Introducción a la Resiliencia Vial y el Marco Institucional
Este trabajo recoge una experiencia de trabajo interinstitucional en el marco del Programa Rehabilitación y Mantenimiento Vial 8733-UY, financiado por el Banco Mundial. El objetivo era dar satisfacción a ciertos compromisos contractuales referidos a la resiliencia de la infraestructura vial ante el cambio climático, que implicaban la generación de tres informes técnicos asociados con la evaluación de la infraestructura existente ante tales eventos. Estos tres informes eran condición necesaria para que se efectivizaran otros tantos desembolsos del Programa. Para ello, se constituyó un grupo de trabajo que se denominó “Grupo Resiliencia Vial al Cambio Climático” (GReV-CC).
Marco Conceptual de Vulnerabilidad y Riesgo
La metodología aplicada se enmarcó en el enfoque actual del IPCC acerca de vulnerabilidad y riesgo, que centra la mirada en eventos de menor intensidad pero con mayor probabilidad de ocurrencia. Estos constituyen un conjunto de “pequeños desastres recurrentes” que obligan a fomentar una mayor capacidad de adaptación para poder prevenir las consecuencias adversas de tales eventos. Cardona et al. (2012) expresan la gestión del riesgo de desastres como un proceso social que permite un cambio en el enfoque, pasando de responder al evento de desastre a una comprensión del riesgo de desastre. Esto requiere conocer cómo las interacciones humanas con el medio natural conducen a la creación de nuevos peligros, y cómo las personas, propiedades, infraestructura, bienes y el ambiente están expuestos a eventos potencialmente dañinos.
La inundación se define como el anegamiento temporal de terrenos que no están normalmente cubiertos por agua. La existencia de un riesgo implica, por definición, la potencial presencia de un peligro, es decir, de un agente que tenga la probabilidad de ocasionar daños. Estos serán de diferente índole y entidad dependiendo del nivel de vulnerabilidad de la infraestructura que se vea afectada. El riesgo puede ser representado como función del peligro o amenaza y de la vulnerabilidad o susceptibilidad del receptor a ser doblegado por ese peligro.
Metodologías y Herramientas para la Evaluación de Riesgos
Evaluación Preliminar de Riesgos de Inundación
La Directiva de la Unión Europea (2007) prevé, en su artículo 4º, que los Estados miembro realicen evaluaciones preliminares de riesgos de inundación. La baja probabilidad de inundación no está cuantitativamente definida, por lo que algunos países consideran la avenida de período de retorno T = 300 años, aunque otros toman valores mucho más altos, como por ejemplo Suecia, que emplea T = 10.000 años. La probabilidad media de inundación considera valores de T ≥ 100 años. Períodos de recurrencia menores se emplean para representar eventos con alta probabilidad de ocurrencia.
Los mapas de riesgo deben incluir, entre otros elementos, las superficies que se estima se inundarán y elementos que permitan caracterizar los sitios potencialmente afectados. Esto abarca rutas, vías férreas, actividades económicas, edificaciones, así como el parcelario y el número aproximado de personas que podrían resultar afectadas, entre otros.
Revisión Bibliográfica y Normativa
Además de analizar la normativa de la Unión Europea (2007), se revisó bibliografía técnico-científica para dimensionar la problemática con perspectiva multidimensional, considerando aspectos sociales, económicos, ambientales e institucionales. Entre tales trabajos, corresponde citar a Veleda, Martínez-Graña, Santos-Francés, Sánchez-San Roman y Criado (2017), quienes emplean el modelo hidrológico-hidráulico HEC-RAS y el software de SIG ArcGis 10.1, con el objetivo de evaluar espacialmente el riesgo como producto de peligro, vulnerabilidad y exposición. El empleo de estas mismas herramientas de modelación se encontró también en otros artículos.
Modelación Hidrológica e Hidrodinámica
Papaioannou, Loukas y Vasiliades (2019) indican cuatro componentes clave para el análisis de eventos hidrometeorológicos: la estimación de la tormenta de diseño, la modelación hidrológica, la modelación hidrodinámica y la aplicación de sistemas de información geográfica. La modelación hidrodinámica también aplicó HEC-RAS. En este caso, las simulaciones se realizaron con tres condiciones de humedad del suelo (seco, medio y húmedo) y para tres períodos de retorno (T = 50 años, T = 100 años y T = 1000 años).
La modelación inicial implica determinar la cuenca en que se encuentra el curso de agua, sistematizar sus características, obtener un hidrograma de T = 100 años, transitarlo por el curso de agua y analizar luego las consecuencias resultantes de ese tránsito. Los hidrogramas de avenida correspondientes al período de retorno seleccionado (100 años) se obtuvieron, según el caso, por el método racional o por el método del hidrograma unitario que proponen Silveira, Genta, Charbonnier, Failache y Alonso (2000), el que a su vez se basa en el método del US Natural Resources Conservation Service (US-NRCS, 1985). Este método ha sido desarrollado para estimar el volumen de escurrimiento asociado a un evento extremo y el hidrograma de crecidas para pequeñas cuencas no aforadas a partir de las curvas IDF, las cuales fueron obtenidas a partir de series históricas de precipitación.
La modelación hidráulica de cada obra se realizó aplicando HEC-RAS v.5.03 (US Army Corps of Engineers, 2016) y la visualización con el software ArcGis v.10.1. HEC-RAS es un software cuyo esquema de resolución es por diferencias finitas. Su uso es frecuente cuando se dispone de una topografía con buena definición en el área de interés del caso a analizar, siempre que este pueda estudiarse bajo las hipótesis de flujo unidimensional, estacionario o variable, en régimen subcrítico, supercrítico o mixto. Se requiere además fijar las condiciones de borde y las condiciones iniciales del modelo, que en esta primera fase correspondieron a flujo uniforme con el caudal medio en el curso de agua.
Matrices de Riesgo para Infraestructura Vial
Una forma usual para presentar esta información y contribuir a una gestión inteligente y efectiva ante la ocurrencia de uno de estos eventos, consiste en el uso de matrices de riesgo. Estas son cuadros de doble entrada en que se interrelacionan factores de vulnerabilidad y factores de peligrosidad, de modo tal de identificar y jerarquizar las consecuencias que pueden ocasionar eventos hidrometeorológicos de diferente magnitud sobre la infraestructura.
- Los factores de vulnerabilidad son aquellas características propias de la obra considerada -incluyendo su entorno inmediato-, que la hacen más proclive a fallar; se refieren a la disposición intrínseca a ser dañado. Es necesario preguntarse cuáles son las características de una obra de arte que la hacen más susceptible de verse afectada por la amenaza (el evento) en cuestión.
- Los factores de peligrosidad, por el contrario, no dependen de la obra considerada sino que están vinculados fundamentalmente a los eventos hidrometeorológicos.
La metodología consiste en cruzar estos factores y asignarles un valor que refleje la probabilidad de ocurrencia y la magnitud de las consecuencias de los eventos, a través de aspectos como probabilidad y gravedad (u otros que se consideren representativos). Estas escalas podrán ser cuantitativas, cualitativas o una combinación de ambas (GReV-CC, 2020a).
Análisis de Vulnerabilidad en Infraestructura Vial
Factores de Vulnerabilidad Intrínsecos
Los puentes son obras que pueden fallar por una sobrecarga o impacto, por socavación, por avenidas, entre otras causas. Estas últimas pueden ser consecuencias de eventos de tormentas de gran intensidad, y a su vez pueden verse potenciados por una gama de factores que hacen a una estructura más o menos vulnerable. Estas consideraciones condujeron a la aplicación de matrices de riesgo construidas ad-hoc para procurar interrelacionar los factores de vulnerabilidad (intrínsecos de cada obra) y de riesgo (asociados con el evento peligroso considerado).
El análisis de vulnerabilidad implica considerar un conjunto de factores propios de la obra y sus circunstancias (emplazamiento, estado de conservación, etc.), que son aquellos que hacen que esta esté más proclive a fallar. Las categorías a considerar en cada caso incluyen: 1 para baja vulnerabilidad, 2 para vulnerabilidad media y 3 para vulnerabilidad alta. De la aplicación de estos criterios resultó que casi la mitad de las obras consideradas se consideran de baja vulnerabilidad al fallo, en tanto solo tres obras se categorizaron como muy vulnerables.
Consecuencias Potenciales de Eventos de Inundación
Como principales consecuencias, podría ocurrir que se vea superada la cota del tablero de puentes no sumergibles; que puentes sumergibles se mantengan fuera de servicio por más tiempo del considerado en su diseño; que se incremente la erosión localizada en pilas y estribos; o que la estructura falle como consecuencia de uno o varios de los efectos mencionados. Asimismo, y considerando la obra integrada en su entorno directo, debe tenerse en cuenta también la gravedad de otras consecuencias vinculadas con las inundaciones, como las pérdidas materiales acaecidas.
Otros factores que se tomaron en cuenta al evaluar la severidad de las consecuencias fueron la mayor o menor interdependencia de las localidades más próximas a un lado y otro del puente en cuestión (se tomó vulnerabilidad alta cuando la población de una de ellas fuera más del triple que la población de la otra; salvo en casos turísticos, no se consideraron otras localidades más alejadas), el tránsito promedio diario anual (TPDA, donde menos de 500 vehículos se consideró un bajo nivel de tránsito en tanto más de 2000 se tomó como elevado) y la cercanía a las fronteras y puertos (se dio más peso a puertos).
Tipos de Vulnerabilidad en Proyectos de Carreteras
El análisis de vulnerabilidad en proyectos de carreteras abarca la exposición, la fragilidad y la falta de resiliencia.
Vulnerabilidad por Exposición
Este tipo de vulnerabilidad se relaciona con la localización de las zonas funcionales de la infraestructura vial, lo que las hace susceptibles a un peligro.
Vulnerabilidad por Fragilidad
Se refiere a las características de los elementos estructurales de la carretera que pueden fallar ante una amenaza. Esto incluye puentes, terraplenes, taludes y obras de drenaje como tragantes, bordillos, subdrenajes, disipadores de energía y contracunetas, que deben ser bien impermeables para funcionar correctamente.
Vulnerabilidad por Falta de Resiliencia
La resiliencia en carreteras se asocia con la capacidad de la infraestructura de mantener su funcionalidad después de un evento. Un adecuado mantenimiento es crucial; de lo contrario, la infraestructura se deteriorará rápidamente. Las construcciones de ingeniería deben incorporar un diseño que minimice el riesgo, actuando como medida de mitigación estructural.
Amenazas Naturales y su Impacto en Carreteras
Contexto Regional: Centroamérica
Los países de América Central son susceptibles a una variedad de fenómenos naturales con gran capacidad destructiva, a causa de las características geológicas, climáticas y ambientales de la región. En esta zona se combinan la interacción de varias placas tectónicas y la acción de varios fenómenos climáticos. En el pasado, huracanes, terremotos y erupciones volcánicas han provocado la destrucción total de asentamientos humanos e incluso la reubicación completa de poblaciones y de infraestructura. Solamente en los últimos 30 años, la región ha sido afectada por varios huracanes que han tenido un gran impacto socioeconómico: Fifí (1974), Joan (1989), César (1996) y Mitch (1998). En el mismo periodo han ocurrido varios sismos que han causado gran destrucción: Managua, Nicaragua (1972), Guatemala (1976), San Salvador (1986), Región Caribe de Costa Rica y Panamá (1991) y El Salvador (2001). También han sido frecuentes los desastres generados por erupciones volcánicas.
Documentos como el "Estudio general sobre los tramos vulnerables a los peligros naturales de la Carretera Panamericana y sus corredores complementarios en Centroamérica" de la Organización de los Estados Americanos (2001) y la "Metodología de análisis de vulnerabilidad de corredores viales ante sismos y lluvias intensas" del Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales (SIECA), resaltan la importancia de abordar estas amenazas.
Tipos de Amenazas Específicas
Sismos (Terremotos)
Los sismos son movimientos bruscos de la corteza terrestre que generan una súbita liberación de energía. Cuando ocurren en la corteza oceánica, pueden generar tsunamis. Las fallas geológicas son fracturas donde se produce este movimiento, y su actividad no es continua en el tiempo. Pueden causar gran destrucción en la infraestructura vial.
Inundaciones y Desbordamientos
Los desbordamientos, por lo general, tienen un carácter estacional. Para mitigar sus efectos, es crucial diseñar la subrasante para evitar que el agua dañe toda la estructura vial, especialmente en zonas de tránsito de corrientes o en proximidades de cuerpos de agua.
Vientos Fuertes y Huracanes
El aire es indispensable para la vida humana y la naturaleza. Las diferencias de temperatura y presión en la atmósfera generan una corriente llamada viento. Cuando este es muy fuerte, se presenta el ventarrón o el vendaval. Un huracán es un sistema de vientos muy fuertes que giran en forma de espiral, con velocidades superiores a los 119 km/h y un área de influencia de aproximadamente 100 km de diámetro. Su trayectoria es totalmente errática y por ello impredecible. Se caracterizan por importantes diferencias de presión atmosférica, y el mar, en ocasiones, es el elemento más devastador, afectando barcos y viviendas cerca de la playa. Es vital monitorear el comportamiento de estos fenómenos para el diseño de obras de protección y la aplicación de medidas preventivas.
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Movimientos de Tierra (Deslizamientos)
Los deslizamientos son movimientos de tierra que pueden ser potenciados por la acción del hombre sobre el terreno. Un indicio de su presencia es que los árboles muestran una inclinación anormal.
Erupciones Volcánicas
Una erupción volcánica es la liberación violenta de energía desde el interior de la tierra, donde el magma asciende desde su reservorio situado a kilómetros de profundidad hasta la superficie, a través de un cráter que es el orificio de salida. La actividad explosiva del volcán puede generar flujos de lava, cenizas y gases que impactan directamente la infraestructura.
Aplicación Práctica y Casos de Estudio
Recopilación de Antecedentes Nacionales (Fase Inicial)
En el inicio del trabajo se comenzó por recopilar los antecedentes nacionales que pudieran cooperar a definir el conjunto de 20 obras de arte (puentes o grandes alcantarillas) a considerar en las siguientes fases de este estudio. Gracias al apoyo del SINAE, que facilitó la base de datos de eventos ocurridos entre 1983 y 2017 (más de 4000 registros), fue posible realizar un análisis retrospectivo de más de 30 años de información. Esto permitió detectar que 1062 de los registros correspondían a eventos no ocurridos en área urbana y con causas naturales (SINAE, 2018). Estos se analizaron uno a uno en profundidad, corroborando la causa y ubicación. Como dos de ellas pertenecen a la red secundaria, se analizaron las otras tres (Rutas 6, 11 y 21), que corresponden a la red vial primaria o a la de corredores internacionales. Se realizó un ejercicio de jerarquización, considerando un indicador de densidad de cruces de agua en cada ruta (en km/cruce), el promedio de ejes equivalentes por tramo, el tipo de carga que se transporta y la vinculación con el turismo.
Modelos de Riesgo de Inundación Global
Otro camino explorado por el GReV-CC, al contar con el apoyo explícito del Banco para hacerlo, fue aplicar un modelo global. El conjunto de datos SSBN Global Flood Hazard (Banco Mundial y Oxford Analytics, 2019), que fue suministrado ad-hoc por el Banco Mundial, se refiere a riesgo de inundación global y ofrece la profundidad máxima esperada del agua, en metros, para 10 valores diferentes de Tr comprendidos entre 5 años y 1000 años. Al comparar los resultados para diferentes períodos de retorno (por ejemplo, entre 50 y 100 años o entre 100 y 500 años), las variaciones en las áreas afectadas apuntan principalmente a incrementar las áreas inundadas en las zonas bajas (bañados) o el ancho en la traza de los principales ríos, pero no parecen reflejar las situaciones en los puntos en que ocurre la mayor parte de los eventos hidrometeorológicos perjudiciales para la trama vial y sus obras de arte, o en lugares identificados por el SINAE como puntos en que ocurren la mayor cantidad de esos eventos cada año.
Resultados de la Modelación (Fase I y II)
Para cada uno de los puentes, se prepararon dos fichas, una con la información de base y otra con la información de salida de la modelación de Fase I. Como era de esperar de acuerdo con los estándares de criterio aplicados en el país, se constató que los tableros de la mayoría de las obras de arte consideradas no quedan sumergidas. De todos modos, ocurren cortes en las rutas, al quedar bajo agua el pavimento. La información de las fichas contribuyó a tomar la decisión de cuáles serían las 20 obras con las que se seguiría adelante en la siguiente fase del estudio.
En la segunda fase del proyecto correspondió realizar el análisis de detalle de cada una de las 20 obras seleccionadas. La metodología del análisis estuvo fuertemente basada en las referencias presentadas y en concordancia con lo de la Fase I. Una diferencia a señalar es que las condiciones iniciales impuestas en la modelación con HEC-RAS esta vez implican que la avenida comienza con el curso de agua en las condiciones en que se encontraría 24 horas después de concluida la lluvia de T = 100 años. De acuerdo con Gabriel-Martin et al., se trabajó con avenidas de T 100, 200 y 500 años, para predecir, cuantificar y evaluar las consecuencias esperables en cada caso. La información de que se dispuso estuvo acorde, en cantidad y calidad, con la obtención de resultados confiables. En particular, se señala que se pudo aplicar un Modelo Digital del Terreno en formato raster con resolución espacial de 30 x 30 metros y una precisión de interpolación entre puntos de 2,5 metros. Las condiciones de contorno aguas arriba son el hidrograma de flujo (Flow Hydrograph) y profundidad normal. Para el tratamiento de la planicie de inundación, el elemento ‘Levee’ (bucle) representa una estructura dispuesta en sentido longitudinal en una de las márgenes; esta impide que el agua ocupe las zonas de la llanura de inundación que se encuentran a una cota inferior a la de coronación del bucle hasta que efectivamente el agua rebase esa cota.
Medidas de Reducción de Riesgos
El análisis de riesgos busca entender los posibles impactos sobre la población, los bienes, los servicios y el ambiente, especialmente en las áreas expuestas. Es fundamental la identificación de medidas de reducción de riesgo. Las medidas de mitigación pueden ser estructurales, como diseños mejorados de infraestructura, y también no estructurales, como sistemas de alerta temprana y planificación territorial. Además, se deben implementar estrategias para amenazas específicas, buscando aumentar la capacidad de respuesta para prevenir consecuencias adversas. Los proyectos de carreteras deben integrar la planificación para evitar situaciones de riesgo y la acumulación de estos, así como responder a una determinada realidad y a un contexto específico para lograr una rentabilidad social acorde a las prioridades nacionales.
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