INFORME MARITIMA Final

OBRAS MARÍTIMAS
DESARROLLO DE CARTAS DE INUNDACIÓN POR TSUNAMI
Matthias Breytmann
Francisco Araya
Oscar Guillén
Introducción
Las costas de Chile tienen una historia de grandes terremotos originados por la convergencia de las placas
de Nazca y Sudamericana. Como consecuencia de éstos, se han generado numerosos Tsunamis que han causado
grandes estragos tanto en la población como en la economía. Por esta razón es que es necesario tener un sistema
de alarma, acompañado de un plan de contingencia adecuado, que permita a la población saber como enfrentar
este tipo de catástrofes naturales. En la actualidad, la ocurrencia de un terremoto es imposible predecirla, pero e
éste funciona como una alarma natural frente a lo que podría ser un posible tsunami. Por lo tanto si Chile es tan
propenso a ser golpeado por estos fenómenos naturales, es indispensable enseñar y educar a la población acerca
de estas eventualidades. Una de las formas de entregar información es mediante la realización de Cartas de
Inundación por Tsunami (CIT), que entregan los niveles de inundación máximos para las zonas que se encuentren
cercanas a la costa. Con las CIT también es posible establecer las rutas de escape y zonas de refugio, necesarias
para salvaguardar a la población.
Antecedentes
Un Tsunami corresponde a un tren de ondas de gran longitud en aguas profundas y alturas inferiores a un
metro, que se forman en el océano o en una cuenca costera al ocurrir una perturbación impulsiva vertical de corta
duración y de gran extensión en su fondo o en su superficie libre. Al llegar a la costa, por un efecto de conservación
del flujo de energía, la altura de la ola aumenta causando inundaciones importantes en la zona. Los tsunamis son
generados por mecanismos tales como explosiones volcánicas en islas (ej.: Krakatoa, 1883); deslizamientos de
tierra submarinos (ej.: Bahía de Sagame, Japón, 1933); caída de rocas a bahías o al océano (ej.: Bahía de Lituya,
Alaska, 1958); desplazamientos tectónicos asociados con terremotos (ej.: tsunami de Alaska, 1964) y explosiones
submarinas de dispositivos nucleares," (Wiegel, 1970). Los terremotos submarinos, que por lo general ocurren a
causa de los movimientos de las placas tectónicas de la Tierra, hacen que el agua de la superficie ascienda o
descienda. Las olas de un tsunami se forman a medida que el agua desplazada, la cual se mueve a causa de la
gravedad, intenta regresar a una posición estable. Desde la zona de generación y a medida que el tren de ondas se
propaga, los tsunamis son inobservables visualmente desde embarcaciones o aviones (debido a su reducida altura
y gran longitud), pero se propagan a velocidades cercanas a 900 km/hr en aguas profundas. Sus períodos (lapso de
tiempo entre el paso de dos olas sucesivas) son de 15 a 6O minutos. Es importante diferenciar a los tsunamis con
de olas cortas de tormentas producidas por el viento, que llegan usualmente a las costas, ni con las ondas mucho
más extensas de las mareas que arriban una a dos veces todos los días.
En el desarrollo de un tsunami, desde su aparición, se distinguen tres etapas (Voit, 1987):
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

Formación de la onda debido a la causa inicial, y a su propagación cerca de la fuente.
Propagación libre de la onda en el océano abierto, a grandes profundidades.
Propagación de la onda en la región de la plataforma continental, donde, como resultado de la menor
profundidad del agua, tiene lugar una gran deformación del perfil de la onda, hasta su rompimiento e
inundación sobre la playa.
Al acercarse las ondas de los tsunamis a la costa, a medida que disminuye la profundidad del fondo
marino, disminuye también su velocidad, y se acortan las longitudes de sus ondas. En consecuencia, su energía
se concentra, aumentando sus alturas, y las olas así resultantes pueden llegar a tener características
destructivas al arribar a la costa que se deben principalmente a tres factores: condición inicial, propagación y
morfología costera.
Condición Inicial: Las dimensiones de la zona origen de un tsunami definen su potencial destructivo al arribar las
ondas a la costa. El potencial depende de la magnitud del tsunami; de la distancia de la zona de origen a la costa;
de la batimetría y de la configuración de la línea de costa. Por lo general, solo la componente vertical del
desplazamiento superficial de un área fracturada es eficaz en la generación de un tsunami.
Propagación: El perfil de ondas resultante de un tsunami generado en océano abierto depende de los parámetros
de su fuente, de las características de la región de propagación y del tiempo o distancia transcurridos desde el
inicio de esa propagación. Para el caso de ondas largas como son los tsunamis, su velocidad de propagación
depende básicamente de la profundidad del agua por la cual atraviesa (Figura 3). Esto determina que durante su
trayectoria, el tsunami se vea sujeto a fenómenos de refracción, directividad y dispersión de energía.
Morfología costera: En la costa, en cambio, la disminución de la profundidad y su configuración, genera la
concentración de la energía cinética de las ondas; disminuye su longitud y crece su altura, alcanzando un gran
poder destructivo con alturas que pueden llegar hasta los 20 o 30 metros.
Impacto Costero
La altura alcanzada por un tsunami al arribar a la costa se debe a la interacción de varios factores físicos y
morfológicos; éstos son: características de las ondas en mar abierto, batimetría, pendiente del fondo marino,
configuración del contorno de la costa, difracción, refracción, reflexión, dispersión (scattering), atrapamiento de
las ondas en las distintas formaciones costeras, etc. (Farreras, S., 1995). Estos factores determinan que el arribo del
tsunami a la línea costera sea un proceso complejo, lo cual genera diferencias notables de altura máxima (run-up),
aún a cortas distancias a lo largo de ella. Las causas directas del gran impacto de las ondas en la costa son
atribuibles a la presión hidráulica generada por las fuerzas hidrodinámicas sobre las estructuras, causadas por la
velocidad de las corrientes y contracorrientes inducidas por el arribo de las olas. La altura y período de éstas,
determinan la cantidad de inundación en términos de altura máxima (run-up), fuerzas de elevación y de
flotabilidad. Esencialmente hay dos tipos de fuerzas hidrodinámicas que afectan a las estructuras: una proviene del
impacto directo de las olas al inundar el borde costero y la otra es debido a las fuerzas erosivas producidas durante
el proceso de elevación y descenso del nivel del agua, originado por el flujo alrededor de las estructuras. Los
efectos secundarios sobre las estructuras son causados principalmente por las fuerzas erosivas del agua al
interactuar ésta con el medio ambiente. Un ejemplo de esto, es la pérdida de soporte del suelo producto de la
erosión del terreno. Otro ejemplo es cuando las fuerzas de elevación crean momentos de giro; en tal caso una
estructura puede ser levantada de sus cimientos o una embarcación soltada de sus amarras. En esta situación, las
estructuras son transportadas en la dirección de las corrientes y el daño es causado por los objetos o despojos
flotantes de embarcaciones, autos, construcciones, etc., al impactar éstos sobre otras estructuras. El impacto de
los despojos flotantes contra tanques de combustible y terminales o redes eléctricas suelen dar inicio a incendios.
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Daños Directos
o Pérdidas humanas y de animales por ahogamiento.
o Socavación, fallas de fundaciones de tipo estructural.
o Inundación en sectores bajos.
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o
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o
o
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Arrastre de objetos.
Pérdida de servicios básicos, corte de suministros.
Pérdida de líneas de vida.
Impactos sobre la morfología y ecosistemas.
Daños Indirectos
o Incendios.
o Daño en almacenamiento de sustancias tóxicas.
o Contaminación debida al arrastre de material putrescible.
o Surgimiento de epidemias.
o Saqueos (en Concepción y Constitución)
Determinación de Tiempos de Arribo a la Costa
En la determinación de tiempos de arribo de las ondas de tsunami, el Sistema Nacional de Alarma de
Maremotos (S.N.A.M.) emplea el software llamado T.T.T. (Tsunami Travel Time Calculation for the South
America Region) creado en el Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics, de Rusia,
Posición de la ola en el tiempo. Tsunami originado en las costas de Valparaíso (Chile).
Proyecto CITSU y Cartas de Inundación
El Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada (SHOA), en su calidad de organismo técnico y oficial del
Estado de Chile, encargado del funcionamiento y operación del Sistema Nacional de Alarma de Maremotos, ha
incorporado durante la última década una serie de elementos científico-tecnológicos que mejoran su capacidad
para cumplir con la responsabilidad que la ley le asigna. Dentro de este contexto, el SHOA ha propiciado el
desarrollo sistemático de la investigación geofísica del fenómeno "tsunami", específicamente en el tema
relacionado con la determinación de los niveles máximos de inundación esperados para las principales zonas
urbanas del borde costero de Chile, ante la ocurrencia de eventos extremos, mediante la ejecución desde 1997 del
proyecto CITSU (elaboración de Cartas de Inundación por tsunami para la costa de Chile).
En la actualidad el SHOA cuenta con la capacidad técnica y el software necesario para la modelación de los
escenarios sísmicos tsunamigénicos en las diferentes regiones de Chile. Mediante el empleo de una técnica de
simulación numérica de tsunamis de campo cercano, este software permite describir la propagación de las ondas
hacia la costa y el impacto de éstas en el borde costero.
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La metodología se ha aplicado para simular una serie de eventos históricos extremos y estudiar sus efectos en
diversos puertos y bahías de interés nacional. Con los resultados de la simulación se ha procedido a la elaboración
de Cartas de Inundación por Tsunami, en las que se muestran las áreas potencialmente amenazadas por una
inundación provocada por un tsunami de características similares al simulado.
Metodología
Para modelar el proceso de generación, propagación e inundación de tsunami se utiliza una metodología de
simulación numérica basada en el modelo no lineal denominado TSUMANI-N2, creado por la Universidad de
Tohoku (Japón), como parte del proyecto TIME. TSUNAMI-N2 (escrito en FORTRAN 77) consta de las ecuaciones
de movimiento no lineales para aguas someras, integradas verticalmente y la ecuación de continuidad, sin el
término de efecto Coriolis. Además incluye un algoritmo de fricción de fondo construido al interior del modelo. La
ecuación de continuidad y las ecuaciones de movimiento se discretizan en un esquema a diferencias finitas. El
dominio de integración se discretiza mediante un conjunto de grillas anidadas de diferente resolución espacial que
corresponde a la topografía y batimetría de la zona analizada, con una grilla más detalladas cercana al área de
estudio. La solución de la simulación numérica se va trasladando por las grillas modeladas (Goto et al., 1997). Las
bases de la modelación incluyen aspectos morfológicos, tectónicos y de dinámica oceánica, que el modelo los
integra de la siguiente forma: la condición inicial del tsunami se determina utilizando el modelo propuesto por
Mansinha y Smylie (1971), el cual supone una deformación instantánea de la superficie del océano idéntica a la
deformación vertical del fondo marino. Este es un modelo de ruptura sísmica, que requiere conocer los
parámetros de rigidez del material en la falla, área de ruptura y dislocación de la falla, ángulo de falla, buzamiento,
deslizamiento, etc.
La propagación del tsunami se simula utilizando el método de Goto y Ogawa (1992), que consiste en la
integración numérica de las ecuaciones de aguas someras utilizando el método de diferencias finitas. La
inundación de las zonas costeras se determina empleando la condición de frontera móvil propuesta por Iwasaky y
Mano (1979). Los procedimientos de solución numérica permiten determinar: la deformación del terreno; las
alturas de onda de tsunami en la costa; sus tiempos de arribo según resolución temporal; obtención de vectores de
velocidad de corriente y la generación de mareogramas sintéticos (simulados) en puntos específicos de la costa.
Modelación de zona de inundación Los Vilos (Terremoto 1730)
Batimetría zona Los Vilos
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Para evaluar cuantitativamente el riesgo de tsunami de origen tectónico en áreas costeras, ha sido necesario
ejecutar estudios inter-disciplinarios en sismología, geología, geofísica y oceanografía, incluyendo la revisión de las
fuentes históricas. Dentro de este contexto, la modelación de tsunamis ha sido utilizada para discriminar entre los
diferentes escenarios posibles que pueden afectar a una región en particular, elaborando una carta de inundación
para el evento sísmico más probable. Actualmente la simulación numérica es la mejor técnica de análisis
hidrodinámico disponible para estudiar el riesgo de tsunami en las áreas donde los registros históricos son
insuficiente. El software utilizado hoy en día para elaborar una carta de inundación es el TSUNAMI-N, utilizado en
el proyecto TIME (Tsunami Inundation Modelling Exchange) de la COI (Comisión Oceanográfica
Intergubernamental) y considera el peor escenario posible, con lo cual se determinan las zonas propensas a
inundación elaborándose un plano de la zona analizada con dicha información (ver figura)
Zona inundación del plan de Los Vilos
Conclusión
Las cartas de inundación sirven identificar zonas de riesgo ante catástrofes lo que permite planificar
adecuadamente instalaciones de tipo habitacional, turísticas, comercio y comerciales. Con esta información es
posible adaptar planes reguladores que eviten escenarios de riesgosos para la población ante un tsunami. Es
importante destacar que dado que son eventos poco frecuentes, se debe lograr un equilibrio para no sacrificar el
turismo y comercio de la zona. En la actualidad existen tecnologías que pueden ser incorporadas a las costas tales
como obras de protección contra eventuales tsunamis, viviendas con tecnología antitsunami que permiten
entregar mayor seguridad que se deberían considerar en zonas propensas a tsunami por parte de los proyectistas.
Una carta de inundación contribuye también a la generación de planes de contingencia, ya que lo más importante
en este tipo de situaciones es educar a la población para que tenga un conocimiento de las acciones que debe
realizar ante un terremoto y posible tsunami.
Referencias Bibliográficas
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