Mención honorífica
2024
Premiados
Universidad de Miño
Director de trabajo: Tiago Miguel dos Santos Ferreira
Towards an integrated vulnerability-based approach for evaluating, managing and mitigating earthquake risk in urban areas
La tesis doctoral titulada ”Towards an integrated vulnerability-based approach for evaluating, managing and mitigating earthquake risk in urban areas” (Hacia una metodología integral basada en la vulnerabilidad para evaluar, gestionar y mitigar el riesgo sísmico en áreas urbanas) representa una reacción al impacto que los recientes eventos sísmicos han tenido en el corpus de patrimonio cultural arquitectónico alrededor del mundo. De manera específica, esta tesis aborda los sismos acontecidos en México en septiembre de 2017 para ensayar métodos analíticos que permitan identificar bienes históricos vulnerables de forma temprana, anticipando potenciales daños, ofreciendo la oportunidad de realizar acciones proactivas de mitigación. La hipótesis ofrecida en este documento se ve confirmada gracias a la correspondencia significativa entre los modelos analíticos y los daños observados tras los sismos en diversas poblaciones mexicanas.
A pesar de que el estudio de la vulnerabilidad sísmica de edificios históricos ha sido y es materia de diversos estudios, este trabajo pretende atender la falta de investigaciones dirigidas a bienes patrimoniales habitacionales, a pesar de constituir la mayor parte de los monumentos históricos determinados por la ley mexicana en la materia. Los ejes de esta investigación son la adecuación de modelos de vulnerabilidad sísmica para patrimonio cultural arquitectónico, el diseño de procedimientos de adquisición de datos a escala urbana en ambientes históricos, la implementación de un sistema de gestión de datos y, finalmente, la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de conjuntos arquitectónicos.
La vulnerabilidad sísmica de las construcciones históricas se analiza a partir de un modelo simplificado basado en características geométricas y materiales de los edificios. La selección de este modelo está respaldada por su afinidad con el modelo de ficha del Catálogo Nacional de Monumentos Históricos (CNMH) elaborado por el Instituto Nacional de Antropología e Historia. Un ejercicio piloto tomando como caso de estudio la ciudad de Atlixco (Puebla) demostró no solo esta afinidad, sino que también reveló consistencia entre los daños predichos mediante el modelo teórico y los observados tras los sismos de septiembre de 2017. Este éxito motivó el diseño de un sistema integral informático para adquirir, gestionar y tratar los modelos de vulnerabilidad de muestras a escala urbana. Este sistema se construyó recurriendo a Sistemas de Información Geográfica (SIG) y un software totalmente nuevo para tratar los datos y realizar los cálculos correspondientes. Los componentes informáticos de esta tesis son de acceso libre y de código abierto.
Un estudio de mayor escala en la ciudad de Atlixco confirmó la representatividad del modelo paramétrico de vulnerabilidad y permitió evaluar algunas de sus limitaciones. Una de ellas, relacionada con las incertidumbres epistémicas relacionadas con la falta o incompletitud de la información, fue objeto de estudio y del desarrollo de un marco de referencia para evaluar no solo la vulnerabilidad sísmica, sino la calidad de ésta. Tal desarrollo permite evaluar construcciones incluso con datos incompletos, pero que pueden ser fácilmente actualizados para obtener predicciones más precisas.
Finalmente, se exploró la posibilidad de mejorar la calidad de los modelos analíticos de vulnerabilidad recurriendo a algoritmos de inteligencia artificial. Para este propósito, se elaboró una base de datos abarcando cuatro municipios del estado de Morelos. Este esfuerzo, realizado con el apoyo de la Universidad Nacional Autónoma de México, permitió recolectar información suficiente para entrenar un algoritmo de clasificación (Random Forest Classifier) que demostró altos niveles de fiabilidad en la predicción de daños y pérdidas. Este desarrollo es la prueba de que las evidencias de daño y pérdidas eventos sísmicos del pasado pueden ayudar a identificar potenciales escenarios post sísmicos en el futuro.
Este trabajo demostró la factibilidad de conseguir una alerta temprana de bienes sísmicamente vulnerables mediante el aprovechamiento de información existente en el CNMH, la implementación de herramientas informáticas de acceso abierto y la mejora de los modelos de vulnerabilidad mediante el uso de algoritmos de inteligencia artificial. Estos avances representan, en conjunto, una oportunidad en el campo de la conservación del patrimonio cultural arquitectónico y una herramienta de prevención de interés en el campo de la Protección Civil.
A pesar de que el estudio de la vulnerabilidad sísmica de edificios históricos ha sido y es materia de diversos estudios, este trabajo pretende atender la falta de investigaciones dirigidas a bienes patrimoniales habitacionales, a pesar de constituir la mayor parte de los monumentos históricos determinados por la ley mexicana en la materia. Los ejes de esta investigación son la adecuación de modelos de vulnerabilidad sísmica para patrimonio cultural arquitectónico, el diseño de procedimientos de adquisición de datos a escala urbana en ambientes históricos, la implementación de un sistema de gestión de datos y, finalmente, la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de conjuntos arquitectónicos.
La vulnerabilidad sísmica de las construcciones históricas se analiza a partir de un modelo simplificado basado en características geométricas y materiales de los edificios. La selección de este modelo está respaldada por su afinidad con el modelo de ficha del Catálogo Nacional de Monumentos Históricos (CNMH) elaborado por el Instituto Nacional de Antropología e Historia. Un ejercicio piloto tomando como caso de estudio la ciudad de Atlixco (Puebla) demostró no solo esta afinidad, sino que también reveló consistencia entre los daños predichos mediante el modelo teórico y los observados tras los sismos de septiembre de 2017. Este éxito motivó el diseño de un sistema integral informático para adquirir, gestionar y tratar los modelos de vulnerabilidad de muestras a escala urbana. Este sistema se construyó recurriendo a Sistemas de Información Geográfica (SIG) y un software totalmente nuevo para tratar los datos y realizar los cálculos correspondientes. Los componentes informáticos de esta tesis son de acceso libre y de código abierto.
Un estudio de mayor escala en la ciudad de Atlixco confirmó la representatividad del modelo paramétrico de vulnerabilidad y permitió evaluar algunas de sus limitaciones. Una de ellas, relacionada con las incertidumbres epistémicas relacionadas con la falta o incompletitud de la información, fue objeto de estudio y del desarrollo de un marco de referencia para evaluar no solo la vulnerabilidad sísmica, sino la calidad de ésta. Tal desarrollo permite evaluar construcciones incluso con datos incompletos, pero que pueden ser fácilmente actualizados para obtener predicciones más precisas.
Finalmente, se exploró la posibilidad de mejorar la calidad de los modelos analíticos de vulnerabilidad recurriendo a algoritmos de inteligencia artificial. Para este propósito, se elaboró una base de datos abarcando cuatro municipios del estado de Morelos. Este esfuerzo, realizado con el apoyo de la Universidad Nacional Autónoma de México, permitió recolectar información suficiente para entrenar un algoritmo de clasificación (Random Forest Classifier) que demostró altos niveles de fiabilidad en la predicción de daños y pérdidas. Este desarrollo es la prueba de que las evidencias de daño y pérdidas eventos sísmicos del pasado pueden ayudar a identificar potenciales escenarios post sísmicos en el futuro.
Este trabajo demostró la factibilidad de conseguir una alerta temprana de bienes sísmicamente vulnerables mediante el aprovechamiento de información existente en el CNMH, la implementación de herramientas informáticas de acceso abierto y la mejora de los modelos de vulnerabilidad mediante el uso de algoritmos de inteligencia artificial. Estos avances representan, en conjunto, una oportunidad en el campo de la conservación del patrimonio cultural arquitectónico y una herramienta de prevención de interés en el campo de la Protección Civil.
