ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE RIESGO SÍSMICO EN LÍNEAS VITALES. CASO DE ESTUDIO BOGOTÁ D.C.

ALEXYS HERLEYM RODRÍGUEZ AVELLANEDA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

FACULTAD DE AGRONOMÍA

MAESTRÍA EN GEOMÁTICA

BOGOTÁ D.C.

2011

ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE RIESGO SÍSMICO EN LÍNEAS VITALES. CASO DE ESTUDIO BOGOTÁ D.C.

ALEXYS HERLEYM RODRÍGUEZ AVELLANEDA

Ingeniero Civil. Especialista en Telecomunicaciones

Código 795032

CARLOS EDUARDO RODRÍGUEZ PINEDA

Ingeniero Civil. MsC Geotecnia. MsC Soils Mechanics. PhD Ingeniería Civil

Profesor Asociado Universidad Javeriana

Profesor Asistente Universidad Nacional de Colombia

Director de Tesis

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

FACULTAD DE AGRONOMÍA

MAESTRÍA EN GEOMÁTICA

BOGOTÁ D.C.

2011

Nota de aceptación

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NOMBRES Y APELLIDOS

Presidente del Jurado

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NOMBRES Y APELLIDOS

Jurado

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NOMBRES Y APELLIDOS

Jurado

Bogotá, (_ _, _ _, _ _ _ _)

Gran parte del tiempo que acaparó mi tesis, fue sacado del que debí dedicarle a mi hermosa hija mientras, en la distancia, cumplía 8, 9 y 10 añitos. Otra parte del tiempo estaba destinada para mi bondadosa madre, mis sobrinos Luis Ángel, Nana, Jovis, Melina y Luis Alberto, hermanos, y demás familiares. En los últimos días debí estar más tiempo junto a mi hermano enfermo. También sacrifiqué tiempo de mis amigos, de mi vida en sociedad, de mis gustos, del tiempo para recrearme, hacer deporte y vacacionar. Seguramente también descuidé mi vida sentimental.

DedicatoriaDedicatoriaDedicatoriaDedicatoria:

Mi esfuerzo y todo lo que con este estudio se logre está dedicado a todas las personas que sientan que me acompañaron en el sacrificio especialmente a mi hija Nicolle ChaelyNicolle ChaelyNicolle ChaelyNicolle Chaely , y a mi madre LigiaLigiaLigiaLigia.

A la memoria de mi amado padre Luis AlbertoLuis AlbertoLuis AlbertoLuis Alberto y mi amado hermano Nelson AlbertoNelson AlbertoNelson AlbertoNelson Alberto ..

AGRADECIMIENTOS

El autor expresa sus agradecimientos a:

A mi mamita bella soporte en todos los aspectos de mi vida. Ejemplo desde antes y para siempre. Puro corazón, mucho sacrificio, plena confianza en Cristo, y bondad inagotable.

Profesora Beatriz Elena Alzate Atehortúa, sus enseñanzas, su dedicación y ejemplo, su bondad, su rectitud, transparencia y apoyo, fué y será un motivo e inspiración para mantener la lucha a pesar de las dificultades.

A mi hija bella, a quien deseo continuar amando con todo mi ser, enseñando con mi ejemplo y brindando las mejores oportunidades con la ayuda del Altísimo.

A mi director de tesis Dr. Carlos Eduardo Rodríguez Pineda. Un investigador ejemplar, un trabajador incansable, una persona íntegra, un buen amigo.

Al Doctor Kyriazis Pitilakis y especialmente a la Doctora María Alexoudi, profesores del Departamento de Ingeniería Civil de “Aristotle University of Thessaloniki” en Grecia, quienes gustosamente me enviaron la bibliografía mas relevante y resolvieron muchas dudas relacionadas con el estudio.

A mi amigo el ingeniero Julián Tristancho, un personaje muy buena gente. El mejor programador de sistemas que conozco. Por su colaboración en los temas del software y de amenaza sísmica.

Al ingeniero Mauricio Gallego de la empresa Binaria, quién amablemente me asistió y me ayudó con la información de la amenaza sísmica para Bogotá. Este apoyo fue decisivo para poder ejecutar la tesis.

Guillermo Valencia Rojas, mi actual jefe de Datamanagement en Ecopetrol. A pesar que mi tesis fue algo aparte de mi vida laboral, siempre conté con sus palabras, con los permisos, con el tiempo que es lo que siempre me hizo falta.

Mis compañeros del grupo de Cartografía de Datamanagement. A Mario Alberto Plazas Esguerra porque fue el culpable de muchos buenos momentos, también mi soporte y apoyo técnico, pero antes que nada interlocutor con sus oraciones, consejero y guía en mi relación con Cristo especialmente en esos momentos de crisis y dificultad. A Carlos Augusto Perea amigo confiable, decente, digno de imitar y a quien agradezco también por convocarme para mi labor actual. A mi buena amiga Laurita Liliana García Gaitán, con su inigualable buena forma de ser. A Edgar Medina Araujo que supo aprovechar mi dedicación y aportes en los tiempos que requería el servicio, y así justificar otros momentos dedicados a la tesis.

La Facultad de Agronomía. A los excelentes profesionales y docentes: Luis Joel Martínez, Yolanda Rubiano y Cilia Leonor Fuentes. Con ellos aprendí, conseguí trabajo y proyectos, y siempre recibí apoyo y respaldo.

Mis compañeros de la maestría en geomática. Por los momentos de estudio, diversión y diálogo proactivo. Espacialmente a mi gran amigo Carlos Augusto Torres Esquivel, persona leal, inteligente, buena gente, juicioso.

A mi gran amigo Juan Carlos Reyes Ortiz por todo su apoyo técnico, apoyo económico, su amistad, su humildad, conocimiento, bondad y sacrificio.

A mi gran amiga Basilia Ortiz, siempre pendiente, siempre orando, siempre aconsejando y ayudando con su gran corazón y ejemplo de vida en Cristo.

A la DPAE. Al trabajo que desempeñe en el grupo de Escenario de Daños. En especial a la Ingeniera Dulfay Patricia Ortiz por mantener el principio de tratar de hacer siempre lo correcto. Al Dr. Guillermo Escobar Castro. A la Dra. Lucy González.

Al Acueducto de Bogotá. Especialmente al Dr. Mauricio Jiménez Aldana, por su apoyo decidido para garantizar el acceso a la información geográfica de la empresa. Al Dr. Gino Alexander González Rodríguez. Al Dr. Pedro Buitrago Aguilar. A los ingenieros John Jairo Isaza Peña y Leonardo Cepeda.

A la Secretaría Distrital de Planeación - SDP. Al Dr. Bernardo Eugenio Londoño Urrego. A la Dra. Carmela Serna Ríos.

Al Instituto de Desarrollo Urbano – IDU. Al Ingeniero Rodrigo Acosta.

A la Secretaría Distrital de Movilidad. Al Dr. Iván Ricardo Suárez Sánchez.

A la Policía Metropolitana de Bogotá. Teniente Coronel Eduardo Cárdenas Gómez. Capitán José Francisco Peña Gómez. Al Patrullero Bocanegra.

A la Secretaría Distrital de Salud. Al Ingeniero Francisco A. Bernal.

CONTENIDO

GLOSARIO............................................................................................................................. 16

ABREVIATURAS .................................................................................................................... 24

RESUMEN .............................................................................................................................. 27

TITLE..................................................................................................................................... 28

ABSTRACT AND KEYWORDS................................................................................................ 28

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 29

1 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN.................................................................................. 32

2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN............................................................................. 35

2.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................ 35

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS......................................................................................... 35

3 ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN............................................................................... 36

4 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN...................................................................... 41

5 MARCO DE REFERENCIA.............................................................................................. 42

5.1 MARCO LEGAL E INSTITUCIONAL............................................................................. 42

5.2 ANTECEDENTES...................................................................................................... 44 5.2.1 Eventos históricos .................................................................................................. 44 5.2.2 Proyectos distritales relacionados .............................................................................. 46 5.2.3 Estudios previos..................................................................................................... 47

5.3 MARCO CONTEXTUAL.............................................................................................. 49

5.4 MARCO CONCEPTUAL ............................................................................................. 50

5.5 ESTADO DEL ARTE DE MÉTODOS DE ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE RIESGO................ 52

6 METODOLOGÍA............................................................................................................. 54

6.1 ANÁLISIS, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SIG...................................................... 56

6.2 INVENTARIO............................................................................................................ 58

6.3 TIPOLOGÍAS ............................................................................................................ 60

6.4 AMENAZA SÍSMICA................................................................................................... 64

6.5 VULNERABILIDAD ................................................................................................... 68 6.5.1 Curvas de fragilidad y análisis de vulnerabilidad .......................................................... 68

6.5.1.1 Transformación de las curvas de vulnerabilidad tipo lognormal ............................... 70 6.5.1.2 Manejo especial de las curvas de fragilidad normales y lognormales......................... 70 6.5.1.3 Sistemas de movilidad..................................................................................... 72 6.5.1.4 Sistemas de servicios ...................................................................................... 73

6.5.2 Estados de daños .................................................................................................... 83

6.5.2.1 Sistemas de movilidad..................................................................................... 83 6.5.2.2 Sistemas de servicios ...................................................................................... 85

6.6 ESCENARIOS DE DAÑO Y PÉRDIDAS ......................................................................... 86 6.6.1 Escenarios de daño ................................................................................................. 86 6.6.2 Pérdidas e impacto económico .................................................................................. 86

6.7 ANÁLISIS DE CONFIABILIDAD DEL SISTEMA............................................................. 87 6.7.1 Criterios de rendimiento y análisis............................................................................. 89 6.7.2 Funciones de restauración ........................................................................................ 89

6.8 ESCENARIOS DE RIESGO.......................................................................................... 90 6.8.1 Evaluación del riesgo .............................................................................................. 90

6.9 OTROS ASPECTOS TRANSVERSALES A LA METODOLOGÍA.........................................100

7 PROCESOS DETALLADOS Y RESULTADOS..................................................................101

7.1 REVISÍON Y DOCUMENTACIÓN DE METODOLOGÍAS, MÉTODOS Y MODELOS PARA EL ESTUDIO DEL RIESGO SÍSMICO EN LÍNEAS VITALES Y SUS COMPONENTES..........................101

7.1.1 Amenaza sísmica...................................................................................................101 7.1.1.1 Métodos para el cálculo de la amenaza sísmica....................................................101 7.1.1.2 Datos para soportar el modelamiento de amenaza sísmica .....................................105 7.1.1.3 Software para el cálculo de amenaza sísmica ......................................................106

7.1.2 Estudios de riesgo en tuberías ..................................................................................106 7.1.2.1 Estudios de riesgo basado en escenarios .............................................................107 7.1.2.2 Estudios de riesgo basado en índices .................................................................108

7.1.3 Guías ALA para la valoración de rendimiento en líneas vitales.......................................110 7.1.4 Estudios de riesgo sísmico que involucran líneas vitales................................................117

7.1.4.1 ATC-13 (ATC, 1985), y ATC-25 (ATC, 1991)....................................................117 7.1.4.2 (RADIUS, 1999)...........................................................................................117 7.1.4.3 HAZUS (NIBS, 1997, 1999 & 2002).................................................................121 7.1.4.4 RISK-UE.....................................................................................................126 7.1.4.5 Oliveira, Roca y Goula 2006............................................................................133 7.1.4.6 Comparación de los principales estudios de riesgo sísmico....................................135

7.2 ANÁLISIS, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SIG “RSLV – RIESGO SÍSMICO LÍNEAS VITALES”............................................................................................................................136

7.2.1 Implementación del aplicativo RSLV........................................................................136 7.2.2 Aplicación de la metodología de desarrollo RUP .........................................................141

7.2.2.1 Concepción ..................................................................................................141 7.2.2.2 Elaboración..................................................................................................143 7.2.2.3 Construcción ................................................................................................147

7.2.3 Levantamiento y análisis de requerimientos ................................................................148 7.2.4 Modelos de geoprocesamiento .................................................................................149 7.2.5 Modelo de datos....................................................................................................151

7.2.5.1 Amenaza sísmica...........................................................................................152 7.2.5.2 Puentes........................................................................................................152 7.2.5.3 Red primaria del acueducto .............................................................................154 7.2.5.4 Red secundaria del acueducto ..........................................................................155 7.2.5.5 Red primaria del alcantarillado.........................................................................156 7.2.5.6 Red secundaria del alcantarillado......................................................................157 7.2.5.7 Cables colgantes............................................................................................157 7.2.5.8 Cables enterrados ..........................................................................................158 7.2.5.9 Registro geográfico........................................................................................159 7.2.5.10 Red de gas ...................................................................................................160

7.2.5.11 Tanques.......................................................................................................161 7.2.5.12 Escenarios de Riesgo .....................................................................................162 7.2.5.13 Investigaciones de vulnerabilidad .....................................................................164 7.2.5.14 Parametrización de métodos ............................................................................166 7.2.5.15 Documentación del modelo y diccionario de datos ...............................................167

7.2.6 Base de datos........................................................................................................168 7.2.7 Código fuente y archivos binarios del software RSLV ..................................................170

7.3 AMENAZA SÍSMICA..................................................................................................171

7.4 VULNERABILIDAD ..................................................................................................177 7.4.1 Curvas de fragilidad...............................................................................................177

7.4.1.1 Sistemas de Servicios.....................................................................................179 7.4.2 Mapas de vulnerabilidad .........................................................................................195 7.4.3 Análisis paramétrico de vulnerabilidad física en líneas vitales ........................................203

7.4.3.1 Criterios para el análisis..................................................................................203 7.4.3.2 Caract erísticas de las curvas de fragilidad...........................................................206 7.4.3.3 Información analizada y generada para el análisis paramétrico ...............................210 7.4.3.4 Conclusiones del análisis paramétrico................................................................234

7.5 ESCENARIOS DE DAÑO Y PÉRDIDAS ........................................................................240 7.5.1 Mapas escenarios de daño .......................................................................................240 7.5.2 Gráfi cas resultados de vulnerabilidad y escenarios de daño............................................250

7.5.2.1 Sistemas de servicios .....................................................................................250 7.5.3 Pérdidas e impacto económico .................................................................................262

7.6 ANÁLISIS DE CONFIABILIDAD DEL SISTEMA............................................................263

7.7 ESCENARIOS DE RIESGO.........................................................................................265 7.7.1 Matriz de evaluación..............................................................................................267 7.7.2 Índice de riesgo de contexto – IRS............................................................................270 7.7.3 Índice de riesgo físico – IRH ...................................................................................271

7.7.3.1 O'Rourke & Ayala (1993) ...............................................................................271 7.7.4 Índice de riesgo global............................................................................................272

7.7.4.1 O'Rourke & Ayala (1993) ...............................................................................272

8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................................273

BIBLIOGRAFÍA.....................................................................................................................278

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Líneas vitales de interés para la investigación....................................................................... 36 Tabla 2. Lista de chequeo. Alcance de un proceso de gestión del riesgo ................................................ 38 Tabla 3. Lista de los mayores terremotos que afectan el área de estudio................................................. 44 Tabla 4. Resumen de daños causados por terremotos en Bogotá........................................................... 45 Tabla 5. Esquema metodológico general ......................................................................................... 55 Tabla 6. Tipos de información geográfi ca y entidades responsabl es ...................................................... 58 Tabla 7. Tipos de información socioeconómica, entidades responsables y fuent es ................................... 59 Tabla 8. Tipologías de las líneas vitales .......................................................................................... 61 Tabla 9. Fallas activas que pueden afectar la zona de estudio .............................................................. 64 Tabla 10. Caracterización de fallas activas en dirección noroeste y sureste de Bogotá .............................. 64 Tabla 11. Caracterización de fallas activas en la región cent ral de Bogotá.............................................. 65 Tabla 12. Guía aproximada de los grados de la Escala de Mercalli Modificada (MMI) ............................. 65 Tabla 13. Escenarios sísmicos para el estudio (JICA y DPAE, 2002).................................................... 67 Tabla 14. Escenarios sísmicos para el estudio (UNIANDES y DPAE, 2005).......................................... 67 Tabla 15. Relaciones de fragilidad para tuberías ............................................................................... 75 Tabla 16. Factor de corrección por material (Cp)............................................................................... 78 Tabla 17. Factor de corrección por diámetro (Cd).............................................................................. 78 Tabla 18. Zonificación geotécnica Bogotá 2008 y factor de corrección (Cg)........................................... 78 Tabla 19. Zonificación geotécnica Bogotá 2008 y factor de corrección (Cl)............................................ 79 Tabla 20. Posibles de consecuencias de terremotos en vías urbanas ...................................................... 83 Tabla 21. Estados de daño para puentes .......................................................................................... 84 Tabla 22. Descriptores usados para evaluar el factor de impacto F........................................................ 97 Tabla 23. Descriptores agravantes, sus unidades e identificadores ........................................................ 98 Tabla 24. Descriptores de riesgo físico, sus unidades e identificadores .................................................. 98 Tabla 25. Pesos para los factores de riesgo físico .............................................................................. 99 Tabla 26. Pesos para los factores de las condiciones agravantes ........................................................... 99 Tabla 27. Tipo, utilidad, y calidad de datos disponibles en análisis de amenaza sísmica...........................105 Tabla 28. Importancia del tipo de datos en análisis de amenaza sísmica................................................105 Tabla 29. Guías ALA para valoración de rendimiento en sistemas de líneas vitales................................110 Tabla 30. Organización y contenido de las guías ALA para valoración de rendimiento en líneas vitales......112 Tabla 31. Comparación sintética entre las metodologías HAZUS, RADIUS, RISK-UE...........................135 Tabla 32. Modelo de datos, base de datos, documentación. Contenido del Anexo No 5...........................168 Tabla 33. Software Riesgo Sísmico en Líneas Vitales – RSLV. Contenido del Anexo No 6.....................170 Tabla 34. Escenarios de amenaza sísmica utilizados en la tesis, comparados con MMI............................171 Tabla 35. Escenarios sísmicos utilizados en la tesis, comparados con (JICA y DPAE, 2002) y (UNIANDES y

DPAE, 2005)....................................................................................................................172 Tabla 36. Información geográfica en formato raster de amenaza sísmica para Bogotá .............................173 Tabla 37. Referenci as bibliográfi cas de las curvas de vulnerabilidad para redes usadas en la tesis .............177 Tabla 38. Factor de corrección K1 para la curva de vulnerabilidad ALA (2001).....................................181 Tabla 39. Clasificación de Diámetros para ALA (2001) ....................................................................182 Tabla 40. Factor de corrección para la curva de vulnerabilidad O’Rourke y Ayala (1993)........................183 Tabla 41. Factor de corrección K1 para la curva de vulnerabilidad de Eidinger & Ávila (1999) ................184 Tabla 42. Clasificación de Diámetros para Eidinger & Ávila (1993)....................................................186 Tabla 43. Índice de Calidad para Eidinger & Ávila (1993).................................................................186 Tabla 44. Factor de corrección por Material Bp para curva de vulnerabilidad Isoyama (2000) ...................187 Tabla 45. Factor de corrección por Diámetro Bd para curva de vulnerabilidad Isoyama (2000)..................188 Tabla 46. Factor corrección por Topografía Bg para curva de vulnerabilidad Isoyama (2000) ...................188 Tabla 47. Factor corrección por Licuefacción Bl para curva de vulnerabilidad Isoyama (2000) .................188 Tabla 48. Factor de corrección por Material Cp para curva de vulnerabilidad Japan Waterworks Association

(1998) .............................................................................................................................190

Tabla 49. Factor de corrección por Diámetro Cd para curva de vulnerabilidad Japan Waterworks Association (1998) .............................................................................................................................191

Tabla 50. Factor corrección por condición del terreno Cg para curva de vulnerabilidad Japan Waterworks Association (1998).............................................................................................................191

Tabla 51. Factor corrección por Licuefacción Cl para curva de vulnerabilidad Japan Waterworks Association (1998) .............................................................................................................................191

Tabla 52. Factor de corrección por Material Cp para curva de vulnerabilidad JICA (2002) .......................192 Tabla 53. Factor de corrección por Diámetro Cd para curva de vulnerabilidad JICA (2002)......................193 Tabla 54. Factor corrección por topografía Cg para curva de vulnerabilidad JICA (2002).........................193 Tabla 55. Factor corrección por Licuefacción Cl para curva de vulnerabilidad JICA (2002)......................193 Tabla 56. Factor corrección por tipo y fragilidad de juntas de unión K1 para curva de vulnerabilidad Eidinger

– G & E Report (2001).......................................................................................................194 Tabla 57. Factor corrección por edad de la tubería K2 para curva de vulnerabilidad Eidinger – G & E Report

(2001) .............................................................................................................................195 Tabla 58. Factor corrección por esfuerzos por subsidencia K3 para curva de vulnerabilidad Eidinger – G & E

Report (2001) ...................................................................................................................195 Tabla 59. Rango aplicable de amenaza para las curvas de vulnerabilidad utilizadas en Acueducto y

Alcantarillado ...................................................................................................................206 Tabla 60. Sismos Históricos ........................................................................................................206 Tabla 61. Resumen de estudios de fragilidad por efectos de sacudida del terreno (ground shaking) de acuerdo

a los datos del terremoto utilizado.........................................................................................208 Tabla 62. Parámetros de movimiento fuerte (Strong Motion) considerados en diferentes estudios de fragilidad.

......................................................................................................................................209 Tabla 63. Resumen de terremotos usados en los estudios de la tabla anterior.........................................209 Tabla 64. Resumen de datos usados para desarrollar la base de datos ALA (2001) de daño en tuberías causado

por la sacudida del terreno (ground shaking) ...........................................................................209 Tabla 65. Información histórica reportada de daño en redes de acueducto por amenaza sísmica ................211 Tabla 66. Información generada para el análisis paramétrico. Contenido Anexo No 13: Comparación

resultados escenarios de daño vs. daño histórico......................................................................226 Tabla 67. Forma de presentación de gráficas para el análisis de vulnerabilidad en el Anexo No 12............250 Tabla 68. Precios unitarios de tuberías, cables y puentes en (JICA y DPAE, 2002).................................262 Tabla 69. Costos de reemplazo promedio por intervención en tuberías de Bogotá, a precios de 2011..........262 Tabla 70. Pérdidas directas, impacto económico. Resultados para la ciudad de Bogotá: todos los escenarios,

todas las investigaciones de vulnerabilidad.............................................................................263 Tabla 71. Índice de servicio del sistema de acueducto de Bogotá, para todos los escenarios de amenaza y

todas las curvas de vulnerabilidad utilizadas en la investigación .................................................264

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Sistema Distrital de Prevención y Atención de Emergencias – SDPAE..................................... 42 Figura 2. Marco legal, institucional y antecedentes ............................................................................ 43 Figura 3. Área de estudio............................................................................................................. 50 Figura 4. Esquema metodológico general ........................................................................................ 54 Figura 5. Esquema general del software para el estudio del riesgo sísmico en líneas vitales....................... 57 Figura 6. Ejemplo del uso adecuado de las curvas de fragilidad tipo normal y lognormal.......................... 71 Figura 7. Comparación entre curvas de fragilidad analíticas y empíricas para puentes R/C de simple luz..... 73 Figura 8. Comparación entre di ferentes relaciones de vulnerabilidad empíricas para tuberías dúctiles. PGV

(izquierda), PGD (derecha)................................................................................................... 74 Figura 9. Porcentaje de daño estándar para tuberías ........................................................................... 77 Figura 10. Curva de fragilidad para redes propuesta por Eidinger (G & E Report, 2001)........................... 78 Figura 11. Relación entre porcent aje de daño y PGA para cables de energí a colgantes ............................. 80 Figura 12. Funciones de daño para postes de energía eléctri ca ............................................................. 81 Figura 13. Funciones de daño para líneas de energía eléctrica ent erradas ............................................... 81 Figura 14. Clasificación de pérdidas por desastres ............................................................................. 87 Figura 15. Índice de daño Vs. tasa de roturas por kilómetro para la evaluación post-sismo del rendimiento del

sistema............................................................................................................................. 88 Figura 16. Función de restauración para plantas de tratamiento............................................................ 90 Figura 17. Esquema general de estimación holística de riesgo sísmico urbano........................................ 91 Figura 18. Marco de referencia para la valoración holística del riesgo................................................... 92 Figura 19. Funciones de transformación usadas para estandari zar los factores de fragilidad social .............. 95 Figura 20. Funciones de transformación usadas para estandari zar los factores de falta de resiliencia ........... 96 Figura 21. Funciones de transformación usadas para estandari zar los factores de riesgo físico ................... 97 Figura 22. Factores de riesgo físico, fragilidad social, y falta de resilienci a y sus pesos ............................ 99 Figura 23. Procedimiento esquemático para analizar la amenaza sísmica ..............................................102 Figura 24. HAZUS: Marco general ...............................................................................................122 Figura 25. HAZUS: Secuencia de la metodología de estimación de pérdidas por terremotos.....................123 Figura 26. Metodología para el estudio del riesgo en líneas vitales ......................................................133 Figura 27. Funcionamiento general del software “ RSLV”..................................................................138 Figura 28. Módulo Escenario de Riesgo.........................................................................................140 Figura 29. Organización del módulo Escenario de Riesgo..................................................................141 Figura 30. Casos de uso – software RSLV......................................................................................143 Figura 31. Diagrama de clases. Dependenci a de paquetes ..................................................................143 Figura 32. Diagramas de clases. Dependencias del paquet e “ analizar” .................................................144 Figura 33. Diagramas de clases. Herencias del paquet e “ analizar”.......................................................145 Figura 34. Diagramas de clases. Dependencias del paquet e “ analizar.modelos_rslv”...............................146 Figura 35. Diagramas de clases. Herencias del paquet e “ analizar.modelos_rslv” ....................................146 Figura 36. Diagramas de clases. Dependencias del paquet e “ conectar”.................................................147 Figura 37. Diagramas de clases. Herencias del paquet e “ conectar” ......................................................147 Figura 38. Diagramas de clases. Dependencias del paquet e “ conectar.geodatabase”................................147 39. Diagramas de clases. Herenci as del paquete “ conectar.geodatabase” ..............................................147 Figura 40. Requisitos funcional es. Contenido Anexo No 6.3..............................................................148 Figura 41. Modelos de geoprocesamiento del software RSLV. Nombre: PasarAmenazaALineas ...............149 Figura 42. Modelos de geoprocesamiento del software RSLV. Nombre: UnirTablaValoresUnicosaFC.......150 Figura 43. Modelos de geoprocesamiento del software RSLV. Nombre: PasarAmenazaALineas2 .............151 Figura 44. Modelos de geoprocesamiento del software RSLV. Nombre: ValoresUnicosCampo ................151 Figura 45. Módulo del modelo de datos: amenaza sísmica .................................................................152 Figura 46. Módulo del modelo de datos: puentes .............................................................................153 Figura 47. Dominios del modelo de datos: puentes...........................................................................154 Figura 48. Módulo del modelo de datos: acueducto red primaria .........................................................155

Figura 49. Módulo del modelo de datos: red secundaria del acueducto .................................................156 Figura 50. Módulo del modelo de datos: red primaria del alcantarillado ...............................................157 Figura 51: Módulo del modelo de datos: red secundaria del alcantarillado ............................................157 Figura 52: Módulo del modelo de datos: cables colgantes..................................................................158 Figura 53: Módulo del modelo de datos: cables enterrados ................................................................159 Figura 54: Módulo del modelo de datos: registro geográfico ..............................................................159 Figura 55: Módulo del modelo de datos: red de gas..........................................................................160 Figura 56. Dominios del modelo de datos: redes ..............................................................................161 Figura 57. Módulo del modelo de datos: Tanques ............................................................................162 Figura 58. Dominios del modelo de datos: tanques...........................................................................163 Figura 59. Módulo del modelo de datos: escenarios de riesgo.............................................................164 Figura 60. Módulo del modelo de datos: investigaciones de vulnerabilidad...........................................166 Figura 61. Módulo del modelo de datos: parametrización de métodos ..................................................167 Figura 62. Mapa A16. Amenaza Sísmica. PGV. Anexo No. 15...........................................................174 Figura 63. Mapa A17. Amenaza Sísmica. PGA. Anexo No. 15...........................................................175 Figura 64. Mapa A18. Amenaza Sísmica. PGD. Anexo No. 15...........................................................176 Figura 65. Comparación de curvas de vulnerabilidad en función de PGV. ALA (2001) − O'Rourke & Ayala

(1993) − Eidinger & Ávila (1999) − Isoyama (2000) − Isoyama (1998) − JWA (1998) – Eidinger G & E Report (2001) ...................................................................................................................180

Figura 66. Curva de Vulnerabilidad para Acueducto. ALA (2001) - inv_id=21, pav_id=31......................181 Figura 67. Curva de Vulnerabilidad para Acueducto. O'Rourke & Ayala (1993) - inv_id=22, pav_id=32....183 Figura 68. Curva de Vulnerabilidad para Acueducto. Eidinger & Ávila (1999) - inv_id=23, pav_id=33......184 Figura 69. Curva de Vulnerabilidad para Acueducto. Isoyama (2000) - inv_id=24, pav_id=34..................187 Figura 70. Curva de Vulnerabilidad para Acueducto. Isoyama (1998) - inv_id=25, pav_id=35..................189 Figura 71. Curva de Vulnerabilidad para Acueducto. Japan Waterworks Association (1998) - inv_id=26,

pav_id=36........................................................................................................................190 Figura 72. Curva de Vulnerabilidad para Acueducto. JICA (2002) - inv_id=27, pav_id=37......................192 Figura 73. Curva de Vulnerabilidad para Acueducto. Eidinger − G & E Report (2001) - inv_id=28, pav_id=38

......................................................................................................................................194 Figura 74. Mapa 7. Vulnerabilidad red de acueducto. T = 100 años. (O’Rourke y Ayala, 1993)................196 Figura 75. Mapa 77. Reparaciones red de acueducto. T = 100 años. (O’Rourke y Ayala, 1993).................197 Figura 76. Mapa 8. Vulnerabilidad red de acueducto. T= 200 años. (O’Rourke y Ayala, 1993).................198 Figura 77. Mapa 78. Reparaciones red de acueducto. T= 200 años. (O’Rourke y Ayala, 1993) .................199 Figura 78. Mapa 9. Vulnerabilidad red de acueducto. T = 475 años. (O’Rourke y Ayala, 1993)................200 Figura 79. Mapa 79. Reparaciones red de acueducto. T = 475 años. (O’Rourke y Ayala, 1993).................201 Figura 80. Registro histórico del daño en redes de acueducto. Parámetro de amenaza: Aceleración Pico del

Terreno (PGA)..................................................................................................................223 Figura 81. Registro histórico del daño en redes de acueducto. Parámetro de amenaza: Velocidad Pico del

Terreno (PGV). Parte 1.......................................................................................................224 Figura 82. Registro histórico del daño en redes de acueducto. Parámetro de amenaza: Velocidad Pico del

Terreno (PGV). Parte 2.......................................................................................................225 Figura 83. Curva de mejor ajuste para los escenarios de amenaza en estudio (T = 50, 100, 200, 475 y 1000

años). Zona geográfica: Bogotá. O’Rourke y Ayala (1993)........................................................228 Figura 84. Curva mas apropiada para escenarios de amenaza con periodos de retorno altos (475, 1000, 2000

años). Zona geográfica: Bogotá. Isoyama 2000........................................................................229 Figura 85. La curva propuesta para Colombia en JICA (2002) subestima el daño. Zona geográfi ca: Bogotá.

......................................................................................................................................230 Figura 86. Curva de mejor ajuste para los escenarios de amenaza en estudio (T = 50, 100, 200, 475 y 1000

años). Zona geográfica: Microzoni ficación Sísmica. O’Rourke y Ayala (1993)..............................231 Figura 87. Curva mas apropiada para escenarios de amenaza con periodos de retorno altos (475, 1000, 2000

años). Zona geográfica: Microzoni ficación Sísmica. Isoyama 2000.............................................232 Figura 88. La curva propuesta para Colombia en JICA (2002) subestima el daño. Zona geográfi ca:

Microzoni ficación Sísmica. .................................................................................................233 Figura 89. Mapa 42. Escenario de daño red acueducto. T= 100 años. (O’Rourke y Ayala, 1993)...............241

Figura 90. Mapa 147. Fugas red de acueducto. T= 100 años. (O’Rourke y Ayala, 1993)..........................242 Figura 91. Mapa 112. Roturas red de acueducto. T= 100 años. (O’Rourke y Ayala, 1993).......................243 Figura 92. Mapa 43. Escenario de daño red acueducto. T= 200 años. (O’Rourke y Ayala, 1993)...............244 Figura 93. Mapa 148. Fugas red de acueducto. T= 200 años. (O’Rourke y Ayala, 1993)..........................245 Figura 94. Mapa 113. Roturas red de acueducto. T= 200 años. (O’Rourke y Ayala, 1993).......................246 Figura 95. Mapa 44. Escenario de daño red acueducto. T= 475 años. (O’Rourke y Ayala, 1993)...............247 Figura 96. Mapa 149. Fugas red de acueducto. T= 475 años. (O’Rourke y Ayala, 1993)..........................248 Figura 97. Mapa 114. Roturas red de acueducto. T= 475 años. (O’Rourke y Ayala, 1993).......................249 Figura 98. Resultado global tasa de daño para Bogotá. Todas las investigaciones de vulnerabilidad. Todos los

periodos de retorno. Tubería de acueducto..............................................................................252 Figura 99. Resultado global tasa de daño para Bogotá por diámetros. Todas las investigaciones de

vulnerabilidad. Todos los periodos de retorno. Tubería de acueducto. ..........................................253 Figura 100. Resultado global tasa de daño para Bogotá. Todas las investigaciones de vulnerabilidad. Todos

los periodos de retorno. Tubería de alcantarillado pluvial. .........................................................254 Figura 101. Resultado global tasa de daño para Bogotá. Todas las investigaciones de vulnerabilidad. Todos

los periodos de retorno. Tubería de alcantarillado sanitario. .......................................................255 Figura 102. Resultado global estado de daño para Bogotá. Todas las investigaciones de vulnerabilidad. Todos

los periodos de retorno. Tubería de acueducto. ........................................................................256 Figura 103. Tasa de daño por diámetro. Tubería de acueducto. O’Rourke y Ayala (1993). .......................257 Figura 104. Tasa de daño por localidad. Tubería de acueducto. O’Rourke y Ayala (1993)........................258 Figura 105. Tasa de daño por material. Tubería de acueducto. O’Rourke y Ayala (1993).........................259 Figura 106. Tasa de daño por localidad. Alcantarillado pluvial. O’Rourke y Ayala (1993).......................260 Figura 107. Tasa de daño por localidad. Alcantarillado sanitario. O’Rourke y Ayala (1993).....................261 Figura 108. Índice de daño Vs. tasa de roturas por kilómetro para la evaluación post-sismo del rendimiento

del sistema.......................................................................................................................264 Figura 109. Matriz de evaluación global del riesgo propuesta para el estudio. Basada en (Cardona, 2001) y

(Carreño et al., 2005) .........................................................................................................267 Figura 110. Función de transformación propuesta para la tesis. Factores de amenaza sísmica de contexto:

Procesos morfodinámicos....................................................................................................268 Figura 111. Función de transformación modificada para la tesis. Factores de falta de resiliencia: Camas en

hospitales.........................................................................................................................269 Figura 112. Índice de riesgo de contexto - IRS ................................................................................270 Figura 113. Índice de riesgo físico – IRH. O'Rourke & Ayala (1993)...................................................271 Figura 114. Índice de riesgo total – IRT. O'Rourke & Ayala (1993).....................................................272

LISTA DE ANEXOS

Anexo No 1: Marco Conceptual Anexo No 2: Indicadores sociales y económicos de Bogotá, para la valoración global del riesgo sísmico Anexo No 3: Sobre la metodología:

3.1: Análisis, diseño e implementación del SIG 3.2: Otros aspectos transversales a la metodología 3.3: Vulnerabilidad en tanques 3.2: Vulnerabilidad en puentes

Anexo No 4: Gestión de información para la tesis Anexo No 5: Modelo de datos, base de datos y su documentación, software RSLV.

5.1: Modelo de datos 5.2: Esquema de la geodatabase 5.3: Documentación de la base de datos con XRAY 5.4: Documentación de la base de datos con Geodatabase Diagrammer 5.5: Diccionario de la base de datos

Anexo No 6: Software Riesgo Sísmico en Líneas Vitales – RSLV. 6.1: Casos de uso 6.2: Diagramas de clases 6.3: Requisitos funcionales 6.4: Código fuente y documentación del software 6.5: Ejecutable (archivos binarios) 6.6: Código adicional en VBA 6.7: Registro (logs) de la ejecución de los escenarios para Bogotá

Anexo No 7: Archivos con estadísticas sobre los resultados de los escenarios para las redes de acueducto, alcantarillado pluvial y alcantarillado sanitario.

Anexo No 8: Tablas (en formato Excel) de la base de datos relacionadas con curvas de vulnerabilidad y factores de corrección

Anexo No 9: Código VBA de Excel del Módulo de Generación de Código R para Grafi cación de Curvas. Hoja de Excel con los parámetros para la generación de las curvas de vulnerabilidad.

Anexo No 10: Gráfi cas. Curvas de Vulnerabilidad para Líneas Vitales Anexo No 11: Gráfi cas. Funciones de Transformación y Valoración Global del Riesgo

11.1: Funciones de transformación 11.2: Gráfi cas con resultados de valoración global del riesgo

Anexo No 12: Gráfi cas. Resultados de vulnerabilidad y estados de daño en tuberías de acueducto y alcantarillado para todos los escenarios.

Anexo No 13: Gráfi cas. Comparación resultados escenarios de daño vs. daño histórico en redes de acueducto. Análisis Paramétrico de Vulnerabilidad

Anexo No 14: Matrices en Excel Valoración Global del Riesgo. Funciones de transformación en Excel Anexo No 15: Mapas:

15.1: Amenaza sísmica 15.2: Vulnerabilidad de la red de acueducto 15.3: Vulnerabilidad de la red de alcant arillado pluvial 15.4: Vulnerabilidad de la red de alcant arillado sanitario 15.5: Escenario de daños en la red de acueducto 15.6: Escenario de daños en la red de alcantarillado pluvial 15.7: Escenario de daños en la red de alcantarillado sanitario 15.8: Número de reparaciones en la red de acueducto 15.9: Número de reparaciones en la red de alcantarillado pluvial 15.10: Número de reparaciones en la red de alcantarillado sanitario

15.11: Número de fugas en la red de acueducto 15.12: Número de fugas en la red de alcant arillado pluvial 15.13: Número de fugas en la red de alcant arillado sanitario 15.14: Número de roturas en la red de acueducto 15.15: Número de roturas en la red de alcant arillado pluvial 15.16: Número de roturas en la red de alcant arillado sanitario 15.17: Riesgo

Anexo No 16: Base de datos de EndNote X2 con la bibliografía.

GLOSARIO

APM: ArcGIS Pipeline Data Model, modelo de datos diseñado para almacenar información relativa a funciones de recolección y tuberías de transmisión, en particular gas y sistemas líquidos.

ANÁLISIS PARAMÉTRICO DE VULNERABILIDAD: Analizar los parámetros que definen una curva de vulnerabilidad, los valores que la corrigen (factores de corrección) y los valores de daño resultantes de utilizarla, en comparación con los resultados de vulnerabilidad arrojados por otras curvas y por el registro histórico de daño.

ArcSDE: Tecnología para gestionar información geográfica en un sistema de gestión de bases de datos relacionales (RDBMS). ArcSDE es parte de la plataforma ArcGIS, y es el servidor de datos entre ArcGIS y las bases de datos relacionales. Este se usa ampliamente para permitir que la información geográfica se comparta por muchos usuarios a través de la red y a escala en tamaño para uso personal, grupo de trabajo o empresarial. (Fuente: http://support.esri.com/). Es el software ESRI que permite la existencia de las Geodatabase que no son de archivo, ni están basadas en Access; requiere siempre de un RDBMS.

ATC: Applied Technology Council. Una corporación sin ánimo de lucro de aplicaciones de ingeniería avanzada para mitigación de amenazas.

CAD: Acrónimo de “computer-aided design” o diseño asistido por computador. Un sistema basado en computador para diseñar, dibujar y desplegar información gráfica. (Fuente: http://support.esri.com/)

CASE: Computer Aided Software Engineering, Ingeniería de Software Asistida por Ordenador. Son diversas aplicaciones informáticas destinadas a aumentar la productividad en el desarrollo de software reduciendo el coste de las mismas en términos de tiempo y de dinero. Estas herramientas nos pueden ayudar en todos los aspectos del ciclo de vida de desarrollo del software en tareas como el proceso de realizar un diseño del proyecto, calculo de costes, implementación de parte del código automáticamente con el diseño dado, compilación automática, documentación o detección de errores entre otras (Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/CASE). Para la presente investigación la herramienta CASE usada se denomina VISIO, y fue usada para realizar el diseño conceptual, y lógico de la base de datos geográfica (Geodatabase) bajo el estándar UML (Lenguaje Unificado de Modelamiento)

CONVOLUCIÓN: En matemáticas y, en particular, análisis funcional, una convolución es un operador matemático que transforma dos funciones f y g en una tercera función que en cierto sentido representa la magnitud en la que se

superponen f y una versión trasladada e invertida de g. Una convolución es un tipo muy general de promedio móvil. (Fuente: http://es.wikipedia.org/)

CONSECUENCIAS: Describen el efecto o impacto de una amenaza en la comunidad. Las consecuencias se pueden expresar usando palabras descriptivas (ej: medidas cualitativas) o valores numéricos (ej: medidas cuantitativas) para comunicar la magnitud del impacto potencial (AS/NZS-4360, 2004).

DOMINIO: Un rango de valores particulares para un elemento particular. En el contexto de la Geodatabase ese elemento particular es el campo o atributo. Pueden existir dominios de códigos y de rangos. (Fuente: http://support.esri.com/)

EFECTOS DE SITIO: Cambio en el movimiento de terreno propagándose cerca al sitio, en amplitud, contenido de frecuencia y duración, relativa al movimiento en una capa baja “roca”, debida a las características geométricas y propiedades mecánicas de las capas de superficie que circundan el sitio, especialmente para el caso de capas blandas y geometrías complejas. Para movimientos fuertes el comportamiento no lineal de las capas de suelo puede tomar lugar, alterando este efecto de sitio significativamente.

EVENTO: Se refiere a la ocurrencia de un grupo particular de circunstancias. El evento puede ser cierto o incierto. El evento puede ser de ocurrencia simple o de una serie de ocurrencias (AS/NZS-4360, 2004).

ESCENARIO SECTORIAL DE REDES (PDPAE - DECRETO 423 – CAPÍTULO III): Es el escenario que involucra los actores, organizaciones y procesos relacionados con la gestión del riesgo público asociado a los sistemas urbanos encargados del flujo de suministros y residuos en procesos tales como generación, captación, distribución y almacenamiento en la ciudad y de manera principal en los siguientes elementos: red de acueducto y alcantarillado, red eléctrica, red de gas natural, red de distribución de otros hidrocarburos, red de comunicaciones, red vial y de transporte masivo, red de recolección y disposición de residuos.

FACTOR DE CORRECCIÓN: Valores numéricos que corrigen el nivel de daño definido por una curva de vulnerabilidad. Puede haber corrección por diámetro de material, por material, y por muchos otros factores. Los factores de corrección existen cuando se definen curvas que representan el daño para una tipología dada, sin restringir su aplicación a atributos específicos como un tipo de material, o un rango de diámetros. Se definen los factores de corrección para permitir la aplicación de la curva en un espectro más amplio de atributos o propiedades del elemento expuesto para el que la curva es aplicable.

FEATURE DATASETS: En ArcGis, una colección de Feature Classes guardadas juntas compartiendo la misma referencia especial, es decir compartiendo el sistema de coordenadas, y sus elementos caen dentro de un área geográfica

común. Se pueden almacenar Feature Classes de diferente tipo de geometría dentro de un mismo Feature Dataset. (Fuente: http://support.esri.com/)

FEATURE CLASS: En ArcGis, una colección de elementos geográficos vectoriales compartiendo el mismo tipo de geometría (ej: punto, línea, polígono), los mismos atributos, y la misma referencia espacial. Los Feature classes se pueden almacenar en Geodatabases, Shapefiles, Coberturas u otros formatos de datos. (Fuente: http://support.esri.com/)

FRECUENCIA: Es una medida de la probabilidad expresada como el número de ocurrencias de un evento en un tiempo dado (EMA, 1998).

GEODATABASE: Una base de datos o estructura de archivos usada principalmente para consultar y manipular datos espaciales. Las Geodatabases guardan geometría, un sistema de referencia espacial, atributos y reglas de comportamiento para los datos. Dentro de una Geodatabase pueden existir varios tipos de grupos de datos geográficos tales como: Feature Class; Object Class; Raster; Redes; Topologías; y muchos otros. Las Geodatabase pueden almacenarse en los siguientes sistemas de gestión de bases de datos relacionales (DBMSs): IBM, DB2, IBM Informix, Oracle, Access, SQL Server y PosgreSql o en un sistema de archivos tal como una File Geodatabase. (Fuente: http://support.esri.com/). Su creador es la empresa ESRI.

GRID DE ESRI: Un formato de datos ESRI para guardar datos raster que definen el espacio como celdas cuadradas de igual tamaño organizadas en filas y columnas. (Fuente: http://support.esri.com/). Similar a Raster pero este formato es propio de ESRI.

INVESTIGACIÓN DE VULNERABILIDAD: Un estudio de vulnerabilidad sísmica que define (por diversos métodos como por ejemplo analíticos, empíricos, etc.) una curva de vulnerabilidad y unos factores de corrección, ambos aplicados a una tipológica específica de líneas vitales, con el propósito de pronosticar daño en función de la amenaza sísmica.

METODOLOGÍA: Ciencia del método. Conjunto de métodos que se siguen en una investigación científica o en una exposición doctrinal. (Fuente: Diccionario de la lengua española – Vigésima segunda edición - http://drae.rae.es/)

Del griego (metà "más allá" odòs "camino" logos "estudio"). Se refiere a los métodos de investigación que se siguen para alcanzar una gama de objetivos en una ciencia. En resumen son el conjunto de métodos que se rigen en una investigación científica o en una exposición doctrinal. Método es el procedimiento para alcanzar los objetivos y la metodología es el estudio del método. (Fuente: http://es.wikipedia.org/)

La rama de la metodología, dentro de la ingeniería de software, se encarga de elaborar estrategias de desarrollo de software que promuevan prácticas adoptativas en vez de predictivas; centradas en las personas o los equipos, orientadas hacia la funcionalidad y la entrega, de comunicación intensiva y que requieren implicación directa del cliente. (Fuente: http://es.wikipedia.org/)

MÉTODO: Procedimiento que se sigue en las ciencias para hallar la verdad y enseñarla. (Fuente: Diccionario de la lengua española – Vigésima segunda edición - http://drae.rae.es/)

Procedimiento, técnica o manera de hacer algo, en especial si se hace siguiendo un plan, o de forma sistemática, ordenada y lógica (Fuente: http://es.wikipedia.org/)

MODELO: Esquema teórico, generalmente en forma matemática, de un sistema o de una realidad compleja, como la evolución económica de un país, que se elabora para facilitar su comprensión y el estudio de su comportamiento (Fuente: Diccionario de la lengua española – Vigésima segunda edición - http://drae.rae.es/)

En ciencias puras y, sobre todo, en ciencias aplicadas, se denomina modelo al resultado del proceso de generar una representación abstracta, conceptual, gráfica o visual (ver, por ejemplo: mapa conceptual), física, matemática, de fenómenos, sistemas o procesos a fin de analizar, describir, explicar, simular - en general, explorar, controlar y predecir - esos fenómenos o procesos. Se considera que la creación de un modelo es una parte esencial de toda actividad científica. (Fuente: http://es.wikipedia.org/)

Puede considerarse que los campos de la ingeniería desarrollan sus aplicaciones basados en modelos, al igual que muchas acciones de la vida diaria. Los modelos se usan para explicar y controlar fenómenos a nuestro alrededor y pueden predecir eventos que están por ocurrir.

Un sistema de postulados, datos e inferencias presentadas como una descripción matemática de una entidad o estado de cosas. Una simulación computacional basada en un sistema. (Fuente: http://www.merriam-webster.com)

Una representación conceptual abstracta y a menudo simplificada del funcionamiento de un sistema de objetos en el mundo real, la cual a menudo incluye objetos matemáticos o lógicos y relaciones representando los objetos y representaciones en el mundo real y construido con el propósito de explicar el funcionamiento de un sistema o predecir su comportamiento sobre condiciones hipotéticas. (Fuente: http://www.webster-dictionary.org/)

MÉTODO VS MODELO: Nosotros entendemos por un método el camino o procedimiento general para hacer la predicción, mientras que nosotros usamos el

término modelo para una aplicación particular del método… (Oliveira et al., 2006 p. 58)

MOVIMIENTO DEL TERRENO: El movimiento de la superficie de la tierra causado por el paso de la onda sísmica.

OBJECT CLASS: En Geodatabases, una colección de datos no espaciales del mismo tipo o clase. Mientras que los objetos espaciales (features) se guardan en Feature Classes en la Geodatabase, los objetos no espaciales se guardan en Object Classes. Una tabla en una Geodatabase usada para almacenar una colección de objetos con atributos y comportamiento similares. (Fuente: http://support.esri.com/)

OTROS PROBLEMAS GEOTÉCNICOS (EFECTOS COLATERALES): Licuefacción, deslizamientos, corrimiento lateral (desprendimientos laterales), asentamientos (compactación). Pueden tomar lugar en ciertas condiciones geotécnicas como consecuencia del paso de la onda sísmica.

PROBABILIDAD: Describe que tan a menudo una amenaza puede ocurrir, y se refiere comúnmente como la probabilidad o frecuencia de un evento. Es usada como una descripción general de la posibilidad de la frecuencia. La probabilidad se puede expresar usando palabras descriptivas (ej: medidas cualitativas) o valores numéricos (ej: medidas cuantitativas) para comunicar la magnitud del impacto potencial (AS/NZS-4360, 2004).

PROCEDIMIENTO: Método de ejecutar algunas cosas (Fuente: Diccionario de la lengua española – Vigésima segunda edición - http://drae.rae.es/)

El o un procedimiento es el modo de ejecutar determinadas acciones que suelen realizarse de la misma forma, con una serie común de pasos claramente definidos, que permiten realizar una ocupación o trabajo correctamente (Fuente: http://es.wikipedia.org/)

PROCESO SÍSMICO: Trata de la ocurrencia de un terremoto y el proceso de propagación de la onda desde la fuente al sitio. En el origen, es de interés el tiempo de ocurrencia, la localización de la fuente (enfocado en el espacio, estructura de falla) y el tamaño del fenómeno (magnitud, propiedades ruptura y su cinética, etc). Para la propagación de la onda, además de la ruptura en la fuente, se necesita conocer la estructura externa de la tierra de la fuente al sitio.

PAQUETE R: Un lenguaje y ambiente para computación estadística. Es de uso libre. http://www.R-project.org.

PSinSAR: PS de “permanent scatterer” o dispersion permanente. Técnica InSAR (Radar de Apertura Sintética Interferométrica) multi-inferograma para medir deformaciones permanentes del terreno.

RASTER: Un modelo de datos espacial que define el espacio como un arreglo de celdas de igual tamaño organizadas en filas y columnas y compuesta de múltiples o simples bandas. Cada celda contiene un valor de atributo y coordenadas de ubicación. Contrario a la estructura vector, la cual guarda explícitamente las coordenadas, las coordenadas raster están contenidas en el ordenamiento de la matriz. Grupos de celtas que comparten el mismo valor representan el mismo tipo de rasgo geográfico. (Fuente: http://support.esri.com/)

REGOLITO: Es una capa de material heterogéneo suelto que cubre la roca sólida. Este incluye polvo, suelo, roca rota, y otros materiales relacionados.

RED GEOMÉTRICA: Objetos espaciales tipo nodos y ejes que representan una red lineal tal como una red de servicios o un sistema hidrológico, en el cual la conectividad de los objetos espaciales se basa en su coincidencia geométrica. Una red geométrica no contiene información sobre la conectividad de los elementos; esta información se guarda en una red lógica. (Fuente: http://support.esri.com/)

REDES DE SERVICIOS PÚBLICOS: En el contexto de esta investigación las redes de servicios públicos se refieren a la infraestructura física sobre la cual funcionan los diferentes servicios públicos.

RUP: El Proceso Unificado Racional (Rational Unified Process en inglés, habitualmente resumido como RUP) es un proceso de desarrollo de software y junto con el Lenguaje Unificado de Modelado UML, constituye la metodología estándar más utilizada para el análisis, implementación y documentación de sistemas orientados a objetos. El RUP no es un sistema con pasos firmemente establecidos, sino un conjunto de metodologías adaptables al contexto y necesidades de cada organización. (Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/RUP). Este fue el proceso de desarrollo de software utilizado para el análisis, diseño e implementación del Sistema de Información Geográfica usado en como herramienta principal de análisis y evaluación de riesgo sísmico en la presente investigación

SERVICIOS PÚBLICOS: Las actividades, entidades u órganos públicos o privados con personería jurídica creados por constitución o por ley, para dar satisfacción en forma regular y continua a cierta categoría de necesidades de interés general, bien en forma directa, mediante concesionario o a través de cualquier otro medio legal con sujeción a un régimen de derecho público o privado, según corresponda. La ley ha establecido que son servicios públicos domiciliarios los siguientes: Acueducto, Alcantarillado, Aseo, Energía, Gas Combustible y Telefonía pública. Sin embargo hay servicios públicos relacionados con la seguridad social (jubilaciones, pensiones, atención médica, política habitacional), educación, telecomunicaciones (telefonía, radio, televisión, Internet), transporte (marítimo, fluvial, aéreo, terrestre, etc), justicia (notarias, registros públicos, etc), banca,

correo, cementerios y servicios funerarios, recreación (cultura, deportes, turismo, etc)

SISTEMA: Una organización física definida que obtiene en su ambiente un objetivo definido a través de la interacción de sus partes. Esta definición implica que (a) el sistema es identificable, (b) el sistema es hecho de partes o subsistemas que interactúan, (c) todas las partes deben ser identificables, y (d) los límites del sistema deben ser identificables (CSA, 1991)

SUBTIPOS: En Geodatabases, un subgrupo de elementos dentro de un Feature Class u objetos dentro de una tabla, los cuales comparten los mismos atributos. (Fuente: http://support.esri.com/)

TIN: Acrónimo de “triangulated irregular network” o red de triángulos irregulares. Una estructura de datos vector que divide el espacio geográfico en triángulos contiguos no superpuestos. Los vértices de cada triángulo son los puntos de datos muestreados con valores X, Y, Z. Esa muestra de puntos se conecta con líneas con triángulos de Delaunay. Los TINs se usan para guardar y mostrar modelos de superficies. (Fuente: http://support.esri.com/)

UML: Lenguaje Unificado de Modelado (UML, por sus siglas en inglés, Unified Modeling Language) es el lenguaje de modelado de sistemas de software más conocido y utilizado en la actualidad; está respaldado por el OMG (Object Management Group). Es un lenguaje gráfico para visualizar, especificar, construir y documentar un sistema. UML ofrece un estándar para describir un "plano" del sistema (modelo), incluyendo aspectos conceptuales tales como procesos de negocio y funciones del sistema, y aspectos concretos como expresiones de lenguajes de programación, esquemas de bases de datos y componentes reutilizables. Se puede aplicar en el desarrollo de software entregando gran variedad de formas para dar soporte a una metodología de desarrollo de software (tal como el Proceso Unificado Racional o RUP), pero no especifica en sí mismo qué metodología o proceso usar. (Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/UML). Este lenguaje sirvió para crear el modelo conceptual y lógico de la base de datos, utilizando la herramienta VISIO.

VISIO: Microsoft Visio es un software de dibujo vectorial para Microsoft Windows. Visio comenzó a formar parte de los productos de Microsoft cuando fue adquirida la compañía Visio en el año 2000. Las herramientas que lo componen permiten realizar diagramas de oficinas, diagramas de bases de datos, diagramas de flujo de programas, UML, y más, que permiten iniciar al usuario en los lenguajes de programación (Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Visio). Esta herramienta fue usada para realizar el diseño conceptual, y lógico de la base de datos geográfica (Geodatabase) bajo el estándar UML (Lenguaje Unificado de Modelamiento)

XML WORKSPACE: En ArcGis, un archivo de exportación que contiene uno o mas Feature Datasets, Feature Classes, y tablas. Este puede incluir el esquema con los datos o solamente el esquema. El esquema y los dados en el archivo se codifican en XML y se pueden importar dentro de una Geodatabase. (Fuente: http://support.esri.com/)

ABREVIATURAS

ALA American Lifelines Alliance

ATC Applied Technology Council

ATC-13 ATC (1985)

ATC-25 ATC (1991)

ASCE/TCLEE American Society of Civil Engineers/Technical Council on

Lifeline Earthquake Engineering

CAD Computer-Aided Design – Diseño Asistido por Computador

CASE Computer Aided Software Engineering –

Ingeniería de Software Asistida por Ordenador

DEM Modelo Digital de Elevación

EMS European Macroseismic Scale

ESRI Environmental Systems Research Institute, Inc.

FEMA Federal Emergency Management Agency

GHI GeoHazard International

GAL Unidad de aceleración. Gales. 1 Gal = 1 cm/s2

g Unidad de aceleración. Gravedades.

1 g = 9.81 m/s2 = 981 cm/s2 = 981 gales

GDp Deformación Permanente del Terreno (Permanent Ground

Deformation)

HAZUS HAZards United States

HAZOP Hazard and Operability

Ia Arias Intensity

IASPEI International Association of Seismology and Physics of the

Earth’s Interior

InSAR Radar de Apertura Sintética Interferométrica

ISAT Técnicas de Análisis Espacial Integrado

IDNDR International Decade for National Disaster Reduction

IMM Modified Mercalli Intensity

IMSK Medvedev-Spoonheuer-Karnik Intensity

MRI Mean Recurrence Interval

MMI Modified Mercalli Intensity

MSK Medvedev-Spoonheuer-Karnik

ML Local (Richter) magnitude

MS Surface-wave magnitude

MW Moment magnitude

MJMA Japanese Meteorological Agency Magnitude

NSR/98 Norma Sismo Resistente de Colombia

NRC National Research Council

NIBS National Institute of Building Sciences

NRO Número de roturas (breaks)

NR Número de reparaciones (repairs)

NFU Número de fugas (leaks)

PDF Tipo y extensión de archivo digital creado por Adobe Systems.

PGV Velocidad Pico del Terreno (Peak Ground Velocity)

PGA Aceleración Pico del Terreno (Peak Ground Acceleration)

PGD Desplazamiento Pico del Terreno (Peak Ground Displacement)

PGD Deformación Permanente del Terreno (Permanent Ground

Deformation)

KINE Unidad de Velocidad.

1 Kine = 1 cm/s

PSinSAR PS de “permanent scatterer” o dispersion permanente. InSAR

RADIUS Risk Assessment Tools for Diagnosis of Urban Areas against

Seismic Disasters

RMS Risk Management Solutions Inc

RR Tasa de reparaciones (Repair Rate)

RR/Km Tasa de reparaciones por Kilómetro

RUP Rational Unified Process – Proceso Unificado Racional

SA Aceleración Espectral (Spectral Acceleration)

SI Intensidad Espectral (Spectral Intensity)

SIG Sistemas de Información Geográfica

TIN Triangulated Irregular Network – Red de Triángulos Irregulares

UML Unified Modeling Language –

Lenguaje de Modelamiento Unificado

VBA Visual Basic for Applications

RESUMEN

Palabras Clave: Líneas vitales, curva de vulnerabilidad, riesgo sísmico, escenarios de daño, tasa de reparaciones, SIG.

Se plantea un marco metodológico para el estudio del riesgo sísmico en líneas vitales de cualquier tipología: redes de acueducto, alcantarillado, eléctricas, de gas e hidrocarburos, de telecomunicaciones, tanques, puentes y vías. Para su aplicación se diseña e implementa una base de datos geográfica, y se desarrolla bajo metodología RUP, el software “Riesgo Sísmico en Líneas Vitales - RSLV” utilizando Java con ArcGis Engine y ArcObjects.

Con la información geográfica en la geodatabase, y el software RSLV, se presenta un caso de estudio del riesgo sísmico para las líneas vitales de la ciudad de Bogotá especialmente sobre las redes de acueducto y alcantarillado.

La amenaza sísmica insumo para este caso de estudio corresponde a los escenarios con periodos de retorno de 50, 100, 200, 475 y 1000 años con información de aceleración, velocidad y desplazamiento pico del terreno, PGA, PGV y PGD respectivamente, para todas las fuentes sismogénicas integradas (fallas cercanas, intermedias y lejanas).

Se analizó principalmente el efecto, sobre las líneas vitales, del “movimiento del terreno o ground shaking” por el paso de la onda sísmica; los efectos de “falla del terreno o ground failure” no fueron analizados por no disponer de datos de amenaza sísmica relacionados con licuefacción (asentamientos y desprendimientos laterales).

Para el estudio de vulnerabilidad se analizaron las siguientes propuestas: ATC-25, ALA (2001), O’Rourke & Ayala (1993), Eidinger & Ávila (1999), Isoyama (2000), Japan Waterworks Association (1998), Eidinger − G & E Report (2001) con las modificaciones de UNIANDES (2005), y finalmente JICA (2002)

Para la valoración global del riesgo teniendo en cuenta factores físicos, culturales, sociales y económicos se mejoró la propuesta de Cardona (2001) y Carreño y otros (2005) y la combinación de factores se hizo a través del método de evaluación multicriterio, combinación lineal de pesos.

TITLE

SEISMIC RISK EVALUATION AND ANALYSIS ON LIFELINES. CASE STUDY BOGOTÁ D.C.

ABSTRACT AND KEYWORDS

A methodological framework for the study of seismic risk in lifelines is proposed: networks (water, sewage, electricity, gas, hydrocarbons, and telecommunications), tanks, bridges and roads. For its application, a GIS is designed and implemented which contains a geographic database and “Seismic Risk in Lifelines” – RSLV software (acronym in Spanish), using Java, ArcGis Engine and ArcObjects. The study case was conducted in Bogotá.

The seismic hazard input has information about acceleration, velocity, ground displacement, and spectral acceleration, for five scenarios with return periods of 50, 100, 200, 475, and 1000 years. The study mainly analyses the effect of “ground motion” due to the passage of seismic waves.

For the seismic vulnerability, the study analyzes eight different fragility curves: ATC-25, ALA (2001), O’Rourke & Ayala (1993), Eidinger & Ávila (1999), Isoyama (2000), Japan Waterworks Association (1998), Eidinger − G&E-Report (2001), and JICA (2002). The most appropriate proposal for Bogotá, is selected from parametric analysis: O’Rourke & Ayala (1993)

Multiple damage scenarios are investigated for Bogotá (five hazard scenarios vs eight fragility curves). The damaged lifeline system is studied by type and geographic areas. Losses and economic impact were calculated. The analysis includes a reliability study of the damaged system and restoration times are estimated.

The proposal of Cardona (2001) and Carreño and others (2005) for global risk assessment is improved upon, taking into account physical, cultural, and socio-economic aspects. A multicriteria evaluation array of indicators is proposed and solved.

As a final result, for the fragility curve O’Rourke-&-Ayala (1993), the risk scenario is shown in detail by type, material and geographic area.

Keywords: Lifelines, hazard, vulnerability, seismic risk, damage scenarios, GIS, Bogotá

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INTRODUCCIÓN

De cierta manera el grado de desarrollo y crecimiento de una sociedad se ve reflejado en la calidad y eficiencia del sistema de líneas vitales. Las líneas vitales, o redes de servicios indispensables, son esos sistemas necesarios para la vida humana y las funciones urbanas, sin los cuales las regiones urbanas grandes no podrían existir. Las líneas viales básicamente transportan comida, agua, combustibles, energía, información y otros materiales necesarios para la existencia humana, desde las áreas de producción hasta las áreas de consumo urbano. Una interrupción prolongada de líneas vitales, tales como suministro de agua o energía para una ciudad o una región urbanizada inevitablemente traería pérdidas económicas, afectación de la salud pública, y eventualmente migración de población.

La frase “risk assessment” que significa “identificación, análisis y evaluación del riesgo” será utilizada dentro del presente documento como “estudio de riesgo”.La investigación tiene como propósito la “identificación, análisis y la evaluación del riesgo” (es decir el estudio del riesgo), proveniente de la convolución de la amenaza por terremoto y la vulnerabilidad física, social, cultural y económica de las líneas vitales, en un caso aplicado a la ciudad de Bogotá D.C. El análisis del riesgo permitirá la estimación del riesgo mediante la generación de escenarios de daño y pérdidas con su distribución geográfica. En la evaluación de riesgo se examinará y juzgará la significancia de algunos escenarios de daños en orden a proponer un rango de alternativas que puedan ser tenidas en cuenta en procesos de gestión del riesgo en las redes.

El análisis del riesgo incluye la definición del alcance, identificación de la amenaza sísmica (en este caso sin la estimación de su probabilidad de ocurrencia), identificación de las consecuencias y la estimación del riesgo (que involucra un análisis de frecuencia y un análisis de consecuencias)

La investigación está limitada al estudio (identificación, análisis y evaluación) del riesgo en el marco del “proceso de gestión de riesgo” de acuerdo con (AS/NZS-4360, 2004); no incluye la fase final de “tratamiento del riesgo” y los procesos transversales de “comunicación y consulta” y “monitoreo y revisión” no se llevan a cabo de manera estricta.

El estudio de riesgo incluye los temas del “identificación, análisis y evaluación física” del riesgo sísmico en líneas vitales, sin apartarse de las “condiciones sociales del contexto”, que implica un proceso más complejo y completo (visión holística del riesgo). Se analiza el riesgo sísmico físico, y se incluye posteriormente el riesgo en términos sociales y económicos, es decir el objetivo final es el análisis y la evaluación de los escenarios de daños y pérdidas físicas

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directas con la inclusión posterior de las condiciones sociales del contexto modelando la ciudad como un sistema gracias al uso de los SIG1,.

El proyecto de investigación comprende el inventario y la caracterización de las líneas vitales, el uso de modelos de amenaza sísmica, la investigación de la vulnerabilidad física de las redes, la generación de escenarios de daños y pérdidas directas, la valoración del global del riesgo y el estudio integral de las líneas vitales vistas como un sistema urbano, a través del desarrollo (conceptualización, diseño, implementación) de un sistema de información geográfico flexible a las necesidades de modelación.

El presente trabajo de investigación gira en torno a cinco temas claves aplicados en las líneas vitales de la ciudad de Bogotá: la definición de la metodología a partir de la investigación bibliográfica y su adopción a las condiciones locales, el inventario y caracterización de los elementos expuestos, la vulnerabilidad física de las redes, la valoración global del riesgo, y el desarrollo de un sistema de información para simular escenarios de daño y pérdidas. La información de amenaza sísmica provendrá de datos existentes.

En el ámbito local se han llevado a cabo recientemente tres proyectos relacionados, los cuales serán definitivos en el desarrollo de la investigación. Los temas de líneas vitales que tuvieron poca profundización, no tratados en ellos, con errores o con elementos evidentes por mejorar, son la motivación de la presente investigación. Estos proyectos son:

� Estudio para la Prevención de Desastres en el Área Metropolitana de Bogotá, en la República de Colombia (JICA y DPAE, 2002).

� Estudio de Escenarios de Riesgo y Pérdida por Terremoto para Bogotá (UNIANDES y DPAE, 2005).

� Actualización y Sistematización de los Escenarios de Daño por Terremoto para Bogotá (DPAE, 2008-2009).

Existen a nivel internacional cuatro proyectos que serán referentes para el desarrollo de esta investigación:

� ATC-13 (ATC, 1985) y ATC-25 (ATC, 1991). ATC-13 es el reporte de datos para evaluación de daño por terremoto para California. ATC-25 es una referencia nacional de Estados Unidos, sobre la vulnerabilidad sísmica en líneas vitales y el impacto de su daño. Estos reportes son creados por Applied Technology Council, una organización sin ánimo de lucro que provee

1 SIG: Sistemas de Información Geográfica

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aplicaciones de ingeniería avanzadas para mitigación de amenazas, bajo un contrato con Federal Emergency Management Agency (FEMA)

� (RADIUS, 1999). Risk Assessment Tools for Diagnosis of Urban Areas against Seismic Disasters. Aplicable a países en vías de desarrollo.

� (NIBS, 1997, 1999 & 2002) y (NIBS, 1999). HAZUS (HAZards United States). Aplicable a Estados Unidos y lugares equivalentes

� (Mouroux et al., 2004). RISK-UE. Una valoración avanzada para escenarios de riesgo por terremoto con aplicación a diferentes ciudades europeas.

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1 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

La ciudad de Bogotá, Distrito Capital de Colombia, de acuerdo con los estudios geológicos de la región está localizada en las inmediaciones de un ambiente sismo-tectónico que presenta una actividad sísmica importante. Aunque en los últimos años no ha ocurrido un sismo intenso por la baja frecuencia relativa de eventos fuertes, no es correcto suponer que así han de seguir las cosas, por lo que evaluar las condiciones de riesgo símico en la ciudad es prioritario.

La ciudad de Bogotá de acuerdo con el Estudio General de Amenaza Sísmica de Colombia (AIS et al., 1996), se localiza en una zona de amenaza sísmica intermedia, con una aceleración máxima probable Aa de 0.2 g para un periodo de retorno de 475 años. Posteriormente, en el Estudio de Microzonificación Sísmica de Bogota (INGEOMINAS et al., 1997)2, se identificaron las principales fuentes sismogénicas que dominan la amenaza sísmica en la ciudad, obteniendo así que la Falla Frontal de los Llanos Orientales puede generar un evento de magnitud 7.2 a una distancia de 60 km, las fallas cercanas a la ciudad con una distancia menor de 20 km pueden llegar a generar eventos con magnitud de 6.0, y debido a la presencia de suelos blandos de espesores considerables en el norte de la ciudad, se consideró la fuente lejana de la zona de subducción del pacífico a 400 km de distancia que puede generar eventos de magnitud superior a 8.0.

En otros lugares del planeta donde desafortunadamente han tenido la experiencia de un sismo de importante magnitud, como por ejemplo Loma Prieta (1989) y Northridge (1994) en California, Kobe (1995) en Japón, Ji-Ji (1999) en Taiwán, y otros, se ha comprobado que el impacto principal en los tiempos de restauración y recuperación es debido a los daños en los sistemas de servicios y movilidad.

Por otro lado, las instalaciones esenciales en las líneas vitales presentan un desarrollo heterogéneo de sus construcciones, debido principalmente a que el primer código de construcción sismorresistente fue del año 1984, el cual fue posteriormente actualizado en el año 1998. Las líneas vitales poseen infraestructuras esenciales localizadas en Bogotá y su área metropolitana, tales como tanques, estaciones, y subestaciones, y la posible afectación en estas puede llegar a causar un gran impacto en la ciudad y directamente en el desarrollo del país. Con base en el panorama anterior la ciudad de Bogotá presenta un alto grado de vulnerabilidad sísmica.

2 Este estudio ya se encuentra actualizado en su versión 2010, sin embargo el presente trabajo se basó en estudio disponible y vigente para la fecha (2008, 2009, 2010) en que se realizaron los procesos.

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La vulnerabilidad a los terremotos de la infraestructura crítica es menos entendida que la vulnerabilidad de las construcciones. La infraestructura crítica puede abarcar complicados sistemas con muchos componentes que son todos vitales para una operación satisfactoria. Cada componente dentro de un sistema tiene su propia vulnerabilidad sísmica, y conocer esto en detalle es esencial para el entendimiento de la vulnerabilidad global de la ciudad y pronosticar la restauración de los activos.

Aunque el problema de la vulnerabilidad sísmica en algunas líneas vitales en la ciudad, se ha trabajado recientemente como se evidencia con los proyectos mencionados con anterioridad, es relevante para la ciudad un proyecto de investigación con estas características porque:

� Ningún trabajo realizado hasta el momento tiene en cuenta un análisis paramétrico3 comparativo en el tema de vulnerabilidad, que permita seleccionar una investigación de vulnerabilidad4 con factores de corrección5 adecuados a las condiciones colombianas. Este análisis paramétrico es fundamental al no existir historia de daños por sismo para las condiciones locales.

� Ninguno de los trabajos que se han realizado profundizó en la investigación de la vulnerabilidad de los diferentes tipos de redes y sus componentes, ni sus métodos específicos de análisis y evaluación de riesgo.

� Ninguno de los trabajos utilizó diferentes escenarios de amenaza lo que permite calibrar los parámetros y realizar un análisis comparativo más eficiente.

� Ninguno de los trabajos realiza análisis de confiabilidad del sistema dañado después del sismo.

� La valoración del riesgo sísmico en los estudios anteriores se ve limitada al no existir diferentes escenarios de amenaza y diferentes curvas que definan la vulnerabilidad. Por ejemplo en (Carreño et al., 2005) los pesos y las funciones de transformación utilizadas fueron adecuadas solo para el escenario de amenaza estudiado, y cuando se involucran múltiples escenarios y diferentes curvas, es necesario redefinirlas.

� No existe en la actualidad una herramienta flexible (software) de dominio público y académico que le permita a la ciudad generar escenarios de riesgo

3 Análisis paramétrico de vulnerabil idad: Ver glosario.

4 Investigación de vulnerabilidad: Ver glosario.

5 Factor de corrección: Ver glosario.

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para valorar la exposición de las redes y cuantificar pérdidas ante eventos sísmicos de diferentes características.

Siendo concientes de la complejidad de valorar la vulnerabilidad de los múltiples componentes de la redes de servicios públicos y agregando a esto la gran extensión de las redes, las sinergias entre diferentes tipos de sistemas y las incertidumbres en la estimación de la amenaza sísmica, es obvio que su estudio de riesgo es un tópico extremadamente complejo y retador. En la última década esta situación ha venido cambiando. Terremotos fuertes han proveído datos muy importantes, mientras que la conciencia pública y las inmensas pérdidas directas e indirectas reportadas, asociadas a redes de servicios públicos han llamado la atención de la comunidad científica y las autoridades gubernamentales. Por otra parte el desarrollo de Sistemas de Información Geográfica (SIG) ofrece una plataforma excelente para la implementación de técnicas eficientes e innovadoras.

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2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

2.1 OBJETIVO GENERAL

Desarrollo de un método soportado en geomática para analizar y evaluar el riesgo generado por la amenaza sísmica y la vulnerabilidad física, social y económica de las líneas vitales de la ciudad de Bogotá D.C.

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

1. Revisar y documentar metodologías, métodos y modelos para el estudio del riesgo sísmico en líneas vitales y sus componentes.

2. Diseñar un sistema de información geográfica para implementar el método propuesto de evaluación de riesgo sísmico en líneas vitales.

3. Involucrar escenarios de amenaza sísmica para la evaluación del riesgo por terremoto en líneas vitales en la ciudad de Bogotá.

4. Realizar análisis de vulnerabilidad, escenarios de daño y pérdidas y análisis de confiabilidad, para la evaluación del riesgo por terremoto en líneas vitales en la ciudad de Bogotá

5. Analizar y evaluar el riesgo generado por la convolución de la amenaza sísmica y la vulnerabilidad física social y económica de las líneas vitales en la ciudad de Bogotá

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3 ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN

Las líneas vitales de interés para el estudio se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 1. Líneas v itales de interés para la investigación

Clasificación Sistema Tema Representación Red de transporte Red Vial Viaductos Vías Férreas

Línea

Puentes Terminales/Estaciones Puertos

Movil idad

Aeropuertos

Punto/Polígono

Red de acueducto Línea presurizada Línea de gravedad Línea lateral

Línea

Válvulas de sistema Estructuras de red Estructuras de control Hidrantes Accesorios Cajil la medidor

Punto/Polígono

Red de alcantarillado Línea de gravedad Línea Estructuras de red Pozos

Punto/Polígono

Red de telecomunicaciones Cables colgantes Cables enterrados

Línea

Postes Puntos Red de gas Red de gas Líneas Válvulas Estructuras de red Estructuras de control

Puntos

Red eléctrica Cables colgantes Líneas

Servicios

Postes Postes

En el marco conceptual se evidencia la necesidad de definir claramente el alcance en un estudio de gestión de riesgo. Un proceso integral y completo involucraría una cantidad abrumadora de posibles variables o tópicos a investigar o tener en cuenta.

A continuación se mostrará una lista jerárquica que pretende resumir todos los temas claves en un proceso de gestión de riesgo, y a partir de ella indicar en cada tópico si este se realizará o tendrá en cuenta en la presente investigación de acuerdo con los objetivos de la misma. Si el tópico es de interés (columna “¿?” de la siguiente tabla), se harán las respectivas notas o comentarios cuando existan condiciones o aclaraciones (columna “¡!” de la siguiente tabla).

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Notas aplicables a la siguiente tabla:

1. Depende de la información, de los métodos

2. El estudio y los escenarios de amenaza no se realizarán para la tesis, se conseguirán dentro del proceso de gestión de la información para la tesis.

3. Los efectos del análisis de consecuencias dependen de la información disponible, de los métodos utilizados, y de cada categoría y tipología específica que se esté analizando en las líneas vitales

4. Los costos de reparación y/o de reemplazo dependen de la disponibilidad de la información y de cada categoría y tipología específica que se esté analizando en las líneas vitales. También depende del método seleccionado para estudiar el riesgo sísmico

5. No contamos con la responsabilidad, ni con la credibilidad. No tememos acceso a los niveles administrativos y decisorios en el nivel distrital. Lo que se pueda hacer a través de la DPAE y sus representantes

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Tabla 2. Lista de chequeo. Alcance de un proceso de gestión del riesgo

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Una descripción general de los alcances de la investigación se presenta a continuación.

Como primer gran resultado se espera la definición de un marco metodológico que facilite el correcto desarrollo de la investigación, involucrando aspectos como el inventario y la caracterización de las líneas vitales, escenarios de amenaza sísmica, la investigación de métodos y modelos para el análisis y evaluación del riesgo, el diseño e implementación de un sistema de información para la generación de escenarios de daños, y finalmente la evaluación de los resultados y propuestas de mejoramiento en términos del sistema y los modelos con el propósito de brindar elementos para futuras estrategias de gestión.

Un marco conceptual que facilite la comprensión de los términos y conceptos involucrados en los modelos, métodos, metodologías, en el proceso de análisis y evaluación del riesgo, así como también en el proceso de diseño, implementación e implantación del sistema para el calculo de los escenarios.

La definición clara del estado del arte, que contenga los detalles técnicos de los métodos y modelos de amenaza sísmica, de vulnerabilidad física para cada componente y tipología, de la evaluación de consecuencias, de la valoración global del riesgo sísmico, así como también de los aspectos relacionados con el sistema. Esta definición del estado del arte es el producto de una revisión bibliográfica detallada, con especial interés en aquellos métodos y modelos seleccionados a implementar en el sistema.

Identificación de los elementos y tipologías en las líneas vitales, y su importancia relativa en términos de su vulnerabilidad física ante un terremoto. Realización del inventario y la caracterización de la información (localización, tipología, importancia, atributos) de las líneas vitales y sus componentes. La identificación y recolección de información disponible, y la gestión de información adicional requerida en las entidades locales correspondientes.

Con el propósito de generar escenarios hipotéticos y/o probables de riesgo sísmico físico, en el desarrollo el proyecto se debe buscar la utilización de escenarios de amenaza sísmica, los cuales estén soportados en estudios actualizados sobre el tema. Lo mismo sucede con la información de zonificación geotécnica, que debe provenir de las fuentes actualizadas, lo cual garantizará la confiabilidad de los resultados de la evaluación del riesgo. La fuente de referencia principal en estos dos elementos es la DPAE.

Los escenarios de riesgo, deben proveer medidas de daño adecuadas para cada componente en las líneas vitales, en función de las investigaciones de vulnerabilidad física seleccionadas. Debe existir la facilidad de adaptación de investigaciones de vulnerabilidad realizadas en condiciones y con datos históricos

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de otros lugares del mundo, con el propósito de optimizar su uso en las condiciones locales.

Debe existir flexibilidad en el momento de generar los escenarios de riesgo sísmico. Esta flexibilidad se refiere a la facilidad de registrar, cambiar, modificar, actualizar y adaptar todas y cada una de las variables involucradas en el proceso: elementos expuestos, la amenaza sísmica, las funciones de fragilidad, los costos, etc., según las necesidades de evaluación por parte de los especialistas.

Dentro del planteamiento de la propuesta metodológica, se debe tener en cuenta la ineludible necesidad de diseñar e implementar una base de datos geográfica, un sistema de información geográfica, con posibilidades para el registro, la captura, el modelamiento y la presentación de los resultados del riesgo en cada uno de los escenarios de daño y pérdidas modelados. El sistema debe ser amigable, confiable, eficiente, e inter-operable, que garantice la publicación y difusión de la información a partir del uso de estándares y metodologías geomáticas apropiadas y de actualidad.

La metodología propuesta, y el sistema de información implementado, deberán utilizarse para el análisis y la evaluación del riesgo sísmico en las líneas vitales de la ciudad de Bogotá D.C, a partir del cargue de la base de datos geográfica, preferiblemente con los datos mas actualizados y la generación de escenarios de riesgo que permitan concluir sobre la exposición física de las redes de la ciudad, las estrategias de disminución del riesgo y los beneficios del sistema.

La propuesta de investigación no incluye:

� Descripción de sinergias dentro del sistema e interacción con otros sistemas de acuerdo a hechos pasados, entrevistas y datos.

� Uso de modelos de redes espaciales (hidráulicos, de transporte) dentro y entre sistemas para valorar/describir pérdidas indirectas

� Uso de pérdidas directas e interacciones con modelos de restauración apropiados para valorar la duración de la recuperación

� Preparación de un plan de gestión de riesgo y propuestas de planes de acción para mitigación de desastres por terremoto.

� Análisis de efectos colaterales como deslizamientos, fallas de represas o jarillones que desencadenen posibles inundaciones y la ocurrencia de incendios por fallas en las redes de suministro de gas domiciliario o en el sector industrial. Los cuales dependiendo de la magnitud del evento pueden llegar a generar daños importantes.

� La evaluación de riesgo en redes de residuos sólidos.

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4 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

En las últimas décadas, el riesgo por terremoto en las ciudades se ha incrementado principalmente debido a un alto crecimiento en la urbanización, falencias en los usos del suelo y en la construcción, infraestructura y servicios inadecuados, y degradación ambiental. Así para centros urbanos con probable exposición a terremotos considerables, es imperativo que ciertos procedimientos de emergencia y preparación se fragüen antes y en el evento de un terremoto, lo cual requiere de la cuantificación de los efectos físicos y sociales de este. Los principales elementos de esta cuantificación son las pérdidas en construcciones e infraestructura, los cuales están directamente relacionados a los accidentes, planes de respuesta a emergencias, primeros auxilios y necesidades de albergues de emergencia. La estimación racional de pérdidas por terremoto en construcciones e infraestructura, proveen los elementos necesarios para los planes de contingencia y la priorización de las mejoras en los elementos físicos urbanos (Khater et al., 2003)

La DPAE lleva varios años trabajando en el tema de riesgo sísmico para la ciudad, especialmente con los proyectos de JICA en el 2002, UNIANDES en el 2005 y escenario de daños en el 2009, sin embargo desde el punto de vista personal, estos estudios han estado limitados a la consultoría y no se han enfocado en la investigación. Los métodos han estado prediseñados y no ha existido oportunidad para la revisión de parámetros, para la comparación de diferentes escenarios, para la selección de los modelos.

Los anteriores aspectos llevan a la necesidad de adelantar una serie de investigaciones y actividades tendientes a mejorar los estudios de riesgo sísmico en líneas vitales de la ciudad. Las deficiencias son visibles en requerimientos y necesidades de información, definición de metodologías y modelos, uso y aplicación de tecnologías, y priorización de requerimientos. Existe la necesidad de definir una base teórica de conocimientos que permita la actualización y el fortalecimiento de la capacidad técnica en esta área.

Este trabajo de investigación pretende cubrir las deficiencias de estudios anteriores y busca profundizar en temas no analizados, ni estudiados, relacionados con el riesgo sísmico en líneas vitales.

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5 MARCO DE REFERENCIA

5.1 MARCO LEGAL E INSTITUCIONAL

El Fondo de Prevención y Atención de Emergencias – FOPAE, es un Establecimiento Público del orden Distrital adscrito a la Secretaría de Gobierno, creado por el Acuerdo del Concejo Distrital No. 11 de 1987 y reorganizado con arreglo al Decreto Distrito 652 de 1990, el cual tiene por finalidad financiar y apoyar administrativamente las actividades que corresponden a la Dirección de Prevención y Atención de Emergencias – DPAE.

El Decreto Distrital No. 332 de 2004, que organiza el régimen y el sistema para la prevención y atención de emergencias en Bogotá Distrito Capital, delega a la ”Dirección de Prevención y Atención de Emergencias” – DPAE, como coordinadora técnica y operativa del “Sistema Distrital para la Prevención y Atención de Emergencias” - SDPAE, y lo enmarca dentro del “Sistema Nacional para la Prevención y Atención de Desastres” - SNPAD (Decreto Extraordinario Número 919 de 1989).

Fuente: http://www.sire.gov.co/

Figura 1. Sistema Distrital de Prevención y Atención de Emergencias – SDPAE

Como parte del SDPAE, Bogotá cuenta con el Comité Distrital para la Prevención y Atención de Emergencias, los Comités Interinstitucionales Técnico, Operativo y Educativo y los Comités Locales de Emergencias.

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Tras un proceso de concertación con las entidades del SDPAE, dos años más tarde, en Octubre de 2006, el Plan Distrital de Prevención y Atención de Emergencias – PDPAE, es adoptado mediante el Decreto 423 de 2006.

El “Plan Distrital para la Prevención y Atención de Emergencias para Bogotá D.C.” - PDPAE, adoptado bajo el Decreto Distrital No. 423 de 2006, fue creado con el fin de establecer políticas, objetivos generales, áreas o sectores estratégicos y programas para orientar las acciones de las entidades públicas y de los particulares en la gestión del riesgo público en el Distrito Capital, en armonía con el Plan de Ordenamiento Territorial y el Plan de Gestión Ambiental.

El 10 de Octubre de 2007, la DPAE emitió la Resolución No. 138, por medio de la cual se adoptó el documento técnico soporte del PDPAE, para orientar y precisar la aplicación del Decreto 423 de 2006. En esta resolución se especifican los objetivos, actores, proyectos, componentes y actividades de los programas de “Áreas Rurales y Naturales”, “Zonas de Ladera”, “Zonas Aluviales”, “Ciudad Consolidada”, “Sector de la Construcción”, “Industria”, “Redes”, y “Aglomeraciones de Público”

En la Figura 2, se muestra en resumen el marco legal e institucional, los estudios y proyectos correspondientes, relacionados con la investigación.

Figura 2. Marco legal, institucional y antecedentes

A continuación se resumen las principales leyes y regulaciones nacionales relacionadas con gestión de desastres.

Decreto Extraordinario Número 919 de 1989: SNPAD

Decreto Distrital 332-04: SDPA E (Coordinador DPA E) - Decreto 423-06: PDPA E - Resolución 138-07(DPA E): Documento de Soporte al PDPA E - - Escenario Sectorial de Redes … - Plan de Respuesta por Terremoto (Plan de Desarrollo 2004-2008) - - Apoyo a las operaciones de emergencia:

- Escenario de Daños - (JICA y DPA E, 2002) - (UNIA NDES y DPA E, 2005) - (DPAE, 2008-2009) -

Colombia Bogotá

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� Decreto 1547, 1984: Crea el fondo nacional para catástrofes como una cuenta especial de la nación

� Decreto 919, 1989. Crea el Sistema Nacional de Prevención y Atención de Emergencias.

� Ley 99, 1993: Crea el Ministerio del Medio Ambiente

� Decreto 969, 1995: Define la participación científica y técnica del IDEAM dentro del Sistema Nacional de Prevención y Atención de Emergencias.

� Decreto 322, 1996: Crea el Sistema Nacional de Bomberos

� Ley 388, 1997: Especifica usos del suelo con base en tres principios: social, ecológico, mayor importancia del interés público sobre el privado.

� Ley 400, 1988: Normas de diseño y construcción y materiales (diseño sismo resistente)

5.2 ANTECEDENTES

Los antecedentes del proyecto de investigación se pueden relacionar con los eventos históricos de daños por terremotos, y con los proyectos técnicos e investigaciones adelantadas sobre el tema

5.2.1 Eventos históricos

Afortunadamente para nuestra ciudad y sus pobladores, la historia de daños y pérdidas por fallas en las redes de servicio público, debidos a terremotos no ha sido evidente. Los principales eventos reportados están relacionados con vulnerabilidad funcional de las redes.

De acuerdo con (INGEOMINAS et al., 1997), desde 1600, el área de estudio ha experimentado siete terremotos superiores a la intensidad VII (MSK6), como se muestra en la siguiente tabla.

Tabla 3. Lista de los mayores terremotos que afectan el área de estudio

Año Mes Día Lat Lon Intensidad

Máxima (MSK) Intensidad en Bogotá (MSK) Epicentro

1616 2 -- 5 74 VII Cajicá 1644 1 16 7.4 72.7 IX VI Pamplona 1644 3 16 4.5 74 IX Chipaque 1646 4 3 5.7 73 VIII Sogamoso

6 MSK - Medvedev-Spoonheuer-Karnik

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Año Mes Día Lat Lon Intensidad

Máxima (MSK) Intensidad en Bogotá (MSK)

Epicentro

1743 10 18 4.4 73.9 VIII VII Páramo de Chingaza

1785 7 12 4.7 73.8 IX VIII Páramo de Chingaza

1826 6 17 4.8 73.9 VIII VII Sopo 1827 11 16 1.9 75.9 X VIII Timaná

1917 8 31 4.26 75.15 IX VIII Páramo de Sumapaz

1923 12 22 4.4 73.2 VIII VII Paratebueno 1924 1 7 4.7 73.5 VIII Gachalá 1928 11 1 5.5 71.5 VII El Milagro 1967 2 9 2.93 74 IX VII Los Cauchos 1967 7 29 6.84 74.09 VIII VI Chucurí

Fuente: Estudio de microzonificación sísmica de Bogotá. (INGEOMINAS et al., 1997)

A continuación se muestra un resumen del daño histórico por terremoto que ha sufrido la ciudad de Bogotá.

Tabla 4. Resumen de daños causados por terremotos en Bogotá

Indicador Valor Número de Eventos 29

Muertes 25 Heridos 102

Daño en Humanos

Evacuados 900 Vías 2 Servicios públicos 2 Líneas vitales 2 Construcciones 10 Campos agrícolas 1 Bosques 1

Daño en Propiedades

Animales domésticos 0 Fuente: Catálogo de desastres ambientales de Cundinamarca, Gobernación de Cundinamarca,

INGEOMINAS, 1997

En (JICA y DPAE, 2002 p. 4-44) reportan los siguientes datos de daño sobre el terremoto de Quindío en 1999:

� En Armenia, el valor registrado de PGA fue 589 gales, y casi ningún servicio estuvo disponible después de dos días del evento principal

� En Pereira, el valor registrado de PGA fue 291 gales, y casi todos los servicios estuvieron disponibles después de dos días del evento principal

En el ámbito internacional terremotos como el de Loma Prieta (1989) y Northridge (1994) en California, el de Kobe Japón (1995) reportaron datos muy importantes de daños en líneas vitales y sus instalaciones, los cuales representaron miles de

46

millones de dólares en pérdidas y fueron fundamentales en los tiempos de recuperación y restauración de los territorios.

Más adelante en el título de procesos detallados y resultados, subtítulo de vulnerabilidad, en el tema de análisis paramétrico de vulnerabilidad física en líneas vitales se encuentran tabulados los eventos históricos de daño en líneas vitales.

5.2.2 Proyectos distritales relacionados

En el proceso de aprendizaje de la gestión del riesgo en Bogotá, se destacan los siguientes logros desde el año 1987:

� El “Sistema Unificado para Manejo de Emergencias” (1996)

� Los “Protocolos Distritales para la Respuesta a Emergencias” (2003-2004): Búsqueda y rescate en estructuras colapsadas, en espacios confinados, accidente aéreo urbano, materiales peligrosos, rescate vehicular

� La “Guía para la Elaboración de Planes Institucionales de Respuesta a Emergencias por Terremoto”

� Plan de respuesta a emergencias por terremoto en Bogotá D.C (2002)

� Algunos simulacros de respuesta por colapso estructural y atentado terrorista, el primero en el año 2003.

El “Plan de Desarrollo 2004-2008 Bogotá Sin Indiferencia”, incluyó el programa “Bogotá Menos Vulnerable Ante Eventos Críticos”, y uno de sus elementos fue la implementación del “Plan Distrital de Respuesta a Una Emergencia por Terremoto”, cuyo objetivo general fue: “Desarrollar las bases para el fortalecimiento de la capacidad de respuesta del Sistema Distrital de Prevención y Atención de Emergencias - SDPAE y la interrelación con el Sistema Nacional de Prevención y Atención de Desastres - SNPAD, ante un sismo de gran magnitud que afecte la región de Bogotá – Cundinamarca”

El Plan de Respuesta por Terremoto planteó la necesidad de abordar cuatro componentes:

� Fortalecimiento de las operaciones de emergencia: Sistema organizacional; sistema logístico; comunicaciones; capacitación grupos operativos.

� Apoyo a las operaciones de emergencia: escenario de daños; sistema de información; normatividad; gestión Interinstitucional

� Desarrollo de la capacidad ciudadana: Información pública y conciencia ciudadana

47

� Recuperación, rehabilitación y desarrollo sostenible.

La presente investigación se enmarca dentro del componente “Apoyo a las Operaciones de Emergencia”, en “Escenario de Daños”

Por otra parte el Sector de Redes definido dentro del PDPAE. El PDPAE (Decreto Distrital No. 423 de 2006) en su Capítulo III – Escenarios de Gestión de Riesgo, Artículo 7 – Escenarios de la gestión del riesgo, define al Sector de Redes como aquel que “…involucra los actores, organizaciones y procesos relacionados con la gestión del riesgo público asociado a los sistemas urbanos encargados del flujo de suministros y residuos en procesos tales como generación, captación, distribución y almacenamiento en la ciudad …”, principalmente en redes de servicios públicos de acueducto, alcantarillado, gas, eléctrica, de comunicaciones, vial y de transporte, de recolección y de disposición de residuos y redes de distribución de hidrocarburos.

El proyecto está dirigido a investigar en el tema de “Escenario de Daños” ante un sismo, para el “Escenario Sectorial de Redes”

5.2.3 Estudios previos

La problemática planteada, ha llevado a que se adelanten desde hace varios años diversas actividades en torno a la evaluación y gestión del riesgo sísmico en general (no solo de líneas vitales) del área urbana de la ciudad.

Se han realizado estudios que han involucrado temas relacionados como el Estudio de Microzonificación Sísmica de Bogotá (INGEOMINAS et al., 1997), a través de un convenio inter-administrativo entre la Unidad para la Prevención y Atención de Emergencias - UPES (actual DPAE), el Instituto Colombiano de Geología y Minería - INGEOMINAS y la Universidad de los Andes - UNIANDES; posteriormente, la Agencia de Cooperación Internacional del Japón - JICA realizó el Estudio para la Prevención de Desastres en el Área Metropolitana de Bogotá, (JICA y DPAE, 2002); también durante el año 2005 por medio de un convenio inter-administrativo entre la DPAE y UNIANDES, se elaboró el Estudio de Escenarios de Riesgo y Pérdida por Terremoto para Bogotá, (UNIANDES y DPAE, 2005); y finalmente como parte del plan 2008-2009 de acciones de continuidad de la DPAE, se está desarrollando el estudio de Actualización y Sistematización de los Escenarios de Daño por Terremoto para Bogotá, (DPAE, 2008-2009).

El Estudio de Microzonificación Sísmica de Santa Fe de Bogotá, (INGEOMINAS et al., 1997)7, es producto de una amplia investigación interinstitucional y fue

7 Este estudio ya se encuentra actualizado en su versión 2010, sin embargo el presente trabajo se basó en estudio disponible y vigente para la fecha (2008, 2009, 2010) en que se realizaron los procesos.

48

realizado con información primaria, utilizando como base cartográfica la disponible en el año de 1997, por lo que se limitó a hacer sus análisis en los barrios y perímetro urbano establecido para esa época, situación que ha cambiado dado el incremento de la población y por tanto de las construcciones, de igual forma ha cambiado el uso de la tierra en algunos sectores desde la aprobación del Plan de Ordenamiento Territorial, POT, en el año 2000. Además, el objeto principal de este estudio era el establecimiento de una norma sísmica especial para las diferentes tipologías de suelos de la ciudad; las cuales mediante el Decreto 074 de 2001 y el Decreto 193 de 2006, se adoptan las zonas establecidas en este estudio y se reglamentan los espectros sísmicos de diseño para cada una de las zonas. Como actividad final de este estudio se establecieron escenarios de daños para la ciudad, con las limitaciones de información reportadas en su informe.

El Estudio para la Prevención de Desastres en el Área Metropolitana de Bogotá en la República de Colombia, (JICA y DPAE, 2002), se realizó basado en información secundaria y utilizó en gran parte los resultados de (INGEOMINAS et al., 1997) y su objetivo principal era la formulación del plan de prevención de desastres para la zona de estudio. Este documento recolecta buena información en lo referente a inventario de viviendas, edificaciones, vías y servicios públicos, pero en las funciones de daños utilizadas y la estimación de los escenarios de daños, tienen incertidumbres en la forma como fueron calculados, razón esta por la que no se consideran como definitivos estos escenarios.

El Estudio de Escenarios de Riesgo y Pérdida por Terremoto para Bogotá, (UNIANDES y DPAE, 2005) se realizó basado en información secundaria e información de los estudios anteriores (INGEOMINAS et al., 1997) y (UNIANDES y DPAE, 2005), su objetivo principal era la definición de escenarios de daño por terremoto para Bogota. El estudio recolecta buena información en lo referente a inventario de viviendas, edificaciones, vías, servicios públicos, infraestructuras y edificaciones indispensables, pero en los valores de amenaza, interpretación de la información catastral y la estimación de los escenarios de daños, presenta limitaciones importantes de acuerdo con lo reportado en su informe, sin embargo es importante mencionar que este estudio ha sido empleado en los trabajos del Plan de Respuesta por Terremoto de la ciudad a cargo del Sistema Distrital para la Prevención y Atención de Emergencias de Bogotá, SDPAE, coordinado por la DPAE.

En general, cada uno de los estudios relacionados anteriormente presenta un panorama del riesgo sísmico, los cuales han servido para promover los planes de prevención y atención de emergencias en la ciudad. Con base en ellos se esta trabajando en la actualidad en el Plan de Respuesta por Terremoto - PRT, con las entidades del Sistema Distrital de Prevención y Atención de Emergencias - SDPAE, el cual pretende fortalecer a las entidades del sistema en los temas de prevención y atención en el caso de ocurrir un terremoto.

49

Desde el 2008, la DPAE se encuentra adelantando el estudio de Actualización y Sistematización del Escenario de Daños por Terremoto para Bogotá, (DPAE, 2008-2009), la investigación en sus primeros ocho (8) meses logró definir la mayor parte del tema metodológico; desde el mes de marzo de 2009 se encuentra en fase de desarrollo e implementación.

En la Figura 2. Marco legal, institucional y antecedentes de la página 43, se muestra el resumen de los antecedentes (estudios y proyectos), y la relación de estos con el marco legal de la investigación.

5.3 MARCO CONTEXTUAL

La investigación se enmarca en el área urbana de la ciudad de Bogotá, sin embargo puede aplicarse en el contexto de área metropolitana, e inclusive en sectores más lejanos si se tiene en cuenta la configuración del sistema de líneas vitales, principalmente en sus estructuras de captación, almacenamiento, y redes troncales de distribución. Esto implica el análisis de todos los elementos físicos que componen la infraestructura de las redes, tanto al interior del perímetro urbano, como en elementos de conducción, estaciones, plantas, tanques y otros que están fuera del perímetro urbano y que hacen parte integral y fundamental de las redes y que en caso de terremoto son esenciales para el funcionamiento de la ciudad.

Para la aplicación de los métodos en áreas no urbanas de la ciudad de Bogotá, existe la limitación por falta de información de amenaza sísmica que está restringida a zonas urbanas.

50

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,000

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,000

0 5 10 15 20 km

´

SISTEMA DE COORDENADASBogotá, Ciudad de Bogotá

Proyección: Mercator TransversaFalso este: 92334.879

Falso norte: 109320.965Meridiano central: -74.15Factor de escala: 1.0004

Lati tud de ori gen: 4.683333Unidades: Metros

Dátum: Bogotá

L O C A L I D A D E S

1 - Usaquén2 - Chapinero3 - Santa Fé4 - San Cristóbal5 - Usme6 - Tunjuelito7 - Bosa8 - Kennedy9 - Fontibón10 - Engativá

11 - Suba12 - Bar rios Unidos13 - Teusaquillo14 - Los Mártires15 - Antonio Nariño16 - Puente Aranda17 - Candelaria18 - Rafael Uribe Uribe19 - Ciudad Bolívar20 - Sumapaz

CUNDINAMARCA

BOGOTA, D.C.

Figura 3. Área de estudio

5.4 MARCO CONCEPTUAL

Existen muchas conceptualizaciones relacionadas con el riesgo, la vulnerabilidad y la amenaza, determinadas por el interés particular y la formación profesional de quienes las han formulado. Muchas de ellas contradictorias entre si, sin embargo es de nuestro interés adoptar una base conceptual para el desarrollo de la investigación.

En este aparte serán definidos los conceptos a ser empleados en el presente trabajo de investigación. Se definirán los conceptos más importantes relacionados con líneas vitales, riesgo, amenaza y vulnerabilidad.

51

En 1979 el UNDRO (Organismo de las Naciones Unidas encargado de la atención de desastres) en conjunto con la UNESCO promovió una reunión de expertos “Desastres Naturales y Análisis de Vulnerabilidad” con el fin de proponer una unión de definiciones, ya que la diferencia entre riesgo, amenaza y vulnerabilidad no era muy clara, el reporte de dicha reunión mostró la primera definición de vulnerabilidad y a la vez su relación con la definición de riesgo y amenaza (UNDRO, 1980).

Posteriormente la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica, ISSMGE, por sus iniciales en inglés, en su Comité Técnico sobre Evaluación y Administración de Riesgo (TC32) desarrolló un glosario de términos para evaluación de riesgo basado en (IUGS, 1997 p 3-12), (ICOLD, 2003) y en estándares nacionales como “British Standard BS 8444”, “Australia-New Zealand Standard AS/NZS 4360”, y “Canadian Standard CAN/CSA – Q 634-91”.

Por otra parte autores como (Hungr et al., 2005), (Nadim et al., 2005) y (Cruden y Fell, 1997) permiten profundizar en el marco conceptual relacionado con la amenaza, la vulnerabilidad, y el riesgo.

En el “Anexo No 1. Marco Conceptual” se realiza un análisis conceptual que incluye los siguientes temas:

� Riesgo

• Riesgo público

• Riesgo sísmico

� Amenaza

• Amenaza sísmica

� Análisis de amenaza sísmica

� Amenaza sísmica en líneas vitales

� Exposición: Elementos en riesgo

• Líneas vitales

� Vulnerabilidad

• Vulnerabilidad sísmica

• Vulnerabilidad física o biofísica

52

• Vulnerabilidad social

• Fragilidad

� Proceso de gestión del riesgo

• Estudio del riesgo

• Análisis de riesgo

� Estimación del riesgo

� Análisis de consecuencias

� Integración del análisis de frecuencia y consecuencias

• Evaluación del riesgo

5.5 ESTADO DEL ARTE DE MÉTODOS DE ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE RIESGO

Los estudios de identificación, análisis y evaluación de riesgo (risk assessment) en líneas vitales pueden agruparse de acuerdo con (FEMA, 1994), en cinco categorías:

� Estudios generales para vulnerabilidad de componentes y sistemas: ATC-13 (ATC, 1985), ATC-25 (ATC, 1991), (RADIUS, 1999)

� Estudios de escenarios sin análisis de operabilidad: metodología HAZUS (NIBS, 1997, 1999 & 2002)

� Estudios de escenarios con análisis de operabilidad: (O'Rourke, 1989), para Acueductos.

� Estudios de priorización y mitigación: parcialmente HAZUS (NIBS, 1997, 1999 & 2002); (Clark et al., 1991 p. 206-215), para Gas; (Matsuda et al., 1991 p. 295-317), para la red eléctrica.

� Otros estudios que incluyen iteración de redes: (Hoshiya y Ohno, 1985 p. 181-189); (Nojima y Kameda, 1991 p. 629-638); (Scawthorn, 1992 p. 441-450); (Eidinger, 1993); (Shinozuka et al., 1993 p. 233-249) y (Shinozuka y Tanaka, 1996)

En el primer punto del capítulo 7 de procesos detallados y resultados, se documentaron los métodos más importantes de análisis y evaluación del riesgo. Allí se incluye información sobre:

53

� Amenaza sísmica

• Métodos para el cálculo de la amenaza sísmica

• Datos para soportar el modelamiento de amenaza sísmica

• Software para el cálculo de amenaza sísmica

� Estudios de riesgo en tuberías

• Estudios de riesgo basado en escenarios

� Técnica HAZOP

� Análisis de árbol de fallas

� Otras técnicas de valoración de riesgo probabilístico

• Estudios de riesgo basado en índices

� Muhlbauer

� Modelo de consecuencias (C-FER)

� Modelo “pipeview risk”

� Guías ALA para la valoración de rendimiento en líneas vitales

� Estudios de riesgo sísmico que involucran líneas vitales

• ATC-13 (ATC, 1985), y ATC-25 (ATC, 1991)

• (RADIUS, 1999)

• HAZUS (NIBS, 1997, 1999 & 2002)

• RISK-UE (Mouroux et al., 2004) y (Mouroux et al., 2006)

• (Oliveira et al., 2006)

• Comparación de los principales estudios de riesgo sísmico

54

6 METODOLOGÍA

Se plantea a un esquema metodológico general teniendo en cuenta que todos los elementos de la investigación giran en torno al análisis, diseño e implementación de un Sistema de Información Geográfica, como herramienta ideal que facilitará el análisis del sistema urbano de líneas vitales. Es gracias al sistema de información que los elementos típicos metodológicos de análisis y evaluación de riesgo sísmico en líneas vitales, por ejemplo los descritos con anterioridad propuestos por (Oliveira et al., 2006 p. 186), encuentran la mejor manera de implementarse, y será en torno al las bondades y posibilidades del sistema de información que la investigación podrá plantear los escenarios y obtener resultados.

En la siguiente gráfica se esquematiza como la implementación del SIG (principalmente la estructuración de la base de datos geográfica y el desarrollo y aplicación del software para el análisis y evaluación del riesgo sísmico), es el soporte para los demás elementos que componen la metodología estructurada en dos grandes fases: información insumo (inventario, tipologías, amenaza sísmica, vulnerabilidad) e información resultante (escenario de daño y pérdidas, análisis de confiabilidad del sistema y escenarios de riesgo)

Figura 4. Esquema metodológico general

55

Cada uno de los componentes de la metodología se resumen en la siguiente tabla, indicando en cada uno la razón/justificación del porque se requiere y la forma en que se deberá implementar.

Tabla 5. Esquema metodológico general

Id Item / Sub-item Razón/Justif icación Forma

1 Implementación del SIG

La mejor f orma de modelar el sistema urbano de líneas vitales es con SIG

� Metodología RUP � Base de datos geográf ica � Software para el estudio del

riesgo

2 Inventario

El inv entario de líneas vitales soluciona el tema de los “elementos expuestos” componente estructural del riesgo

� Bases de datos existentes � Cargue de la base de datos

geográf ica

3 Tipologías

La v ulnerabilidad de las líneas vitales está caracterizada por la tipología de las mismas. El análisis de v ulnerabilidad se debe hacer específico a cada una de las tipologías def inidas

� Clasif icación en categorías, estas en tipologías

� Características estructurales comunes

� Similitudes en la vulnerabilidad física

� Similitudes en el comportamiento ante el terremoto

4

Amenaza sísmica: � Identif icación � Probabilidad � Zonif icación � Parámetros

Componente f undamental en el riesgo: “amenaza”

� Microzonif icación � Escenarios de amenaza

5

Vulnerabilidad: � Curv as de

fragilidad � - Análisis de

v ulnerabilidad: Daños

Componente f undamental en el riesgo: “amenaza”. Permiten estimar daños en función de la amenaza

� Módulo de curv as de v ulnerabilidad en f unción de las tipologías

� Implementación de métodos para el análisis y evaluación de la v ulnerabilidad en f unción de las tipologías

6

Escenarios de Daño y pérdidas (materiales – impacto directo)

La etapa final del análisis de riesgo es su estimación, y este incluy e un análisis de las consecuencias que en este caso se restringe a las pérdidas materiales directas con su impacto económico.

� Zonif icación del daño y las pérdidas utilizando el SIG y técnicas de integración y análisis de datos espaciales

� Sólo las pérdidas materiales y su impacto económico directo

� A partir de costos unitarios para cada tipología

7

Análisis de confiabilidad del sistema (sistema dañado)

Es necesario conocer la capacidad de f uncionamiento del sistema después de un ev ento representado por un escenario de daño. Es necesario analizar los tiempos de restauración del sistema

Curv a de índice de servicio (% daño del sistema vs. tasa de roturas) Funciones de restauración disponibles para dif erentes tipologías (% daño del sistema vs. tiempo de restauración)

8 Escenarios de Riesgo

Con los escenarios de daño realizar una ev aluación global de las consecuencias físicas, económicas y sociales

� La v aloración del riesgo se hará a partir de indicadores relativos

� No se realizarán ev aluaciones usando el concepto de “riesgo tolerable” o umbrales de riesgo

56

El desarrollo metodológico detallado por etapas se plantea a continuación.

6.1 ANÁLISIS, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SIG

En este apartado se describe la metodología utilizada para la implementación del SIG, además de los conceptos, temas y procedimientos específicos relacionados con arquitectura, software, hardware, modelo de datos, y base de datos. Se propone el siguiente nombre para el SIG que se implementará para el estudio del riesgo sísmico en líneas vitales: “RSLV – RIESGO SÍSMICO LÍNEAS VITALES”

Se plantea la utilización del Proceso Unificado de Racional (RUP por sus siglas en inglés), adaptándolo a las necesidades y características de la investigación. RUP es una combinación de varias metodologías de diversos autores quienes crearon Rational Software Corporation a mediados de los años 90. RUP define cuatro fases del ciclo de vida para la elaboración del sistema de información: inception (concepción), elaboration (elaboración), construction (construcción) y transition (transición), y una serie de actividades que están presentes en cada una de ellas.

La arquitectura del sistema se basa principalmente en el uso de la tecnología de la familia de productos de la empresa ESRI: ArcGis Desktop, ArcGis Engine, ArcObjects, Geodatabse, ModelBuilder. El lenguaje de desarrollo será Java, lo que implica que la aplicación final podrá ejecutarse en casi todos los sistemas operativos disponibles. El diseño lógico de la base de datos se hará en UML utilizando la herramienta CASE Visio de Microsoft. Los datos insumo y resultantes se almacenarán en una File Geodatabase.

La siguiente figura presenta la propuesta del esquema general del SIG RSLV para el estudio del riesgo sísmico en líneas vitales.

57

Fuente: Adaptado para la tesis de (Rodríguez-Avellaneda, 2009a)

Figura 5. Esquema general del software para el estudio del riesgo sísmico en líneas vitales

Todos estos temas así como los procedimientos detallados de la aplicación de la metodología, del diseño del modelo y de la implementación de la base de datos se encuentran en el “Anexo No 3. Metodología: Análisis, diseño e implementación del SIG”

58

6.2 INVENTARIO

El primer intento para realizar inventario de redes se presentó en (ATC, 1985); el esfuerzo continuó en (ATC, 1991). (Jones y Chang, 1993) propuso métodos indirectos para estimación a grandes escalas. Un inventario para puentes fue propuesto por (Werner et al., 2000), después de (Jernigan et al., 1996). La organización American Lifelines Alliance (ALA, 2002) propuso un sistema para inventario de redes de acueducto, lo mismo hace (NIBS, 1999)

Para la presente investigación la realización del inventario estará ligada a la información suministrada por las entidades responsables de las líneas vitales en la ciudad. Para la tesis el inventario se basará en la recolección de la información geográfica digital (formato Shapefile o Geodatabase) de los diferentes niveles de información (capas) que representan todo el conjunto de líneas vitales. Esta información se estructurará en la base de datos del sistema, de acuerdo con el diseño del modelo de datos que se realice. Se requiere que esta información cuente con sus atributos principales más importantes como material, diámetro, capacidad y especialmente el tipo.

Existen diferentes niveles de información y para el caso de Bogotá, cada uno de ellos es administrado por una entidad diferente. En la siguiente tabla se resume el tipo de información geográfica requerida y la fuente que la produce. Se debe gestionar la adquisición de la información en cada una de las entidades mencionadas.

Tabla 6. Tipos de información geográfica y entidades responsables

Ítem Tipo de Dato Capas Organización/Fuente PGA (T=50,100, … 1000 años) PGV (T=50, 100, … 1000 años) PGD (T=50, 100, …, 1000 años)

Amenaza sísmica

Sa (T=50, 100, …, 1000 años)

BINARIA (Ingeniero Mauricio Gallego). Ingeniero Julián Tristancho. Terremoto

Zonas de respuesta sísmica Microzonificación sísmica DPAE

Procesos morfodinámicos Área de suelos blandos Área con potencial de licuación

Geotecnia Amenaza sísmica de contexto

Área con procesos de remoción en masa

DPAE

Equipamiento Salud IPS privadas con servicio de urgencias

Otras instalaciones indispensables

Salud

IPS públicas con servicios

Secretaría de Salud Distrital

59

Ítem Tipo de Dato Capas Organización/Fuente de urgencias Redes hospitalarias Red Vial Puentes vehiculares

Red de transporte terrestre

Puentes peatonales IDU

Línea presurizada Línea de gravedad Línea lateral Válvula de sistema Estructura de red Estructura de control Hidrante Accesorio

Red de acueducto

Cajil la medidor Línea de gravedad Estructura de red

Red de alcantarillado pluvial y sanitario

Pozo

Acueducto de Bogotá

Cables colgantes Cables enterrados

Red de telecomunicaciones

Postes ETB

Red de Gas Válvulas Estructuras de red

Red de gas

Estructuras de control

Gas Natural

Cables colgantes

Líneas Vitales

Red eléctrica Postes

Codensa

Para el caso de información socioeconómica, en la siguiente tabla se resume el tipo de información y su fuente; sin embargo la gestión de estos datos es mas fácil porque muchos de estos indicadores se encuentran publicados en páginas Web como se muestra al final de la tabla.

Tabla 7. Tipos de información socioeconómica, entidades responsables y fuentes

Ítem Tipo de Dato Indicador Organización/Fuente Población

Demografía Densidad de población por área construida Área construida Área industrial Construcción Área institucional Área en barrios marginales Tasa de mortalidad Tasa de delincuencia

Indicadores sociales y económicos

Fragilidad Social

Índice de disparidad social

Catastro Distrital. Secretaría de Planeación Distrital. Dane. Cámara de Comercio de Bogotá

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Ítem Tipo de Dato Indicador Organización/Fuente Hechos violentos en hogares Camas hospitalarias Secretaría Distrital de Salud

Espacio público Secretaría Distrital de Movil idad

Índice de calidad de vida

Secretaría de Planeación Distrital

Planes de emergencia

Resiliencia

Personas capacitadas en riesgos

DPAE

Fuentes de Información: � Encuesta calidad de vida Bogotá 2007 (DANE, SPD) � Observatorio social de Bogotá (Cámara de Comercio de Bogotá) � Tablero de indicadores de Bogotá (Cámara de Comercio de Bogotá) � Observatorio del espacio público de Bogotá (Cámara de Comercio de Bogotá) � Perfil social de Bogotá (Cámara de Comercio de Bogotá) � Observatorio de movilidad (Cámara de Comercio de Bogotá y UNIANDES) � Observatorio económico de Bogotá (Cámara de Comercio de Bogotá) � Perfil económico y empresarial localidades de Bogotá (Cámara de Comercio de Bogotá) � Censo general 2005 – perfil localidades (DANE) � Boletín estadístico. Bogotá en cifras. (Secretaría Distrital de Planeación) � Boletín informativo: Bogotá ciudad de estadísticas (Secretaría Distrital de Planeación)

• Conociendo las localidades de Bogotá • La ciudad verde cuenta y se cuenta • Cómo es la población bogotana • Actividad edificadora y lo dotacional • Características de la vivienda • Población y territorio • Vocación productiva •

URLs � http://www.sdp.gov.co/www/resources/ � http://200.69.105.197/cgibin/RpWebEngine.exe/PortalAction?&MODE=MAIN&BASE=PRYVIVH

OGPOB&MAIN=WebServerMain.inl

6.3 TIPOLOGÍAS

HAZUS (NIBS, 1997, 1999 & 2002), basado en propuestas previas de (ATC, 1985) y (ATC, 1991), definió una tipología práctica adecuada a Estados Unidos para los componentes de sistemas de aprovisionamiento (agua, alcantarillado, gas, telecomunicaciones y energía eléctrica) y para infraestructuras (vías, ferrocarril, puertos y aeropuertos). (ALA, 2001a) (ALA, 2001b) mostró una tipología mas detallada para sistemas de acueducto. Para tanques hay propuestas de (ATC, 1985), HAZUS, y (ALA, 2001a) (ALA, 2001b). Para puentes HAZUS provee 28

61

clases, mientras que el esquema de clasificación de (Basoz y Kiremidjian, 1998) propone 21 categorías.

En (JICA y DPAE, 2002) las vías se clasificaron en 4 tipos: vías de evacuación o escape, vías de transporte de emergencias, vías a ser urgentemente desarrolladas para emergencias, y otras vías.

Los puentes pueden ser clasificados en términos del nivel de diseño sísmico, geometría, tipo de estructura y continuidad de las luces.

A continuación un resumen de las diferentes tipologías que pueden existir para todas las líneas vitales.

Tabla 8. Tipologías de las líneas vitales

Sistema Capa Tipología general Tipología detallada

Distribución Línea presurizada

Transmisión

Material Diámetro Fecha de construcción

Túnel Bored/Dril led Cut & Cover

Línea de gravedad

Canal abierto Sección regular Sección irregular Flujo montañoso

Hidrante Línea lateral

Totalizadora Mariposa Cono Globo Compuerta

Válvula de sistema

Genérica Ventosa Control de flujo Alivio Reductora de presión Microcentral Cheque Purga Almenara

Estructura de control

Filtro

Diámetro Material

Red de acueducto

Estructura de Red Tanque Volumen (capacidad)

Enterrado, a nivel (anclado, no anclado), o elevado Material (concreto, acero, madera)

62

Sistema Capa Tipología general Tipología detallada

Estación de bombeo

Tamaño/capacidad (grandes, medianas, pequeña) Con o sin componentes anclados

Embalse No se analiza

Planta de tratamiento

Tamaño/capacidad (grandes, medianas, pequeña) Con o sin componentes anclados

Bocatoma Bocatoma

Presa

Tierra; rellena de roca; gravedad; contrafuerte; arco; multi-arco; concreto; mampostería; piedra; cuna de madera; miscelánea

Sifón Sifón Pozo Pozo Rebosadero Rebosadero Desarenador Desarenador Portal Portal Compuerta Compuerta Caja Caja Torre Torre Hidrante Genérico Genérico Codo Codo Tapón Tapón Cruz Cruz Unión Unión Tee Tee Reducción Reducción Yee Yee

Accesorio

Punto de acometida

Punto de acometida

Genérico Genérico Domiciliario Domiciliario

Cajil la medidor

Totalizador Totalizador

Tubo Material Diámetro

Túnel Bored/Dril led Cut & Cover

Canal Sección regular Sección irregular Flujo montañoso

Alivio Alivio Culvert Culvert Ovoide Ovoide Sifón Sifón Sifón invertido Sifón invertido Vallado Vallado Tubo sumidero Tubo sumidero Túnel herradura Túnel herradura

Red de alcantarillado

Línea de gravedad

Bóveda Bóveda

63

Sistema Capa Tipología general Tipología detallada Elipse Elipse Ovoide Ovoide Virtual Virtual Planta de tratamiento Estación elevadora

Tamaño/capacidad (grandes, medianas, pequeña) Con o sin componentes anclados

Alivio Alivio Cabezal de entrega Cabezal de entrega

Trincho Trincho Vertedero Vertedero

Estructura de red

Transición Transición Pozo de inspección

Pozo de inspección

Cámara de inspección

Cámara de inspección

Cámara sifón Cámara sifón Boca Boca Cámara túnel Cámara túnel

Pozo

Pozo inicial Pozo de inspección

Red de Gas Material Tipo de soldadura

Diámetro Fecha de construcción

Válvulas

Estructuras de red

Estructuras de control

Red de gas

Accesorios

Tipo Diámetro Material

Cables colgantes Cables colgantes Red eléctrica

Postes Postes Cables colgantes Cables enterrados

Red de telecomunicaciones

Postes Vehicular Principal Vehicular Secundaria

Pavimento rígido Pavimento flexible Número de carriles Tráfico

Vías

Ferrocarri l

Red de transporte terrestre

Puentes Vehiculares Geometría

Tipo de estructura Continuidad de las luces Material Número de luces Longitud Número de columnas Espesor de columnas

64

Sistema Capa Tipología general Tipología detallada Tráfico Fecha de construcción Ancho de sil la Tipo de apoyos

Peatonales Material Longitud Número de columnas

6.4 AMENAZA SÍSMICA

Los sismos se generan por la actividad de las fallas geológicas. De acuerdo con el Estudio General de Amenaza Sísmica de Colombia (AIS et al., 1996) existen 32 fallas activas que pueden afectar la zona de estudio. En la siguiente tabla se incluye el valor de la magnitud máxima probable que puede alcanzar un sismo por cada fuente activa, calculada suponiendo que todos los segmentos dentro de la falla son activados durante un evento simple, y esto implica un número superior en la estimación de la magnitud del terremoto.

Tabla 9. Fallas activas que pueden afectar la zona de estudio

No Nombre de Falla Magnitud Máxima

Probable No Nombre de Falla

Magnitud Máxima

Probable 1 Arco de Dabeiba 6.5 17 Garrapatas 6.5 2 Bahía Solado 7.5 18 Ibagué 6.5 3 Benioff-Intermedia 8.0 19 Junín-Sanbiambi 7.0 4 Benioff-Profunda 7.5 20 Murindó Atrato 7.5

5 Bocono 8.0 21 Normal Panamá Pacífico 7.0

6 Bolívar 6.0 22 OCA 7.4 7 Bucaramanga-Santa Marta Norte 6.5 23 Palestina 6.5 8 Bucaramanga-Santa Marta Sur 6.5 24 Perijá 6.5 9 Cauca 7.0 25 Puerto Rondón 6.5

10 Cimitarra 6.5 26 Romeral 7.6 11 Compresión Sur Caribe Este 6.0 27 Romeral-Norte 6.5 12 Compresión Sur Caribe Oeste 6.0 28 Salinas 6.5 13 Cuiza 7.0 29 Sinú 6.0 14 Espíritu-Santo 6.5 30 Suárez 6.5 15 Fallas del Magdalena 7.0 31 Subducción 8.6 16 Frontal Cordillera Oriental 8.0 32 Uribante-Caparo 7.0

Fuente: (AIS et al., 1996)

En un radio de 200 Km de Bogotá se identifican 40 fallas activas en la dirección noroeste y sureste de Bogotá. De estas, las más significativas, incluyendo su caracterización, se describen en la siguiente tabla.

Tabla 10. Caracterización de fallas activas en dirección noroeste y sureste de Bogotá

65

Sistema de Fallas No Nombre de

Falla Long (Km)

Tasa de Activ idad

Tipo de Falla

Magnitud Máxima

Probable

Romeral 1 Armenia 60 Alta-Intermedia Inversa

Derecha 6.8

Romeral 3 Montenegro 45 Alta-Intermedia Inversa

Derecha 6.7

Ibagué 8 Cocora 60 Intermedia Derecha 6.9 Ibagué 9 Ibagué 45 Alta Derecha 7.0

Ibagué 10 Piedras 20 Intermedia Derecha-Inversa

6.4

Samaria-La Colorada 13 Doima 35 Alta Inversa

Derecha 6.7

Noroeste 23 El Palmar 20 Intermedia Izquierda 6.2 Servia- Santa María 24 Colepato 40 Intermedia Inversa 6.7 Servia- Santa María 25 Servita 60 Intermedia-Alta Inversa 6.9

Servia- Santa María 27 Guayuriba 60 Alta Inversa

Derecha 7.0

Servia- Santa María 30 Acacias 30 Intermedia Inversa 6.6

Guaicaramo 33 Guaicaramo Centro 80 Alta

Inversa Derecha 7.2

Guaicaramo 34 Guaicaramo Sur

65 Intermedia Inversa 7.1

Guaicaramo 37 Pajarito 60 Intermedia Inversa

Derecha 6.7

Yopal 38 Yopal 65 Alto Inversa 7.1 Yopal 39 San Pedro 80 Alto Inversa 7.2

Fuente: (INGEOMINAS et al., 1997)

Dentro de un radio de 50 Km de Bogotá se encuentran 10 fallas activas. A continuación se caracterizan 3 de estas 10 fallas.

Tabla 11. Caracterización de fallas activas en la región central de Bogotá

Sistema de

Fallas #

Nombre de Falla

Long (Km)

Tasa de Activ idad

Tipo de

Falla

Azimut: Buzamiento

Magnitud Máxima

Probable

Distancia a Bogotá

(Km) Oriente 1 Bogotá 50 Baja Inversa 10 E 6.4 3

Sur 6 La Cajita 35 Intermedia Dextral-Inversa

10 E 6.4 30

Sur 7 Río Tunjuelito 35 Intermedia Inversa 5 W 6.4 25

Fuente: (INGEOMINAS et al., 1997)

La generación de información de amenaza sísmica para la ciudad de Bogotá, no está dentro del alcance de la investigación. Sin embargo debe tenerse en cuenta el tipo de escenario de amenaza a seleccionar, por ejemplo en comparación con la Escala de Mecalli Modificada (MMI por sus siglas en inglés), lo que dará una idea de los tipos de sismo y su poder destructivo. Ver siguiente tabla

Tabla 12. Guía aproximada de los grados de la Escala de Mercalli Modificada (MMI)

66

Grado Grado Descripción Aceleración

(Gales)

I Muy débil Imperceptible para la mayoría excepto en condiciones favorables < 0.5

II Débil

Perceptible sólo por algunas personas en reposo, particularmente aquellas que se encuentran ubicadas en los pisos superiores de los edificios. Los objetos colgantes suelen oscilar

0.5 – 2.5

III Leve

Perceptible por algunas personas dentro de los edificios, especialmente en pisos altos. Muchos no lo reconocen como terremoto. Los automóviles detenidos se mueven ligeramente. Sensación semejante al paso de un camión pequeño

2.5 - 6

IV Moderado

Perceptible por la mayoría de personas dentro de los edificios, por pocas personas en el exterior durante el día. Durante la noche algunas personas pueden despertarse. Perturbación en cerámica, puertas y ventanas. Las paredes suelen hacer ruido. Los automóviles detenidos se mueven con más energía. Sensación semejante al paso de un camión grande

6 - 10

V Poco Fuerte La mayoría de los objetos se caen, caminar es dificultoso, las ventanas suelen hacer ruido 10 - 20

VI Fuerte

Lo perciben todas las personas, muchas personas asustadas suelen correr al exterior, paso insostenible. Ventanas, platos y cristalería dañadas. Los objetos se caen de sus lugares, muebles movidos o caídos. Revoque dañado. Daños leves a estructuras

20 – 35

VII Muy Fuerte

Pararse es dificultoso. Muebles dañados. Daños insignificantes en estructuras de buen diseño y construcción. Daños leves a moderados en estructuras ordinarias bien construidas. Daños considerables estructuras pobremente construidas. Mampostería dañada. Perceptible por personas en vehículos en movimiento

35 - 60

VIII Destructivo

Daños leves en estructuras especializadas. Daños considerables en estructuras ordinarias bien construidas, posibles colapsos. Daño severo en estructuras pobremente construidas. Mampostería seriamente dañada o destruida. Muebles completamente sacados de lugar

60 - 100

IX Ruinoso

Pánico generalizado. Daños considerables en estructuras especializadas, paredes fuera de plomo. Grandes daños en importantes edificios, con colapsos parciales. Edificios desplazados fuera de las bases

100 - 250

X Desastro so

Algunas estructuras de madera bien construidas quedan destruidas. La mayoría de las estructuras de mampostería con el marco destruido y también sus bases. Rieles doblados

250 - 500

XI Muy Desastro so

Pocas estructuras de mampostería, si las hubiera, permanecen en pie. Puentes destruidos. Rieles curvados en gran medida

> 500

XII Catastrófico Destrucción total con pocos sobrevivientes. Los objetos saltan al aire. Los niveles y perspectivas quedan

67

Grado Grado Descripción Aceleración

(Gales) distorsionadas, imposibilidad de mantenerse en pie

Fuente: Wikipedia (http://es.wikipedia.org/wiki/Escala_sismol%C3%B3gica_de_Mercalli) y USGS (http://earthquake.usgs.gov/learn/topics/mercalli.php)

El rango de aceleraciones manejados por un sismo está directamente relacionado con el periodo de retorno del mismo. A mayor periodo de retorno, mayores serán las aceleraciones y el daño esperado. El periodo de retorno mas comúnmente usado para análisis de riesgo sísmico es 475 años, porque este es el periodo de retorno utilizado para el diseño de la mayoría de estructuras (edificios, puentes, vías) urbanas. Sin embargo muchas líneas vitales, como las tuberías de acueducto, son diseñadas con periodos de retorno superiores, de 1000 y hasta 2000 años. Para este estudio se propone analizar diferentes periodos de retorno que estén por encima y por debajo de 475 años.

Los parámetros que definen los escenarios de amenaza sísmica, y que deben incluirse dentro del estudio son:

� PGA. Peak Ground Acceleration. Aceleración Pico del Terreno

� PGV. Peak Ground Velocity. Velocidad Pico del Terreno

� PGD. Peak Ground Displacement. Desplazamiento Pico del Terreno

� PGD. Permanent Ground Displacement. Desplazamiento Permanente del Terreno

� Sa. Spectral Acceleration. Aceleración Espectral

Como referencia se muestran los escenarios de amenaza utilizados en los estudios (JICA y DPAE, 2002) y (UNIANDES y DPAE, 2005).

Tabla 13. Escenarios sísmicos para el estudio (JICA y DPAE, 2002)

Caso Falla Tipo Magnitud PGA

(Gales) Intensidad

Sísmica (MMI) Distancia

(Km) 1 La Cajita Cercana 6.4 98 – 981 VII - X 20 2 Guayuriba Regional 7.0 98 – 490 V – IX 60 3 Subducción Subducción 8.3 98 - 196 V – VII 400

Fuente: (JICA y DPAE, 2002 p. 2)

Tabla 14. Escenarios sísmicos para el estudio (UNIANDES y DPAE, 2005)

No Fuente Magnitud

(Ms) T

(Años)

Máximo PGA

(Gales)

Profundidad (Km)

Distancia Epicentro

(Km) 1 6.8 250 109 23 39.5 2

Frontal Cordillera 7.4 500 170 23 39.5

68

No Fuente Magnitud

(Ms) T

(Años)

Máximo PGA

(Gales)

Profundidad (Km)

Distancia Epicentro

(Km) 3 Oriental 7.7 1000 200 23 39.5 4 La Cajita 5.8 500 78.6 15 27.4

5 Benioff Intermedia 7.5 500 36 107 170.5

Fuente: (UNIANDES y DPAE, 2005 p. 21)

Para acceder a información complementaria relacionada con amenaza sísmica, vea el primer punto del capítulo de procesos detallados y resultados.

6.5 VULNERABILIDAD

6.5.1 Curvas de fragilidad y análisis de vulnerabilidad

La vulnerabilidad se expresa generalmente en términos de:

1. Daño directo / costo de reparación como función de la intensidad de la amenaza. Sirve para estimar el costo total de reparación

2. Pérdida de funcionamiento como una función de la intensidad de la amenaza. Sirve para establecer el tiempo de inutilización relativo al componente

3. Tiempo de restauración como una función de la intensidad de la amenaza. Es importante para estimar el tiempo de recuperación del sistema y pérdidas secundarias relacionadas a la duración de la interrupción del servicio

Una valoración de vulnerabilidad puede ser determinística o probabilística. Los métodos disponibles para desarrollar relaciones de daño son:

a) Empíricos

b) Inspección visual y avalúo

c) Analíticos

d) Experimental

e) Valoración por expertos.

Una valoración simplificada de vulnerabilidad puede incluir "a", "b", "e". Una valoración avanzada se basa en "c" métodos analíticos como análisis de elementos finitos. Métodos experimentales no son prácticos o necesarios, excepto en situaciones extremas donde los otros cuatro métodos no son aplicables, y el potencial de riesgo es muy alto.

Las relaciones de daño se requieren para estimar:

69

� El "costo de reparación": El costo de reparación generalmente se expresa en relaciones de daño como un porcentaje del costo de reemplazo, en función de la intensidad de la amenaza. En este caso se requiere valorar el costo total de reemplazo del elemento.

� La "funcionalidad del componente" y,

� Los "tiempos de restauración".

Valoraciones simplificadas de vulnerabilidad pueden asumir correlación cercana entre los tres anteriores elementos.

La incertidumbre en la valoración de vulnerabilidad puede ser un tópico especializado; por ejemplo si se usa una inspección visual o métodos de categorización o calificación, hay un alto grado de incertidumbre. Sin embargo se espera que en valoraciones avanzadas se diferencie entre la incertidumbre de la intensidad de amenazas naturales y la incertidumbre de la respuesta del componente ante la amenaza.

Hay dos principales metodologías para generar relaciones de vulnerabilidad:

� La primera metodología (Nivel 1 – Macrosísmica/Estadística) se basa en datos de daños obtenidos de observaciones de campo después de un terremoto o a partir de experimentos. Este Nivel 1 es adecuado para vulnerabilidad, daño y pérdidas en ambientes urbanos que no tengan estimaciones de la respuesta sísmica del sitio, en las cuales se estima con base en la intensidad sísmica.

� La segunda metodología (Nivel 2, mecánica) se basa en estudios analíticos de la estructura, ya sea por análisis detallado tiempo/historia o a través de métodos simplificados. El nivel 2 es para ambientes urbanos que poseen estudios detallados de respuesta sísmica expresados en términos de espectros de respuesta de sitio, tales como aceleración espectral, velocidad espectral, o desplazamiento espectral.

Ambos métodos, sin embargo tienen en común:

� Identificación de parámetros adecuados de movimiento del terreno que controlen la respuesta del elemento, génesis del daño y progreso.

� Identificación de diferentes estados de daño con base en estados de daño sistematizados deducidos de valoraciones de daños de terremotos pasados o en apropiados parámetros de respuesta estructural.

� Evaluación de la probabilidad de que una estructura esté en diferentes estados de daño dado a un nivel de movimiento sísmico del terreno.

70

A partir de una revisión bibliográfica fue posible identificar funciones de vulnerabilidad para las diferentes líneas vitales existentes en la ciudad. En términos generales las funciones de fragilidad para tuberías plantean una tasa de reparaciones o tasa de roturas por kilómetro (RR: Roture Rate) en función de la velocidad pico del terreno como parámetro básico para registrar la intensidad sísmica. Otras curvas más aplicables a estructuras que hacen parte de las líneas vitales, relacionan algún parámetro de intensidad sísmica contra porcentaje de daño o porcentaje de costo de reparación. A continuación se detallan las curvas de fragilidad más importantes.

6.5.1.1 Transformación de las curvas de vulnerabilidad tipo lognormal

Las curvas de vulnerabilidad lognormales tienen el siguiente tratamiento para poder utilizarlas correctamente dentro del análisis. Según (NIBS, 1999), HAZUS MR4 manual técnico página 5-38, cuando la probabilidad de estar o exceder un estado de daño se modela como una distribución lognormal acumulada, esta puede ser reemplazada por una función de distribución normal acumulada. La probabilidad de estar en o exceder un estado de daño, ds, se modela como:

[ ]

Φ=

dsd

d

dsd S

SSdsP

,

ln1

|β

Donde: dsdS , es el valor medio del parámetro de amenaza al cual la línea vital alcanza el límite del estado de daño, ds

dsβ es la desviación estándar del logaritmo natural del

parámetro de amenaza del estado de daño, ds

Φ es la función distribución acumulada normal estándar

6.5.1.2 Manejo especial de las curvas de fragilidad normales y lognormales

Teniendo en cuenta el mal uso que se les da a las curvas normales y lognormales, especialmente en el estudio (DPAE, 2008-2009), se dará un ejemplo que muestra su correcto uso.

De acuerdo con la clasificación tipológica de los puentes definida en (NIBS, 1997, 1999 & 2002), HAZUS MR4 manual técnico, en el siguiente ejemplo se calcula la probabilidad de los diferentes estados de daño en puentes tipo HWB19, asumiendo que el sitio en el que se encuentra ubicado el puente tiene un valor de aceleración espectral (Sa) a 1 segundo de 1 gravedad (981 gales)

Como se muestra en la siguiente figura, las curvas de probabilidad normales y lognormales dan la probabilidad de excedencia de un estado de daño específico, ds.

71

Figura 6. Ejemplo del uso adecuado de las curvas de fragilidad tipo normal y lognormal

La probabilidad de que se exceda un estado de daño, ds, significa que la probabilidad que entrega la curva, incluye el estado de daño ds y los demás estados de daño mas fuertes (probabilidad de excedencia) a ds. La probabilidad de estar solo en un estado de daño específico se calcula como se muestra en la gráfica y como se define a continuación, para el valor de 1 gravedad o 981 gales:

P[No Daño] = 1 – 0.88 = 0.12

P[Daño Leve] = 0.88 – 0.65 = 0.23

P[Daño Moderado] = 0.65 – 0.44 = 0.21

72

P[Daño Extensivo] = 0.44 – 0.19 = 0.25

P[Daño Completo] = 0.19

6.5.1.3 Sistemas de movilidad

6.5.1.3.1 Puentes Otros de los sistemas estructurales neurálgicos en el desempeño de las líneas vitales, son los correspondientes a los puentes, teniendo en cuenta que la presencia de daños en estos elementos puede ocasionar pérdidas considerables de funcionalidad en las vías de comunicación de la ciudad, por lo que la evaluación de su vulnerabilidad resulta crucial (Álvarez-Castañeda, 2009a)

Al igual que lo que sucede con otros sistemas estructurales, para la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de puentes existen diversas metodologías, las cuales utilizan matrices de daño o funciones de vulnerabilidad, y cuya diferencia principal radica en los datos necesarios para su aplicación, calidad y tipo de resultados obtenidos (Álvarez-Castañeda, 2009a)

Para puentes, en (Basoz y Kiremidjian, 1998) se analizaron datos de daños en puentes de los terremotos Loma Prieta 1989 y Northridge 1994 y desarrollaron relaciones movimiento del terreno vs daño, y movimiento del terreno vs proporción de costo de reparación, también se desarrollaron curvas de fragilidad empíricas usando análisis de regresión. Así mismo, funciones de vulnerabilidad empíricas fueron generadas para puentes de datos del terremoto de 1995 en Kobe 1995 por (Yamazaki et al., 1999), mientras que (Shinozuka et al., 2003) generó otras utilizando datos del terremoto de Northridge 1994 y Kobe 1995.

Un ejemplo típico se muestra en la Figura 7 para puentes de luces simples de concreto reforzado (R/C) donde se hace una comparación entre las funciones de vulnerabilidad derivadas empíricamente (Shinozuka et al., 2003) y analíticamente (Mander y Basoz, 1999). Las curvas analíticas (las cuales se incluyen también en HAZUS), sobreestiman la probabilidad de estado de daño para este tipo de puentes, aunque esta no es la regla.

73

Fuente: (Oliveira et al., 2006 p. 200)

Figura 7. Comparación entre curvas de fragilidad analíticas y empíricas para puentes R/C de simple luz

Una metodología alternativa al uso de las anteriores curvas de fragilidad es la propuesta por Risk Management Solutions Inc (RMS), por cuanto esta permite tomar en consideración algunas de las características estructurales más importantes en puentes, y es aplicable tanto a puentes vehiculares como a puentes peatonales, tanto urbanos como carreteros. Ver el Anexo No 3.4.

6.5.1.4 Sistemas de servicios

6.5.1.4.1 Tuberías de acueducto, alcantarillado, gas Para tuberías de agua y gas, (O’Rourke y Ayala, 1993), (Eidinger, 1998), (Eidinger y Ávila, 1999), (Isoyama et al., 1998) y (ALA, 2001a), (ALA, 2001b) desarrollaron relaciones de daño en términos de la proporción roturas por kilómetro (RR/km) usando valores estimados y almacenados de PGV y datos de USA, México y Japón. Además, (Honegger y Eguchi, 1992), (Eidinger y Ávila, 1999) y (ALA, 2001a), (ALA, 2001b) produjeron curvas que relacionan PGD con las fallas de las tuberías. Una comparación de estas curvas de vulnerabilidad se muestra en a siguiente figura.

74

Fuente: (Oliveira et al., 2006 p. 200)

Figura 8. Comparación entre diferentes relaciones de vulnerabilidad empíricas para tuberías dúctiles. PGV (izquierda), PGD (derecha)

La proporción de daño para tuberías de acueducto propuesto por (Katayama y Kubo, 1975a) se define como se muestra a continuación:

Rm(a) = Cp x C d x Cg x Cl x R(a)

Donde,

Rm(a): proporción de daño modificada (puntos de daño / km)

Cp: factor de corrección por material de tubería

Cd: factor de corrección por diámetro de tubería

Cg : factor de corrección por topografía y terreno

Cl: factor de corrección por licuefacción

a: Aceleración pico del terreno – PGA (gal)

R(a): proporción de daño estándar (puntos de daño / km) (de la curva)

La comparación entre diferentes relaciones empíricas no es siempre buena debido a muchas razones, tales como las suposiciones hechas por diferentes investigadores, el tipo de análisis de correlación, el método de estimar PGV y PGD en cada sitio, la precisión de los datos de daño y la confiabilidad del inventario de tuberías. Una mejor conclusión derivada de este comentario es que la relación de fragilidad debe ser especialmente definida para cada país y ciudad con respecto a las prácticas de diseño y construcción, el trasfondo sismo tectónico y las condiciones de suelo local. Las últimas dos condiciones modifican considerablemente la velocidad del terreno para terremotos largos y consecuentemente las relaciones de vulnerabilidad expresadas en términos de

75

velocidades del terreno. Validaciones recientes con el terremoto en Lefkas, Grecia (2003) (Alexoudi, 2004) indican que las relaciones en (O’Rourke y Ayala, 1993) y (Honegger y Eguchi, 1992) están mejor correlacionadas a los daños observados en ambos casos (movimiento del terreno, y deformaciones permanentes), dichas expresiones se resumen en la siguiente tabla.

Tabla 15. Relaciones de fragilidad para tuberías

Mov imiento del Terreno Falla del Terreno (O’Rourke y Ayala, 1993): K * (10-4 * PGV2.25), K: tipo (fragilidad, ductil idad)

(Honegger y Eguchi, 1992): K * (7.821 * PGD0.56) K: tipo (fragilidad, ductilidad)

(Eidinger, 1998): 1.2 * 10-3 * PGV0.7677 asbesto-cemento 6 * 10-4 * PGV1.5542 hierro fundido 6 * 10-5 * PGV2.2949 hierro dúctil

(Eidinger y Ávila, 1999): K2 * 23.674 * (PGD) 0.53 K1: material, tipo de conexión

(Eidinger y Ávila, 1999): K1 * 1.512 * (PGV1.98) K1: material, tipo de conexión, suelo, diámetro

(ALA, 2001a);(ALA, 2001b): K2 * 11.223 * PGD0.319 K2: material, tipo de conexión

(Isoyama et al., 1998): Cp * Cd * 3.11 * 10-3 * (PGV-5)1.3 Cp & Cd: Diámetro y Material

- - -

(ALA, 2001a);(ALA, 2001b): K1 * 0.241 * PGV K1: material, tipo de conexión, suelo, diámetro

- - -

Fuente: (Oliveira et al., 2006 201)

En general varios tipos de acueductos se pueden usar para transportar el agua, dependiendo de la topografía, disponibilidad de cabeza hidráulica, y consideraciones ambientales y económicas. Las tuberías son más susceptibles a daños de falla superficial y fallas de suelo tales como asentamientos diferenciales, liquefacción o deslizamientos (O’Rourke, 2003); (Ballantyne, 2003). Para líneas de suministro de agua, (ATC, 1991) asigna proporciones de daño de 0.5, 1, 4 y 12 roturas/km para intensidades de VII, VIII, IX y X, respectivamente. Esas proporciones de daño deben doblarse para redes principales de aguas sanitarias. Para tuberías, la metodología HAZUS (NIBS, 1997, 1999 & 2002) provee relaciones empíricas que dan las proporciones esperadas de reparaciones debidas a un movimiento del terreno (PGV) o falla de terreno (PGD).

El algoritmo PGV (cm/s) basado en datos empíricos presentado en (O’Rourke y Ayala, 1993) es:

Proporción de reparaciones [Reparaciones/km] = 0.0001 x (PGV) (2.2 5)

Esta relación aplica principalmente a tuberías frágiles, para tuberías dúctiles la anterior relación se multiplica por 0.3.

76

En (Japan-Waterworks-Association, 1998a) se define la siguiente proporción de daño, Rm(PGV) en puntos/km, para tuberías expuestas a terremotos.

Rm(PGV) = R(PGV) x Cp x Cd x Cg x Cl

R(PGV) = 3.11 x 10-3 x (PGV-15)1. 3

Donde PGV es la Velocidad Pico del Terreno (Peak Ground Velocity en cm/s), Cp es coeficiente de material de la tubería (1.0 para concreto y hierro fundido, 0.3 para acero dúctil y 0.1 para polietileno), Cd es el coeficiente de diámetro de tubería que varía entre 1.6 para diámetros menos de 190 mm, y 0.5 para diámetros mas grandes de 500 mm, Cg es el coeficiente de condición de suelo que varia entre 1.5 (suelos blandos) a 0.4 (roca) y Cl es el coeficiente de liquefacción que varía entre 2.0 (susceptible) a 1.0 (no susceptible).

La función de vulnerabilidad de HAZUS estima una más alta proporción de daño comparada con las otras funciones. (Toprak, 1998b) apunta a que la relación de HAZUS se basa en los daños del terremoto de 1985 en Michoacan, México, el cual fue extremadamente de larga duración; por lo tanto es asociada a una proporción de daño alto.

En el proyecto de escenario de daños para Bogotá, (JICA y DPAE, 2002), se plantean otras curvas de vulnerabilidad para tuberías a partir del análisis de datos de daño de casos colombianos, terremoto de Quindío 1999 (Armenia y Pereira), utilizando las conclusiones del trabajo de (KAWAKAMI, 1996), basado también en las condiciones de instalación locales para Bogotá y su área metropolitana. JICA propuso una proporción de daño para Bogotá, superior a la descrita en (Japan-Waterworks-Association, 1998b) que se basó en los daños del terremoto de Kobe 1995, pero inferior a (Katayama y Kubo, 1975a) y (ATC, 1985), como se aprecia en la Figura 9.

77

Fuente: (JICA y DPAE, 2002 p. 4-44)

Figura 9. Porcentaje de daño estándar para tuberías

En el proyecto escenario de daños para Bogotá, (UNIANDES y DPAE, 2005), se utilizó solo una función de vulnerabilidad que aplicaron a todos los tipos de redes (acueducto, alcantarillado, gas, eléctrica, telecomunicaciones). Esta curva fue originalmente propuesta para los sistemas de redes por John M. Eidinger de G&E Engineering Systems Inc. En este estudio recomiendan utilizar esta curva de fragilidad que plantea la tasa de reparaciones por unidad de longitud (RR) en función de la velocidad pico del terreno como parámetro para registrar la intensidad sísmica. Ver la siguiente figura tomada del texto original, y aunque se aprecian dos colores, la gráfica solo contiene una curva.

78

Fuente: (UNIANDES y DPAE, 2005 p. 51)

Figura 10. Curva de fragilidad para redes propuesta por Eidinger (G & E Report, 2001)

En el estudio original, a la anterior curva se le aplicaron factores de corrección por material (K1), edad de la tubería (K2) y esfuerzos por subsidencia (K3).

En (JICA y DPAE, 2002) se proponen factores de corrección para redes de acueducto basados en el trabajo de (Katayama y Kubo, 1975a): material (Cp), diámetro (Cd), tipo de terreno (Cg) y efectos de licuefacción (Cl). En (DPAE, 2008-2009) se modificaron estos factores de corrección para aplicarlos en Bogotá, tal como se muestra en la siguiente tabla.

Tabla 16. Factor de corrección por material (Cp)

Material de la Tubería Material CP Asbesto Cemento; Concreto Reforzado

AC - Asbesto Cemento - Asbest-cement Concreto Reforzado - Reinforced concrete C – Concreto Concreto - tubería cilíndrica CCP - Concreto reforzado con cilindro de acero y varilla ACCP - American Cylinder Concrete Pipe - Cilindro Concreto Americano

1.2

Hierro Fundido; Hierro Hierro – Iron HF - Hierro Fundido - Cast Iron 1

Policloruro de Vinilo PVC - Policloruro de Vinilo - Polyvinyl-chloride Acero; Hierro Acerado; Hierro Galvanizado

HA - Hierro Acerado - Steel Iron HG - Hierro Galvanizado - Galvanized Iron A - Acero – Steel

0.3

Otros Cobre Gres Ladril lo Tierra AP HDR DIS ABAS Otros

1

Desconocido Unknown - Desconocido - Nulo - N/A 1 Fuente: (DPAE, 2008-2009)

Tabla 17. Factor de corrección por diámetro (Cd)

Diámetro Factor de Corrección Cd ≤ 100 mm 1.6

100 mm – 200 mm 1 200 mm – 500 mm 0.8

≥ 500 0.5 Fuente: (DPAE, 2008-2009)

Tabla 18. Zonificación geotécnica Bogotá 2008 y factor de corrección (Cg)

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ID_ZG Zonificación Geotécnica (ZG_2008) Clasificación ID Cg 1 Cerro A 2 Cerro B 3 Piedemonte A 4 Piedemonte B 5 Piedemonte C

Duros 1 1

9 Aluvial A 10 Aluvial B 11 Llanura de inundación A 12 Llanura de inundación B 14 Suelo Residual 15 Cauce

Medios Estables 2 1.25

6 Lacustre A 7 Lacustre B 8 Lacustre C 13 Deposito de Ladera 16 Relleno de Basura 17 Relleno de Escombro 18 Excavación Especial

Blandos Inestables 3 2.5

Fuente: (DPAE, 2008-2009)

Tabla 19. Zonificación geotécnica Bogotá 2008 y factor de corrección (Cl)

Licuación ID_ZG Zonificación Geotécnica (ZG_2008)

Condición Potencial Cl

1 Cerro A 2 Cerro B 3 Piedemonte A 4 Piedemonte B 5 Piedemonte C 6 Lacustre A 7 Lacustre B 8 Lacustre C 13 Deposito de Ladera 14 Suelo Residual 16 Relleno de Basura 17 Relleno de Escombro 18 Excavación Especial

Zona de suelos duros y finos arcil losos

Bajo o Nulo

1

9 Aluvial A 10 Aluvial B

Suelos aluviales con finos antiguos

Medio 1.5

11 Llanura de inundación A

12 Llanura de inundación B

15 Cauce

Suelos aluviales recientes

Alto

2

Fuente: (DPAE, 2008-2009)

80

Para tuberías de gas los factores de corrección por tipo de terreno y efectos de licuefacción son también iguales. Sin embargo para el material de la tubería y el diámetro es usual trabajar los usados en Japón.

Cp x Cd: Tuberías de Polietileno (60 psi) = 0.1

Las función de vulnerabilidad recomendada en (Oliveira et al., 2006) para tuberías de gas es (O’Rourke y Ayala, 1993).

6.5.1.4.2 Redes de energía y telecomunicaciones Las funciones de daño (en términos de porcentaje de daño) para cables colgantes de energía dadas por (ATC, 1985) y HAZUS se muestran en la Figura 11. También se muestran los daños experimentados en los terremotos 1995 Kobe, 1992 Erzincan y 1999 Kocaeli (en las provincias de Yalova, Sakarya, Kocaeli, Bolu y Instanbul).

Fuente: (Oliveira et al., 2006 p. 230)

Figura 11. Relación entre porcentaje de daño y PGA para cables de energía colgantes

Para los postes y cables enterrados de energía eléctrica y telecomunicaciones, las funciones de daño usadas en el proyecto de escenario de daños para Bogotá, (JICA y DPAE, 2002), y las correspondientes a Kobe (1995) se presentan en las siguientes dos figuras. En estas el eje “Y” representa directamente el porcentaje de daño causado a postes (Figura 12) y líneas de energía eléctrica enterradas (Figura 13) para diferentes valores de PGA. Como se observa en las figuras para valores muy altos de PGA los daños esperados son muy bajos, no superan el 2%.

81

Fuente: (JICA y DPAE, 2002 p. 4-52)

Figura 12. Funciones de daño para postes de energía eléctrica

Fuente: (JICA y DPAE, 2002 p. 4-52)

Figura 13. Funciones de daño para líneas de energía eléctrica enterradas

Para el caso de cables colgantes de energía eléctrica tanto en (JICA y DPAE, 2002), como en (UNIANDES y DPAE, 2005) se calculan los daños a partir de funciones de vulnerabilidad para los postes, se selecciona una curva de fragilidad adecuada y no se aplican factores de corrección. Teóricamente el daño a un poste causa daño al cable entre los postes del poste roto, esto equivale en longitud de cable a la mitad de la luz a cada lado del poste analizado. Funciones de vulnerabilidad para cables colgantes utilizadas en los estudios (JICA y DPAE, 2002), (UNIANDES y DPAE, 2005) se observan en: Figura 12. Funciones de daño

82

para postes de energía eléctrica y Figura 10. Curva de fragilidad para redes propuesta por Eidinger (G & E Report, 2001).

El caso de cables eléctricos enterrados se tendrá especial interés en las curvas propuestas en los anteriores estudios de escenarios de daño por terremoto para la ciudad. Ver Figura 12. Funciones de daño para postes de energía eléctrica y Figura 10. Curva de fragilidad para redes propuesta por Eidinger (G & E Report, 2001). En este caso también aplica solamente la curva de vulnerabilidad sin factores de corrección. La metodología planteada de energía eléctrica aplica a cables colgantes y enterrados de telecomunicaciones, con las mismas curvas de vulnerabilidad.

6.5.1.4.3 Tanques Los tanques de almacenamiento son estructuras de contención pertenecientes a las redes de transporte y suministro de líquidos, y cuya función generalmente corresponde a almacenamiento y/o manejos de presiones e incremento de la eficiencia del sistema. Los tanques de almacenamiento pueden variar tanto en tamaño, forma, material estructural, tipo de liquido contenido y localización sobre el terreno, lo que impone un buen número de posibilidades diferentes de respuesta dinámica y comportamiento estructural ante sismos, generando así una serie de variables adicionales que le confieren un carácter especial y los diferencian con respecto a otros tipos de estructuras, siendo necesario tener en cuenta algunas consideraciones en su respuesta dinámica para poder abordar eficientemente el análisis de su vulnerabilidad sísmica.

Cuando se aplica curvas de fragilidad a tanques, el análisis toma interés en diferentes tipos de información como el tipo y extensión del daño, si tal daño impacta la funcionalidad del tanque, la pérdida económica del tanque, y el tiempo necesitado para reparar el daño para varios estados de operabilidad.

Para el caso de tanques de acero son importantes dos familias de curvas, las cuales se proponen en (ALA, 2001a) y (ALA, 2001b): a) familias de curvas para tanques en función del tipo de anclaje y b) familias de curvas para tanques en función de su nivel de llenado. Estas curvas contemplan cinco (5) estados de daños (DS del 1 al 5), los cuales están definidos en función del costo de reparación y la operabilidad del tanque

En el Anexo No 3.3., se detallan en una primera parte las diferentes curvas de vulnerabilidad relacionadas con tanques, y en la segunda los diferentes estados de daño y los costos de reparación.

6.5.1.4.4 Represas y embalses Aunque un evento sísmico puede generar daños menores y aumento o aparición de infiltraciones y en las estructuras de contención de la represa, estos eventos no son los más importantes al momento de definir la participación que la afectación

83

del sismo tiene sobre esta estructura. Los aspectos importantes a considerar cuando se habla de los niveles de daño por sismo en represas, no se relacionan propiamente con la afectación a la estructura como tal, sino que se refiere a las consecuencias catastróficas que un inadecuado funcionamiento puede acarrear (Álvarez-Castañeda, 2009a)

En este orden de ideas, en represas el factor critico está constituido por el riesgo de inundaciones aguas abajo a causa de pérdidas de agua debidas a la acción del sismo, hecho que puede ocurrir por diferentes situaciones tales como la posibilidad de que el evento sísmico genere una especie de tsunami interior con olas capaces de saltar por sobre la estructura de contención del embalse. También existen otros factores además del anteriormente nombrado que incrementan el riesgo de inundaciones, por ejemplo la posibilidad de que deslizamientos de tierra que caigan dentro de la represa pudiendo generar también olas gigantes o debilitar la estructura de contención aumentando la posibilidad de falla. Otro aspecto fundamental a tener en cuenta se relaciona con la posibilidad de desplazamientos del terreno por acción de liquefacción o deslizamientos que puedan comprometer la estabilidad estructural del muro de contención (Álvarez-Castañeda, 2009a)

No se realizará análisis y evaluación de riesgo en las represas y embalses del sistema de líneas vitales de la ciudad.

6.5.2 Estados de daños

A continuación se presenta un resumen de los daños más importantes en los diferentes tipos de líneas vitales, con base en datos históricos provenientes de eventos sísmicos en diferentes ciudades del mundo.

6.5.2.1 Sistemas de movilidad

Las vías se afectan generalmente por fallas y desplazamientos del terreno (Peak Ground Displacement, PGD), los daños en autopistas son en la superficie y en los taludes o muros de contención. También colapsos de los pasos bajos o construcciones bloquean el tráfico aún sin dañarse la autopista. De acuerdo con (ATC, 1991), el porcentaje de daño de autopistas durante un terremoto se da como 0% para MMI VI, 1% para MMI VII, 2% para MMI VIII, 4% para MMI IX, y 8% para MMI X.

El tráfico (volumen, dirección) y características de la vía (uso del suelo, riesgo de colapso de construcciones y existencia de puentes) han sido tratados como atributos en la estimación de pérdidas con factores de peso apropiados. Un ejemplo de definición de estado de daño para vías urbanas se puede observar en la siguiente tabla.

Tabla 20. Posibles de consecuencias de terremotos en v ías urbanas

84

Estado de Daño

Operabilidad Daños Directos Daños Indirectos

Fuerte Completamente cerrada debido a reparaciones temporales por pocos días a pocas semanas. Parcialmente cerrada a tráfico debido a permanentes reparaciones por pocas semanas a pocos meses

Arreglos mayores o movimientos del terreno > 60 cm

Desechos considerables de estructuras colapsadas

Moderado Completamente cerrada debido a reparaciones temporales por pocos días. Parcialmente cerrada a tráfico debido a reparaciones permanentes por pocas semanas

Arreglos moderados o movimientos del terreno de 30 a 60 cm

Cantidades moderadas de desechos de estructuras colapsadas

Menor Suave

Tráfico abierto. Velocidad reducida durante reparaciones.

Arreglos menores o movimientos del terreno menores a 30 cm

Cantidades menores de desechos de estructuras colapsadas

Sin daño Completamente abierto Sin daño / Vía limpia Sin daño / Vía limpia Fuente: (Monge et al., 2003)

Los puentes son el componente más vulnerable de un sistema de vías, debido a la falta de redundancia, el alto tiempo de reparación y las dificultades de re-enrutamiento. Los daños en puentes pueden crear mal funcionamiento extensivo aunque cada falla pueda estar limitada a un punto particular en la vía.

La metodología RMS propone cinco estados posibles de daño, con las características mostradas en siguiente tabla

Tabla 21. Estados de daño para puentes

Estado de daño

Denominación Descripción

DS1 Ningún daño

DS2 Daño menor Desconchamiento del concreto y fisuraciones menores sin plastificación del refuerzo.

DS3 Daño moderado

Fisuras y desconchamiento apreciables del concreto de la estructura sin plastificación del refuerzo. Posibil idad de asentamientos en los accesos, fisuras en llaves de cortante y plastificación de algunos conectores mecánicos.

DS4 Daño generalizado

Daño generalizado, descascaramiento del concreto de la estructura y plastificación del refuerzo pero sin colapso, las conexiones pierden casi completamente su capacidad y existen asentamientos importantes en los accesos.

DS5 Daño total Colapso parcial o total de la estructura. Trabajos de recuperación costosos y probablemente inviables

Fuente: (Álvarez-Castañeda, 2009a p. 19)

85

6.5.2.2 Sistemas de servicios

Un sistema de gas natural consiste de estaciones de compresión, estaciones de bombeo, y tuberías enterradas o elevadas. En general, las líneas de transmisión en un sistema de gas natural están enterradas excepto donde ellas emergen para conectarse a compresores o estaciones de bombeo. Adicionalmente a las pérdidas económicas, las fallas en los sistemas de gas natural pueden causar incendios. El comportamiento de las tuberías está relacionado con el daño del suelo sobre el que ellas están enterradas o que están soportando. De acuerdo con (ATC, 1991), para intensidades MMI de VIII, se esperan cerca de 0.5-1 roturas de tuberías por kilómetro, dependiendo del suelo y condiciones de la tubería. En Japón las tuberías de polietileno son tratadas como si no sufrieran daños. Similarmente no se reportaron daños a las tuberías de polietileno en las redes de distribución de gas en el terremoto de Kocaeli 1999 en Turquía (O’Rourke et al., 2000).

Los sistemas de energía eléctrica y comunicaciones generalmente presentan daños severos en elementos individuales que no afectan significativamente el rendimiento del sistema entero debido a la alta redundancia y disponibilidad de esos sistemas; sin embargo la pérdida de energía o comunicaciones puede impactar severamente la respuesta a las emergencias, especialmente cuando los daños conciernen a infraestructura crítica como hospitales, centros de comando o estaciones de policía. La suspensión de la energía puede tener efectos severos indirectos debido a las sinergias entre las redes y la dependencia de ellas al sistema de eléctrico.

Las subestaciones son el elemento más vulnerable en el sistema de energía eléctrica, las grandes subestaciones contienen interruptores, aisladores de porcelana, rompe circuitos, transformadores y equipos de control. Los daños ocurren generalmente en equipamiento eléctrico empotrado inadecuadamente (Schiff, 2003). Para subestaciones de transmisión eléctrica antiguas, (ATC, 1991), asigna porcentajes de daño de 16, 26, 42 y 60% para intensidades de MMI de VII, VIII, IX, y X respectivamente. Los porcentajes correspondientes para las subestaciones de distribución son 8, 13, 25 y 52%.

En general las torres de transmisión y los cables colgantes se han comportado muy bien en terremotos pasados, se asume que las líneas de transmisión de alto voltaje no sufren daños, los cables enterrados tienden a dañarse debido a las fallas del terreno y a las construcciones. En el terremoto de Kobe (1995), no se dañaron postes de electricidad en áreas de intensidad sísmica MMI menor a VIII, mientras que el 0.55% de los postes y el 0.3% de los cables enterrados se dañó en áreas de intensidad sísmica MMI de IX y superiores.

86

6.6 ESCENARIOS DE DAÑO Y PÉRDIDAS

6.6.1 Escenarios de daño

Los escenarios de daño por acción de un evento sísmico muestran la localización, severidad y puntos críticos de las variables analizadas en la ciudad que se conjugaron para analizar los riesgos: elementos expuestos (base de datos geográfica), escenarios de amenaza y vulnerabilidad. Generalmente el resultado de un escenario de daño se muestra en un mapa digital, en el cual los daños se pueden ver de manera puntual o resumidos por zonas. Se espera que estos mapas ayuden a resolver preguntas como ¿Cuáles (ubicación) son las zonas de mayor afectación?, ¿Cuáles zonas requieren mayor intervención ante un evento particular?, ¿En donde están los sitios mas adecuados para albergues?, ¿Qué tipo de daños predomina en una zona o en una tipología particular?

En el caso de las redes en las líneas vitales la variable que permite definir los escenarios de daño es la tasa de reparaciones por kilómetro, a partir de la cual se puede definir los estados de daño como fuga o rotura. Por ejemplo en el caso de una tubería de agua, la rotura significa pérdida completa de la conductividad hidráulica y la fuga significa una disminución. Otra variable típica para medir los daños es el porcentaje de daño en cualquier elemento expuesto.

Para definir los estados de daño se adopta la propuesta de {NIBS, 1997`, 1999 & 2002 #6} que para los daños causados por la propagación de la onda (sacudida del terreno) define que el 80% se convierten en fugas y el 20% en roturas.

6.6.2 Pérdidas e impacto económico

La estimación de las pérdidas, tanto materiales como inmateriales son el último objetivo de la evaluación de riesgos, posteriormente la gestión del riesgo debe definir estrategias y políticas para antes, durante y después de materializarse la amenaza sísmica.

A menudo se emplea un marco de referencia económico, para capturar las medidas usadas en el cálculo de los costos que se producen por los desastres naturales. Como una herramienta de referencia se muestra a continuación una propuesta de (Smith et al., 1995) y (SCARM, 2000) la cual refleja diferentes tipos de pérdidas.

87

Fuente: (Middelmann(Editor), 2007 p. 17)

Figura 14. Clasificación de pérdidas por desastres

6.7 ANÁLISIS DE CONFIABILIDAD DEL SISTEMA

Hay criterios post-sismo y co-sismo para describir el rendimiento de cualquier sistema de líneas vitales. El criterio co-sismo cuantifica el rendimiento de los componentes estructurales de acuerdo a estándares predefinidos en términos de:

� Densidad del daño

� Análisis de conectividad

� Análisis de servicio

88

El rendimiento estructural se evalúa usando curvas de fragilidad. Si los componentes estructurales son mas complejos se usan otras técnicas como árbol de eventos o árbol de fallas.

La definición de servicio y conectividad varía de acuerdo al sistema y al periodo estudiado. En periodo normal (antes del sismo) la conectividad para un par origen-destino se define usualmente como la accesibilidad al punto de destino desde el respectivo punto de origen. En periodo de crisis (durante el sismo) y en periodo de recuperación (después del sismo), la conectividad se define como la accesibilidad entre espacios abiertos, instalaciones esenciales o críticas, y los sitios de origen.

El análisis de servicio se puede expresar por una cierta demanda en un nodo específico o por la reducción del flujo. Especialmente para sistemas de agua, el análisis de servicio involucra un gran número de análisis hidráulico del sistema en varios estados de daños.

El análisis de rendimiento es finalmente un análisis de vulnerabilidad del sistema para escenario sísmico dado y al mismo tiempo un control general y evaluación del nivel operacional y el nivel de servicio del sistema. Una estimación de la funcionalidad del sistema (ej: el porcentaje de clientes servidos inmediatamente después del evento) se puede determinar de un modelo hidráulico del sistema dañado. Una estimación gruesa se puede basar en el índice de servicio para el sistema entero, a través de la identificación de su tasa de reparaciones por kilómetro.

0

20

40

60

80

100

0.01 0.1 1

Average Break Rate [Breaks/km]

Se

rvic

eab

ility

Ind

ex

[P

erc

en

tag

e]

NIBS

AWSS (simulationresult s at Cornell )

AWSS (av erage)

EBMUD(G&E) [LargePipes ]

EBMUD (G&E) [SmallPipes ]

Is oy am a & Katay ama(lower range)

Is oy am a & Katay ama(upper r ange)

Fuente: (Pitilakis et al., 2006 p. 22)

Figura 15. Índice de daño Vs. tasa de roturas por kilómetro para la evaluación post-sismo del rendimiento del sistema

89

En el caso de análisis de riesgo en vías, un tópico importante es la reducción del flujo de tráfico o el bloqueo de vías debido a deslizamiento o vías colapsadas y consecuentemente las actividades de prevención de rescate y restauración. Con base en datos de daño en construcciones y tráfico, es posible estimar el grado de servicio de una red vial para un escenario sísmico definido, y desarrollar planes eficientes de respuesta a emergencias y recuperación.

6.7.1 Criterios de rendimiento y análisis

Los criterios de rendimiento son diferentes dependiendo de los sistemas de líneas vitales y del periodo (en crisis o recuperación) de evaluación. Las redes de agua y energía son muy importantes y pueden mantener altos niveles operacionales para fuertes eventos sísmicos.

El rendimiento post-sismo está prácticamente relacionado al rendimiento social y al proceso de restauración. Las personas, la sociedad y la economía pueden recuperar los daños en las líneas vitales por ciertos periodos inmediatamente después de ocurrido el terremoto, los cuales no pueden ser largos. Es responsabilidad principal del gobierno, de las autoridades locales, y de los operadores de líneas vitales definir los criterios de rendimiento, haciendo un balance entre la demanda actual y los estándares de vida y económicos de la sociedad.

6.7.2 Funciones de restauración

A partir del análisis de confiabilidad del sistema se pueden definir los tiempos de restauración. A continuación se muestra una curva que permite definir el tiempo de restauración en días, utilizando como datos de entrada el porcentaje de funcionamiento y el estado de daño de una planta de tratamiento ante un escenario sísmico específico. Ver el Anexo No 10 para funciones de restauración de otras tipologías en líneas vitales.

90

Fuente: Anexo No 10: Gráficas curvas de vulnerabilidad. Página 43

Figura 16. Función de restauración para plantas de tratamiento

6.8 ESCENARIOS DE RIESGO

6.8.1 Evaluación del riesgo

Teniendo en cuenta la dificultad de integración de los diferentes resultados de evaluación de daños e impactos se torna algo compleja por tratarse de tópicos muy diferentes (índices de daños físicos, factores sociales y económicos, resiliencia), una técnica que permite la valoración global del riesgo en la ciudad es la evaluación multicriterio.

Se aplicará la evaluación multicriterio a los resultados obtenidos de cada uno de los modelos de evaluación de daño, afectaciones y pérdidas (daños físicos) y los indicadores sociales, económicos y de resiliencia (impacto). Esto servirá para ver integralmente de forma relativa las zonas con mayor riesgo, dado que sin este método de integración los resultados sólo pueden mostrarse de manera independiente. Puede ser posible que en una zona de daños menores de

91

edificaciones ocurran daños considerables en sus líneas vitales, o que el impacto sea mayor o menor en otras zonas, para ver esto en conjunto el método de evaluación multicriterio cobra importancia.

La metodología planteada en el marco del “I Congreso Internacional de Métodos Numéricos en Ciencias Sociales, Barcelona” por Omar Darío Cardona en el año 2000 en el estudio: “Modelación Numérica para la Estimación Holística del Riesgo Sísmico Urbano, Considerando Variables Técnicas, Sociales y Económicas”, (Cardona, 2000b), plantea la combinación de diferentes métodos de evaluación de riesgo, en el que prevalece la evaluación multicriterio. En la Figura 17 se observa la matriz de índices, descriptores, indicadores y componentes los cuales se integran utilizando combinación lineal de pesos, lógica difusa o redes neuronales. Posteriormente (Carreño et al., 2005) modifica la metodología como se ilustra en Figura 17. Esquema general de estimación holística de riesgo sísmico urbano, y la aplican para la ciudad de Barcelona y Bogotá.

Fuente: (Cardona, 2000b p. 4)

Figura 17. Esquema general de estimación holística de riesgo sísmico urbano

92

Fuente: (Carreño et al., 2005)

Figura 18. Marco de referencia para la valoración holística del riesgo

Según los autores el riesgo requiere una evaluación multidisciplinaria que tenga en cuenta no solamente el daño físico esperado, el número y tipo de accidentes y pérdidas económicas (impacto directo), sino también las condiciones relacionadas a la fragilidad social y a las condiciones de falta de resiliencia, las cuales favorecen los efectos de segundo orden (impacto indirecto) cuando un evento amenazante golpea un centro urbano. La evaluación de riesgo sísmico urbano es propuesta desde una perspectiva holística, esto es, un acercamiento comprensivo e integrado para guiar a los tomadores de decisiones. La evaluación holística del riesgo se basa en unos indicadores de riesgo urbano.

El primer paso de este método es la evaluación del potencial de daño físico (acercamiento duro) como el resultado de la convolución de la amenaza y la vulnerabilidad física de las construcciones y la infraestructura. Subsecuentemente se consideran un grupo de condiciones sociales de contexto que agravan los efectos físicos (acercamiento suave). De acuerdo con lo anterior, primero se obtiene un índice de riesgo físico, para cada unidad de análisis, el cual depende de los escenarios de pérdidas, mientras que el índice total se obtiene por la afectación de este índice con un factor de impacto o coeficiente de agravamiento, con base en las variables asociadas a las condiciones socio-económicas (fragilidad socioeconómica, falta de resiliencia, otras) de cada unidad de análisis.

93

De acuerdo con la Figura 17. Esquema general de estimación holística de riesgo sísmico urbano, el riesgo, R, desde una perspectiva holística es una función del potencial de daño físico, ϕD , y de un factor de impacto If . El primero es obtenido

de la susceptibilidad, iDγ , de los elementos expuestos a amenazas, Hi, relativo a sus intensidades potenciales, I, de eventos en un periodo de tiempo t, y el último depende de las fragilidades sociales, iFγ , y de tópicos relacionados a la falta de

resiliencia, iRγ , de la tendencia del sistema socio-técnico o contexto ante el desastre.

Para desarrollar el método existen una serie de variables de entrada. Ellas reflejan el riesgo físico y las condiciones agravantes que contribuyen al impacto potencial. Esas variables que se enumeran a continuación se obtienen del escenario de pérdidas y de información socioeconómica del contexto expuesto. La fragilidad socioeconómica y la falta de resiliencia son un grupo de factores (relacionados a los efectos intangibles o indirectos). Así el riesgo total depende del riesgo físico y de los efectos indirectos expresados como un factor

)1( FRR FT +=

Donde:

RT es el índice de riesgo total,

RF es el índice de riesgo físico, y

F es el factor de impacto.

El factor F depende de la suma ponderada de un grupo de factores agravantes relacionados a la fragilidad socioeconómica, FFSi, y la falta de resiliencia del contexto expuesto, FFRj.

FRj

n

jFRjFSi

m

iFSi FWFWF ∗+∗= ∑∑

== 11

Donde:

WFSi son los pesos o influencias de cada factor i

WFRj son los pesos o influencias de cada factor j

m es el número total de descriptores para fragilidad social

n es el número total de descriptores para falta de resiliencia

94

FFSi son los factores agravantes relacionados con fragilidad social

FFRj son los factores agravantes relacionados con la falta de resiliencia

Los factores agravantes son calculados usando las funciones de transformación mostradas en la Figura 19. Funciones de transformación usadas para estandarizar los factores de fragilidad social y Figura 19. Funciones de transformación usadas para estandarizar los factores de fragilidad social. Esas funciones estandarizan los valores gruesos de los descriptores transformándolos en valores conmensurables. Los pesos WFSi y WFRj representan la importancia relativa de cada factor y se calculan por medio del Proceso de Jerarquías Analíticas – AHP (Analytic Hierarchy Process). Este se usa para derivar escalas de proporciones por comparaciones de pares discretos o continuos (Saaty, 1980); (Saaty, 2001)

El índice de riesgo físico, RF, es calculado de la misma manera usando la función de transformación mostrada en la siguiente formula:

RFi

p

iRFiF FWR ∗=∑

=1

Donde:

p es el número total de descriptores del índice de riesgo físico

FRFi, son el número total de factores componentes de riesgo físico

WRFi, son los pesos de los factores

En la Figura 19, Figura 20 y Figura 21, se muestran las funciones de transformación (propuestas en el estudio) usadas para estandarizar los factores de fragilidad social, falta de resiliencia, y riesgo físico respectivamente.

95

Fuente: (Carreño et al., 2005)

Figura 19. Funciones de transformación usadas para estandarizar los factores de fragilidad social

96

Fuente: (Carreño et al., 2005)

Figura 20. Funciones de transformación usadas para estandarizar los factores de falta de resiliencia

97

Fuente: (Carreño et al., 2005)

Figura 21. Funciones de transformación usadas para estandarizar los factores de riesgo físico

A continuación se muestran diferentes tablas (Tabla 22, Tabla 23, Tabla 24, Tabla 25, Tabla 26) que detallan todos los elementos usados en el proceso descrito con anterioridad.

Tabla 22. Descriptores usados para evaluar el factor de impacto F

Aspecto Descriptor Fragilidad Social Precariedad en los barrios bajos

98

Aspecto Descriptor Rata de mortalidad Rata de delincuencia Índice de disparidad social Densidad de población Camas en hospitales Recursos humanos para la salud Espacio público Personal para rescate y fuegos Nivel de desarrollo

Falta de resiliencia

Preparación de planes de emergencia

Fuente: (Carreño et al., 2005)

Tabla 23. Descriptores agravantes, sus unidades e identificadores

Descriptor Unidades XFS 1 Precariedad en los barrios bajos Área en suburbios / Área total XFS 2 Rata de mortalidad Número de muertes por cada 10.000 habitantes XFS 3 Rata de delincuencia Número de crímenes por cada 100.000

habitantes XFS 4 Índice de disparidad social Índice ente 0 y 1 XFS 5 Densidad de población Habitantes por Km2 de área construida XFR1 Camas en hospitales Número de camas en hospitales por cada 1.000

habitantes XFR2 Recursos humanos para la salud Recursos para la salud por cada 10.000

habitantes XFR3 Espacio público Área de espacio público / Área total XFR4 Personal para rescate y fuegos Personal para rescate y fuegos por cada 10.000

habitantes XFR5 Nivel de desarrollo Cuantificación entre 1 y 4 XFR6 Preparación de planes de emergencia Cuantificación entre 1 y 4

Fuente: (Carreño et al., 2005)

Tabla 24. Descriptores de riesgo físico, sus unidades e identificadores

Descriptor Unidades XRF1 Área dañada Porcentaje (área dañada / área construida) XRF2 Gente muerta Número de personas muertas por cada 1.000

habitantes XRF3 Gente herida Número de heridos por cada 1.000 habitantes XRF4 Rupturas en tuberías principales de agua Número de rupturas / Km2 XRF5 Rupturas en tuberías principales de gas Número de rupturas / Km2 XRF6 Longitud de las fallas en líneas de poder

de alta tensión Metros de cable caído por km2

XRF7 Intercambios telefónicos afectados Índice de vulnerabilidad XRF8 Subestaciones de electricidad afectadas Índice de vulnerabilidad XRF9 Daños en la red vial Índice de daño

Fuente: (Carreño et al., 2005)

99

Fuente: (Carreño et al., 2005)

Figura 22. Factores de riesgo físico, fragilidad social, y falta de resiliencia y sus pesos

Los pesos utilizados en los descriptores de riesgo físico, se muestran a continuación (Tabla 25, Tabla 26)

Tabla 25. Pesos para los factores de riesgo físico

Factor Peso Valor del Peso FRF1 WRF1 0.31 FRF2 WRF2 0.10 FRF3 WRF3 0.10 FRF4 WRF4 0.19 FRF5 WRF5 0.11 FRF6 WRF6 0.11 FRF7 WRF7 0.04 FRF8 WRF8 004

Fuente: (Carreño et al., 2005)

Tabla 26. Pesos para los factores de las condiciones agravantes

Factor Peso Valor del Peso FFS 1 WFS 1 0.18 FFS 2 WFS 2 0.04 FFS 3 WFS 3 0.04 FFS 4 WFS 4 0.18 FFS 5 WFS 5 0.18 FFR1 WFR1 0.06

100

Factor Peso Valor del Peso FFR2 WFR2 0.06 FFR3 WFR3 0.04

FFR4 WFR4 0.03 FFR5 WFR5 0.09 FFR6 WFR6 0.09

Fuente: (Carreño et al., 2005)

6.9 OTROS ASPECTOS TRANSVERSALES A LA METODOLOGÍA

Los temas relacionados con fuentes de información, técnicas de recolección de información, técnicas de integración y análisis de datos espaciales, técnica de lógica difusa y evaluación multicriterio, son tratados en detalle en el Anexo No 3.2