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Tsunami: ¿Cómo conocerlos mejor?

El pasado 10 de marzo de 2011 una noticia llegada del Japón por los medios de difusión internacionales, conmocionó al mundo: se había producido un tsunami producto de un poderoso terremoto en la costa noreste de ese país

El tsunami que tuvo lugar hace unas semanas en Japón dejó tras de sí incuestionables daños y un número aún impreciso de pérdidas humanas. Según los sismólogos, su detonante fue uno de los terremotos más fuertes registrados en esta zona geográfica en los últimos años, cuya magnitud se estimó en 9.1 en la escala de Richter.

¿Qué es un tsunami? ¿Por qué se producen? y sobre todo ¿qué podemos hacer para prevenir sus efectos devastadores? Éstas son algunas de las interrogantes que nos ocupan en esta breve síntesis, que tiene la intención de que todos aprendamos a evitar los efectos de un tsunami, a partir del conocimiento del fenómeno, su génesis, así como el mecanismo de desencadenamiento.

El vocablo Tsunami tiene su origen precisamente en Japón, como voz que alude a “grandes olas en el puerto”. La literatura científica lo asume para identificar las olas marinas gigantescas que llegan a las costas trayendo consigo desastrosas consecuencias. Una gráfica muy elemental de la formación de un tsunami lo explica (Fig. 1) a partir de una excitación en el fondo marino.

El tsunami no se refiere a una sola ola, sino a toda una serie, formando el llamado “tren de olas del tsunami” que avanza hacia la línea costera. Se trata entonces, de un conjunto de olas gigantescas de longitud de onda extremadamente grande (se habla de hasta 100 y 200 Km) y largo periodo, llegando a recorrer cientos de kilómetros a lo largo de las profundidades del océano y alcanzando velocidades de hasta 800 km/h; (Fig. 2).

A diferencia de las olas de marea generadas por el viento, los tsunamis tienen períodos de entre 10 minutos y 2 horas, llegando a alcanzar alturas de agua de hasta 15 m o más en las aguas poco profundas de las costas.

Ahora bien, ¿por qué suelen producirse estos fenómenos? ¿Cuáles son los mecanismos detonantes de tan poderosa acción? La respuesta a estas preguntas expone que los tsunamis pueden originarse por cualquier tipo de perturbación que se produzca en el océano, o incluso en zonas costeras. Pueden citarse entre éstas: los terremotos submarinos entre las más frecuentes (su origen puede situarse en el océano o en la costa); corrimientos de tierra o deslizamientos submarinos; erupciones volcánicas, explosiones nucleares en la costa u otros hechos que provoquen grandes impactos en el océano, desplazando grandes cantidades de agua en un reducido espacio de tiempo. Asimismo, puede asegurarse que no todos los terremotos submarinos generan tsunamis. Para que esto ocurra, el terremoto debe tener una magnitud considerable capaz de deformar el lecho marino al moverlo abruptamente en sentido vertical. De esta manera, cuando la gran masa de agua desplazada intenta recuperar su equilibrio, se generan las olas en los puntos cercanos al foco del terremoto. Se desplazan entonces las olas por el océano siguiendo círculos concéntricos, que a penas son perceptibles en aguas profundas. En la Fig. 3 aparece representada la génesis de un tsunami producto a un desplazamiento vertical en una falla.

Otra característica importante de estos fenómenos está relacionada con la velocidad de desplazamiento que pueden alcanzar. Estudios demuestran que este parámetro está relacionado con la aceleración de la gravedad y la profundidad. En este sentido, es evidente que a excitaciones más profundas, el tsunami alcance mayores velocidades de propagación; hecho que explica cómo pueden éstos muchas veces cruzar océanos en apenas unas pocas horas. De la misma manera cuando la profundidad disminuye, el tsunami se hace más lento y su altura se incrementa.

Aunque el tsunami va reduciendo su velocidad hasta aproximadamente 50 Km/h en la medida que se acerca a la costa, éste continúa con su fuerza destructiva, cuyos desastrosos efectos son originados fundamentalmente por el aumento considerable de la columna de agua en la costa, las inundaciones tierra adentro y la retirada de las aguas. Estos efectos adversos traen consigo cuantiosas pérdidas de vidas humanas; pero frente a un evento de esta naturaleza pueden esperarse otros daños también importantes, entre los que pueden mencionarse: la destrucción de la infraestructura y las edificaciones debido al arrastre, la socavación o a la acción de flotantes; salinización de depósitos o acuíferos; pérdida de funcionalidad en los sistemas de abastecimiento de agua; daños considerables en los sistemas de producción y destrucción de ecosistemas.

Los reportes de tsunamis que han afectado al hombre son tan antiguos como la propia existencia humana, y se han ubicado en diferentes latitudes, aunque una cantidad importante de ellos se ha registrado a lo largo del llamado Anillo de Fuego del Pacífico. En la Tabla 1, se describen brevemente algunos de los principales desastres causados por tsunamis.

En las fotografías que presentamos se visualizan dos instantáneas de dos de los más devastadores tsunamis ocurridos en la última década.

Es obvio el efecto adverso que en el hombre, el medio ambiente y las estructuras tienen los tsunamis en zonas de riesgo. Son prácticamente nulas las posibilidades humanas para accionar ante su amenaza. Las opciones que se presentan son pocas: o se limita a la sociedad a responder a la emergencia y reconstruir la vida posterior a las muchas veces devastadoras consecuencias, o se contribuye desde ya a reducir el impacto negativo reduciendo la vulnerabilidad en las zonas de riesgo.

Para definir la magnitud de un tsunami, los especialistas valoran tres aspectos fundamentales: la profundidad de la inundación, así como la velocidad y dirección del flujo de agua; aspectos que a su vez dependen de la altura y período de las olas, la topografía costera y las características del terreno costa adentro. Aunque no pueden prevenirse los tsunamis, su impacto puede minimizarse a través de las advertencias oportunas y la preparación de la comunidad. En este sentido se manejan en la literatura científica diferentes estrategias a seguir para reducir los riesgos frente a tsunamis. Entre las más importantes se encuentran la implantación de sistemas de alerta, las medidas de protección y la reducción de la vulnerabilidad.

Los sistemas de alerta básicamente se conforman, por cuatro elementos fundamentales: una red sismológica que permite la localización exacta de la perturbación y la posibilidad de que se genere un tsunami, un sistema de observación oceanográfica que verifica exactamente si este se ha producido, una base de datos de simulaciones numéricas que incluye un elevado número de eventos posibles, que permite determinar las posibles zonas afectadas, mapas de inundación, tiempo de arribo, entre otras variables y por último, un sistema de transmisión de alerta que finalmente emite la señal para que se comiencen a tomar las necesarias medidas de protección. Además de los sistemas de alerta, se ha demostrado la pertinencia de las medidas de protección como otra posibilidad para reducir el riesgo de impacto adverso ante tsunamis. Estas medidas abarcan desde la construcción de estructuras o parapetos que contribuyan a contener el impacto de las aguas, hasta el aprovechamiento de la naturaleza con la misma intención. En este caso, la experiencia ha demostrado que las playas, arrecifes, manglares y arboledas contribuyen en gran medida a contrarrestar avanzadas acuden al empleo de la combinación de ambas soluciones para la protección en zonas más vulnerables y a la construcción de edificaciones, lo suficientemente permeables en sus niveles inferiores, que garanticen el libre flujo del agua durante el desarrollo del evento; de esta manera la incidencia de dicho evento sobre la ía ser mínima.

Tales eventos hacen que el hombre trabaje igualmente por reducir uno de los elementos componentes del riesgo: la vulnerabilidad.En este sentido, la mejor manera de hacerlo es tomando medidas que atiendan a una mejor planificación territorial en las zonas bajas de la costa potencialmente amenazadas, siempre reduciendo la habitabilidad en estas zonas.

Se resalta así la importancia de los ingenieros estructurales al existir la necesidad de diseñar y construir estructuras seguras bajo las acciones asociadas al impacto de tsunamis en áreas costeras bajo riesgo. Las acciones de referencia son:

• Fuerza hidrostática: Aquella que se genera por la acción del agua en dirección perpendicular a la superficie plana de una estructura.

• Fuerza hidrodinámica: Es la que está relacionada con la fuerza de arrastre al ser las estructuras rodeadas de agua y socavada costa adentro. Esta fuerza es una función de la velocidad de la marea y del coeficiente de arrastre, que a su vez depende de la forma estructural alrededor del cual el flujo corre.

• Fuerza flotante: Es una fuerza vertical que actúa alrededor del centro de masa de los cuerpos sumergidos. Su magnitud es equivalente al peso del volumen de agua desplazado por dicho cuerpo. Los elementos estructurales como las losas de piso suelen ser considerablemente dañados por estas fuerzas.

• Fuerza del oleaje: Está relacionada con el choque del frente de agua de la marea con la estructura. Su magnitud depende de la geometría del elemento y de la velocidad del tsunami.

• Fuerza de impacto de flotantes: Está relacionada con el choque que producen los cuerpos arrastrados por la marea, como pueden ser automóviles, embarcaciones, trozos de estructuras desechas, u otros. El impacto de flotantes puede inducir fuerzas considerables en las estructuras pudiendo llegar al daño o el colapso estructural.

En la Fig. 5 puede consultarse una representación simplificada de estas fuerzas inducidas por la acción de tsunamis sobre las estructuras. Fi, Fs, Fd, FHS y Fb refieren respectivamente a las fuerzas de impacto de flotantes, la del oleaje, la hidrodinámica o de arrastre, la hidrostática y por último la fuerza flotante.

Actualmente, uno de los retos de la ingeniería estructural es establecer en los códigos de diseño aquellas combinaciones de fuerzas adecuadas para calcular la fuerza total inducida por tsunamis, dada la ubicación y tipo de elementos estructurales. Indudablemente, se impone la necesidad de proyectar y construir estructuras adecuadas en zonas potencialmente amenazadas por tsunamis, pues estas fuerzas podrían igualar o incluso superar las fuerzas sísmicas.

Fe de erratas: En el número de abril de CyT, de esta sección, el título del artículo dice: "Prefabricados de concreto: Prominencia y competitividad". Debe decir: "Concretos de Alto Desempeño: Prominencia y competitividad".

Texto: I y E Vidaud Quintana