Edificios de Evacuación Vertical ante Tsunamis o Teb (Tsunami Evacuation Buildings) y Refugios de Apoyo

Edificios de Evacuación Vertical ante Tsunamis o Teb (Tsunami Evacuation Buildings) y Refugios de Apoyo

Francis Pfenniger

Desde hace algunos años ha ido tomando fuerza la idea de la construcción de edificios de evacuación vertical ante riesgos de inundaciones o tsunamis. Los casos más recientes desde el terremoto y tsunami de Indonesia en 2004, o el de Tohoku en Japón 2011 (además de los más cercanos ejemplos de Chile en 2010 y 2015) o el huracán Katrina en Nueva Orleans, con su secuela de pérdida de vidas humanas (además de los importantes daños y costos materiales asociados) han activado el estudio de distintas propuestas de sistemas de evacuación. En abril 2012, la Federal Emergency Managment Agency (FEMA) de los EE.UU. de Norteamérica publicó la segunda edición, revisada de la Guía de Recomendaciones para el diseño de Estructuras para la Evacuación Vertical (FEMA P646) que aborda en detalle y con una mirada global, las estrategias y consideraciones que se deben tener presentes al momento de diseñar un edificio que sirva a los propósitos de la evacuación ante el riesgo de tsunami. Esta publicación, cuya primera edición es de 2008, incluye los aprendizajes del caso de sismo y tsunami de Tohoku de 2011, además de la revisión del impacto de escombros y actualización de aspectos propios del cálculo. Aunque está específicamente estudiado para el territorio de los Estados Unidos de Norteamérica, el documento aborda una serie de consideraciones generales y específicas que son de interés y validez general. No está dentro del alcance ni de las posibilidades de este comentario hacer un resumen del documento, pero a quien le interese el tema, lo recomendamos ampliamente.

Para poner en contexto, un tsunami es una “serie de ondas marinas de ocurrencia natural que resulta de una perturbación rápida y a gran escala de la masa de agua, causada por terremotos, deslizamiento de tierras, erupciones volcánicas o impacto de meteoritos” (Norma NTM7; Ministerio de Vivienda y Urbanismo, Chile). Uno de los problemas que debe asumir cualquier plan de seguridad y evacuación en zonas de riesgo, es la dificultad de anticipar con precisión el tiempo en que un tsunami afecta a una determinada región, que varía principalmente en función de la distancia a la que se encuentra el foco o evento gatillante del tsunami. En el documento de FEMA que  comento, se categorizan los tsunamis en función de la distancia del evento y el tiempo que le toma a las olas alcanzar el área en estudio. Así, un tsunami de fuente distante demorará dos o más horas en alcanzar la costa, mientras un tsunami resultado de una fuente cercana puede llegar en menos de 30 minutos. Un tsunami originado en una fuente a distancia media llegará al área en estudio entre 30 minutos y 2 horas. La NTM7 ordena los tsunamis en dos categorías: de campo cercano (generados por sismos o terremotos con epicentro marítimo ubicado a menos de 200km del borde costero potencialmente inundable) y de campo lejano (generados por terremotos con epicentro marítimo ubicado a más de 200km del borde costero potencialmente inundable).

Se han caracterizado distintas estrategias para generar zonas de seguridad ante los tsunamis. Es claro que ellas varían de caso en caso y dependen, en gran medida de la batimetría, topografía y construcciones en el área de estudio. Los instrumentos de planificación podrán determinar la cota de inundación basados en el estudio de los casos registrados, lo que permitirá definir zonas expuestas a inundación, su población, sus vías de evacuación, etc. Por otra parte se podrán calcular y estimar las alturas probables de la inundación y los riesgos de escombros o de embate de embarcaciones emplazadas en el área de estudio. Se podrá, entonces, proponer un plan de evacuación y establecer la pertinencia o no de la construcción de sistemas de evacuación vertical, basados en la recomendación de distanciamiento en función del tiempo de alerta señalados. Considerando una velocidad de desplazamiento de las personas de aproximadamente 3,2km/h, se recomienda un distanciamiento máximo de 12km para una alerta de a lo menos 2 horas y de 1,5km para una alerta de 15 minutos. Para los efectos del diseño de vías de evacuación el caso más complejo, por cierto, lo representan los tsunamis originados en fuentes cercanas: hay evidencia de llegadas del tren de olas en el rango de los 5 minutos de ocurrido el evento gatillante. Así, la primera prioridad de todo plan será proponer evacuar a la población afectada a sectores altos, por sobre la cota de inundación y proveer allí de un posible equipamiento básico de seguridad que atienda las necesidades por el período de permanencia en esta primera estación. Este tiempo generalmente está limitado a un máximo de 24 horas, tiempo después del cual se podrá volver a las zonas menos afectadas y/o trasladar a los damnificados a centros de acogida con equipamiento para atender las necesidades por  mayor tiempo.

Amparado en el estudio de muchos casos, el documento FEMA P646 destaca que hay evidencia de que las construcciones de baja altura construidas en tabiquerías de madera o perfiles de acero de bajo espesor tienen una mala respuesta frente al  tsunami, tanto a las cargas hidrodinámicas como a las hidrostáticas. Sin embargo, hay numerosos ejemplos de edificios de mediana y gran altura que han resistido bien las inundaciones de un tsunami, aún en el caso de eventos de campo cercano que, eventualmente, han debido soportar previamente el sismo. En consideración a lo anterior, es posible pensar en sistemas de evacuación vertical como una alternativa viable cuando la evacuación horizontal fuera de la zona de inundación no es posible en los plazos requeridos.

Entre las estrategias posibles de aplicar se mencionan el uso de las cubiertas y terrazas de edificios existentes (edificios de estacionamientos, colegios, servicios, etc.), la construcción de bandejones o pretiles artificiales y la construcción de torres de evacuación. Todas ellas deberán tener una altura adecuada que garantice la seguridad de los evacuados ante el evento del tsunami y deberá ser construido con la resistencia y resiliencia requerida para resistir las olas del tsunami y el arrastre de los escombros.

Imagen 1: Bandejón artificial de evacuación, en http://blog.umy.ac.id/restufaizah/vertical-evacuation-options/

Una aplicación interesante de estos conceptos se encuentra en el proyecto Safe Heaven, Tsunami Vertical Evacuation on the Washington Coast, desarrollado para el Grays Harbor County por un grupo interdisciplinario de investigadores bajo el formato del diagnóstico y diseño participativo involucrando a las comunidades ribereñas. Se trata de un interesante estudio y propuesta de alternativas para abordar la evacuación en una zona expuesta a riesgo de tsunami. En ella, se analizan y socializan distintas alternativas de evacuación y zonas de seguridad. Como hemos comentado, las alternativas de evacuación vertical no se limitan a las torres de evacuación vertical (denominadas comúnmente como TEB: Tsunami evacuation buildings): también se estudian opciones como edificios destinados a otros usos que sirvan de zonas seguras (estacionamientos, escuelas, etc.).

(http://mil.wa.gov/uploads/pdf/emergency-management/haz_safehavenreport_graysharbor.pdf)

Imagen 2: Berma construida para refugio de tsunami en Aonae, Japón. Appendix A – FEMA P646

El documento de FEMA entrega gran detalle de recomendaciones y consideraciones de cargas de diseño y cálculo estructural para estructuras sometidas a tsunami. Entre ellas, sugiere algunas fórmulas de pre-dimensionamiento, que vale la pena tener en consideración. Para determinar la altura de la estructura se deberá considerar la altura máxima del runupdel tsunami previsto, más un 30%, más 3 metros. Por otra parte, se debe considerar un área segura de a lo menos 1,0m2 por persona.
Las recomendaciones para el diseño de la estructura de un refugio de evacuación vertical hablan de que ellas deben proveer a) sistemas robustos con capacidad de reserva para resistir fuerzas extremas; b) sistemas estructurales abiertos que permitan el paso del flujo de agua con una mínima oposición; c) ser sistemas dúctiles que resistan esfuerzos extremos sin falla y d)ser sistemas redundantes que puedan experimentar fallas parciales sin comprometer el colapso progresivo de la estructura. En caso de requerirse cerramientos en los niveles inferiores, se sugiere que se trate de paneles colapsables.

Adicionalmente, a los efectos del cálculo estructural, para los emplazamientos en zonas de riesgo de tsunamis de campo cercano, se debe considerar que, por efectos del sismo tsunamigénico, la rigidez de la estructura puede estar degradada.
Como se ve, las estructuras de acero se presentan especialmente adecuadas para el cumplimiento de estas recomendaciones. Así lo han entendido las autoridades de Japón que han desarrollado varias experiencias, algunas de las cuales se comentan en el propio documento de FEMA.

Imagen 3: La Torre Tasukaru -Appendix A – FEMA P646

Esta torre fue desarrollada por la Compañía Industrias Fujiwara, Ltd. de Japón. Se trata de una estructura simple y económica que provee refugio temporal a 50 personas una altura de 5,8m sobre el nivel del terreno, apoyada en columnas tubulares de sección circular distanciadas a 5,40m.

Imagen 4:  Torre de Evacuación en Kushimoto

Imagen 5: Torre Nishiki, Japón. Appendix A FEMA P646

A diferencia de los casos anteriores, la torre Nishiki, construida en el pueblo de Kise, Japón, fue concebida como un edificio de uso permanente con capacidad de evacuación vertical. Se trata de una estructura de hormigón armado de 22 metros de altura que tiene una escalera en espiral en el exterior. El primer nivel tiene baños públicos y espacio para equipo contra incendios, el segundo nivel tiene una sala de reuniones; y el tercero tiene una biblioteca de archivos de desastres naturales. El cuarto y quinto nivel cuentan con 73 metros cuadrados de espacio de refugio para los evacuados.

Imagen 6: Torre Tasukaru, de Fujiwara Industries  http://japan-product.com/ads/fujiwara-industry-co/

 

Imagen 7 y 8 Torre de evacuación de tsunami Quake Rec Nankai, Lake Kawaguchi, vista desde el nivel del suelo. La parte superior está aproximadamente a 15 metros sobre el nivel del mar.  Espacio principal para la evacuación. La planta superior puede albergar 180 personas y toda la estructura puede contener 400. Los paneles solares proporcionan un suministro eléctrico.

Como complemento de estas Torres de evacuación aparecen los requerimientos de equipamientos mínimos que atiendan las zonas de seguridad. Ya se comentó que un plan general de seguridad y evacuación para un área urbana  es resultado de una mirada global y sistémica del territorio y debe ser abordado en forma multisectorial y multiescalar. Las soluciones que se propongan han de ser compartidas y discutidas con las comunidades afectadas. No existe un solo plan ni una solución única.

También a nivel de plan general, las soluciones deben ser complementarias y redundantes. Así, el equipamiento y habilitación de las zonas de seguridad es un tema que enriquece las propuestas.

En Chile, recientemente se ha desarrollado una solución que nos interesa compartir. Se trata de la Unidad de Emergencia, desarrollada por el ingeniero en Gestión de Riesgos Néstor Lobos Farías. Este equipamiento está concebido para atender las necesidades más urgentes de una población de 4.000 personas durante las primeras 48 horas de ocurrido un desastre. La construcción, de marcada orientación vertical, pretende constituirse en un hito dentro de la localidad y estará equipada con servicios básicos. En la base se construye un estanque contenedor de agua potable de hormigón armado sobre el que se monta una estructura de acero de 12m de altura. En su interior, se guarda en distintos niveles, tiendas de campaña (en nivel 1), alimentos no perecibles y/o comida deshidratada en el 2º nivel; artículos de aseo, mantas térmicas y elementos de primeros auxilios (3er nivel) y sistemas de comunicaciones, baterías, linternas, etc., en el cuarto y último nivel.

Imagen 9 -15: Unidad de Emergencia de almacenamiento para necesidades basicas de la poblacion, sirve para otorgar respuesta inmediata a la ciudadania en  las primeras 48 horas de ocurrida una catastrofe, Arica, Chile. (www.pazval.cl)

Estructuralmente la torre está concebida como una estructura tubular arriostrada revestida en planchas de acero. Los niveles interiores están confeccionados en placas de grating que le dan gran continuidad interior. La instalación está equipada con un sistema de celdas fotovoltaicas lo que la hace energéticamente autónoma. El concepto es simple, su ejecución fácil. Su emplazamiento e implementación depende de las decisiones que tome la autoridad local. Nos parece que una idea de este tipo puede contribuir en forma importante a atender las necesidades más urgentes de la población afectada por una catástrofe, respondiendo eficazmente en las primeras horas de ocurrido el evento -que suelen ser de mucho caos- sin demandar tiempo ni energía a las organizaciones  que coordinan y canalizan la gestión del riesgo. Así como ésta, otras iniciativas similares acuden al acero para estructurar sus propuestas. Todo un desafío para la industria que se podría perfeccionar.

Referencias Bibliográficas:
-    Documento FEMA P 646 - Guidelines for Design of Structures for Vertical Evacuation from Tsunamishttps://www.fema.gov/media-library-data/20130726-1641-20490-9063/femap646.pdf
-    Project Safe Haven http://mil.wa.gov/uploads/pdf/emergency- management/haz_safehavenreport_graysharbor.pdf
-    Norma Técnica  Minvu NTM7 - http://www.minvu.cl/opensite_20140107151749.aspx

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