilidad no es posible hacerla en forma individual por vivienda sino sectorialmente, generando así conceptos subjetivos sobre la condición de vulnerabilidad de las viviendas. En la actualidad se han venido realizando evaluaciones de riesgo en diferentes sectores de Bogotá, donde se implementan campañas de monitoreo basadas en Georreferenciación, topografía, instrumentación (con piezómetros, inclinómetros y extensómetros), monitoreo estructural, monitoreo de grietas y fisuras en el terreno y demás técnicas que permiten hacer un seguimiento detallado de los procesos de remoción en masa y la afectación sobre las viviendas. Ejemplo de estas actividades es el proyecto de monitoreo de deslizamientos activos que afectan el sector de Altos de La Estancia, realizado por la DPAE para la evaluación de riesgo en el sector, donde como se muestra en la Figura 1-3 se hace una referenciación del vector de desplazamientos de los movimientos del terreno. Figura 1-3: Monitoreo de deslizamientos activos que afectan el sector de Altos de La Estancia. (Tomada de Georiesgos, 2004)

La DPAE a través de Diagnósticos Técnicos, Respuestas Oficiales e Informes Especializados continúa realizando la evaluación de las condiciones de amenaza, vulnerabilidad y riesgo en la totalidad de Bogotá, haciendo además el seguimiento puntual de cada una de las situaciones que son reportadas como emergencias y planteando desde reubicaciones, medidas parciales y totales de mitigación, con base en cada una de las situaciones atendidas. En la Fotografía 1-1 a Fotografía 1-4 se presentan


algunas imágenes de los tipos de casos que son atendidos por la DPAE en la Localidad Rafael Uribe Uribe, Barrio Altos del Recuerdo, asociados a casos de riesgo en viviendas, donde se observa la situación antecedente del predio, ante una afectación por un proceso de remoción en masa y su condición de exposición y vulnerabilidad.

Fotografía 1-1 Tomada de concepto técnico CT-3780, en Sep.-2002, aun se observan las casa vecinas en pie.

Fotografía 1-2 Vivienda de la Sra. Ana Cecilia Galindo y el Sr. Luis Rodríguez, 27 de mayo de2006.

En la Fotografía 1-3 y Fotografía 1-4, se presentan imágenes del sector Tres Reyes II sector, con viviendas vulnerables y afectadas por procesos de remoción en masa.

Fotografía 1-3 Vista del talud de corte ubicado en la zona verde donde se presentó el deslizamiento.

Fotografía 1-4 Vista del talud de corte frente a las viviendas afectadas.

El antecedente más reciente de estudios realizado por la DPAE en cuanto a la evaluación de vulnerabilidad física corresponde al estudio denominado “Estudio para la Identificación de Patologías Constructivas y Definición de Lineamientos para la Reducción de la Vulnerabilidad Física en los Escenarios de Ladera y Aluvial en la Ciudad de Bogotá D.C.” del año 2009 realizado por el Consorcio IGR-TCI, que es el resultado de la evaluación de la vulnerabilidad física de viviendas ante procesos de ladera y aluviales en 3 barrios de la

Vivienda No 1

Vivienda No 2

Vivienda No 2

Introducción 11

ciudad de Bogotá tres barrios, el barrio Cerro Norte (localidad de Usaquén), el de San Jacinto (Localidad San Cristóbal), localizados en zona de ladera y el barrio la Independencia II sector (Localidad de Bosa), localizado en la zona aluvial, buscando identificar causas de daños basados en tendencias y características constructivas, con el fin de poder reducir su condición de vulnerabilidad. El documento técnico desarrollado presenta una caracterización general de las tipologías constructivas, patologías y metodologías constructivas, así como los materiales que son más comúnmente utilizados en cada uno de los sectores de estudio. El objetivo de la DPAE es plantear una propuesta de contenidos técnicos para la elaboración de un Manual para la reducción de la vulnerabilidad física en zonas de ladera y aluviales. El estudio antes mencionado se desarrolló en 4 fases, las cuales contemplaron en forma general las siguientes actividades: Fase 1: con base en la información recopilada sobre escenarios típicos de patologías constructivas, laderas, y depósitos aluviales en la ciudad se seleccionaron los sectores de estudio y se establecieron las características propias de cada sector para así definir los factores que pudieran influir en la vulnerabilidad física. Fase 2: consistió en el estudio particular de los sectores generando un diagnostico de cada zona especifica de estudio y la caracterización de la tipología constructiva representativa predominante para seleccionar los modelos a estudiar. Fase 3: basada en la determinación de las tipologías constructivas y estructurales, junto a las patologías de las viviendas, se llevó a cabo a su vez el levantamiento de la información socioeconómica de los habitantes, particularmente en esta fase se realizó el estudio de las construcciones, elaboración del diagnóstico técnico, levantamiento geométrico, arquitectónico, patológico y registro fotográfico, ensayos de materiales y finalmente elaboración de diagnóstico. Fase 4: consistió en el diagnóstico general enfocado a establecer los lineamientos para la elaboración del manual y las conclusiones y recomendaciones orientadas a identificar condiciones de vulnerabilidad. Entre otros aspectos presenta el diagnóstico acerca del sistema estructural de las viviendas estudiadas, patologías constructivas y patologías constructivas. Dentro de la información destacada del estudio realizado por la DPAE en 2009, que presenta la situación de las viviendas en sectores de vulnerabilidad, en la ciudad de Bogotá, están los siguientes aspectos:

- El 63% de las viviendas revisadas, son medianeras, se confinan lateralmente unas a otras y están ubicadas en terrenos pendientes.


- El 82% han sido construidas por etapas (situación que explica el uso de materiales diversos, así como de sistemas de placas macizas, aligeradas y prefabricas en una misma vivienda), con igual porcentaje con desplante a nivel, donde el 55% de las viviendas son similares a sus vecinas (construcción por imitación y empleando la mano de obra según su sector de influencia).

- El 36% son de dos pisos, seguidos por un 28% de casas de 1 piso y otro 28% de casas de 3 pisos.

- El 37% tienen cubierta liviana (laminas de Zinc o tejas plásticas, muy susceptibles de ser arrastradas por ventarrones), el 38% tienen placa de concreto como cubierta y el 25% restante tienen cubierta en fibrocemento.

- El ladrillo se usó nuevo en el 88% de las casas. Para los concretos se empleó el agregado mixto en el 92% de las casas, como refuerzo el 75% es corrugado y el 25% es liso, con un 13% de uso de acero reciclado para ambos tipos.

- La madera, se encontró como estructura de soporte en las cubiertas livianas, en el 58% de las viviendas.

En cuanto al Manual que la DPAE propone, se tienen en cuenta los siguientes lineamientos en la evaluación de la vulnerabilidad, para que sean aplicados mediante un formulario y de manera individual a cada vivienda a evaluar, por medio de encuestas de 47 preguntas, las cuales suman y restan puntajes con base en la respuesta que se obtenga, en temas tales como: forma del lote, altura de la vivienda, cimentación, mampostería interna y fachada, placas de entrepiso ( incluye voladizos), columnas y columnetas, conexiones verticales entre pisos, vigas de remate o coronación, amarre de la estructura de cubierta con muros, amarre de las tejas de cubierta con la estructura de apoyo, viviendas en el perímetro, manejo de aguas lluvias, acero, concreto con hormigueros, ubicación del barrio y de su casa dentro de la manzana. Los puntajes obtenidos se clasifican así:

- Poco vulnerable de 70 puntos en adelante.

- Vulnerable entre 45 y 69 puntos.

- Muy vulnerable menor de 45 puntos

1.5 Descripción del Documento El presente es el documento en el cual se presentan las diferentes actividades desarrolladas para la generación de curvas de daño o fragilidad a partir de la modelación estructural. El documento se divide en siete capítulos, en los cuales se incluye la siguiente información: Capítulo 1. Introducción, en el cual se hace la presentación del objeto y justificación, referentes a la selección del tema investigado. El Capítulo 2. Marco conceptual, donde se encuentran los conceptos y definiciones generales que se adoptan para el desarrollo del proyecto, el Capítulo 3. Marco Teórico, donde se presentan las

Introducción 13

teorías en las que se basa la investigación, y el Capítulo 4. de Antecedentes recopila la información consultada respecto a referencias de evaluación de vulnerabilidad física y cargas asociadas a deslizamientos, estos tres capítulos anteriores constituyen el Marco de Referencia. En el Capítulo 5. Modelamiento. se describe el modelo estructural desarrollado y los escenarios de análisis asumidos, así como la definición de los diferentes parámetros del modelo y los resultados obtenidos. En el Capítulo 6. Análisis de resultados, se incluye el procesamiento de los resultados del modelamiento para poder hallar un índice de daño y generar las curvas de daño para cada tipo de estructura y por cada tipo de carga. Finalmente el Capítulo 7 presenta las conclusiones y recomendaciones basadas en los análisis de resultados obtenidos.

2. Marco Conceptual

Se presentan los conceptos y definiciones generales que se adoptan para el desarrollo de la investigación. Con el fin de que sirva como base referencial de posteriores trabajos, se hace una revisión bibliográfica enfocada al riesgo y la vulnerabilidad física.

2.1 Terminología Son muchas las definiciones que se pueden encontrar dentro del concepto de la evaluación de amenaza, vulnerabilidad y riesgo. Dentro de los referentes más importantes para definir estos aspectos se pueden mencionar, el Land Management Handbook 56 (LMH 56) publicado por el British Columbia Ministry of Forests’ en 2004 (Wise et al. 2004a, 2004b), el cual presenta un marco para el manejo del riesgo por deslizamientos, describiendo los términos técnicos y métodos para el análisis de riesgo. Otra referencia importante es el Glossary of Terms for Risk Assessment publicado por la International Society of Soil Mechanics and Geothecnical Engineering (ISSMGE) en 2004 desarrollado por el Comité Técnico 32 (Risk Assessment and Management). En la comparación realizada por VanDine et al. (2005) acerca de las terminologías de riesgo por deslizamientos, hay muchas similitudes, pero también algunas diferencias, entre los documentos antes mencionados, los cuales utilizan como referentes las siguientes publicaciones: Risk management: guidelines for decision-makers, de la Canadian Standards

Association (CSA, 1997). Quantitative risk assessment for slopes and landslides – The state of the art, de la

International Union of Geological Sciences’ Working Group on Landslides, Committee on Risk Assessment (IUGS, 1997).

Landslide risk management concepts and guidelines, de la Australian Geomechanics Society Sub-committee on Landslide Risk Management (AGS, 2000).

Según VanDine et al. (2005) el documento de la CSA proporciona un marco genérico para la gestión de riesgos, mientras que los documentos de IUGS y AGS se orientan a la gestión de riesgos por deslizamientos específicamente.


Para el desarrollo de este trabajo de investigación se adopta el marco conceptual propuesto por Fell et al. (2005), el cual toma de referencia la terminología presentada por el ISSMGE, y cuyas definiciones más importantes se presentan a continuación. RIESGO: Medida de la probabilidad y severidad de un evento adverso para la vida, salud, la propiedad o medio ambiente. Cuantitativamente se expresa como: Riesgo = Amenaza × Pérdidas Potenciales (ISSMGE). En la Tabla 2-1 se presentan otras definiciones de riesgo por deslizamientos propuestas por diferentes autores. El riesgo está afectado por la probabilidad de ocurrencia y las consecuencias, esto es el producto de la amenaza y la vulnerabilidad, como se muestra en la Figura 2-1 (Lee y Jones, 2004). Tabla 2-1: Definiciones de riesgo por deslizamientos (Adaptada de Düzgün y Lacasse, 2005).

Formulación de Riesgo Definición Fuente

Niv

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l Rie

sgo

Riesgo = Amenaza × Consecuencias Consecuencias: Valores potenciales de pérdidas

Einstein (1988)

Rs = H × V Rt = Rs × E = (H × V) × E

Rs: Riesgo específico, H: Amenaza, V: Vulnerabilidad Rt: Riesgo total, E: Elementos en riesgo

Varnes (1984)

Rt = Ʃ (Rs × E) = Ʃ (H × V × E) Rt: Riesgo total, Rs: Riesgo específico, V: Vulnerabilidad, E: Elementos en riesgo

Fell (1994)

Rs = P(Hi) × Ʃ (E × V × Ex) Rt = Ʃ Rs(Deslizamiento 1,…,n)

Rs: Riesgo específico, Rt: Riesgo total, P(Hi): Amenaza de un deslizamiento de magnitud particular (Hi), E: Valor total de los elementos en riesgo, V: Vulnerabilidad, Ex: Exposición

Lee y Jones (2004)

R(DI) = P(H) × P(S\H) × P(T\S) × P (L\T) R(DI): Riesgo individual, P(H): Amenaza, P(S\H): Probabilidad de impacto espacial, P(T\S): Probabilidad de impacto temporal, P(L\T): Probabilidad de pérdida de la vida de un individuo

Morgan et al (1992)

R(PD) = P(H) × P(S\H) × V(P\S) × E R(PD): Riesgo especifico (propiedad), P(H): Amenaza, P(S\H): Probabilidad de que el deslizamiento impacte la propiedad, V(P\S): Vulnerabilidad, E: Valor de la propiedad

Dai et al (2002)

El riesgo específico (Rs) se puede expresar como el grado de pérdidas esperadas debido a la ocurrencia de un evento particular, de una magnitud dada, que ocurre en un área

Marco Conceptual 17

específica en un periodo de tiempo. El riesgo total (Rt) es la suma del riesgo específico para todos los elementos en riesgo, magnitudes y tipos de amenaza. En la Tabla 2-2 se resumen diferentes opciones de análisis de riesgo por deslizamientos que se pueden realizar, según VanDine et al. (2004). Figura 2-1: Representación esquemática de cómo el riesgo es el producto de la amenaza y la vulnerabilidad. (Adaptada de Lee y Jones, 2004, basado en Coburn y Spence, 1992)

Tabla 2-2: Tipos de análisis de riesgo por deslizamientos (Adaptada de VanDine et al. 2004).

Tipo de análisis Símbolo Descripción del análisis

Deslizamiento P P(SL)

Probabilidad de ocurrencia de un deslizamiento Probabilidad de ocurrencia de un deslizamiento específico

Amenaza P(H) Probabilidad de ocurrencia de un deslizamiento peligroso específico

Riesgo parcial P(HA) Probabilidad de ocurrencia de un deslizamiento peligroso específico y la probabilidad de que alcance o afecte de otra forma al sitio ocupado por un elemento específico

Riesgo específico R(S) Riesgo de un elemento específico, pero el valor del elemento no se considera

Valor específico de riesgo

R(SV) Riesgo a un elemento específico, y el valor del elemento se considera

Riesgo múltiple R(M) Riesgo de múltiples elementos o de riesgo de un elemento a múltiples deslizamientos

Riesgo Total R(T) Riesgo de todos los elementos por todos los deslizamiento


AMENAZA: Probabilidad de que un peligro particular ocurra dentro de un periodo de tiempo dado. También se define como probabilidad de ocurrencia de un evento capaz de producir daño en un espacio e intervalo de tiempo determinados. VULNERABILIDAD: Grado de pérdida o nivel de daño potencial de un elemento o conjunto de elementos en riesgo en el área afectada por la amenaza. Se expresa en términos de la probabilidad de daño (0) no hay daño y (1) pérdida total. Otras definiciones adoptadas para esta investigación son: Análisis de riesgo: Uso de la información disponible para estimar el riesgo debido a amenazas sobre individuos o poblaciones, la propiedad o el medio ambiente. Descomposición o desintegración de las fuentes de riesgo en sus componentes fundamentales. Puede ser cualitativo o cuantitativo, o una combinación de ambas. Control del riesgo: Implementación y solicitud de acciones para controlar el riesgo y la periódica re-evaluación de la efectividad de estas acciones. Consecuencias: en relación con el análisis de riesgo, es el resultado de que la amenaza se materialice. Elementos en riesgo: población, edificios, trabajos de ingeniería, infraestructura, medio ambiente y actividades económicas en el área afectada por la amenaza. Evaluación del Riesgo: Estado en que los valores y el juicio entran en el proceso de decisión, explícita o implícitamente, considerando la importancia de los riesgos estimados y las consecuencias sociales, ambientales, y económicas asociadas, con el fin de identificar un rango de alternativas para el manejo del riesgo. Estimación del riesgo: Proceso de toma de decisiones sobre si los riesgos existentes son tolerables y si las medidas de control actuales son adecuadas y si no son adecuadas, si las alternativas de control son justificadas. Incluye las fases de análisis y evaluación del riesgo. Frecuencia (recurrencia): Medida de la posibilidad de ocurrencia de un evento en un tiempo dado o en un número dado de ensayos. Manejo del riesgo: Aplicación sistemática de políticas de manejo, procedimientos y prácticas a identificación, análisis, evaluación, mitigación y monitoreo del riesgo. Mitigación del riesgo: Aplicación selectiva de técnicas apropiadas y principios de manejo para reducir la posibilidad bien de la ocurrencia de un evento o de sus consecuencias desfavorables o ambas.

Marco Conceptual 19

Peligro: Evento natural que puede conducir al daño, descrito en términos de sus características geométricas, mecánicas u otras. Puede ser uno existente o uno potencial. La caracterización del peligro no incluye pronósticos. Posibilidad de ocurrencia (likelihood): Probabilidad condicional de se presente un evento, dado una serie de datos, suposiciones e información. También se usa como descriptor cualitativo de la probabilidad o frecuencia de ocurrencia. Probabilidad: Medida del grado de certeza. Esta medida va entre cero (imposible) y uno (certeza). Estadísticamente hablando se refiere a la frecuencia o fracción de ocurrencia de un evento dado entre un universo de posibilidades. De manera subjetiva se asocia con el grado de confianza. Probabilidad anual de ocurrencia: La probabilidad estimada de que un evento de una magnitud específica sea excedido en un año. Probabilidad temporal (espacial): Probabilidad de que el elemento expuesto esté en el área afectada por la amenaza, en el momento de su ocurrencia. Susceptibilidad: Se puede definir como la mayor o menor disposición de un talud a deslizarse, la cual es función de las condiciones intrínsecas como inclinación del talud, litología, cobertura, resistencia, condiciones de agua, etc.

2.2 Proceso de manejo del riesgo De acuerdo con lo propuesto por Fell et al. (2005), el concepto general de manejo del riesgo comprende las etapas descritas a continuación y presentadas en la Figura 2-2.

2.2.1 Análisis de riesgo El análisis de riesgo incluye el análisis de la amenaza y sus consecuencias.

Definición del Objetivo del Análisis: es importante para definir los alcances del estudio a realizar, teniendo en cuenta entre otros:

- La determinación de si se requiere el análisis de un sitio o varios, o una zona. - Definición de los límites geográficos y la extensión de los estudios geotécnicos

y geológicos, que forman parte del análisis, la escala o nivel de detalle. - Análisis de las pérdidas económicas o daños, o definir si incluye la valoración

de las posibles pérdidas de vidas y heridos. - Caracterización de los deslizamientos, su frecuencia y sus consecuencias. - Definir si el análisis va a ser cualitativo o cuantitativo. - Criterios de aceptación del riesgo a usar, y cómo se van a determinar.


- Restricciones operacionales y financieras, y las responsabilidades legales. - Productos del análisis: mapas, reportes, etc. y cómo estos van a ser

comunicados a las partes interesadas. Figura 2-2: Esquema conceptual del proceso del manejo del riesgo (Adaptado de Fell et al. 2005)

Marco Conceptual 21

Análisis de Amenaza: Incluye el proceso de identificación y caracterización de los potenciales deslizamientos y su correspondiente evaluación de las frecuencias de ocurrencia (probabilidad anual) para diferentes magnitudes.

Caracterización del deslizamiento (Peligro): requiere: hacer una clasificación de los tipos de deslizamientos potenciales, de acuerdo con el sistema de clasificación de deslizamientos que sea adoptado, ya que el tipo de deslizamiento define el tipo de amenaza, la identificación de la extensión del proceso esperado incluyendo localización, área y volumen involucrados. Incluye la evaluación de la posibilidad de iniciación del evento y la caracterización geomecánica de los materiales involucrados, para entender el comportamiento pre-falla y post-falla. Se requiere poder estimar o predecir la profundidad y velocidad del movimiento, así como su trayectoria y distancia de viaje, y evaluar la probabilidad que afecte el área donde están localizados los elementos en riesgo. Por último el poder determinar las posibles evidencias que predicen la falla, para que puedan se monitoreadas. En Rodríguez y Jiménez, (2009) se hace referencia a como diferentes tipos de deslizamiento pueden producir diferente nivel de daño sobre un mismo elemento expuesto. Físicamente esta capacidad está dada por la energía que el deslizamiento puede suministrar al elemento, la cual es función del mecanismo de falla y de las condiciones geométricas particulares (altura de caída, distancia de recorrido, etc.), las cuales definen la energía potencial disponible. Adicionalmente mencionan que usualmente se emplea una característica física del deslizamiento real o potencial para definir este factor. El mejor parámetro que puede representar la capacidad de daño de un movimiento es la velocidad de desplazamiento, la cual se relaciona directamente con la energía, sin embargo éste parámetro no es fácil de determinar o predecir, por lo que se ha optado por otras propiedades físicas del deslizamiento como el volumen de material o área afectada por el deslizamiento. Se debe considerar un amplio rango de amenazas desde los procesos de menor magnitud (mayor frecuencia), hasta los de mayor magnitud (menor frecuencia). Generalmente el riesgo es dominado por los eventos pequeños. Análisis de Frecuencias de ocurrencia de los deslizamientos, la frecuencia se puede expresar como el número de deslizamientos con características definidas que pueden ocurrir en un área por año, o como la probabilidad de un evento en un sitio en un periodo de tiempo definido, o en términos de probabilidad o confiabilidad basado en la relación entre las fuerzas inestabilizantes y las fuerzas resistentes. Esto para cada tipo de deslizamiento analizado. Dentro de las diversas formas de estimar las frecuencias están, el análisis de datos históricos del área de estudio o zona con características similares, métodos empíricos que relacionan la ocurrencia de procesos con los factores que los generan, uso de evidencia geomorfológica con registros históricos o evaluados a


partir de la experiencia, evaluación directa por parte de un experto con base en un modelo conceptual (por ejemplo un árbol de decisión), el modelamiento de la variable primaria, la aplicación de métodos probabilísticos, o la combinación de algunos de estos métodos. En práctica es recomendable la combinación de varios de estos métodos de análisis.

Análisis de Consecuencias: comprende la identificación y cuantificación de los elementos expuestos a la amenaza (propiedades y personas), así como su probabilidad espacial-temporal y la valoración de su vulnerabilidad como la probabilidad condicional de daño, este análisis debe hacerse para cada tipo de amenaza.

La identificación y cuantificación de los elementos en riesgo incluye la población que vive, trabaja, o viaja por el área de afectación, además los edificios, obras de ingeniería, infraestructura, redes de servicios, drenaje de vías, vehículos, medio ambiente y actividades económicas en el área afectada por la amenaza. Los elementos en riesgo dependen de la naturaleza de la amenaza.

Para determinar los posibles daños en cada elemento expuesto, se debe estimar la probabilidad de que un deslizamiento alcance el elemento en riesgo la cual depende de la posición relativa del elemento respecto al origen del deslizamiento y de la trayectoria de este; es una probabilidad condicional entre 0 y 1. Para construcciones localizadas sobre el deslizamiento es igual a 1, para elementos debajo de la zona potencial deslizada la probabilidad depende de la distancia de viaje del movimiento, para personas y vehículos la probabilidad depende del tiempo de exposición del elemento. La probabilidad espacial-temporal, es la probabilidad (entre 0 y 1) de que el elemento en riesgo esté en el área afectada, en el momento de ocurrencia de la amenaza. Para elementos fijos sobre o en la trayectoria del deslizamiento la probabilidad es 1, para un vehículo o persona en el área de amenaza es proporcional al tiempo que esté en la trayectoria del proceso en un año y para las personas en una construcción es proporcional al tiempo en el año que la ocupan. La Vulnerabilidad es el grado de pérdida (o daño) de un elemento o grupo de elementos en el área afectada. Es la probabilidad condicional de que un deslizamiento dado ocurra y que el elemento en riesgo esté en su trayectoria. Se requiere hacer la valoración de la vulnerabilidad de los elementos en riesgo, en términos de daños a la propiedad y pérdida de vidas o heridos. Los factores que más afectan la vulnerabilidad de la propiedad o física, son: el volumen del deslizamiento, la magnitud de desplazamiento, la velocidad del movimiento, y la posición de los elementos expuestos.

Marco Conceptual 23

La relación entre el parámetro seleccionado para definir la magnitud del deslizamiento y la capacidad de producir daño es parte de este análisis de vulnerabilidad, que sigue al análisis de amenaza (Rodríguez y Jiménez, 2009).

Estimación del riesgo: es el producto de la amenaza por las consecuencias, y se puede realizar de tres formas.

Estimación cualitativa, este análisis usa descriptores para definir la posibilidad de ocurrencia del deslizamiento y sus consecuencias, a partir de valoraciones subjetivas, generalmente se basa en el juicio de expertos. Comprende herramientas como sistemas clasificación, esquemas de calificación de riesgo y matrices de riesgo. Es útil para la comparación relativa de diferentes sitios, pero presenta limitaciones en cuanto a descripciones potencialmente imprecisas y subjetivas, también la falta de criterios de aceptación de riesgo para evaluar cualitativamente el riesgo.

Estimación semi-cuantitativa, involucra la combinación de medidas cualitativas y cuantitativas de la probabilidad de ocurrencia del deslizamiento y sus consecuencias. Usualmente se tienen las probabilidades de ocurrencia pero las consecuencias se definen cualitativamente.

Estimación cuantitativa, análisis basado en los valores numéricos de la probabilidad de la amenaza, vulnerabilidad y consecuencias, y resultan en una valor numérico del riesgo.

El riesgo puede ser presentado: como riesgo anual (valor esperado) expresado como pérdidas o número de víctimas potenciales por año. También se presentan como gráficas de frecuencia - consecuencia (f-N), que presentan para cierto nivel de costos cuál es la frecuencia probable de ocurrencia de ese nivel de daño, y basadas en las anteriores se pueden generar curvas de frecuencia acumulada - nivel de daño (F – N).

Análisis de sensibilidad e incertidumbre: Como los datos de entrada no son precisos, usualmente involucran el juicio de expertos o la incertidumbre en los parámetros de entrada, causada por la variación natural o conocimiento parcial de las variables. El análisis de sensibilidad se hace para considerar los efectos de los diferentes valores de entrada asumidos.

2.2.2 Evaluación del riesgo En esta etapa los resultados del análisis de riesgo son comparados contra valores de juicio y criterios de aceptación del riesgo, para determinar si el riesgo es tolerable. La evaluación del riesgo considera valores de:


Pérdidas financieras o de bienes: costo anual del riesgo, capacidad financiera, disponibilidad de aseguramiento, en las vías se refiere a la frecuencia de accidentes y considerando para las medidas de mitigación cual es la relación costo – beneficio. Pérdida de vidas: riesgo individual, riesgo social, potenciales pérdidas de vidas en el año, y considerando para las medidas de mitigación el costo por vida salvada.

Criterios de aceptación del riesgo:

Riesgo aceptable: es el nivel de riesgo el cual los afectados están preparados a aceptar. Las acciones para reducir tal riesgo normalmente requieren medidas disponibles a bajo costo en términos de dinero, tiempo y esfuerzo. Riesgo tolerable: es el nivel de riesgo con el cual la sociedad puede convivir de manera que se garantice cierto beneficio neto, pero que no se considera un nivel insignificante, y debe mantenerse bajo inspección y reducirse en lo posible.

2.2.3 Manejo del riesgo Con el resultado de la valoración del riesgo se consideran las posibilidades de mitigación, la disminución de la probabilidad de ocurrencia y las consecuencias. También comprende el monitoreo del riesgo, retroalimentación e iteración cuando sea necesario. Es preciso que el riesgo estimado se comparare con criterios de aceptación cualitativos y cuantitativos. En algunos casos los valores absolutos de riesgo no son tan importantes como los relativos. El resultado de la evaluación del riesgo puede ser:

Si el riesgo calculado

Si el riesgo calculado es mayor que el riesgo aceptable, pero menor que el riesgo tolerable, se debe decidir si se interviene o no, se recomienda hacer monitoreo.

es menor que el riesgo aceptable, no se requiere intervención, ni considerar medidas de mitigación

Si el riesgo calculado es mayor que el riesgo tolerable, se necesita considerar las opciones de mitigación del riesgo, para cada alternativa se hace un análisis de reducción del riesgo.

El proceso del manejo del riesgo es iterativo, se deben considerar las opciones de mitigación del riesgo y el resultado de las medidas de mitigación y del monitoreo.

Mitigación del riesgo

Entre las opciones de mitigación del riesgo se encuentran:

Marco Conceptual 25

- Reducción de la frecuencia de deslizamientos con medidas de estabilización. - Reducción de la probabilidad de que el proceso alcance los elementos en

riesgo. - Reducción de la probabilidad espacial - temporal de los elementos en riesgo,

como monitoreo y sistemas de alarma para evacuar a las personas. - Otras opciones de manejo del riesgo pueden incluir: evitar el riesgo y buscar

alternativas que reduzcan el riesgo, también transferir o compensar el riesgo, posponer la decisión si hay suficiente incertidumbre en espera de la evaluación de medidas de mitigación y monitoreo.

3. Marco Teórico

3.1 Vulnerabilidad Varias definiciones del término vulnerabilidad se encuentran en la bibliografía acerca del este tema, donde se consultó la recopilación de diversos métodos existentes para la evaluación de vulnerabilidad realizada por Papathoma et al (2010) donde presentan que la mayoría de los métodos revisados, consideran la vulnerabilidad como “el grado de pérdida de un elemento específico en riesgo ante una amenaza de una magnitud dada”, generalmente con la asignación de valores de vulnerabilidad entre 0 y 1 a los elementos en riesgo y frecuentemente el grado de pérdida es expresado en términos de pérdidas monetarias.

3.1.1 Valoración de las consecuencias Como se mencionó anteriormente en el marco teórico, el análisis de consecuencias: comprende la identificación y cuantificación de los elementos en riesgo, así como su probabilidad espacial temporal y la valoración de su vulnerabilidad. En forma general la valoración de consecuencias se enmarca en lo propuesto por Lee y Jones (2004). Se requiere realizar la valoración de las consecuencias para poder estimar los daños probables y pérdidas esperadas. El análisis de consecuencias, excepto en los casos de problemas y proyectos claramente definidos, debería tener en cuenta y ser una combinación de: Analogías con patrones de consecuencias conocidos en sitios similares. Un rango de escenarios producidos por expertos. Modelos computacionales. La caracterización de escenarios de consecuencias es basado en los elementos en riesgo y la vulnerabilidad de estos (Cascini et al, 2005), dentro de los elementos expuestos están: la población, propiedad, estructuras, infraestructura, actividad económica, bienestar y medio ambiente. De acuerdo con las consecuencias que generan y la escala, se distinguen los siguientes tipos de eventos:


Eventos individuales: causa daños como consecuencia de la ocurrencia o reactivación de un deslizamiento específico.

Eventos compuestos: el cual causa daños cuando un evento detonante produce una cascada de diferentes tipos de movimientos (caída-flujo-deslizamiento),

Eventos múltiples: incluyen actividad de deslizamiento en diferentes puntos de un área. Este tipo de eventos frecuentemente están asociados con sismos, lluvias intensas, erupciones volcánicas y afectación de humanos.

Eventos complejos: cuando la mayor parte de los daños es el producto de la generación de amenazas secundarias tales como flujos después de un deslizamiento.

La magnitud del deslizamiento no determina por sí solo el potencial de daño, donde las consecuencias adversas dependen del rango de la amenaza potencial (al carácter, magnitud, tiempo y localización del deslizamiento) y su interacción con la población y los objetos, actividades y medio ambiente, los cuales son espacialmente variables, y presentan diferente vulnerabilidad (grados de susceptibilidad) ante los deslizamientos. Esta susceptibilidad depende de la exposición potencial la cual está relacionada con la posibilidad de que el elemento esté en la zona de influencia de la amenaza, e incluye tanto elementos estáticos como temporales. Esta relación entre amenaza potencial y exposición potencial, se muestra en la Figura 3-1, donde cuatro categorías de deslizamiento pueden ser identificadas. El recuadro representa un posible escenario de un sitio específico:

Categoría A, deslizamientos donde por su pequeño tamaño o localización, resulta en poco o no daño.

Categoría B, deslizamientos que pueden ser de un tamaño que resulte en un daño significativo.

Categoría C, deslizamientos de mayor impacto, algunos terminan en desastres.

Categoría D, deslizamientos con consecuencia de impacto severo, algunas veces resultan en zonas de destrucción total.

Para la evaluación de las consecuencias se desarrollan escenarios y modelos de consecuencias, los cuales definen y cuantifican los posibles resultados adversos. Los factores que deben tenerse en cuenta en la formulación de los daños potenciales son:

Naturaleza de los posibles movimientos del terreno (comportamiento del terreno).

Naturaleza y valor de los elementos en riesgo.

Su vulnerabilidad ante los movimientos predichos del terreno.

La posibilidad de exposición de los elementos a la amenaza.

Marco Teórico 29

Figura 3-1: Relación entre amenaza potencial y exposición potencial, y división de los deslizamientos en grupos con referencia a la importancia de la amenaza. (Tomada de Lee y Jones, 2004).

Dentro de la clasificación de las consecuencias una referencia en la clasificación de los daños es Petrucci y Gullà (2009), donde cataloga el daño se en tres tipos (Swiss Re, 1998; Aleotti y Polloni, 2005): (a) Daños directos, incluye todos los impactos físicos que conducen a destrucción o deformaciones que reducen la funcionalidad de un elemento, tal como un edificio o una vía, y la pérdida de muebles y provisiones en las casas. También se incluyen los efectos sobre las personas, que pueden perder la vida o resultar heridos. (b) Daños indirectos, que pueden afectar a un área varias veces más grande que la zona de deslizamiento y se incluye la disminución de la productividad económica y las acciones encaminadas a restablecer las condiciones previas al evento. (c) Daño intangible, el cual incluye los efectos psicológicos y las consecuencias emocionales de la pérdida de vivienda permanente o la evacuación temporal. Elementos en riesgo: se dividen en términos generales en

- Población. - Edificaciones, estructuras, servicios e infraestructura. - Propiedad. - Actividades. - Medio ambiente


La exposición, llamada probabilidad temporal o vulnerabilidad temporal, según (Morgan et al., 1992, AGS, 2000) involucra dos componentes:

Permanente, objetos fijos como edificaciones o redes, los cuales son dañados independientemente del momento en el que ocurra el evento, debido a que estos siempre se encuentran en la zona de impacto.

Temporal, donde el grado de riesgo puede variar con el momento de ocurrencia del evento. Las consecuencias pueden reflejar los cambios de ocurrencia del evento donde los objetos móviles pueden o no estar en la zona de impacto.

3.1.2 Vulnerabilidad física Se refiere al nivel de daño potencial o grado de pérdida que puede sufrir un elemento en términos de su exposición y resistencia contra la magnitud de la amenaza (deslizamiento), el cual está controlado por el campo de esfuerzos generados por el deslizamiento. También, se puede definir como el grado en que un sistema o parte del sistema pueden reaccionar adversamente ante la materialización de la amenaza. La respuesta está condicionada a la capacidad del sistema de absorber y recuperarse después de ocurrido el deslizamiento. Generalmente se expresa en términos de la probabilidad de daño condicional de que un deslizamiento dado ocurra y que el elemento en riesgo esté en su trayectoria, en escala de 0 (sin pérdida o daño) hasta 1 (pérdida o daño total). Para las propiedades, bienes e inmuebles la pérdida puede ser el valor de los daños en relación con el valor de la propiedad. El análisis de vulnerabilidad es el proceso mediante el cual se determina el nivel de exposición y predisposición de un elemento o grupo de elementos ante una amenaza. La evaluación de la vulnerabilidad implica el problema del entendimiento de la interacción entre los procesos y el elemento o los elementos expuestos.

Modelos de evaluación de vulnerabilidad física

De acuerdo a Rodríguez y Jiménez (2009) y a Lee y Jones (2004) la evaluación de la vulnerabilidad se basa en tres tipos de modelos: cualitativos, semicuantitativos y cuantitativos, siguiendo la clasificación de los modelos de evaluación de riesgo. Modelos cualitativos, donde la vulnerabilidad de estructuras se expresa de manera relativa, donde la magnitud de los daños puede ser expresada cualitativamente usando categorías descritas por palabras que representan diferentes niveles, como: severo, moderado, leve e insignificante. Estos términos tienen un amplio espectro de aplicación y deben ser definidos clara y cuidadosamente.

Marco Teórico 31

Los daños en estructuras se pueden clasificar en términos generales según Cardinali et. al. (2002), como: (i) daño superficial, estético o menor: donde no se compromete la funcionalidad de las estructuras y el daño puede ser reparado rápidamente y a bajo costo. (ii) daño funcional o medio: donde está comprometida la funcionalidad de la estructura y las reparaciones toman tiempo y los costos son significativos. (iii) daño estructural, severo o total: cuando las estructuras son severamente dañadas o totalmente dañadas, y requieren extensos trabajos y costos para ser reparadas. Pueden requerirse demolición y reconstrucción. Estos modelos usualmente se presentan en términos de matrices de riesgo, donde tanto la amenaza como la vulnerabilidad se definen de manera cualitativa. Modelos semicuantitativos, la vulnerabilidad es definida de manera cuantitativa, pero su determinación se basa en relaciones empíricas y no en la modelación de la respuesta estructural. Es común en estos modelos la definición de la vulnerabilidad en términos del llamado Índice de vulnerabilidad, definido en estos modelos como el porcentaje del costo total de la estructura que se estima se puede perder, en donde un valor de 0 representa que no hay ningún tipo de daño y un valor de 1 representa la pérdida total o colapso. Modelos cuantitativos, donde la magnitud de las consecuencias adversas es expresada cuantitativamente en términos de costos de las construcciones e infraestructura o también en términos matemáticos como la probabilidad de que se presente cierto nivel de daño por un deslizamiento de una magnitud dada, lo que se expresa según Einstein (1988) como:

( ) 1D0 0 L ≤≤≥= LDpV LL Donde DL es el nivel de daño producido o esperado debido a la ocurrencia de un deslizamiento L. Una vulnerabilidad de 0 representa que no hay ningún tipo de daño, mientras que 1.0 representa el colapso o destrucción total de la estructura. En la evaluación cuantitativa de la vulnerabilidad se utiliza la Modelación de la respuesta estructural, de igual manera se generan Curvas de fragilidad o vulnerabilidad.

3.1.3 Curvas fragilidad o vulnerabilidad La probabilidad de que se presente cierto nivel de daño, se puede obtener a partir de las curvas de fragilidad, daño o vulnerabilidad, las cuales relacionan la magnitud de la amenaza con el nivel de daño esperado o daño probable para un determinado elemento en riesgo, como las presentadas en la Figura 3-2. Este nivel de daño estará asociado con el tipo de solicitación (carga-deformación) que el movimiento trasmite al elemento expuesto.


Estas curvas de fragilidad también pueden representar la probabilidad de excedencia de un estado límite de daño como una función de un parámetro representativo de la severidad del movimiento o asociado a la respuesta estructural (DiPascuale y Cakmak, 1988). Estas curvas representan relaciones movimiento-daño para diferentes tipos de construcciones, y pueden derivarse a partir de la información discreta asociada a los parámetros. Generalmente se expresan como la probabilidad acumulada de alcanzar o superar un determinado estado de daño, para una tipología de edificación dada, sujeta a diferentes niveles de severidad del movimiento. Estas curvas describen de manera continua la probabilidad de excedencia de los estados límites de daño convencionalmente adoptados. Figura 3-2: Ejemplos de curvas de fragilidad o daño. (Tomada de Douglas, 2007)

3.2 Solicitaciones de los movimientos del terreno sobre las estructuras

Los deslizamientos y movimientos del terreno inducen diferentes campos de deformación y esfuerzos sobre las estructuras, en términos de la velocidad, distancia de viaje, nivel de deformación interna, entre otras. Según Leone (1996) los procesos de daño o solicitaciones describen la acción de un proceso sobre un elemento estructural. Se pueden distinguir cuatro grupos de solicitaciones generados por los movimientos del terreno: Desplazamientos y deformaciones asociadas:

- Vertical dominante: característicos de la parte alta de los deslizamientos rotacionales.

- Lateral dominante: característicos de movimientos traslacionales y flujos. Presiones resultantes de un impacto o presión lateral, es el frente de contacto entre

ciertos deslizamientos y flujos viscosos y las estructuras expuestas.

Marco Teórico 33

Acumulación resultante de una propagación, es un efecto de la presión lateral, se presenta en la zona de recepción baja de caídas de roca y diferentes tipos de flujo (lodos, detritos, etc.). Puede ser progresivo en el caso de deslizamientos y flujos, mientras que en procesos de desprendimiento y caída es casi instantáneo.

Socavación, resultante de un proceso de erosión: depende de la abrasión de los materiales transportados, es frecuentemente asociado a flujos torrenciales.

En la Figura 3-3, se presentan los tipos de solicitaciones generadas por algunos tipos de movimientos del terreno de acuerdo con Leone (1996). Figura 3-3: Solicitaciones generadas por algunos tipos de movimientos del terreno según Leone,1996 (Tomada de Jiménez, 2005).

DESLIZAMIENTO

DL AC

PL

DV

CAIDA

AC

IM

DV

AB

IM - PL

AC

FLUJO

NATURALEZA DE LAS SOLICITACIONES

DV : Efecto del desplazamiento componente vertical DL : Efecto del desplazamiento componente horizontal AC : Efecto de acumulación PL : Efecto de la presión lateral continua IM : Efecto de impacto AB : Efecto de la socavación : Dirección del Movimiento : Zona afectada por la solicitación


Estas solicitaciones son de naturaleza mecánica y actúan de forma dinámica sobre los elementos estáticos expuestos, siendo de particular interés los desplazamientos y deformaciones que generan los deslizamientos en la estructura. Una primera aproximación para el cálculo de las fuerzas ejercidas por un deslizamiento es la utilización de los coeficientes de presión de tierras y a partir de allí definir las fuerzas que actúan sobre la estructura, sin embargo Moriguchi et al. (2009) consideran que las presiones ejercidas por una masa de suelo en movimiento no se deben calcular con estas presiones que son determinadas para condiciones de reposo, y más bien sugieren que se calcule con una presión que ellos llaman cuasi-estática (Rodríguez y Jiménez, 2009), presentada en el numeral 4.2.

3.2.1 Parámetros representativos del poder destructivo de los movimientos del terreno

Se debe considerar un gran número parámetros de los deslizamientos y las solicitaciones que generan. Estos pueden ser agrupados en tres categorías: Parámetros dimensionales o geométricos: superficie, volumen, forma,

profundidad, amplitud, distancia, altura y espesor. Parámetros cinemáticos: velocidad, aceleración, ritmo y campo de deformaciones. Otros: viscosidad y otros parámetros reológicos, masa y carga de sólidos.

Al contrario de otras amenazas naturales, como los sismos o erupciones volcánicas, no hay un parámetro de medida único de la intensidad del deslizamiento (Hungr, 1997). Un parámetro común utilizado para la definición de la intensidad de un deslizamiento es el volumen deslizado. Cardinali et al. (2002) consideran la intensidad de deslizamiento (I) como una medida de la capacidad destructiva del mismo (Hungr, 1997), y lo definen en función del volumen de deslizamiento estimado (v) y de la velocidad esperada del movimiento (s), en la Tabla 3-1 se presentan los valores de intensidad propuestos, los cuales han sido ampliamente utilizados para evaluación de riesgo por deslizamientos (Lee y Jones, 2004). También se han presentado relaciones entre volumen de deslizamiento con otros parámetros como la distancia de viaje, determinadas con base en relaciones empíricas, como las obtenidas por Leroueil, et al.(1996) (ver Figura 3-4). También el recorrido es estimado a partir del ángulo de fricción aparente y el volumen de deslizamiento como en la Figura 3-5 para datos en Hong Kong (Lee y Jones, 2004) o a través de la modelación de la cinemática del movimiento como la mostrada en la Figura 3-6, por Okura et al.(2000).

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