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Paper: Fragility curves for road embankments exposed to adjacent debris flow

25 de julio del 2022


Autores/Authors: Natalia Nieto, Alondra Chamorro, Tomás Echaveguren y Cristián Escauriaza

 

Resumen: Estudios de las últimas décadas han mostrado que miles de kilómetros de redes de transporte han presentado daños o fallas por diferentes tipos de flujos, provocando importantes interrupciones en el tránsito. Los flujos de detritos que fluyen adyacentes (o en paralelo) a los canales de los ríos a menudo explican el daño estructural de  los terraplenes de caminos a causa de la erosión de sus taludes. La probabilidad de daño estructural esperado causado por una amenaza natural puede modelarse utilizando curvas de fragilidad, las que se han desarrollado para infraestructuras de transporte como puentes y caminos expuestos a flujos de detritos y que se utilizan en la evaluación de riesgos. Incluso hay curvas  disponibles para estimar la fragilidad de los terraplenes de caminos expuestos a flujos de detritos perpendiculares. Sin embargo, actualmente no hay ningún modelo disponible para estimar la probabilidad de daño en los terraplenes de caminos expuestos a flujos de detritos adyacentes, a pesar de sus importantes efectos sobre el tráfico. El objetivo de este artículo fue desarrollar curvas de fragilidad para terraplenes de caminos expuestos a flujos de detritos adyacentes, considerando mecanismos de daño de taludes sujetos a erosión y posterior inestabilidad del terraplén. Los modelos se calibraron considerando las características del flujo en canales rectos y curvos, incluidos tres estados de daño en términos de pérdida de capacidad de tráfico vial. Se realizaron simulaciones de Monte Carlo para modelar el daño potencial, obteniendo curvas de fragilidad para dos tipos de caminos. Las curvas se ajustaron a distribuciones logarítmicas normales con un nivel de confianza del 99,5 %. El análisis demostró que las características geométricas de los terraplenes de los caminos explican su fragilidad, donde aquellos con alturas y anchos de plataforma menores presentan una mayor probabilidad de daño. El modelo analítico desarrollado confirmó que el proceso erosivo se intensifica en las zonas de curvatura de los canales, lo que resulta en una mayor probabilidad de daño.

Palabras Clave: Curvas de fragilidad, terraplenes de caminos, flujos de detritos, riberas de ríos, mecanismos de erosión

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Abstract: Studies of recent decades have shown thousands of kilometers of transportation networks that have presented damage or failure from different types of flows, causing important traffic disruptions. Debris flows running adjacent (or in parallel) to river channels often explain the structural damage to road embankments caused by slope erosion. The probability of expected structural damage caused by a natural hazard may be modeled using fragility curves, which have been developed for transportation infrastructures like bridges and roads exposed to debris flows and are used in risk assessment. There are even fragility curves available to estimate the fragility of road embankments exposed to perpendicular debris flows. However, currently no model is available to estimate the road damage probability of embankments exposed to adjacent debris flows despite their important effects on traffic. This paper aimed to develop fragility curves for road embankments exposed to adjacent debris flows, considering mechanisms of exposed slopes subject to erosion and subsequent embankment instability. Models were calibrated considering flow characteristics in straight and bend channels including three damage states in terms of road traffic capacity loss. Monte Carlo simulations were performed to model potential damage, obtaining fragility curves for two types of roads. Curves were fit to log-normal distributions with a 99.5% confidence level. The analysis demonstrated that the geometric characteristics of road embankments explain their fragility, wherein lower heights and platform widths result in more probable expected damage. The analytical model developed confirmed that the erosive process intensifies in bend zones of channels, resulting in higher damage probability.

Keywords: Fragility curves, road embankments, debris flows, riverbanks, erosion mechanisms

Citation: Nieto, N., Chamorro, A., Echaveguren, T., & Escauriaza, C. (2021). Fragility curves for road embankments exposed to adjacent debris flow. Progress in Physical Geography0(0), 1–18. https://doi.org/10.1177/03091333221111444

Fecha de Publicación: 11 de julio 2022.

Revista (Vol y No.): Progress in Physical Geography,  Vol. 0(0) 1–18

DOI: 10.1177/03091333221111444

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Natalia Nieto

Ingeniera Civil y Magíster en Ciencias de la Ingeniería UC.

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Alondra Chamorro

Ing. Civil y  MSc. UC y Ph.D. U Waterloo (Canadá). Profesora Asociada Facultad de Ingeniería UC e Investigadora Principal Centro de Investigación para la Gestión Integrada del Riesgo de Desastres -  CIGIDEN.

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