Simulación de desprendimientos rocosos para la gestión de emergencias e infraestructuras
- Autores: Roberto Sarro Trigueros
- Directores de la Tesis: Rosa María Mateos Ruiz (dir. tes.), Gerardo Herrera García (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat d'Alacant / Universidad de Alicante ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Enrique Hernández Gutiérrez (presid.), Antonio José Tenza Abril (secret.), Meaza Tsige Beyene (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería de Materiales, Estructuras y Terreno: Construcción Sostenible por la Universidad de Alicante
- Materias:
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- Resumen
En esta investigación se realizan análisis de desprendimientos rocosos mediante la aplicación de simulaciones numéricas y se plantea el desarrollo y validación de metodologías -previas y posteriores al desprendimiento- para cartografiar y evaluar la posible afección de este tipo de peligros naturales sobre infraestructuras críticas y áreas urbanas.
La razón de este trabajo se fundamenta en los siguientes aspectos: (i) La inexistencia de protocolos o procedimientos para la gestión y evaluación de desprendimientos rocosos en situaciones de emergencia. Es imprescindible desarrollar herramientas precisas y fiables que apoyen las etapas de prevención y alerta temprana frente a este tipo de procesos. (ii) La carencia de metodologías con las que calibrar y validar los parámetros del suelo que intervienen en la simulación de desprendimientos rocosos de forma objetiva y reproducible. (iii) La dificultad de obtener datos precisos sobre la fragmentación de un talud rocoso y poder determinar las características morfométricas de los bloques de roca. Parámetros indispensables en la simulación de desprendimientos. (iv) La falta de aplicación y continuidad de la información obtenida tras la ocurrencia de un evento. La correcta simulación de eventos ya ocurridos permite predecir nuevos escenarios de emergencia y determinar los elementos expuestos al riesgo.
Asi, el contenido de este trabajo está dividido en tres bloques: (i) obtención de los parámetros del terreno necesarios en la simulación (Coeficientes de Restitución Tangencial y Normal, y Coeficiente de Fricción Dinámica); (ii) análisis de las propiedades morfométricas de los bloques desprendidos (forma y volumen); y (iii) análisis de la peligrosidad por desprendimientos rocosos a escala local y regional.
Se ha desarrollado una metodología para calibrar y validar los Coeficientes de Restitución Tangencial y Normal, y el Coeficiente de Fricción, utilizando la información detallada de un exhaustivo inventario de desprendimientos contrastado en el campo. Para ello, se han seleccionado un abanico de desprendimientos que incluyen todas las litologías existentes en la zona de estudio (Serra de Tramuntana de Mallorca), obteniendo inicialmente los parámetros calibrados para cada unidad litológica-geotécnica. Para validar los resultados se han aplicado dos procedimientos: un par de tests de confianza, basados en el análisis estadístico de aciertos/errores, y una simulación a escala regional en una infraestructura estratégica (la carretera Ma-10), cuantificando la fiabilidad de la simulación.
En el segundo bloque se ha desarrollado una metodología específica para definir las propiedades morfométricas del bloque desprendido, un dato de entrada de enorme importancia para la simulación. A partir del análisis de la nube de puntos 3D obtenida por restitución fotogramétrica en el frente del macizo rocoso, y durante un escenario de emergencia, se han identificado las discontinuidades predominantes: orientaciones, espaciados y distribución, para determinar finalmente la forma y volumen del bloque. Este dato ha permitido realizar una simulación posterior en una zona vulnerable, con un rico patrimonio cultural, simulación que ha permitido determinar las infraestructuras y edificaciones al alcance de los desprendimientos rocosos, una información muy útil para adoptar medidas de protección.
A través del análisis retrospectivo de un desprendimiento rocoso que causó graves daños en viviendas (Son Poc, Mallorca, año 2013), ha sido posible validar las zonas de impacto, los niveles de energía y las velocidades alcanzadas por los bloques, así como las trayectorias seguidas por los mismos. Esta información es de enorme relevancia para el diseño de medidas de contención y frenado de futuros desprendimientos y permite evaluar la peligrosidad a la que se enfrentan otras viviendas e infraestructuras de la misma zona de estudio.
La presente tesis doctoral tiene como finalidad el desarrollo de metodologías para la obtención de información de calidad que sirva de apoyo a la toma de decisiones durante las diferentes etapas de la gestión de emergencias. Las conclusiones más relevantes obtenidas en el presente trabajo de investigación son:
(1) Es imprescindible disponer de un inventario de desprendimientos rocosos con información contrastada en campo de cada evento. En todas aquellas regiones con peligrosidad por desprendimientos rocosos, se ha de trabajar en el desarrollo de inventarios normalizados que permitan la incorporación continua y actualizada de información. El desarrollo de nuevas tecnologías, como aplicaciones inteligentes o la implementación de sistemas de macrodatos (Big Data), deberían integrarse en los protocolos de actuación para mejorar y alimentar el inventario. La participación ciudadana (montañeros, excursionistas, población local, etc.) puede mejorar en gran medida los inventarios, con información rápida de primera mano.
(2) La correcta calibración y validación de los parámetros de entrada en la simulación numérica elimina la incertidumbre y proporciona mayor fiabilidad y robustez a los resultados.
(3) El uso de UAV aporta un alto valor añadido a los trabajos de desprendimientos rocosos por la reducción en los tiempos de adquisición de datos, la precisión en los resultados, la accesibilidad y su bajo coste.
(4) Generalmente, la información generada durante un evento de emergencia no tiene una segunda vida. Se resuelve el problema y los datos obtenidos no se reutilizan. Es imprescindible el desarrollo de iniciativas que fomenten la continuidad de estudios y trabajos en áreas susceptibles aprovechando los datos ya conseguidos. Un evento catastrófico debe ser el punto de partida de estudios más profundos a escala regional.
(5) Es necesario promover grupos de trabajo multidisciplinares que establezcan procedimientos estandarizados para la gestión de emergencias por desprendimientos rocosos; protocolos de actuación donde se contemple la aplicación normalizada de simulaciones numéricas.
(6) Se ha de fomentar la colaboración estrecha entre las diferentes instituciones: Centros de Investigación, Protección Civil, Servicios de Carreteras, gobiernos locales y regionales, etc. La transferencia de información ha de ser fluida y multidireccional, con el objetivo de alcanzar una actuación integral en las fases de prevención, emergencia y protección frente a los desprendimientos rocosos.
Bibliografía 1. Sarro, R., Mateos, R. M., García-Moreno, I., Herrera, G., Reichenbach, P., Laín, L., & Paredes, C. (2014). The Son Poc rockfall (Mallorca, Spain) on the 6th of March 2013: 3D simulation. Landslides, 11(3), 493-503. https://doi.org/10.1007/s10346-014-0487-8.
2. Mateos, R. M., García-Moreno, I., Reichenbach, P., Herrera, G., Sarro, R., Rius, J., Aguiló R., & Fiorucci, F. (2016). Calibration and validation of rockfall modelling at regional scale: application along a roadway in Mallorca (Spain) and organization of its management. Landslides, 13(4), 751-763. https://doi.org/10.1007/s10346-015-0602-5.
3. Sarro, R., Riquelme, A., García-Davalillo, J., Mateos, R., Tomás, R., Pastor, J., Cano, M., & Herrera, G. (2018). Rockfall Simulation Based on UAV Photogrammetry Data Obtained during an Emergency Declaration: Application at a Cultural Heritage Site. Remote Sensing, 10(12), 1923. https://doi.org/10.3390/rs10121923.
