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El impacto del cambio climático en las infraestructuras

DANA OCTUBRE 2024 – Vías del Metro entre Picanya y Paiporta. https://commons.wikimedia.org/

El diseño y la planificación de infraestructuras se han basado históricamente en el análisis de datos climáticos pasados para definir criterios estructurales de seguridad. Sin embargo, la aceleración del cambio climático ha puesto en cuestión la validez de esta metodología y ha obligado a reconsiderar los fundamentos sobre los que se establecen los códigos de construcción y las normativas de diseño. El carácter no estacionario del clima, la creciente magnitud de los eventos meteorológicos extremos y la necesidad de infraestructuras más resilientes han convertido la adaptación al cambio climático en un imperativo técnico y social.

Las estructuras deben garantizar la seguridad de sus ocupantes en condiciones tanto ordinarias como extremas, así como su funcionalidad a lo largo de su ciclo de vida. Es preciso tener en cuenta que la frecuencia y severidad de ciertos fenómenos, como tormentas, inundaciones y variaciones térmicas, ya no pueden preverse con precisión únicamente mediante datos históricos. La integración de modelos de análisis probabilístico y enfoques basados en la fiabilidad estructural representa una vía fundamental para mitigar los riesgos asociados al cambio climático y asegurar la estabilidad y operatividad de infraestructuras críticas en el futuro.

El fin de la estacionariedad climática y sus implicaciones en el diseño estructural

El diseño estructural se ha desarrollado bajo la premisa de que las condiciones climáticas permanecen relativamente estables a lo largo del tiempo, lo que ha permitido definir cargas normativas basadas en registros históricos. No obstante, el cambio climático ha invalidado esta hipótesis al introducir una variabilidad que altera tanto la frecuencia como la intensidad de los fenómenos atmosféricos y compromete la fiabilidad de los métodos de predicción empleados en el ámbito de la ingeniería.

Las estructuras diseñadas bajo códigos convencionales pueden experimentar cargas superiores a las previstas en su diseño original, lo que resulta en un aumento del riesgo estructural y la necesidad de reevaluaciones constantes para garantizar su seguridad. La acumulación de efectos derivados de condiciones climáticas extremas no solo afecta a la estabilidad estructural inmediata, sino que acelera los procesos de deterioro de los materiales y compromete la capacidad de servicio de la infraestructura a largo plazo.

El análisis de la no estacionariedad climática requiere el desarrollo de nuevas herramientas de modelado que permitan proyectar escenarios de carga climática futura con mayor precisión. La variabilidad espacial y temporal de las alteraciones climáticas obliga a establecer criterios de diseño diferenciados según la localización geográfica, la exposición a determinados fenómenos y la importancia funcional de cada infraestructura. En este contexto, la colaboración entre científicos del clima e ingenieros estructurales se erige como un componente esencial para la elaboración de mapas de cargas dinámicos que reflejen las condiciones cambiantes del entorno.

Aumento de cargas climáticas y su impacto en la estabilidad estructural

El cambio climático incide directamente en la magnitud y distribución de las cargas climáticas, lo que supone un desafío significativo para el diseño estructural. El incremento de la temperatura media global y la intensificación de eventos meteorológicos extremos tienen un impacto directo en la resistencia y durabilidad de los materiales de construcción, lo que requiere una revisión exhaustiva de los criterios de diseño para adaptarlos a condiciones más exigentes.

El aumento de la carga de viento, debido a la mayor frecuencia de tormentas severas y huracanes, plantea desafíos particulares para estructuras expuestas a esfuerzos aerodinámicos, tales como rascacielos, puentes y torres de telecomunicaciones. La variabilidad en la dirección y velocidad de los vientos extremos introduce incertidumbre en el diseño convencional, lo que requiere la aplicación de metodologías de análisis probabilístico que permitan anticipar los efectos acumulativos de estas fuerzas sobre los elementos estructurales.

Ciertamente, la carga de nieve y hielo constituye un factor de riesgo cuya evolución en un clima cambiante requiere especial atención. En climas fríos, la combinación de precipitaciones extremas y ciclos de congelación y deshielo genera esfuerzos adicionales sobre cubiertas y soportes, lo que puede ocasionar la fatiga de los materiales y aumentar el riesgo de fallos estructurales. La acumulación de hielo en líneas de transmisión eléctrica y otros elementos de infraestructura crítica puede comprometer su funcionalidad, lo que resalta la necesidad imperante de implementar estrategias de adaptación en el diseño de dichos sistemas.

El aumento del nivel del mar y la intensificación de tormentas costeras representan amenazas crecientes para las infraestructuras situadas en zonas litorales. La erosión del suelo y la intrusión salina pueden afectar la estabilidad de las cimentaciones y las estructuras de contención, mientras que el aumento en la magnitud de las marejadas ciclónicas aumenta el riesgo de colapso en las edificaciones expuestas. Por lo tanto, es esencial adoptar enfoques probabilísticos para estimar las cargas de inundación y considerar criterios de adaptación costera en el diseño estructural, con el fin de mitigar estos efectos y garantizar la seguridad y estabilidad de las infraestructuras en zonas litorales.

Resiliencia estructural y continuidad operativa en escenarios de riesgo creciente

En lo que respecta a la resistencia inmediata de las infraestructuras a eventos climáticos extremos, su capacidad de recuperación y continuidad operativa tras un desastre constituye un aspecto de suma importancia en el contexto del cambio climático. La resiliencia estructural implica no solo garantizar que las edificaciones y redes de transporte soporten cargas excepcionales sin fallar, sino también que puedan volver a estar plenamente operativas en un tiempo razonable tras una interrupción.

La planificación de infraestructuras resilientes requiere un enfoque basado en la funcionalidad tras el desastre, estableciendo criterios de diseño que permitan minimizar los tiempos de inactividad y optimizar los procesos de reparación y reconstrucción. Este enfoque cobra especial relevancia en infraestructuras críticas, tales como hospitales, plantas de tratamiento de agua y redes de energía, cuya operatividad continua resulta esencial para la estabilidad de las comunidades.

El diseño basado en rendimiento (Performance-Based Design, PBD) surge como una herramienta clave para integrar la resiliencia en la ingeniería estructural. A diferencia de los enfoques convencionales basados en requisitos normativos predeterminados, el PBD permite establecer objetivos concretos de rendimiento para cada tipo de estructura, considerando tanto su resistencia ante cargas extremas como su capacidad de recuperación tras eventos disruptivos.

Conclusión: La adaptación de las infraestructuras al cambio climático como una necesidad inaplazable

La evidencia científica sobre el impacto del cambio climático en la infraestructura es concluyente y requiere una revisión exhaustiva de los criterios de diseño estructural. La dependencia exclusiva de datos históricos ya no constituye una estrategia viable en un contexto donde la frecuencia e intensidad de eventos extremos están en constante aumento. Por ello, es necesario implementar análisis probabilísticos, actualizar periódicamente los mapas de cargas climáticas y adoptar estrategias de resiliencia estructural. Estos cambios son fundamentales para garantizar la seguridad y funcionalidad de las infraestructuras en el futuro.

La ingeniería estructural debe evolucionar hacia un enfoque basado en la adaptación y la gestión del riesgo, integrando modelos de predicción climática en el diseño y planificación de nuevas construcciones. La colaboración entre ingenieros, científicos del clima y responsables de políticas públicas será esencial para desarrollar normativas que reflejen la realidad cambiante del entorno y permitan la creación de infraestructuras más seguras y sostenibles.

La adaptación al cambio climático no es únicamente una cuestión técnica, sino una necesidad económica y social que determinará la capacidad de las comunidades para hacer frente a los desafíos del siglo XXI. El diseño estructural del futuro debe asumir este reto con un enfoque proactivo, asegurando que las infraestructuras no solo resistan el clima cambiante, sino que también contribuyan a la estabilidad y el bienestar de la sociedad en su conjunto.

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Valencia frente a la amenaza de una nueva inundación: análisis, antecedentes y estrategias para mitigar el riesgo

https://www.rtve.es/noticias/20241030/catastrofico-temporal-valencia-lluvia-dana/16310046.shtml

Ante los acontecimientos catastróficos que estamos viviendo en Valencia como consecuencia de la DANA, he querido publicar un resumen de un informe del año 2014 denominado “Actualización del Plan Sur de Valencia. Estudio informativo acerca de los riesgos de que Valencia experimente una nueva inundación catastrófica“. Este resumen resalta los riesgos de que Valencia experimente una nueva inundación catastrófica basándose en el análisis del «Plan Sur de Valencia» y en las características geográficas, climáticas e históricas de la ciudad y su entorno. Aunque es de 2014, creo que no ha perdido vigencia, aunque estoy convencido de que en estos últimos 10 años se ha mejorado la información al respecto. El conocimiento se tiene y está claro lo que hay que hacer. Falta la voluntad de priorizar las actuaciones públicas.

Introducción y antecedentes

Valencia ha sido históricamente vulnerable a las inundaciones debido a su ubicación geográfica y la morfología de su entorno. Desde su fundación en el año 138 a. C., en una terraza del río Turia cercana a su desembocadura en el Mediterráneo, la ciudad ha soportado las crecidas de su principal cauce fluvial. Este asentamiento, que proporcionaba ventajas en términos de acceso al agua y a tierras cultivables, también expuso a la ciudad al riesgo de avenidas debido al régimen torrencial del Turia. Las crecidas y la sedimentación del río han modelado la región, elevando el suelo de Valencia en más de cinco metros y configurando un entorno altamente vulnerable.

Las primeras crónicas detalladas de inundaciones en Valencia datan del siglo XIV, cuando los registros empezaron a documentar las crecidas del Turia y sus efectos devastadores en la ciudad y las áreas circundantes. En estos registros se identifican 24 episodios de inundaciones graves entre 1321 y 1957, con un periodo de recurrencia aproximado de 27 años. Este historial de avenidas sugiere que, en ausencia de intervenciones significativas, la probabilidad de nuevas inundaciones se mantiene elevada.

Tras la gran riada de 1957, que causó cientos de muertes y pérdidas materiales significativas, las autoridades emprendieron la construcción de un nuevo cauce del río Turia con el fin de desviar el flujo de agua y reducir los riesgos de inundación en la ciudad. Sin embargo, estudios recientes del grupo «Impulso a Valencia» indican que las medidas adoptadas, aunque efectivas en parte, podrían ser insuficientes ante una avenida similar o superior a la de 1957.

Climatología y fenómeno de la gota fría

La Comunidad Valenciana posee un clima mediterráneo con marcada variabilidad en las precipitaciones, influido tanto por la orografía de la región como por las condiciones atmosféricas del Mediterráneo. La disposición de las montañas en la franja litoral y prelitoral intensifica el efecto de convección y precipitación en ciertos episodios. Así, Valencia se ve expuesta a lluvias torrenciales, que se concentran principalmente en los meses de otoño.

Una característica fundamental del clima valenciano son los episodios de «gota fría» o DANA (Depresión Aislada en Niveles Altos). Este fenómeno se produce cuando masas de aire frío en altura interactúan con aire cálido y húmedo del Mediterráneo, lo que genera precipitaciones intensas en cortos intervalos de tiempo. La situación se agrava cuando las lluvias coinciden con fuertes temporales marinos, que elevan el nivel del mar y dificultan la evacuación del caudal fluvial en la desembocadura del Turia.

Durante el periodo 1971-2000, la región registró más de 300 días con lluvias superiores a 100 mm y 16 episodios con precipitaciones que superaron los 300 mm en 24 horas. Estas intensas precipitaciones son capaces de desbordar el cauce del Turia, cuya capacidad máxima actual se estima en 3700 m³/segundo. Estos episodios de lluvias extremas, junto con el cambio climático, que eleva las temperaturas del mar, aumentan la frecuencia y la gravedad potencial de estos eventos.

Además, Valencia ocupa el tercer puesto a nivel mundial en exposición a lluvias torrenciales, después de dos áreas tropicales. Esta situación climatológica particular exige una infraestructura adecuada para mitigar los riesgos de inundación y proteger a la población ante el impacto de una avenida extrema.

Hechos históricos de inundación en Valencia

Desde tiempos romanos, las crecidas del Turia han sido un elemento constante en la vida de la ciudad. Ya en la época medieval, la distribución espacial del agua desbordada afectaba a zonas como Campanar, Marxalenes y el centro urbano. A lo largo de la historia, las murallas y defensas de la ciudad se construyeron tanto para proteger Valencia de los ataques como para contener las aguas del Turia. Durante la época de Pedro el Ceremonioso, se levantó una muralla septentrional con el propósito de evitar la entrada de las aguas en la ciudad, pero las grandes crecidas, como la de 1589, mostraron que incluso estas defensas eran insuficientes.

Entre 1321 y 1957 se documentaron 24 grandes avenidas, que devastaron el entorno urbano y las poblaciones cercanas. La riada de 1957 se recuerda como la peor, cuyo caudal inundó extensamente el área urbana y dejó Valencia sin un abastecimiento adecuado durante días. Este suceso marcó un punto de inflexión en la gestión del riesgo de inundación, lo que dio lugar a la construcción del «Nuevo Cauce» en 1969.

Sin embargo, el Plan Sur y el nuevo trazado del cauce, aunque eficaces en parte, no garantizan la protección completa. El informe estima que el actual cauce del Turia podría no soportar una riada de la magnitud de la de 1957, lo que vuelve crítica la necesidad de fortalecer las defensas fluviales y estudiar a fondo la capacidad de avenamiento actual.

Análisis de la Riada de 1957

La riada de 1957 es un evento de referencia para comprender la magnitud del riesgo al que Valencia está expuesta. En un día de octubre, las intensas lluvias descargaron precipitaciones sin precedentes sobre la cuenca del Turia, y el caudal del río alcanzó los 3700 m³/segundo, según cálculos de la época, aunque se estima que pudo haber sido incluso mayor. Las inundaciones resultantes cubrieron grandes extensiones de la ciudad, causando la pérdida de vidas, el desplazamiento de miles de personas y la destrucción de infraestructuras básicas.

El «Nuevo Cauce» se diseñó para un caudal de 5000 m³/segundo; sin embargo, su capacidad actual se ha recalculado en 3700 m³/segundo, lo que iguala el caudal de la riada del 57, según los registros de la Confederación Hidrográfica del Júcar. Así, si una avenida semejante o mayor ocurriera, el cauce del Turia se desbordaría, lo cual podría provocar una inundación a gran escala en la zona urbana y poner en riesgo nuevamente a miles de personas y una vasta área de la ciudad.

Propuestas de actuación para la mitigación de riesgos

El informe sugiere una serie de propuestas para mitigar los riesgos de inundación y aumentar la resiliencia de Valencia ante avenidas extremas:

  1. Reevaluación del cauce y mejoras estructurales: el primer paso consiste en analizar la capacidad real de drenaje del Turia desde Loriguilla hasta su desembocadura. Esto requiere actualizar las infraestructuras, con un énfasis especial en el tramo de Quart de Poblet, donde comienza el nuevo cauce. Además, sería necesario reforzar la mota que separa el viejo cauce del nuevo, pues si esta barrera fuera sobrepasada o se rompiera, Valencia quedaría gravemente expuesta a una nueva riada.
  2. Laminación de avenidas y protección ambiental: en la cuenca baja del Turia, se propone un plan de reforestación y mantenimiento de barrancos que ayude a regular las avenidas y reducir la velocidad de escorrentía. Una infraestructura de laminación, como un lago fluvial o un embalse en Vilamarxant, permitiría controlar el caudal y reducir los picos de crecida que llegan a Valencia. Este enfoque, que combina obras de infraestructura con medidas de protección ambiental, busca no solo proteger la ciudad, sino también minimizar el impacto en los ecosistemas y la zona agrícola de la cuenca baja.
  3. Mejoras en la desembocadura y mitigación del efecto dique: es necesario rediseñar la desembocadura del Turia para reducir el «efecto dique» que ocurre cuando el temporal marino obstruye la evacuación del agua hacia el mar. Este fenómeno, en el que las olas del Mediterráneo superan los cinco metros de altura, impide que el cauce fluya libremente y aumenta el riesgo de inundación en las zonas bajas de la ciudad. Un rediseño adecuado de la desembocadura permitiría una evacuación más eficiente del caudal fluvial incluso en condiciones de temporal.
  4. Red de monitorización y sistema de alerta temprana: dada la velocidad y fuerza de las avenidas en Valencia, es crucial establecer una red de estaciones pluviohidrológicas en toda la cuenca del Turia que permita un monitoreo constante y en tiempo real. Este sistema debería estar integrado con un mecanismo de alerta temprana, de modo que las autoridades y la población puedan tomar medidas de protección antes de que ocurra un evento catastrófico. La experiencia de la riada del 57 mostró que muchas víctimas fueron sorprendidas sin tiempo de reacción, de ahí la importancia de la preparación y la comunicación.
  5. Actualización de los planes de protección civil y simulacros de emergencia: los planes de emergencia y protección civil deben ser revisados y adaptados a la realidad climática actual y a las capacidades de infraestructura del río. Estos planes incluyen rutas de evacuación, centros de acogida y protocolos de comunicación, que son fundamentales para reducir el riesgo de pérdidas humanas y materiales en caso de una avenida.
  6. Evaluación y recurrencia admisible de crecidas: finalmente, el informe recomienda que se determinen los intervalos de recurrencia aceptables para futuras crecidas, considerando distintos escenarios de magnitud. Esta evaluación permitirá a las autoridades decidir sobre el diseño y las inversiones necesarias en infraestructura según el nivel de riesgo que la ciudadanía de Valencia está dispuesta a asumir.

Conclusión

La ciudad de Valencia se enfrenta a un riesgo significativo de sufrir otra inundación catastrófica, debido a sus condiciones climáticas, al cambio climático y a la infraestructura fluvial actual. Los sucesos catastróficos se evidencian con el actual desastre de finales de octubre de 2024. Las propuestas del informe «Impulso a Valencia» subrayan la importancia de tomar medidas preventivas y estructurales, y adaptar las capacidades de la ciudad para responder a episodios extremos. Sin embargo, es fundamental que la ciudadanía sea consciente de este riesgo y participe activamente en los sistemas de alerta y en los planes de emergencia para reducir las posibles pérdidas en el futuro.

Referencia:

VV.AA. (2014). Actualización del Plan Sur de Valencia. Estudio informativo acerca de los riesgos de que Valencia experimente una nueva inundación catastrófica. Ateneo Mercantil de Valencia, Grupo de Análisis “Impulso a Valencia”, 52 pp.

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Análisis de fallos: mecanismos, herramientas de análisis y ejemplos prácticos

b8iC6289smvQspSXybAFmTl72eJkfbmt4t8yenImKBVvK0kTmF0xjctABnaLJIm9¿Se pueden evitar las catástrofes en ingeniería? El error es humano. Es un dicho que no debe conformar al ingeniero que, a toda costa debe evitar estos fallos y, en caso de no hacerlo, aprender de los errores. Los fallos de estructuras civiles y componentes industriales pueden tener graves consecuencias económicas, medioambientales y, sobre todo, humanas. El Análisis de Fallos es, por lo tanto, una disciplina de la ingeniería de indudable trascendencia, pues solo desde el conocimiento de las causas de los fallos estructurales podrán evitarse fallos futuros.

Los principales modos de fallo que tienen su origen en el comportamiento mecánico del material (fractura, fatiga, fluencia, etc), las principales herramientas de las que dispone el ingeniero para el análisis (caracterización de materiales, microscopía, análisis tensional, integridad estructural, etc) y se mostrarán una serie de casos prácticos resueltos con una metodología común que permitirán obtener una visión general de la disciplina.

Os recomiendo un buen libro sobre el tema: “La ingeniería es humana”, de Henry Petrosky.

A continuación os paso un vídeo realizado por el Gabinete de Tele-educación de la Universidad Politécnica de Madrid donde el profesor Sergio Cicero, de la Universidad de Cantabria, expone una conferencia sobre análisis de fallos. Espero que os guste.

 

 

Efectos estructurales del megaterremoto de Chile

Terremoto de Chile de 2012. Wikipedia

Acabamos de conocer la noticia de un nuevo terremoto en el norte Chile a las 20.46 hora local del martes 1 de abril de 2014, de magnitud 8,2 en la escala de Richter y de larga duración. Esta noticia sirve de nexo para analizar el megaterremoto que tuvo lugar en el 2010. En efecto, el Terremoto de Chile de 2010 fue un sismo ocurrido a las 03:34:08 hora local (UTC-3), del sábado 27 de febrero , que alcanzó una magnitud de 8,8 MW. El epicentro se ubicó en el Mar chileno, frente a las localidades de Curanipey Cobquecura, cerca de 150 kilómetros al noroeste de Concepción y a 63 kilómetros al suroeste de Cauquenes, y a 30,1 kilómetros de profundidad bajo la corteza terrestre. El sismo tuvo una duración de 3 minutos 25 segundos, al menos en Santiago y en algunas zonas llegando a los 6 minutos. Fue percibido en gran parte del Cono Sur con diversas intensidades, en lugares como Buenos Aires y São Paulo por el oriente.  Las víctimas llegaron a un total de 525 fallecidos. Cerca de 500 mil viviendas están con daño severo y se estiman un total de 2 millones de damnificados, en la peor tragedia natural vivida en Chile desde 1960. El sismo es considerado como el segundo más fuerte en la historia del país y el sexto más fuerte registrado por la humanidad. Sólo es superado a nivel nacional por el cataclismo del terremoto de Valdivia de 1960, el de mayor intensidad registrado por el ser humano mediante sismómetros. El sismo chileno fue 31 veces más fuerte y liberó cerca de 178 veces más energía que el devastador terremoto de Haití ocurrido el mes anterior, y la energía liberada es cercana a 100.000 bombas atómicas como la liberada en Hiroshima en 1945.

Este terremoto causó graves daños en las edificaciones del centro del país.  Se ha visto en la práctica el funcionamiento sísmico del universo de edificaciones existentes en la zona, en todos sus sistemas de estructuración, materiales y usos. En lo que compete a la Ingeniería Estructural ha sido un tiempo de aprendizaje, de observación de los distintos tipos de fallas, del comportamiento variado de los materiales y también de los defectos constructivos. Ha generado la necesidad de confeccionar un catastro de las edificaciones, basándose en su daño estructural, estudiar edificios completamente colapsados, otros que han quedado con serios problemas estructurales y aquéllos que mediante reparaciones menores, podrán seguir siendo habitados. Las edificaciones que requieran ser demolidas, precisan la realización de proyectos de ingeniería, la disposición de importantes recursos económicos y técnicos, y medidas de seguridad extremas para salvaguardar a la población. Este escenario obliga a poner en ejercicio las diferentes técnicas de reparación, de acuerdo a los distintos materiales de construcción y sobre la base de las tecnologías existentes. El objetivo planteado ha sido darles nuevamente las características de resistencia que eviten su colapso ante nuevas solicitaciones sísmicas.

A continuación os paso un vídeo realizado por la Universidad Politécnica de Madrid donde Richard Leonardo Zapata Garrido explica este terremoto y sus consecuencias desde el punto de vista ingenieril. Espero que os guste y os sea útil.