Riscos Naturais e Riscos Geológicos

Transcrição

1 Riscos Naturais e Riscos Geológicos Breve Introdução Seminário em Ciências de Engenharia da Terra Manuel Francisco Costa Pereira

2 A percepção Risco O que é o risco para cada um de nós? O que é um risco para a Sociedade?

3 O Risco e a sua percepção Cada pessoa (indivíduo), ou uma comunidade no seu conjunto, tem uma noção subjectiva de risco, que envolve as noções de receio e de perigo, o grau de possibilidade de ocorrência do evento desfavorável e a avaliação de perdas ou prejuízos. Factores que condicionam a apreciação do risco, perante a segurança e a incerteza no futuro: Culturais, Psicológicos, Valores Sociais

4 O Risco e a sua percepção A percepção do risco depende, a nível individual, da experiência vivida e da postura perante a vida e, ainda de factores tais como a idade, o sexo, a educação e a condição física e psicológica. A possibilidade de opção voluntária relativamente à exposição do perigo em causa é um factor determinante na valorização subjectiva do risco. Um risco voluntário é mais aceitável psicologicamente do que um risco imposto, como é o caso, na generalidade, dos habitantes das áreas sujeitas a processos geológicos activos.

5 Risco nas linguagens corrente e técnico-científica A Sociedade de Risco (sentido actual) pretende indicar um tipo de sociedade com mais incertezas, alterações mais frequentes, menores garantias e maiores oportunidades, mais exigente e menos segura. As palavras mais associadas ao risco, na terminologia técnico-científica: Segurança Incerteza O conceito de risco é aplicado às incertezas na segurança de sistemas ou produtos tecnológicos (riscos tecnológicos), a sistemas e catástrofes naturais (RISCOS NATURAIS), etc.

6 Seminário em Ciências de Engenharia da Terra Definições básicas Segurança A segurança pode ser definida, em sentido corrente, como uma predisposição para a continuidade da existência do que nos rodeia, ou da realidade tal como é considerada no presente ou é prevista no futuro, sem perturbações que provoquem prejuízos ou danos relativamente significativos, de ordem material ou imaterial, incluindo a perda de vidas

7 Seminário em Ciências de Engenharia da Terra Definições básicas Risco De uma forma integrada, o risco, em sentido corrente, pretende caracterizar a possibilidade /probabilidade de ocorrência de perturbações que alterem o estado de segurança existente ou previsto e que provoquem os correspondentes danos.

8 Seminário em Ciências de Engenharia da Terra Definições básicas Risco Natural/Geológico Probabilidade de ocorrer um processo natural/geológico com danos para o Homem Risco = P x C Pode ser expresso como o produto da probabilidade (P) de ocorrência de determinado acontecimento natural/geológico pelas Consequências/Custo (C) para o Homem se tal acontecimento se verificar

9 Catástrofes Naturais mais comuns e com mais prejuízos ambientais

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11 Dinâmica da Terra + Acção do Homem O desencadeamento de fenómenos catastróficos, conjugado com as modificações impostas pelo Homem, põe em perigo populações e os seus bens Riscos Naturais Riscos Antrópicos Riscos Geológicos Riscos Geomorfológicos Riscos Climáticos Riscos Ambientais População Equipamentos Organização Social e Económica Recursos Naturais Vulnerabilidade do território

12 Alguns Tipos de Riscos Geológicos Tipo Riscos Naturais Riscos Antropicamente Amplificados Riscos Tecnológicos Exemplos cheias sismos vulcões deslizamentos radioactividade natural elementos dissolvidos na água queda de meteoritos sismicidade induzida amplificação de cheias contaminantes na cadeia alimentar resíduos nucleares produtos sintéticos

13 VEJAMOS ALGUNS FACTORES NATURAIS NA EUROPA

14 TORNADOS EUROPA CENTRAL E LESTE

15 ACTIVIDADE SÍSMICA COSTA SUL PORTUGUESA E BACIA MEDITERRÂNICA

16 TSUNAMIS COSTA SUL PORTUGUESA E BACIA MEDITERRÂNICA

17 Intervenção da Engenharia Geológica no domínio dos riscos geológicos Qual o papel desta área da engenharia? Como avaliar os riscos geológicos? O que determina os riscos geológicos?

18 Seminário em Ciências de Engenharia da Terra Fenómenos naturais vs. Obras geotécnicas ENGENHARIA GEOLÓGICA : UMA VISÃO DA ENGENHARIA A PARTIR DA GEOLOGIA GEOLOGIA ENGENHARIA GEOLÓGICA ENGENHARIA Materiais e Processos Praia Algarvia Instabilidade das falésias Soluções geotécnicas + Prevenção de riscos e impactos ambientais Túnel do Marquês de Pombal Que materiais, que problemas? Projectos e Obras de Engenharia

19 MEIO GEOLÓGICO MEIO ANTRÓPICO Quais são os factores distintivos? A escala geológica e a da engenharia O tempo geológico e o antrópico Grau de Incerteza dos processos geológicos

20 Factor tempo Geologia Escalas - cósmica até ao microscópica O tempo - centenas de milhões de anos Processos geológicos, como a orogénese, petrogénese, decorrem ao longo de milhões de anos Perigos naturais de grande magnitude têm, em geral, uma probabilidade muito baixa de ocorrência Processos geológicos quase instantâneos ex. terramotos ou muito lentos ex. dissolução e a erosão Engenharia Escalas espaciais e temporais à medida das actividades humanas A acção antrópica pode acelerar ou modificar dramaticamente os processos naturais Muitas propriedades geotécnicas dos materiais geológicos - permeabilidade, alterabilidade, resistência, deformabilidade, etc., ou processos como a dissolução, subsidência, expansividade, etc., podem ser substancialmente modificadas pela acção humana Obras operacionais - 50 a 100 anos Segurança geológica/ambiental a anos Resíduos radioactivos > anos

21 Meios e Processos geológicos Materiais anisotrópicos e heterogéneos, e apresentam propriedades muito variáveis e que sofrem alterações e modificações com o tempo. Quantificação numérica e a atribuição precisa das propriedades é difícil, ou às vezes impossível de modo a cumprir os requisitos de um projecto. Informação geológico-geotécnica - número limitado de reconhecimentos, ocasionando um factor de incerteza que afecta a maioria dos projectos. A UTILIZAÇÃO DO CONCEITO DE UM COEFICIENTE DE SEGURANÇA FAZ PARTE TAMBÉM DA PRÁTICA DA ENG. GEOLÓGICA

22 Factor escala Geologia Engenharia Mapas (cartas) geológicos - escalas compreendidas entre 1/ e 1/ As cartas geológicas regionais permitem identificar factores que, não estando representados na área específica do projecto, poderão ser importantes para observar aspectos geológicos regionais, ou a presença de perigos cujo alcance poderá afectar a zona em estudo. Escalas das obras varia geralmente entre 1/ e 1/500 ou é superior. A Cartografia geotécnica, litológica ou temática, onde se representam descontinuidades, dados hidrogeológicos, materiais, etc., pode ter uma escala igual à do projecto.

23 FUNÇÕES PRINCIPAIS A DESEMPENHAR NA ANÁLISE DO RISCO AVALIAÇÃO PREVENÇÃO MITIGAÇÃO Riscos geológicos condicionados essencialmente por processos geodinâmicos RESOLUÇÃO DOS PROBLEMAS DEVE BASEAR-SE EM: CONHECIMENTO DOS PROCESSOS GEODINÂMICOS COMPORTAMENTO GEOMECÂNICO DO TERRENO

24 Prevenção e Mitigação de Riscos Geológicos Importante Informação e Consciencialização da população

25 Seminário em Ciências de Engenharia da Terra Definições básicas Prevenção Conhecer antecipadamente a ocorrência de fenómenos no tempo e no espaço a fim de : Evitar o processo Controlar o processo Avisar, preparar medidas ou proteger as populações

26 Seminário em Ciências de Engenharia da Terra Definições básicas Previsão Antecipação do que vai acontecer Em algumas situações é possível prever o lugar onde os processos decorrem. Noutros casos é praticamente impossível!

27 Seminário em Ciências de Engenharia da Terra Definições básicas Mitigação Consiste em minimizar ou eliminar as perdas e danos mediante o controlo do processo e/ou a protecção dos elementos expostos, reduzindo a sua vulnerabilidade Conhecer as características e as leis dos processos Analisar os dados históricos Observação detalhada dos processos Monitorização e detecção de anomalias e variação nos parâmetros físico e nos fenómenos precursores

28 Estrutura geral da gestão do risco (Barragens) A seguinte estrutura geral pode ser adoptada para o processo de gestão do risco em vales: Avaliação do Risco Determinação dos eventos perigosos (acções perigosas que podem ocorrer e colocar em perigo a segurança das barragens). Análise do Risco (determinação de cenários e avaliação de probabilidades de ruptura de barragens e dos danos nestas e nos vales). Mitigação do Risco Redução do Risco (selecção e implementação de medidas estruturais e não-estruturais de segurança por forma a reduzir a exposição ao perigo e os consequentes danos ao longo dos vales). Resposta ao Risco (preparação da assistência adequada em caso de um acidente). Betâmio de Almeida in RISCO ASSOCIADO À SEGURANÇA DE BARRAGENS (IST)

29 Os danos associados a um determinado processo geológico dependem de: Velocidade, intensidade e extensão do processo Possibilidade de prevenção e previsão e do tempo de aviso Possibilidade de actuar sobre o processo e respectivo controlo Risco Controlável ou não? Tempo (tipo de manifestação do processo) Escala (área de influência do processo)

30 Factores e Riscos geológicos em Engenharia Não vale a pena arriscar!

31 Seminário em Ciências de Engenharia da Terra Definições básicas Factor Geológico Elemento de natureza geológica que concorre ou contribui para um resultado. O que determina ou executa o processo ou acontecimento

32 Princípio geral Devem existir soluções geotécnicas sempre que os factores geológicos condicionem o projecto de uma obra de engenharia. Em primeiro lugar, devido à sua maior importância, estão os riscos geológicos, cuja incidência pode afectar a segurança ou viabilidade do Projecto. Em segundo lugar estão todos aqueles factores geológicos cuja presença condicione técnica ou economicamente a Obra.

33 Condições gerais que devem estar presentes num local de implantação de uma obra de modo a que possa ser considerado geológico e geotecnicamente favorável Ausência de processos geológicos activos que representem riscos inaceitáveis para o projecto. Adequada capacidade de suporte do terreno para a fundação das estruturas. Suficiente resistência dos materiais para manter a sua estabilidade em escavações superficiais ou subterrâneas. Disponibilidade de materiais para a construção de obras de terra. Estanquicidade das formações geológicas para armazenar água ou resíduos sólidos ou líquidos. Facilidade de extracção de materiais para a sua escavação.

34 Factores geológicos e Problemas geotécnicos

35 Influência dos processos geológicos Riscos Geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Se quiseres saber mais

36 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Sismicidade Terramotos Tsunamis Movimentos do solo Roturas Deslizamentos Liquefacção Danos a populações e infra-estruturas Projecto anti-sísmico Medidas de prevenção Planos de emergência O que é um sismo? Onde ocorrem os sismos?

37 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Vulcanismo Erupções vulcânicas Alterações do relevo Tsunamis Terramotos Colapsos Movimentos de vertente Danos a populações e infra-estruturas Sistemas de vigilância Medidas de prevenção Planos de evacuação O que é um vulcão? Que tipos existem? Onde ocorrem?

38 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Empolamentos Subsidências Alterações morfológicas (longo prazo) Alterações na dinâmica litoral e no nível do mar (longo prazo) Medidas de controlo e vigilância O que é o empolamento? O que é a subsidência?

39 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Erosão Sedimentação Alterações geomorfológicas (médio prazo) Arrastamento e aumento da escorrência Colmatação Aumento do risco de inundações e deslizamentos Medidas de protecção em leitos e zonas costeiras O que é a erosão? O que é a sedimentação?

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41 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Movimentos de vertentes/ encostas Deslizamentos Desprendimentos Colapsos Mudanças morfológicas (curto e médio prazo) Desvio de leitos de rio Danos a populações e infra-estruturas Obstrução de leitos de rio Medidas de estabilização, controlo e prevenção Porque se instabilizam as vertentes? Quais os factores actuantes?

42 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Alterações do nível freático Alterações nos aquíferos Alteração das propriedades do solo Secagem e saturação em água excessiva Subsidência e instabilidade de vertentes Problemas em fundações Afectação de cultivos e regadios Medidas de drenagem O que é o nível freático? O que é um aquífero?

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44 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Processos tectónicos Tensões naturais Sismicidade Instabilidades Explosões de rocha em minas e túneis profundos Deformações em obras subterrâneas (longo prazo) Concepção do projecto em túneis e minas O que é a tectónica? Como reagem as rochas às tensões aplicadas?

45 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Processos geoquímicos e geofísicos Altas temperaturas Anomalias térmicas Presença de gases Emissão de radiações Riscos de explosão Riscos de saúde Dificuldade de execução em obras subterrâneas O que é o gradiente geotérmico? Que gases liberta a Terra?

46 SERÁ QUE VALE A PENA ARRISCAR? QUANTO CUSTA PREVENIR?

47 Factores Geológicos e Engenharia LITOLOGIA Tipos de rochas Influência da litologia no comportamento geotécnico dos terrenos Litologia Propriedades típicas Problemas geotécnicos Rochas duras Rochas brandas Minerais duros e abrasivos Resistência média a baixa Minerais alteráveis Abrasividade Dificuldade de escavação Roturas em taludes Deformabilidade em túneis Alteração das propriedades com o tempo Solos duros Resistência média a alta Problemas nas fundações com argilas expansivas e com estruturas instáveis Solos brandos Solos orgânicos/ biogénicos Resistência baixa a muito baixa Compressibilidade alta Estruturas meta-estáveis Assentamentos de fundações Roturas em taludes Subsidência e colapsos

48 Subsidência Rotura de vertentes

49 Factores Geológicos e Engenharia ESTRUTURAS GEOLÓGICAS Estruturas geológicas e problemas geotécnicos Estruturas geológicas Falhas e fracturas Planos de estratificação Diaclases Dobras Foliação, xistosidade Propriedades típicas Superfícies muito contínuas; espessura variável Superfícies contínuas; pequena separação Superfícies pouco contínuas, fechadas ou pouco separadas Superfícies de grande continuidade Superfícies pouco contínuas e fechadas Problemas geotécnicos Roturas, instabilidades, acumulação de tensões, infiltrações e alterações Roturas, instabilidades e infiltrações Roturas, instabilidades, infiltrações e alterações Instabilidade, infiltrações e tensões condicionadas pela orientação Anisotropia em função da orientação O que é uma estrutura?

50 Falha Estratificação e diaclases Dobra simples Dobra complexa

51 Factores Geológicos e Engenharia Efeitos dos processos geológicos relacionados com a água e sua incidência geotécnica Processos geológicos Dissolução Erosão- Transporte Reacções químicas Alterações PAPEL DA ÁGUA Efeitos sobre os materiais Perda de material em rochas e solos solúveis Carsificação Perda de material e lixiviação Erosão interna Ravinamento Modificação da composição química Modificação das propriedades físicas e químicas Cavidades Colapsos Problemas geotécnicos Quedas e colapsos Assentamentos Escavações Aterros Ataque a cimentos, inertes, metais e rochas Perda de resistência Aumento da deformabilidade e da permeabilidade Ainda dizem que a água é mole!!!

52 Dissolução em calcários - carsificação Erosão e escavação Ataque químico do betão Alterações

53 RESUMO Informação mais importante a reter dos quadros anteriores: Os factores geológicos são a causa da maioria dos problemas geotécnicos. A água é um dos factores de maior incidência no comportamento geotécnico dos materiais. Os processos geológicos podem modificar o comportamento dos materiais, incidindo sobre o meio físico, e ocasionar problemas geotécnicos.

54 A Geologia nas grandes obras de Engenharia Objectivo final Qualidade, segurança e economia da obra. Exige Custos adicionais no projecto e Tempo adicional para a execução da obra Constatações O estudo dos dados geológicos e os trabalhos de prospecção geológica, quando devidamente dimensionados são menos dispendiosos que os prejuízos causados nas obras em que os mesmos são ignorados; Três vezes em cada quatro, as condições geotécnicas existentes são influenciadas pela presença da água; É preciso ter sempre em consideração o tipo de argilas presentes e do seu comportamento em função do tempo; As possíveis perturbações causadas pelos fenómenos sísmicos podem arruinar as obras, se tal possibilidade não for tida em consideração.

55 A Geologia nas grandes obras de Engenharia Obras que podem exigir estudos geotécnicos Vias de comunicação, aeródromos, pontes e viadutos Planeamento regional e urbano Aproveitamentos hidráulicos Captação de águas e condutas de líquidos e gases Trabalhos fluviais e marítimos Protecção do ambiente Natureza da rochas. Estado de alteração. Estado de fracturação. Estado de tensão. Estruturas. Riscos geológicos. Condicionalismos locais.

56 Planeamento e Ordenamento do Território Obras e actividades que podem exigir estudos geológicos Localização, exploração e aproveitamento de matérias primas Polos de desenvolvimento regional Localização de aquíferos para abastecimento público Localização de empreendimentos e de estruturas sem pôr em causa a segurança e o aproveitamento dos restantes recursos Localização de aterros sanitários e de actividades sensíveis Natureza da rochas. Recursos. Estruturas. Riscos geológicos. Condicionalismos locais.

57 PERIGOSIDADE E VULNERABILIDADE Pormenor de erosão litoral Praia de Maceda - Esmoriz

58 Seminário em Ciências de Engenharia da Terra Definições básicas Perigosidade A perigosidade (hazard),p, está associada à frequência de ocorrência de um processo e ao local onde este ocorre. Define-se como a probabilidade de ocorrência de um processo, com um nível de intensidade ou gravidade determinado, num dado intervalo de tempo e num local específico.

59 PERIGOSIDADE de um Processo Como avaliar este parâmetro? Quando ocorreu? Que intensidade ou magnitude teve? Qual a frequência de ocorrência? PASSADO Quais as zonas onde poderá ocorrer? FUTURO Informações pertinentes

60 Seminário em Ciências de Engenharia da Terra Definições básicas Período de retorno O período de retorno, T, corresponde ao intervalo temporal de repetição de 2 acontecimentos ou processos que se manifestam com as mesmas características T = 1/P (anual) em que P (anual) é a probabilidade anual de excedência de um determinado valor ou intensidade P (anual) = 1 (1-1/T) t em que t é o tempo de vida ou tempo de exposição da estrutura ou elemento

61 Qual a probabilidade de um edifício sofrer um terramoto de magnitude 6 tendo em conta que a sua vida útil ou período de exposição é de 50 anos e que o período de retorno do terramoto é de 1000 anos? 5%

62 Seminário em Ciências de Engenharia da Terra Definições básicas Vulnerabilidade A vulnerabilidade, V, representa o grau de danos ou perdas potenciais num elemento ou conjunto de elementos como consequência da ocorrência de um fenómeno de determinada intensidade. Depende das características do elemento considerado (não do seu valor económico) e da intensidade do fenómeno. O seu valor varia entre 0 (sem danos) e 1 (perda ou destruição total do elemento) ou entre 0% e 100 % de danos. 0 1

63 Risco sísmico VULNERABILIDADE A vulnerabilidade de uma estrutura, grupo de estruturas ou de uma zona urbana, define-se como a sua predisposição intrínseca para sofrer danos perante a ocorrência de um abalo sísmico com uma determinada intensidade. Depende : Características das estruturas Intensidade do terramoto.

64 VULNERABILIDADE SOCIAL Depende: Risco sísmico Densidade populacional Condições dos edifícios e estruturas Sistema de aviso e alerta Planos de emergência e evacuação ELEMENTOS EXPOSTOS Pessoas, bens, propriedades, infra-estruturas, serviços, actividades económicas que directa ou indirectamente podem sofrer as consequências do sismo.

65 Funções de Vulnerabilidade O elemento ou grupo de elementos apresentam maior vulnerabilidade face a fenómenos de maior intensidade. Perante um acontecimento de determinada intensidade, a vulnerabilidade dos diversos elementos é distinta.

66 R = P. V. C R risco P Probabilidade V Vulnerabilidade C Custo ou valor do elemento

67 Risco específico ou grau de perdas P V C R = Como minimizar? Probabilidade Adimensional Unidade monetária ou outro valor

68 Esquema da Metodologia para Realização de Mapas de Susceptibilidade/Vulnerabilidade, Perigosidade e Risco (Ferrer, 1991) Mapas Topográfico Geológico Geotécnico Campo Processos Indícios e sinais Danos Fotos aéreas e imagens de satélite Localização dos processos Natureza, características e tipologia Magnitude ou intensidade Inventário de processos e/ou zonas afectadas actuais e no passado Análise de factores condicionantes Avaliação da susceptibilidade Análise de factores desencadeantes Previsão espacial e temporal Avaliação da probabilidade de ocorrência dos processos Avaliação da perigosidade Definição dos elementos expostos Estimação do seu grau de vulnerabilidade Estimação do grau de perdas potenciais Estimação dos custos ou valor dos elementos expostos Avaliação do risco: Perdas expectáveis MAPA INVENTÁRIO MAPA DE SUSCEPTIBILIDADE MAPA DE PERIGOSIDADE MAPA DE RISCO

69 Tipos de Mapas e seu conteúdo O que fazer em cada fase?

70 Vamos lá a ver uma aplicação Abordagem probabilística

71 A i (Acontecimentos) P i (Probabilidade) C i (Custos) i = 1, n P 1 + P P n = 1 C 1 <C 2 <. <C n P i (acumulada) = P i + P i P n Probabilidade de um acontecimento para o qual as perdas são maiores ou iguais a C i Exemplo 95% de probabilidade de não haver perdas 2% de probabilidade haver perdas de euros ou mais R = P 1 C 1 + P 2 C P n C n R = euros Custos C (euros) Probabilidade P Probabilidade acumulada 0 0,950 1, ,030 0, ,015 0, ,005 0,005 Abordagem probabilística

72 Em Resumo Perigosidade Processo geológico Vulnerabilidade Danos ou perdas potenciais do elemento Risco Perdas (socio-económicas)

73 Exemplos de Mapas de Inventário, de vulnerabilidade, de perigosidade e de risco

74 Movimentos de vertente em Córdova

75 Deslizamentos em Itália

76 Susceptibilidade climática em Espanha

77 Inventário de deslizamentos (Alicante)

78 Mapa geomorfológico e inventário movimentos de vertente Mapa de susceptibilidade Legenda a seguir

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80 Subsidência por descida do nível freático (Murcia)

81 Mapa de Susceptibilidade Subsidência por descida do nível freático (Murcia)

82 Mapa de resposta sísmica da cidade de Cartagena

83 Mapa de perigosidade e vulnerabilidade sísmicas da cidade de Cartagena

84 Aplicação a barragens

85 Ref. Principal desta apresentação