Water distribution networks performance under seismic risk and ageing deterioration

Abstract

La presente tesis tiene como objetivo el generar una metodología de análisis de riesgo sísmico para una red de agua potable deteriorada por el tiempo. Esta metodolgía se divide en 6 partes: i) análisis hidráulico de la red de agua, ii) muestreo de eventos sísmicos, iii) estimación de la tasa de fallas, iv) estimación del deterioro temporal, v) evaluación del performance de la red y vi) evaluación de riesgo de la red. Se trabaja con 9 métricas de performance de 3 tipos. Las del tipo hidráulico corresponden a las métricas de: i) confiabilidad basada en presiones, ii) confiabilidad basada en demanda satisfecha, iii) vulnerabilidad, vi) resiliencia y v) sostenibilidad. Las métricas topológicas o de conectividad son: i) coeficiente de mallado y ii) betweenness centrality. Mientras que las de entropía son: i) grado entrópico y ii) grado entrópico modificado. El desempeño de la red puede representarse con un modelo probabilístico, ya que la ubicación de las tuberías dañadas no es conocida. Esto convierte al problema en un análisis complejo, dependiente del evento sísmico, estado de deterioro y distribución de las fallas dado un evento sísmico. Por ello se desarrolla una metodología que descompone este problema complejo en tres fases. La primera, consiste en determinar la distribución del desempeño de la red para todas las métricas, conocido una tasa de falla (es decir, cantidad de fallas del sistema). La segunda, es generar el muestreo de eventos sísmicos y la velocidad máxima de suelo (PGV) que actúa en el sistema. Finalmente, mediante correlaciones entre la velocidad máxima de suelo y la tasa de falla se puede relacionar cada evento sísmico a una tasa de falla en el sistema y a su correspondiente distribución de desempeño. Para el caso específico de este trabajo se utiliza el desempeño medio y el 90\% más desfavorable. Para probar la metodología propuesta se utiliza una red de agua potable topológicamente real, que consiste en 2 fuentes, 2156 nodos, 2422 tuberías con una extensión aproximada de 100 km. Para efectos sísmicos se sitúa esta red en la ciudad de Viña del mar Chile. Para las métricas hidráulicas, dada la existencia de un evento sísmico superior a una magnitud 7, se obtiene el desempeño medio y 90\% más desfavorable a lo largo del tiempo. Los resultados demuestran una gran influencia del envejecimiento en el desempeño. Se obtienen también las rutas criticas del sistema mediante las métricas de grado entropico, grado entropico modificado y betweenness centrality. Finalmente, se concluye que la metodología es aplicable a una red topológica real y entrega herramientas de proyección del estado post evento sísmico e identificación de lementos elementos mas críticos. Esta metodología puede ser empleada para generar planes de mitigación y/o recuperación ante eventos sísmicos.