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Los deslizamientos inducidos por el terremoto representan uno de los peligros secundarios más devastadores asociados a eventos sísmicos, causando daños extensos a comunidades, infraestructura y entornos naturales en todo el mundo. Estos desastres geológicos se caracterizan por su gran cantidad y escala, amplia distribución, mecanismos complejos, que dan lugar a graves bajas y pérdidas económicas, y efectos prolongados después del terremoto.

A medida que la actividad sísmica sigue planteando amenazas a las regiones pobladas a nivel mundial, la integración de técnicas avanzadas de investigación geotécnica, modelos computacionales y metodologías de evaluación de riesgos se ha vuelto cada vez más crítica. Esta guía amplia explora el enfoque polifacético para estimar los riesgos de deslizamiento provocado por el terremoto, examinando el papel de la recopilación de datos geotécnicos, los métodos de análisis y las aplicaciones tecnológicas modernas que aumentan nuestra capacidad para proteger vidas y vidas.

Comprender los mecanismos de deslizamiento terrestre inducidos por el terremoto

Los deslizamientos provocados por terremotos son fenómenos complejos que dependen de la interacción intrincada entre fuerzas sísmicas y condiciones geológicas. A diferencia de los deslizamientos de tierra inducidos por lluvias que se desarrollan gradualmente, los deslizamientos inducidos por terremotos pueden ocurrir repentinamente durante o inmediatamente después de la sacudida sísmica, dejando poco tiempo para advertir o evacuar.

Factores que controlan la sostenibilidad de los deslizamientos terrestres

La susceptibilidad de las pistas al fracaso provocado por el terremoto se rige por múltiples factores interrelacionados. La geometría de la pendiente juega un papel fundamental, con pendientes más pronunciadas generalmente mostrando mayor vulnerabilidad al temblor sísmico. El ángulo de inclinación, altura de la pendiente y morfología general determinan las fuerzas gravitatorias que actúan en la masa del suelo e influyen en cómo las ondas sísmicas se propagan a través de la pendiente.

La composición y la estratificación del suelo afectan significativamente el potencial de deslizamiento. Los diferentes tipos de suelo responden de manera diferente a la carga sísmica: suelos cohesivos como las arcillas se comportan de forma diferente a materiales granulares como arenas y gravamientos. Los parámetros más sensibles que afectan al factor de seguridad son los parámetros de fuerza del suelo, incluyendo el ángulo de fricción interno y la cohesión, seguido por el peso de la unidad del suelo, frecuencia y la amplitud de onda hacia arriba.

La intensidad y características del movimiento de tierra son igualmente importantes. La magnitud del terremoto, la distancia del epicentro, la duración del temblor y el contenido de frecuencia de las ondas sísmicas influyen en la probabilidad y la extensión de las fallas de la pendiente. La aceleración del suelo de pico (PGA) se utiliza comúnmente como medida de intensidad sísmica, aunque otros parámetros como la velocidad máxima del suelo y la aceleración espectral también juegan roles significativos.

Las condiciones de las aguas subterráneas pueden alterar dramáticamente la estabilidad de las pendientes durante los terremotos. Los suelos saturados son más susceptibles a la licuefacción y la pérdida de fuerza durante el agitado sísmico. La excitación sismológica puede cambiar las propiedades dinámicas de los suelos, potencialmente generando presión poro durante los terremotos, lo que a su vez traerá el estado del suelo cerca del fracaso con un factor de pendiente sustancialmente reducido de seguridad, y posterior exposición a las condiciones de lluvias.

Tipos de deslizamientos terrestres inducidos por terremotos

Los deslizamientos de tierra inducidos por terremotos se manifiestan en diversas formas, cada uno con características y perfiles de peligro distintos. Los deslizamientos de tierra, incluyendo caídas de roca, toboganes de roca y toboganes de suelo, se encuentran entre los tipos más comunes desencadenados por eventos sísmicos. Estos fallos suelen ocurrir en terrenos empinados y implican el rápido movimiento de bajada de material fragmentado.

Los deslizamientos de tierra coherentes mantienen su estructura interna durante el movimiento e incluyen los desplomes de roca y las diapositivas de bloque. Estos fallos a menudo ocurren a lo largo de las discontinuidades geológicas bien definidas o capas débiles y pueden implicar volúmenes masivos de material que se mueven como bloques relativamente intactos.

Las dispersiones posteriores representan un tipo particularmente peligroso de fallas causadas por el terremoto, que se producen principalmente en terrenos suavemente inclinados por suelos licuados. Durante el agitado sísmico, las arenas saturadas o las silencias pierden su fuerza, causando la sobrecarga de capas de suelo para extenderse lateralmente, a menudo resultando en una deformación significativa del suelo y daños a las estructuras.

Los deslizamientos de tierra de tipo bajo, incluidos los flujos de desechos y los flujos de barro, pueden iniciarse por el terremoto que se agita en zonas con condiciones saturadas o parcialmente saturadas del suelo. Estas fallas altamente móviles pueden viajar largas distancias de sus zonas de origen, planteando amenazas a comunidades situadas lejos de la zona de falla inicial.

El papel crítico de los datos geotécnicos

Los datos geotécnicos forman la base empírica sobre la que se construyen evaluaciones de riesgo de deslizamiento inducido por terremotos. Estos datos abarcan una amplia gama de información sobre las condiciones de subsuperficie, las propiedades del suelo y las rocas, y características específicas del sitio que influyen en el comportamiento de pendiente durante eventos sísmicos.

Parámetros geotécnicos esenciales

Los parámetros de resistencia al suelo son una de las propiedades geotécnicas más críticas para la evaluación del riesgo del deslizamiento. La cohesión representa la unión inherente entre partículas del suelo, mientras que el ángulo de fricción interno describe la resistencia a deslizarse a lo largo de los contactos de partículas. Estos parámetros se determinan normalmente mediante pruebas de laboratorio de muestras de suelo sin perturbar usando pruebas de compresión triaxiales o pruebas de corte directo.

La densidad del suelo y el peso de la unidad influyen tanto en las fuerzas de conducción gravitacional como en las fuerzas inerciales generadas durante el agitado terremoto. Los suelos de densidad superior experimentan mayores fuerzas sísmicas pero también pueden poseer mayor fuerza.

Permeabilidad y conductividad hidráulica controlan cómo el agua se mueve a través de las masas de suelo y roca. Estas propiedades son esenciales para entender el desarrollo de presión poro durante los terremotos y el potencial de licuación en suelos saturados. La permeabilidad se mide típicamente a través de pruebas de permeaímetro de laboratorio o pruebas de bombeo de campo.

Las características de rigidez y deformación del suelo, cuantificadas a través de parámetros como el módulo de corte y el módulo de Young, determinan cómo el suelo responde a la carga dinámica. Estas propiedades rigen la propagación de ondas sísmicas a través del suelo y la magnitud de las deformaciones que ocurren durante el agitado. Las propiedades dinámicas del suelo se determinan a menudo mediante pruebas especializadas como pruebas de columna resonantes o pruebas triaxiales cíclicas.

Las características de la plasticidad, incluyendo el límite líquido y el límite de plástico, proporcionan información sobre el comportamiento de los suelos finos. Estas propiedades de índice ayudan a clasificar los suelos y a predecir su susceptibilidad a la pérdida de fuerza durante la carga cíclica.El índice de plasticidad, calculado como la diferencia entre los límites líquidos y plásticos, es particularmente útil para evaluar el potencial de licuación.

Información geológica y estructural

Más allá de las propiedades básicas del suelo, la información geológica proporciona contexto para entender la susceptibilidad del deslizamiento. La litología, o tipo de roca, influye en los patrones de clima, las características de fuerza y los mecanismos de falla. Las rocas sedimentarias pueden contener planos de ropa débil, mientras que las rocas ígneas y metamorfóricas a menudo presentan patrones conjuntos que controlan la estabilidad.

La estructura geológica, incluyendo la orientación de los planos de la ropa de cama, las articulaciones, las fallas y la follación, puede crear planos de debilidad a lo largo de los cuales se puede deslizar preferentemente. La relación entre la orientación de la pendiente y la estructura geológica es particularmente importante: pendientes que se desploman en la misma dirección que los planos de la ropa (las pendientes) son generalmente más susceptibles al fracaso que los que los que los que los que con orientaciones opuestas.

Las ubicaciones de terremotos en la unión en forma de Y de las principales fallas tectónicas activas resultan en masas de roca y suelo que están relativamente fracturadas, haciendo que estas áreas sean propensas a deslizamientos. Entender el entorno tectónico y la proximidad a fallas activas es esencial para evaluar los niveles de peligro sísmico y las intensidades de movimiento terrestre esperadas.

El grado de clima y el grado de fractura afectan la fuerza y deformabilidad de la masa rocosa. Las masas rocosas altamente climatizadas o fracturadas se comportan más como el suelo y son más susceptibles a la falla causada por el terremoto. Los sistemas de clasificación de masas de rocas como el índice de resistencia a la masa (RMR) o el índice de fuerza geológica (GSI) proporcionan métodos estandarizados para caracterizar estas condiciones.

Técnicas de investigación geotécnica

Las investigaciones globales sobre el sitio geotécnico son esenciales para reunir los datos necesarios para evaluar los riesgos de deslizamiento provocados por el terremoto, que suelen combinar la exploración sobre el terreno, las pruebas in situ y el análisis de laboratorio para desarrollar una comprensión completa de las condiciones de subsuperficie.

Métodos de exploración de terreno

La perforación de agujeros representa el método más común para la exploración de subsuperficies. Se emplean diversas técnicas de perforación dependiendo de las condiciones del suelo y de la roca, incluyendo perforación rotativa, perforación de percusión y perforación de apiladores de tallo hueco. Los agujeros permiten la observación directa de la estratigrafía de subsuperficie, la recolección de muestras de suelo y roca, e instalación de instrumentación para monitorización.

Las focas y trincheras de prueba proporcionan acceso directo a materiales superficiales poco profundos, lo que permite un examen detallado de la estructura del suelo, la estratificación y las discontinuidades. Estas excavaciones son particularmente valiosas para identificar capas débiles, evaluar los perfiles de climatización y recoger grandes muestras sin perturbar para pruebas de laboratorio.

Las encuestas geofísicas ofrecen métodos no invasivos para caracterizar las condiciones de subsuperficie en grandes áreas. Las encuestas de refracción y reflexión sistémicas miden la velocidad de las ondas sísmicas a través de diferentes materiales, proporcionando información sobre los límites de capa y la rigidez material. Las encuestas de resistividad eléctrica pueden identificar variaciones en el contenido de humedad del suelo y distinguir entre diferentes tipos de suelo.

Procedimientos de ensayo in situ

Los exámenes estándar de penetración (SPT) son ampliamente utilizados para evaluar la densidad y la fuerza del suelo. La prueba implica conducir un sampler estándar en el suelo y contar el número de golpes requeridos para lograr una penetración especificada. El valor N resultante correlaciona con densidad del suelo, fuerza y resistencia a la licuación. La prueba del SPT es particularmente valiosa porque proporciona simultáneamente una medición de fuerza y una muestra de suelo perturbada para la clasificación.

Los exámenes de penetración de cono (CPT) proporcionan perfiles continuos de resistencia al suelo con profundidad. Una sonda en forma de cono se empuja al suelo a un ritmo constante mientras mide la resistencia de punta, la fricción de mangas y la presión poro. Los datos CPT pueden utilizarse para clasificar los suelos, estimar los parámetros de fuerza y evaluar el potencial de licuación.

Las pruebas de presión miden el comportamiento in situ de estrés-estrés de suelos y rocas al expandir una sonda cilíndrica dentro de un agujero. Estas pruebas proporcionan mediciones directas de la rigidez del suelo y los parámetros de fuerza bajo condiciones realistas de estrés. Los datos de presión son particularmente valiosos para evaluar las características de deformación necesarias para el modelado numérico.

Las pruebas de tijera de vano se utilizan para medir la resistencia de la tijera sin tracción de suelos cohesivos suaves a médium. Una caña de cuatro avellados se inserta en el suelo y gira para determinar el par necesario para causar fallo. Esta prueba proporciona mediciones de fuerza rápida y es especialmente útil en las arcillas saturadas donde la perturbación de muestreo puede afectar los resultados de las pruebas de laboratorio.

Programas de ensayo de laboratorio

Las pruebas de laboratorio de suelo y muestras de roca proporcionan información detallada sobre propiedades materiales bajo condiciones controladas. Las pruebas de propiedades de índice, incluyendo la distribución del tamaño de grano, los límites de Atterberg, el contenido de humedad y la gravedad específica, se realizan para clasificar los suelos y establecer características de referencia. Estas pruebas relativamente simples proporcionan información esencial para entender el comportamiento del suelo y seleccionar métodos de análisis adecuados.

Las pruebas de fuerza abarcan una gama de procedimientos diseñados para medir la resistencia al fracaso del suelo. Pruebas de compresión triaxial some some cilíndricas especímenes de suelo a condiciones de estrés controladas, permitiendo la medición de parámetros de fuerza bajo condiciones drenadas o no tragadas. Las pruebas de corte directo miden la fuerza de la corte a lo largo de un plano de falla predeterminado y son particularmente útiles para evaluar la resistencia a lo largo de las discontinuidades o capas débiles.

Los ensayos de consolidación miden la compresión y las características de asentamiento dependientes del tiempo de los suelos bajo cargas aplicadas. Si bien se utilizan principalmente para el análisis de los asentamientos, los resultados de los ensayos de consolidación proporcionan información sobre la estructura del suelo y el historial de estrés que son pertinentes para la evaluación de la estabilidad de la pendiente.

Los procedimientos de prueba dinámicos caracterizan el comportamiento del suelo bajo condiciones de carga cíclica que simulan el agitamiento del terremoto. Las pruebas triaxiales cíclicas aplican ciclos repetidos de estrés a los especímenes del suelo, midiendo la acumulación de presión poro y la degradación de la rigidez y la fuerza. Las pruebas de columna resonantes miden el módulo de arrastre dinámico y las características de amortiguación en pequeños niveles de tensión.

Métodos para la estimación del riesgo de deslizamiento terrestre inducido por terremoto

Se han desarrollado múltiples enfoques analíticos para estimar los riesgos de deslizamiento inducidos por terremotos, cada uno con ventajas, limitaciones y requisitos de datos distintos. La selección de métodos apropiados depende de la escala de análisis, datos disponibles, precisión necesaria y aplicación prevista de los resultados.

Pseudo-Static Analysis

El análisis seudostático fue el método más temprano y se limitó a añadir una fuerza corporal permanente que representa el terremoto que se agita a un análisis estático de límite-equilibrio. En este enfoque, las fuerzas sísmicas están representadas por constantes aceleraciones horizontales y verticales aplicadas a la masa del suelo. El coeficiente sísmico, generalmente expresado como una fracción de aceleración gravitacional, se selecciona basado en la intensidad del terremoto esperado.

El método pseudo-estático calcula un factor de seguridad que representa tanto las fuerzas gravitatorias como las sísmicas. Aunque computacionalmente simple y ampliamente entendido, este enfoque tiene limitaciones significativas. No tiene en cuenta la naturaleza transitoria del temblor del terremoto, el contenido de frecuencia del movimiento terrestre, o la respuesta dinámica de la pendiente. El Factor de Seguridad es un indicador utilizado para estudiar el estado de estabilidad de las pistas del suelo, igual a las fuerzas que aseguran movimiento estable

A pesar de sus limitaciones, el análisis pseudoestático sigue siendo útil para evaluaciones preliminares y evaluaciones de nivel de detección, lo que proporciona una estimación conservadora de la estabilidad sísmica y requiere datos de entrada relativamente limitados en comparación con métodos más sofisticados.

Nuevo análisis de bloques deslizantes

En 1965, Newmark desarrolló un método que efectivamente puentea la brecha entre el análisis pseudoestático y la deformación del estrés. El método Newmark trata una masa potencial de deslizamiento como un bloque rígido que descansa en un plano inclinado. Cuando las aceleraciones sísmicas superan un umbral crítico (la aceleración del rendimiento), el bloque comienza a deslizarse, acumulando desplazamiento permanente.

La aceleración de rendimiento se calcula sobre la base de los parámetros de geometría de pendiente y de resistencia al suelo. Comparando el tiempo de aceleración inducida por el terremoto con la aceleración del rendimiento, el método calcula desplazamiento permanente acumulativo. Este desplazamiento sirve como índice de rendimiento sísmico: los desplazamientos más grandes indican un mayor daño y mayor riesgo.

El enfoque calcula los desplazamientos de deslizamientos sísmicos utilizando un enfoque de bloques deslizantes, mientras que representa las incertidumbres de las variables de entrada y los modelos de desplazamiento utilizando un árbol lógico. Se han desarrollado numerosas relaciones empíricas para estimar el desplazamiento de Newmark sobre la aceleración del rendimiento, la magnitud del terremoto y la distancia de la fuente sísmica, lo que permite evaluaciones rápidas a escala regional.

El método de bloqueo deslizante ha adquirido prominencia en la zonificación de los peligros de deslizamiento sísmico y ha sido recomendado por el Comité Técnico de Ingeniería Geotécnica del Terremoto como un instrumento eficaz para una evaluación robusta. El método es particularmente adecuado para la cartografía regional de los riesgos y proporciona resultados que pueden interpretarse fácilmente en términos de rendimiento esperado.

Métodos de equilibrio de límites

Los métodos de equilibrio de límites investigan el equilibrio de una masa de suelo que tiende a deslizarse bajo la influencia de la gravedad, con movimiento traduccional o rotacional considerado en una superficie de deslizamiento potencial asumida o conocida debajo de la masa del suelo o roca. Estos métodos calculan un factor de seguridad comparando fuerzas o momentos de resistencia a las fuerzas o momentos de conducción a lo largo de posibles superficies de falla.

El método de las rebanadas es la técnica de equilibrio límite más utilizada para el análisis de estabilidad de la pendiente. La masa deslizante potencial se divide en rebanadas verticales, y las ecuaciones de equilibrio se formulan para cada rebanada. Diferentes métodos hacen hipótesis variables sobre fuerzas inter-cerdos, que conducen a diferentes formulaciones.

Para el análisis sísmico, los métodos de equilibrio límite pueden adaptarse para incluir fuerzas sismológicas utilizando aceleraciones pseudoestáticas o enfoques dinámicos más sofisticados. La superficie de falla crítica —la superficie con el factor más bajo de seguridad— se identifica normalmente a través de procedimientos de búsqueda iterativa que examinan numerosas geometrías de falla potencial.

Los principales objetivos del análisis de la estabilidad de la pendiente son encontrar zonas en peligro, investigar posibles mecanismos de fracaso, determinar la sensibilidad de la pendiente a diferentes mecanismos de activación, diseñar pistas óptimas en materia de seguridad, fiabilidad y economía, y diseñar posibles medidas correctivas como barreras y estabilización.

Abordamientos numéricos de modelado

El análisis de la deformación de la tensión implicaba un modelado mucho más complejo de las pistas utilizando una malla en la que se computan las tensiones internas y las cepas dentro de los elementos sobre la base de las cargas externas aplicadas, incluyendo la gravedad y las cargas sísmicas, proporcionando el modelo más realista de comportamiento de la pendiente, pero es muy complejo y requiere una alta densidad de datos de alta calidad de propiedad del suelo, así como un modelo preciso de comportamiento del suelo.

El análisis de elementos finitos (FEA) descreta la pendiente en una malla de elementos, cada uno con propiedades materiales definidas y comportamiento constitutivo.El método resuelve las ecuaciones de equilibrio para toda la malla, calculando tensiones, cepas y desplazamientos a lo largo de la pendiente. Para el análisis sísmico, los métodos de elementos finitos dinámicos aplican mociones de tierra terremoto como condiciones de límite de tiempo que van encubriendo, capturar la respuesta transitoria de la pendiente.

Métodos de diferencia finita, implementados en software como FLAC (Análisis Lagrangiano Fasto de Continua), utilizan un esquema explícito de tiempo para resolver ecuaciones de movimiento. Estos métodos son especialmente adecuados para problemas que implican deformaciones grandes y comportamientos complejos de materiales, incluyendo plasticidad del suelo y suavizar la tensión.

Métodos de elementos distintos modelo suelo y roca como conjuntos de partículas discretas o bloques que pueden separar, deslizarse y girar. Estos métodos son especialmente apropiados para analizar masas de rocas articuladas y materiales granulares donde domina el comportamiento discontinua.

Los modelos constitutivos avanzados incorporados en análisis numéricos pueden captar comportamiento complejo del suelo, incluyendo movilidad cíclica, licuefacción y fracaso progresivo. Sin embargo, estos modelos sofisticados requieren una calibración extensa utilizando datos de pruebas de laboratorio de alta calidad y juicio experto en la selección de parámetros.

Métodos probabilísticos y estadísticos

El análisis de estabilidad de pendiente probabilístico ha resultado eficaz para evaluar el impacto de la incertidumbre y la variabilidad en las propiedades del suelo. Estos métodos representan explícitamente incertidumbres en los parámetros geotécnicos, características del terremoto y hipótesis modelo, proporcionando estimaciones de riesgo en términos probabilísticos en lugar de factores deterministas de seguridad.

La simulación de Monte Carlo genera numerosas realizaciones de cálculos de estabilidad de pendiente, cada uno utilizando parámetros de entrada aleatorios de muestras extraídos de distribuciones de probabilidad especificadas. Los resultados se compilan en distribuciones de probabilidad de factor de seguridad o desplazamiento, permitiendo el cálculo de probabilidad de fallo y intervalos de confianza.

Al estudiar la estabilidad de la pendiente, es esencial considerar la estructura de dependencia entre los parámetros del suelo, y la función Copula puede introducirse para representar la estructura de dependencia entre la cohesión del suelo y el ángulo de fricción interno. Este enfoque proporciona representaciones más realistas de la incertidumbre del parámetro que asumir la independencia entre variables.

Los métodos de confiabilidad de primer orden (FORM) y los métodos de confiabilidad de segundo orden (SORM) proporcionan alternativas de eficiencia computacional a la simulación de Monte Carlo para calcular las probabilidades de fallo. Estos métodos aproximan la superficie límite del estado y calculan índices de confiabilidad que cuantifican la probabilidad de fallo.

La teoría del campo aleatorio extiende el análisis probabilístico para tener en cuenta la variabilidad espacial de las propiedades del suelo. En lugar de tratar cada parámetro como una única variable aleatoria, los campos aleatorios representan propiedades que varían continuamente en el espacio con estructuras de correlación definidas. Este enfoque es particularmente importante para grandes pendientes donde la variabilidad espacial influye significativamente en los mecanismos de falla.

Máquinas de aprendizaje y aplicaciones de inteligencia artificial

Los avances recientes en el aprendizaje automático y la inteligencia artificial han abierto nuevas posibilidades para la evaluación del riesgo de deslizamiento de tierra inducido por terremotos. Los métodos de evaluación de riesgos de deslizamiento de tierras coseísmo incluyen métodos de aprendizaje automático y el método Newmark basado en el mecanismo de mecánica. Estos enfoques basados en datos pueden identificar patrones complejos en grandes conjuntos de datos y desarrollar modelos predictivos que complementen los métodos tradicionales basados en la física.

Técnicas de aprendizaje supervisadas

La regresión logística se ha aplicado ampliamente en la cartografía de susceptibilidad de deslizamiento. Se aplica un proceso de Jerarquía Analítica mezclado con regresión logística para crear un modelo de susceptibilidad de deslizamiento basado en terrenos, geología, hidrología y capas de datos de cubierta terrestre. El método modela la probabilidad de aparición de deslizamientos como función de variables predictoras, incluyendo ángulo de pendiente, geología, distancia a fallas e intensidad sís.

Las máquinas vectoriales de soporte clasifican las pistas como estables o inestables basadas en datos de entrenamiento de eventos pasados de deslizamiento. Los SVM pueden manejar espacios de características de alta dimensión y relaciones no lineales entre variables de entrada y ocurrencia de deslizamiento. El método ha demostrado un buen rendimiento en aplicaciones de mapeo de susceptibilidad regional.

Los algoritmos forestales aleatorios construyen múltiples árboles de decisión utilizando muestras de arranque de datos de entrenamiento y subconjuntos aleatorios de variables predictoras.El modelo FR-LightGBM marcó una mejora del valor de la AUC en comparación con los modelos de Red Neural Convolutional y Regresividad Logística, con aplicabilidad práctica significativamente mejorada por su capacidad para priorizar la litología, fallas y aspecto como factores cruciales.

Las redes neuronales artificiales (ANNs) pueden aprender relaciones complejas no lineales entre parámetros de entrada y ocurrencia de deslizamiento mediante la formación en datos históricos. Las arquitecturas de aprendizaje profundo con múltiples capas ocultas han mostrado una promesa particular para procesar diversos tipos de datos, incluyendo imágenes, topografía y parámetros geotécnicos.

Integración con métodos tradicionales

Los enfoques más eficaces a menudo combinan el aprendizaje automático con modelos basados en la física. El aprendizaje automático se puede utilizar para desarrollar herramientas de detección rápidas que identifican áreas de alto riesgo para el análisis detallado utilizando métodos geotécnicos tradicionales. Además, los modelos basados en la física pueden generar datos de capacitación sintéticos para complementar las observaciones de campo limitadas, mejorando el rendimiento de los modelos de aprendizaje automático.

Los modelos híbridos que incorporan componentes tanto basados en datos como mecanísticos aprovechan las fortalezas de cada enfoque. Por ejemplo, el aprendizaje automático puede predecir parámetros de movimiento terrestre específicos del sitio o propiedades del suelo que sirven como insumos para cálculos de desplazamiento de Newmark o modelos de elementos finitos.

La aplicación de la inteligencia artificial en ingeniería geotécnica representa un desarrollo de vanguardia, con investigación continua explorando nuevas arquitecturas y estrategias de capacitación para mejorar la precisión y fiabilidad de la predicción.

Teleobservación y Tecnologías GIS

Los sistemas de información geográfica (SIG) y las tecnologías de teleobservación han revolucionado la escala y eficiencia de la evaluación del riesgo de deslizamiento inducido por terremotos, que permiten analizar vastas zonas geográficas, integrar diversas fuentes de datos y visualizar resultados en formatos útiles para la adopción de decisiones.

Satélite e Imagen Aerial

La base de datos de deslizamiento coseísmo se basa en la interpretación visual de imágenes satelitales tomadas antes y después del terremoto, con imágenes posteriores al terremoto siendo imágenes del planeta con una resolución de 3 m. La imagen óptica de alta resolución permite la identificación rápida y el mapeo de deslizamientos sobre grandes áreas después de eventos de terremotos.

Las imágenes multispectral e hiperspectral capturan información en múltiples bandas de longitud de onda, permitiendo identificar el estrés vegetal, las variaciones de humedad del suelo y las diferencias litológicas que influyen en la susceptibilidad del deslizamiento.

El radar de abertura sintética (SAR) proporciona capacidad de imagen de todo el tejido y puede detectar la deformación del suelo mediante el procesamiento interferométrico. En la RAE (SAR interferométrico) se mide desplazamientos de superficie a escala de milímetros, lo que permite identificar deslizamientos de tierra lentos y deformación precursora antes de una falla catastrófica.

LiDAR (Detección de la luz y Ranging) genera modelos de elevación digital de alta resolución que revelan características topográficas sutiles y morfología de deslizamiento. Los sistemas de LiDAR aéreo y terrestre pueden penetrar la vegetación para mapear superficies desprovistos, proporcionando datos detallados del terreno esenciales para el análisis de estabilidad de pendiente.

Modelos de Elevación Digital y Análisis de Terrain

Los modelos de elevación digital (DEM) sirven como insumos fundamentales para la asignación de susceptibilidad de deslizamiento y evaluación de peligros. Los DEM permiten calcular el ángulo de pendiente, el aspecto, la curvatura y otros parámetros topográficos que influyen en la estabilidad de la pendiente. La resolución y precisión de los DEMs afectan significativamente la fiabilidad de los parámetros de terreno derivados y los análisis posteriores.

Los algoritmos de análisis de terrain extraen características geomorfónicas como redes de drenaje, cadenas de crestas y unidades de pendiente de DEMs. Estas características proporcionan contexto para entender patrones de distribución de deslizamientos y identificar áreas con características geomorfológicas similares.

La cartografía de la unidad de pendiente divide el terreno en unidades hidrológicas y topográficas discretas que representan compartimentos de deslizamiento natural. La integridad del inventario, la unidad de cartografía utilizada para clasificar susceptibilidad de deslizamiento, y el equilibrio de muestreo entre inventarios son factores primarios que rigen la fiabilidad de mapas de susceptibilidad de deslizamiento.

GIS-Based Spatial Analysis

Las plataformas del SIG integran diversos conjuntos de datos espaciales, como geología, mapas de suelo, uso de la tierra, infraestructura y zonas de peligro sísmico. El análisis de los sobrevientos combina múltiples capas de datos para identificar áreas donde coinciden las condiciones desfavorables, lo que indica un riesgo elevado de deslizamiento de tierra.

Las herramientas de modelado espacial dentro de entornos de SIG facilitan la aplicación de modelos empíricos y estadísticos de predicción de deslizamientos. Los métodos de sobrecarga ponderados asignan valores importantes a diferentes factores y los combinan para producir mapas de susceptibilidad. Los enfoques más sofisticados utilizan SIG como marco para la ejecución de modelos numéricos complejos en grandes áreas geográficas.

Las capacidades de análisis de redes permiten evaluar la vulnerabilidad de la infraestructura y la accesibilidad para la respuesta de emergencia. Al superar los mapas de peligro de deslizamiento de tierras con redes de carreteras, servicios públicos y centros de población, los planificadores pueden identificar instalaciones críticas en riesgo y priorizar las inversiones de mitigación.

Integración de la evaluación de peligros sistémicos

La caracterización precisa de peligro sísmico es esencial para estimar los riesgos de deslizamiento inducidos por terremotos. La intensidad, el contenido de frecuencia y la duración de la sacudida terrestre influyen directamente en la magnitud y distribución espacial de los fallos de pendiente.

Probabilistic Seismic Hazard Analysis

El análisis probabilístico de los peligros sísmicos (PSHA) cuantifica la probabilidad de experimentar diferentes niveles de temblor de tierra en un sitio durante períodos de tiempo específicos. Un PSHA basado en la lógica en OpenQuake produce estimaciones de temblor de terreno específicas para cada sitio. El método considera todas las fuentes de terremoto potenciales, sus tasas de recurrencia y las ecuaciones de predicción de movimiento terrestre para calcular curvas de peligro que muestran la probabilidad anual de superar diversos niveles de movimiento.

Los resultados de PSHA proporcionan insumos esenciales para la evaluación del riesgo de deslizamiento mediante la definición de la gama de escenarios de carga sísmica que deben ser considerados. Espectra de peligro uniforme caracteriza el contenido de frecuencia de movimiento terrestre a diferentes niveles de probabilidad, informando análisis dinámico de la respuesta de pendiente.

La desglose del peligro sísmico identifica los escenarios del terremoto (conjunciones de densidad y distancia) que contribuyen más al peligro en un sitio. Esta información guía la selección de historias representativas de tiempo de movimiento terrestre para análisis detallados de estabilidad de pendiente.

Selección de movimiento y escalado de tierra

Para el análisis de la historia del tiempo de la respuesta a la pendiente, deben seleccionarse los registros de movimiento de tierra del terremoto apropiados y escalarse potencialmente para que coincidan con los espectros de respuesta a objetivos. Las bases de datos de movimiento terrestre como la base de datos del Centro de Investigación de Ingeniería de Terremotos del Pacífico (PEER) proporcionan acceso a miles de historias de tiempo del terremoto registradas con metadatos asociados.

Los criterios de selección suelen considerar la magnitud del terremoto, la distancia entre fuente, las condiciones del sitio y las características espectrales. Se analizan múltiples movimientos terrestres para captar variabilidad en las características del terremoto y proporcionar resultados estadísticamente significativos.

Los procedimientos de escalado ajustan la amplitud de los movimientos registrados para ajustar los valores espectrales de destino al tiempo que preservan las características de los registros originales. Técnicas de coincidencia espectral modifican los movimientos de tierra para ajustar estrechamente los espectros de destino a través de una serie de períodos, aunque es necesario tener cuidado para evitar introducir contenido de frecuencia no realista.

Análisis de la respuesta del sitio

Las condiciones locales de suelo modifican significativamente las mociones terrestres de terremotos a medida que las ondas sísmicas se propagan desde la roca hasta la superficie. El análisis de la respuesta del sitio caracteriza esta amplificación o desamplificación, proporcionando estimaciones de movimiento terrestre específicas para los cálculos de estabilidad de pendiente.

Análisis de respuesta de un sitio de dimensiones modela la propagación vertical de ondas de encaje a través de capas horizontales de suelo. Métodos lineales equivalientes aproximan el comportamiento no lineal del suelo mediante el ajuste iterativo del módulo de encogimiento y amortiguación basado en niveles de tensión inducidos.

Los análisis de respuesta en dos dimensiones y tres dimensiones del sitio representan variaciones laterales en las propiedades del suelo y efectos topográficos. Estos análisis más complejos se justifican para sitios con relieve topográfico significativo o geometría compleja de la subsuperficie donde las hipótesis de una dimensión son inadecuadas.

Escalas de evaluación regionales y locales

Las evaluaciones de los riesgos de deslizamiento de tierra inducidas por el terremoto se realizan a diferentes escalas dependiendo de la aplicación prevista, los recursos disponibles y el nivel de detalle requerido. La comprensión de los métodos y requisitos de datos apropiados para cada escala es esencial para una gestión eficaz de los riesgos.

Mapping de peligros regionales

Las evaluaciones regionales abarcan grandes zonas geográficas, normalmente a escalas de 1:50.000 a 1:250.000, y dependen principalmente de las fuentes de datos existentes y de los métodos de análisis simplificados. La adquisición rápida y precisa de la distribución espacial y la posible evaluación de los peligros de los deslizamientos coseísmos tras un terremoto es crucial para la planificación del rescate de emergencia y el reasentamiento.

Estas evaluaciones utilizan datos disponibles, incluidos mapas de geología regional, estudios de suelo, modelos de elevación digital y mapas de peligros sísmicos. Las relaciones empíricas y modelos estadísticos calibrados a los inventarios históricos de deslizamientos proporcionan estimaciones rápidas de probabilidad o densidad de deslizamiento en toda la región.

Los mapas regionales de peligro sirven para múltiples fines, como la planificación del uso de la tierra, la identificación de zonas que requieren investigación detallada, la planificación de la preparación para situaciones de emergencia y la sensibilización del público. Aunque no son adecuados para decisiones de diseño específicas del sitio, los mapas regionales proporcionan valiosos instrumentos de detección y contexto para comprender la distribución del riesgo de deslizamiento.

Los sistemas de infraestructura distribuidas espacialmente, como los oleoductos, las líneas de energía y las redes de transporte, corren un riesgo particular de que se produzcan deslizamientos sísmicos debido a su gran extensión espacial, y es necesario evaluar las características sísmicas de los deslizamientos de tierra a escala regional.

Evaluaciones intermedias en escala

Las evaluaciones intermedias, normalmente a escalas de 1:10.000 a 1:50.000, proporcionan mayor detalle que los estudios regionales, mientras que siguen cubriendo áreas demasiado grandes para una investigación integral específica de sitios. Estas evaluaciones a menudo apoyan estudios de corredores para infraestructura lineal, planificación municipal o diseño preliminar de proyectos importantes.

La recopilación de datos para estudios de escala intermedia puede incluir un reconocimiento específico de campo, una investigación geotécnica limitada en lugares representativos y un análisis detallado de imágenes aéreas y datos de LiDAR. Los métodos cuantitativos semi-cuantitativos o simplificados, como el análisis de desplazamiento de Newmark o los cálculos de equilibrio límite con parámetros de suelo generalizados, proporcionan estimaciones de peligro.

Mapas de zona producidos a esta escala delimitan zonas con diferentes niveles de peligro de deslizamiento, a menudo categorizados como bajos, moderados, altos y muy altos. Estos mapas informan sobre las decisiones sobre dónde centrar las investigaciones detalladas y dónde aplicar medidas de reducción de riesgos.

Análisis detallado del sitio-Específico

Las evaluaciones específicas de cada sitio proporcionan el mayor nivel de detalle y precisión, apoyando el diseño final de las instalaciones críticas, la evaluación de las pendientes existentes y la cuantificación detallada de los riesgos. Estos estudios suelen abarcar las pistas individuales o las pequeñas áreas de proyectos a escalas de 1:500 a 1:5.000.

Programas completos de investigación geotécnica caracterizan las condiciones de subsuperficie mediante perforación, muestreo, pruebas in situ y análisis de laboratorio. Se pueden realizar estudios de peligros sísmicos específicos para el sitio para definir mociones de suelo de diseño. Modelado numérico detallado utilizando elementos finitos o métodos de diferencia finitos simulan la respuesta de pendiente a la carga del terremoto.

Las evaluaciones específicas de cada sitio proporcionan estimaciones cuantitativas de factor de seguridad, desplazamiento permanente o probabilidad de fracaso que pueden compararse directamente con los criterios de diseño y los objetivos de rendimiento.

Landslide Inventory Development and Analysis

La preparación de inventarios de deslizamientos de tierra después de un evento desencadenante es un procedimiento fundamental para analizar y evaluar los efectos de tierra en la zona afectada por un terremoto, y los riesgos de deslizamiento y evaluación de riesgos dependen de mapas de inventarios de deslizamientos de tierra. Los inventarios completos de deslizamientos pasados proporcionan datos esenciales de calibración y validación para modelos predictivos.

Técnicas de Mapping Inventario

La interpretación visual de las fotografías aéreas y las imágenes satelitales sigue siendo el método principal para la cartografía de inventario de deslizamiento. Los intérpretes experimentados identifican características de deslizamiento basado en morfologías características, patrones de vegetación, trastorno de drenaje y firmas espectrales. La visualización estereocópica de imágenes superpuestas aumenta el reconocimiento de las características topográficas.

La verificación de campo confirma interpretaciones teleobservadas y proporciona datos de tregua para la capacitación de algoritmos de detección automatizados. La cartografía de campo también identifica deslizamientos menores por debajo de la resolución de imágenes disponibles y caracteriza tipos de deslizamientos, materiales y estado de actividad.

Las técnicas de mapeo semiautomatizadas y automatizadas que utilizan algoritmos de aprendizaje automático y procesamiento de imágenes pueden acelerar el desarrollo de inventario, especialmente en las grandes áreas afectadas por los terremotos principales. Estos métodos requieren datos de capacitación de interpretación manual pero pueden procesar rápidamente grandes cantidades de imágenes una vez calibradas.

Complejidad y calidad del inventario

La consistencia de los mapas de inventarios depende de su calidad. Los factores que afectan la integridad de los inventarios incluyen la resolución de imagen, el tiempo de adquisición de imágenes en relación con el evento desencadenante, la cubierta vegetal y la experiencia de mapper. Los inventarios incompletos pueden bias modelos de susceptibilidad y conducir a subestimación de los peligros de deslizamiento.

Los procedimientos de evaluación de calidad comparan los inventarios preparados por diferentes mappers o utilizando diferentes métodos para cuantificar la incertidumbre e identificar prejuicios sistemáticos. Medidas estadísticas como la exactitud de la cartografía, la precisión y la integridad proporcionan métricas cuantitativas de calidad del inventario.

Las consideraciones temporales son importantes: los inventarios deben prepararse idealmente poco después de desencadenar eventos para minimizar la confusión con deslizamientos posteriores o erosión. Sin embargo, el crecimiento de la vegetación y las actividades humanas pueden ocultar características de deslizamiento de tierra con el tiempo, haciendo que los eventos más antiguos sean más difíciles de mapear completamente.

Análisis estadístico de las distribuciones de deslizamientos terrestres

El análisis de los datos de inventario de deslizamientos de tierra revela patrones y relaciones que informan de la evaluación de peligros. Las distribuciones de deslizamientos de tierra suelen seguir relaciones de poder, con muchos pequeños deslizamientos y progresivamente menos grandes eventos. Estas distribuciones ayudan a predecir el volumen total de material movilizado en futuros terremotos.

Análisis de densidad espacial examina cómo la ocurrencia de deslizamiento varía con parámetros topográficos, geológicos y sísmicos. Métodos estadísticos bivariados comparan la presencia de deslizamiento/absencia con variables predictoras individuales para identificar relaciones significativas. Técnicas multivariadas simultáneamente consideran múltiples factores y sus interacciones.

El análisis de deslizamiento de tierra caracteriza las distancias de viaje y los patrones de deposición, informando la evaluación de las áreas amenazadas por desechos de deslizamiento. Relaciones empíricas entre el volumen de deslizamiento y la predicción de apoyo a distancia de los desnivel de las zonas de impacto para posibles fracasos futuros.

Cuantificación de la incertidumbre y análisis de sensibilidad

Todas las evaluaciones del riesgo de deslizamiento de tierra entrañan incertidumbres derivadas de conocimientos incompletos de condiciones de subsuperficie, variabilidad en propiedades materiales, limitaciones de métodos de análisis y imprevisibilidad de futuros terremotos. La consideración de la incertidumbre es esencial para la toma de decisiones y la gestión de riesgos informadas.

Fuentes de la incertidumbre

La incertidumbre aleatora, también llamada variabilidad inherente, refleja la aleatoriedad natural en las propiedades del suelo, las características del terremoto y otros parámetros. Este tipo de incertidumbre no puede reducirse mediante la recopilación de datos adicionales, sino que debe caracterizarse y propagarse mediante análisis.

La incertidumbre epistémica surge de conocimientos y limitaciones incompletas en la medición, modelización y comprensión de los procesos físicos. A diferencia de la incertidumbre aleatora, la incertidumbre epistémica puede reducirse potencialmente mediante una investigación adicional, modelos mejorados o una mejor comprensión de los mecanismos de gobierno.

La incertidumbre modelo refleja limitaciones y simplificaciones en los métodos de análisis. Todos los modelos son aproximaciones de la realidad, y diferentes modelos pueden producir diferentes resultados incluso con datos de entrada idénticos. Los enfoques de árboles lógicos pueden abordar la incertidumbre del modelo considerando múltiples modelos alternativos y los resultados de ponderación basados en juicio experto o validación empírica.

Métodos de análisis de sensibilidad

El análisis de sensibilidad identifica qué parámetros de entrada más influyen fuertemente en los resultados del análisis, orientando las prioridades de la reunión de datos y destacando las incertidumbres críticas. El análisis de sensibilidad de un solo momento varía según parámetros individuales, manteniendo a otros constantes, revelando el efecto de cada parámetro en aislamiento.

Métodos de análisis de sensibilidad global como índices Sobol o cuenta de detección Morris para interacciones de parámetro y explorar la gama completa de espacio de parámetro. Estos enfoques proporcionan una comprensión más completa del comportamiento modelo pero requieren un esfuerzo más computacional.

Los diagramas Tornado muestran gráficamente la importancia relativa de los diferentes parámetros, mostrando qué incertidumbres contribuyen más a la variabilidad de salida. Esta información ayuda a priorizar los esfuerzos para reducir la incertidumbre mediante una investigación adicional o una mejor caracterización.

Propagación de incertidumbre

La simulación de Monte Carlo propaga incertidumbres de entrada a través de modelos de análisis, mediante repetidas muestras de distribuciones de parámetros y estadísticas de producción compiladoras. El método es conceptualmente sencillo y aplicable a prácticamente cualquier procedimiento de análisis, aunque las exigencias computacionales pueden ser significativas para modelos complejos.

El muestreo de hipercubos latinos y otras técnicas de reducción de diferencias logran una exploración más eficiente del espacio del parámetro que el muestreo aleatorio simple, reduciendo el número de evaluaciones de modelos necesarias para lograr estadísticas estables.

Métodos de propagación de incertidumbre analítica como el análisis de segundo nivel (FOSM) de primer orden aproximada incertidumbre de salida utilizando expansiones de la serie Taylor. Estos métodos son eficientes computacionalmente pero pueden ser inexactos para modelos altamente no lineales o grandes incertidumbres de parámetros.

Evaluación de riesgos y apoyo a las decisiones

Para traducir las evaluaciones de los riesgos de deslizamiento en información sobre los riesgos viables es necesario tener en cuenta la exposición y la vulnerabilidad de las personas, la infraestructura y los bienes. La adopción de decisiones informada sobre los riesgos equilibra los costos de las medidas de mitigación en relación con los beneficios de las pérdidas reducidas.

Elementos en riesgo

El análisis de la exposición identifica a personas, edificios, infraestructura y otros activos ubicados en zonas de peligro de deslizamiento. Los datos demográficos, inventarios de edificios y bases de datos de infraestructura están sobrelatados con mapas de peligros para cuantificar la exposición. Las variaciones temporales en la exposición, como los cambios de población de temporada o los patrones de tráfico, pueden ser relevantes para algunas aplicaciones.

La vulnerabilidad depende de factores como el tipo de construcción de edificios, el diseño de bases y la intensidad del impacto de deslizamiento. Las funciones de vulnerabilidad o curvas de fragilidad se refieren a medidas de intensidad de deslizamiento (como el desplazamiento o la profundidad de los desechos) a probabilidad de diferentes estados de daño.

El análisis de la consequencia estima las posibles pérdidas resultantes de los acontecimientos de deslizamiento, incluidas las muertes, las lesiones, los daños causados por la propiedad, la interrupción de la actividad empresarial y los efectos ambientales. La valoración monetaria de las consecuencias permite el análisis de los beneficios de los costos de las alternativas de mitigación, aunque algunos efectos tales como la pérdida de vidas o el patrimonio cultural pueden ser difíciles de cuantificar económicamente.

Cuantificación del riesgo

La evaluación cuantitativa del riesgo combina peligro, exposición y vulnerabilidad para calcular las pérdidas anuales o probabilidades de que se produzcan umbrales de pérdida excesivamente especificados. El riesgo se expresa normalmente como producto de probabilidad y consecuencia, aunque formulaciones más sofisticadas pueden dar cuenta de la aversión del riesgo y otros factores de adopción de decisiones.

El riesgo individual mide la probabilidad de que una persona o una propiedad en particular experimente consecuencias adversas. El riesgo social considera las consecuencias totales en una población o región, a menudo se muestra como curvas F-N que muestran la frecuencia de los eventos que causan N o más fatalidades.

Las matrices de riesgo proporcionan una evaluación cualitativa o semicuantitativa de los riesgos clasificando los riesgos y las consecuencias en niveles discretos (por ejemplo, bajos, medianos, altos) y combinandolos de acuerdo con reglas definidas. Si bien son menos rigurosos que los enfoques plenamente cuantitativos, las matrices de riesgo ofrecen herramientas de comunicación accesibles para los interesados.

Estrategias de mitigación de riesgos

La reducción de riesgos puede lograrse mediante medidas que reduzcan el peligro, la disminución de la exposición o la menor vulnerabilidad. Las medidas de reducción de riesgos incluyen la estabilización de la pendiente mediante mejoras de drenaje, estructuras de retención, refuerzo del suelo o eliminación de material inestable. Estas intervenciones de ingeniería abordan directamente la fuente de riesgo, pero pueden ser costosas y requieren mantenimiento continuo.

Las estrategias de reducción de la exposición limitan el desarrollo en zonas de alto riesgo mediante la planificación del uso de la tierra, la reglamentación de la ordenación de la tierra o la reubicación del desarrollo existente, lo que puede ser muy eficaz pero puede hacer frente a problemas políticos y económicos, en particular en las esferas con las presiones existentes en materia de desarrollo o uso de la tierra.

La reducción de la vulnerabilidad incluye códigos de construcción que requieren construcción resistente a los deslizamientos, sistemas de alerta temprana que permiten la evacuación antes del fracaso y planificación de la preparación para emergencias, que aceptan que pueden ocurrir deslizamientos de tierra pero tratan de minimizar sus consecuencias.

El análisis de costos y beneficios compara los costos de la aplicación de medidas de mitigación con la reducción prevista de las pérdidas en la vida de diseño de la intervención. Las medidas con ratios de costos de beneficio mayores a uno están económicamente justificadas, aunque otros factores como la equidad, la sostenibilidad y los beneficios colaterales también pueden influir en las decisiones.

Estudios de casos y aplicaciones prácticas

La evaluación de los riesgos de deslizamiento inducido por terremotos ofrece valiosas ideas sobre prácticas eficaces, problemas comunes y lecciones aprendidas. Varios acontecimientos importantes de terremotos han generado inventarios extensos de deslizamientos de tierra y han generado un desarrollo motivado de métodos de evaluación mejorados.

El terremoto de Wenchuan 2008, China

El terremoto de Wenchuan en 2008 provocó más de 15.000 deslizamientos de tierra causados por el choque principal y los postes. Este terremoto de magnitud 7.9 generó uno de los conjuntos de datos coseísmo más extensos jamás recopilados, con inventarios detallados documentando decenas de miles de fracasos en una vasta región montañosa.

Los deslizamientos de Wenchuan brindaban oportunidades sin precedentes para validar y calibrar modelos predictivos. Los investigadores desarrollaron relaciones empíricas entre densidad de deslizamiento y factores incluyendo aceleración de suelos pico, distancia de ruptura de fallas, ángulo de pendiente y litología. Estas relaciones se han incorporado en herramientas regionales de evaluación de peligros aplicables a entornos tectónicos y topográficos similares.

El evento destacó la importancia de considerar la directividad de ruptura de fallas y la amplificación topográfica en la evaluación de peligros sísmicos. Las concentraciones de deslizamiento fueron particularmente severas en las áreas que experimentan efectos de directividad avanzada y en las cumbres donde la amplificación topográfico intensificó el temblor de tierra.

El terremoto de Gorkha 2015 en Nepal

El terremoto de magnitud 7.8 Gorkha provocó una gran deslizamiento en la región del Himalaya de Nepal. Se evaluaron cinco inventarios de deslizamiento de tierra preparados por diferentes autores después del terremoto de Gorkha de 2015 para comprender las implicaciones de su uso en la producción de mapas de susceptibilidad de deslizamiento de tierra junto con factores de predisposición estándar y regresión logística.

El evento Gorkha demostró desafíos en la cartografía rápida de deslizamiento en regiones remotas propensas a la nube con limitada accesibilidad. Múltiples esfuerzos de mapeo utilizando diferentes fuentes de imágenes y métodos de interpretación produjeron inventarios con diferencias significativas en la integridad y precisión espacial. Esta variabilidad destacó la importancia de la evaluación de la calidad y la necesidad de protocolos de cartografía estandarizados.

En los estudios posteriores al terremoto de Nepal se destacó el papel de la precipitación monzón en la reactivación de las pistas provocadas por terremotos. Muchas pistas debilitadas por el temblor sísmico fracasaron durante las estaciones de lluvias posteriores, lo que ilustra la naturaleza compleja de los peligros de deslizamiento y la necesidad de marcos de evaluación multihazard.

El terremoto de 2022, China

El terremoto provocó aproximadamente 12.600 deslizamientos de tierra con una superficie total de 36.0 km2 en zonas superiores a VIII zonas de intensidad en la escala Mercalli, con el mayor área de deslizamiento de tierra de 120.000 m2 y el más pequeño 65 m2, con una superficie media de 2.700 m2.

El terremoto de Luding ofreció oportunidades para probar modelos de evaluación rápida desarrollados a partir de eventos anteriores. Se examinaron datos de las áreas afectadas por el terremoto de Luding basados en el modelo de intensidad de deslizamiento sismológico después del terremoto de 2022 Ms 6.8 en Sichuan, China. Comparación de las predicciones modelo con distribuciones de deslizamientos observados permitió validación y perfeccionamiento de metodologías de evaluación.

Basándose en un inventario de deslizamiento extendido establecido mediante imágenes de satélite de alta resolución (2 m) de la serie de satélites de Gaofen de China, el enfoque propuesto proporcionó un mapa de peligro de alta resolución (12,5 m) en toda la zona del terremoto de Luding, demostrando el valor de la teleobservación de alta resolución para la caracterización detallada de los peligros.

Tecnologías emergentes y futuras direcciones

Los avances tecnológicos y los avances en la investigación siguen mejorando las capacidades para la evaluación del riesgo de deslizamiento de tierra inducida por terremotos. Varias direcciones prometedoras probablemente darán forma a la práctica futura en este campo.

Evaluación en tiempo real y en tiempo real

Utilizando datos de teleobservación para actualizar dinámicamente el modelo ELSA aborda las diversas demandas de evaluación de susceptibilidad de deslizamiento inducido por terremotos en diferentes períodos de tiempo después de un terremoto y la creciente disponibilidad de datos. Se están desarrollando y desplegando sistemas automatizados que procesan rápidamente datos sísmicos y generan mapas de peligro de deslizamiento preliminar en horas de terremotos importantes.

Estos sistemas integran grabaciones de movimiento terrestre en tiempo real de redes sísmicas con modelos de susceptibilidad precomputados para producir estimaciones rápidas de distribución y gravedad de deslizamientos de tierra. Aunque menos precisa que la asignación detallada de los eventos, las evaluaciones en tiempo real proporcionan información crucial para la respuesta de emergencia y la asignación de recursos inmediatamente después de los terremotos.

Se están estudiando iniciativas de Crowdsourcing y ciencias ciudadanas como métodos para recopilar rápidamente datos de la verdad terrestre después de terremotos. Las aplicaciones móviles permiten a las poblaciones afectadas informar sobre observaciones de deslizamiento, complementando datos de teleobservación y proporcionando datos de validación para algoritmos de detección automatizados.

Evaluación de riesgos de riesgo múltiple y de deterioro

Hay una notable brecha en la literatura en cuanto al impacto combinado de los eventos de deslizamiento provocados por precipitaciones y provocados por terremotos a gran escala, y se necesita un enfoque para evaluar los peligros compuestos precondicionados que examinan los efectos individuales y combinados de deslizamientos sismológicos y provocados por precipitaciones.

Los marcos de evaluación integrados que consideran las interacciones entre múltiples peligros proporcionan estimaciones de riesgo más realistas que los enfoques de un solo peligro. Los terremotos pueden desencadenar deslizamientos directos pero también debilitar las pendientes que posteriormente fallan durante las tormentas de lluvia. Los desechos de deslizamiento pueden contener ríos, creando riesgos secundarios de inundaciones desbordantes.

Las consideraciones sobre el cambio climático se están incorporando cada vez más en la evaluación del riesgo de deslizamiento a largo plazo. Los cambios proyectados en los patrones de precipitación pueden alterar la frecuencia y la magnitud de la reactivación de las pendientes provocadas por las precipitaciones causadas por terremotos, que requieren estrategias de gestión de riesgos adaptables.

Monitorización avanzada y alerta temprana

Las redes de sensores de bajo coste, incluidos los acelerómetros, los inclinadores y los sensores de humedad del suelo, permiten un monitoreo continuo de las condiciones de pendiente y la detección temprana de los movimientos precursores. Las tecnologías de Internet de las Cosas (IoT) facilitan la transmisión de datos en tiempo real y la generación de alerta automática cuando se superan las condiciones de umbral.

La detección de fibra óptica distribuida mediante tecnologías como la Sensación Acústica Distribuida (DAS) y la Sensación de Temperatura Distribuida (DTS) proporciona mediciones espaciales continuas a lo largo de cables de fibra óptica. Estos sistemas pueden detectar deformaciones sutiles de suelo y cambios en las condiciones de subsuperficie a lo largo de distancias de muchos kilómetros.

La integración de datos de monitoreo con modelos basados en la física permite enfoques de asimilación de datos que actualizan continuamente las predicciones basadas en condiciones observadas. Los marcos de actualización bayesianos incorporan oficialmente nuevas observaciones para perfeccionar las estimaciones de probabilidad y reducir la incertidumbre con el tiempo.

Capacidades de computación mejoradas

El aumento de la potencia computacional permite enfoques de modelado más sofisticados que anteriormente eran poco prácticos. Los modelos numéricos tridimensionales de alta resolución pueden simular geometrías complejas de pendiente, propiedades heterogéneas de materiales y escenarios de carga sólida realistas. Los grupos de computación de cloud y de alto rendimiento hacen que estos análisis intensivos de recursos sean accesibles a una gama más amplia de profesionales.

El aprendizaje de máquinas con información física representa un enfoque emergente que combina métodos basados en datos con limitaciones físicas y ecuaciones de gobierno. Estos modelos híbridos aprovechan las capacidades de reconocimiento de patrones del aprendizaje automático, garantizando la coherencia con los principios físicos fundamentales, proporcionando potencialmente predicciones más robustas y generalizables que enfoques puramente empíricos.

Las tecnologías digitales gemelas crean réplicas virtuales de las pistas físicas que se actualizan continuamente con datos de monitoreo y se utilizan para simulación de escenarios y apoyo a decisiones. Estos modelos dinámicos permiten la exploración de escenarios "si" y la evaluación de estrategias de intervención en un entorno virtual antes de la implementación.

Prácticas y recomendaciones óptimas

Para evaluar eficazmente los riesgos de deslizamiento de tierra provocado por el terremoto es preciso prestar una atención cuidadosa a la selección de metodologías, la calidad de los datos y la interpretación adecuada de los resultados.

Selección de métodos apropiados

La elección de métodos de evaluación debe ser acorde con la escala de análisis, datos disponibles y la aplicación prevista de los resultados. Los estudios regionales de detección pueden utilizar métodos empíricos simplificados, mientras que el diseño específico del sitio requiere una investigación detallada y un análisis riguroso. El intento de aplicar métodos específicos del sitio a escala regional suele ser poco práctico, mientras que el uso de métodos a escala regional para el diseño de instalaciones críticas puede ser insuficiente.

Deben emplearse múltiples métodos complementarios cuando sea posible, con la comparación de los resultados que proporcionan información sobre la incertidumbre modelo y la creciente confianza en las conclusiones.

Las limitaciones de los métodos deben reconocerse claramente y comunicarse con los encargados de adoptar decisiones, y todos los modelos entrañan simplificaciones y hipótesis que no pueden ser válidas en todas las situaciones, y es esencial comprender estas limitaciones para una interpretación y aplicación adecuadas de los resultados.

Calidad de los datos y eficiencia

La inversión en investigación geotécnica de alta calidad es esencial para una evaluación fiable de riesgos. La caracterización inadecuada del sitio es una fuente común de error e incertidumbre. Los programas de investigación deben ser diseñados para caracterizar la gama completa de condiciones presentes en un sitio, con especial atención a la identificación de capas débiles, discontinuidades y condiciones de aguas subterráneas que controlan la estabilidad.

Los programas de pruebas de laboratorio deben incluir pruebas adecuadas para los métodos de análisis que se emplean. Las propiedades dinámicas necesarias para el análisis de historia de tiempo requieren pruebas especializadas más allá de los índices estándar y pruebas de fuerza. Los procedimientos de control de calidad deben asegurar que las pruebas se realicen de acuerdo con estándares reconocidos y que los resultados sean razonables y coherentes.

Las prácticas de gestión de datos y documentación deberían permitir la trazabilidad y reproducibilidad de los análisis. Los registros completos de las observaciones sobre el terreno, los resultados de las pruebas, los insumos de análisis y los procedimientos de cálculo facilitan el examen, la actualización y el aprendizaje de evaluaciones anteriores.

Validación y Calibración

Siempre que sea posible, los modelos predictivos deben ser validados contra conjuntos de datos independientes no utilizados en el desarrollo de modelos. El análisis retrovisor de los acontecimientos históricos de deslizamiento proporciona oportunidades para probar el rendimiento de los modelos e identificar prejuicios sistemáticos. Los resultados de la validación deben informar de la interpretación de las predicciones y la asignación de niveles de confianza.

La calibración de parámetros modelo a las condiciones locales mejora la exactitud de la predicción. Los valores genéricos de los parámetros de la literatura pueden no representar adecuadamente las condiciones específicas del sitio. La calibración local mediante inventarios de deslizamientos regionales y datos geotécnicos aumenta la fiabilidad del modelo.

La vigilancia continua y el reconocimiento posterior a los eventos proporcionan retroalimentación para la mejora continua de los métodos de evaluación. La recopilación y análisis sistemáticos de datos sobre el rendimiento de los deslizamientos de tierra después de terremotos permite el perfeccionamiento de las relaciones predictivas y la identificación de factores previamente no reconocidos.

Apoyo a la comunicación y la decisión

Los resultados de la evaluación de riesgos deben comunicarse en formatos apropiados para diferentes audiencias. Los informes técnicos para los públicos de ingeniería requieren una presentación diferente que los materiales de información pública o las reuniones informativas sobre políticas.

La incertidumbre debe ser comunicada explícitamente en lugar de oculta o minimizada. Los responsables de las decisiones deben entender la gama de posibles resultados y la confianza que se puede colocar en las predicciones. Las presentaciones probabilísticas que muestran las distribuciones de posibles resultados a menudo proporcionan información más útil que los valores determinísticos únicos.

Las técnicas de visualización, incluidos mapas, secciones transversales y modelos tridimensionales, aumentan la comprensión de los patrones y relaciones espaciales. Las herramientas interactivas que permiten a los interesados explorar escenarios y examinar los intercambios comerciales apoyan la toma de decisiones informada.

Marco normativo y normas

Varios marcos regulatorios y normas técnicas rigen la evaluación de riesgos de deslizamiento inducido por terremotos en diferentes jurisdicciones. La comprensión de los requisitos aplicables es esencial para el cumplimiento y la práctica profesional.

Los códigos de construcción y las normas de diseño sísmico en muchos países incluyen disposiciones sobre los peligros geotécnicos, incluidos los deslizamientos de tierra, que suelen especificar procedimientos mínimos de investigación y análisis para los sitios en zonas de peligro designadas. Cada vez se adoptan más enfoques de diseño basados en el desempeño, lo que permite flexibilidad en los métodos y garantiza al mismo tiempo niveles adecuados de seguridad.

Las normas de evaluación de los efectos ambientales a menudo requieren una evaluación de los peligros naturales, incluidos los deslizamientos de tierra para los principales proyectos de desarrollo, que demuestren que los riesgos se han caracterizado adecuadamente y que se aplicarán medidas apropiadas de mitigación.

Las normas de práctica profesional elaboradas por sociedades de ingeniería y organizaciones geotécnicas proporcionan orientación sobre métodos apropiados de investigación y análisis, aunque normalmente no son jurídicamente vinculantes, esas normas representan opiniones de consenso sobre la práctica aceptable y pueden ser referenciadas en contratos o reglamentos.

Los marcos internacionales como el Marco de Sendai para la Reducción del Riesgo de Desastres promueven enfoques integrales de gestión de riesgos naturales de peligro, que ofrecen un enfoque geoespacial sólido para la reducción del riesgo de desastres, la planificación del uso de la tierra y la planificación de la infraestructura en zonas con actividad sismológica y contribuye a la práctica de mitigación de riesgos múltiples según el Marco de Sendai para la Reducción del Riesgo de Desastres.

Consideraciones de la aplicación y flujo de trabajo práctico

La aplicación exitosa de la evaluación del riesgo de deslizamiento inducido por terremoto requiere flujos de trabajo sistemáticos que integren la recopilación, el análisis y la adopción de decisiones de datos. Una evaluación completa típica sigue varias fases clave.

La fase de evaluación preliminar consiste en la recopilación de información existente, incluidos mapas topográficos, mapas geológicos, fotografías aéreas, informes de investigación anteriores y registros históricos de deslizamientos. Estudios de escritorio que utilizan estos recursos identifican posibles áreas de peligro y guía de planificación de investigaciones sobre el terreno. Las visitas del sitio del reconocimiento proporcionan observaciones iniciales de las condiciones de pendiente, evidencia de la inestabilidad pasada y limitaciones de acceso.

La fase de investigación detallada implementa programas de exploración y pruebas de campo diseñados sobre la base de hallazgos preliminares. Perforación, muestreo, pruebas in situ y encuestas geofísicas caracterizan las condiciones de subsuperficie. Programas de ensayo de laboratorio miden las propiedades materiales necesarias para el análisis.

El análisis aplica métodos apropiados para evaluar los peligros y riesgos de deslizamiento. Los escenarios de análisis múltiples suelen considerar diferentes magnituds del terremoto, geometrías de pendiente y propiedades materiales para captar incertidumbre. Los análisis de sensibilidad identifican parámetros críticos y guía la interpretación de los resultados. La validación de modelos utilizando datos de rendimiento histórico o la comparación con métodos alternativos aumenta la confianza en las predicciones.

La fase de evaluación del riesgo integra la evaluación de los riesgos con análisis de la exposición y la vulnerabilidad para cuantificar las posibles consecuencias. Las métricas de riesgo se comparan con los criterios de aceptación o se utilizan en el análisis de costos beneficios de las alternativas de mitigación.

La fase de diseño de mitigación desarrolla y evalúa medidas de reducción de riesgos. Se consideran soluciones de ingeniería como mejoras de drenaje, estructuras de retención o redefinición de pendiente. Se consideran medidas no estructurales que incluyen restricciones de uso de la tierra, sistemas de alerta temprana o planificación de emergencia. Se identifican combinaciones óptimas de medidas basadas en la eficacia, el costo y la viabilidad.

La fase de implementación y monitoreo pone en práctica medidas de mitigación y establece sistemas para la evaluación de rendimiento en curso. Garantía de calidad de la construcción asegura que los diseños se ejecutan correctamente. Los programas de monitoreo a largo plazo rastrean el comportamiento de la pendiente y validan las hipótesis de diseño.

Conclusión

La estimación de los riesgos derivados del deslizamiento inducido por terremotos mediante datos geotécnicos representa un componente complejo pero esencial de la mitigación de los riesgos sísmicos y la reducción del riesgo de desastres. El campo ha evolucionado significativamente durante los últimos decenios, con avances en técnicas de investigación, métodos de análisis, tecnologías de teleobservación y capacidades computacionales que permiten evaluaciones más completas y precisas.

Los datos geotécnicos proporcionan la base empírica para entender cómo las pistas responderán a la carga sísmica. La caracterización integral del sitio mediante la exploración de campo, pruebas in situ y análisis de laboratorio produce la información de suelo y propiedad de roca necesaria para un análisis riguroso. La calidad y la integridad de los datos geotécnicos impactan directamente la fiabilidad de las predicciones de riesgo.

Existen múltiples métodos complementarios para la evaluación del riesgo de deslizamiento, desde relaciones empíricas simples adecuadas para la detección regional hasta modelos numéricos sofisticados para el diseño específico del sitio. El método de bloqueo deslizante Newmark ha demostrado ser particularmente valioso para salvar la brecha entre enfoques simplificados y complejos. El aprendizaje automático y las técnicas de inteligencia artificial ofrecen capacidades prometedoras para el reconocimiento de patrones y la evaluación rápida, especialmente cuando se integran con modelos basados en física.

Las tecnologías de teleobservación y GIS han revolucionado la escala y eficiencia de la cartografía de deslizamientos y la evaluación de susceptibilidad. Las imágenes de alta resolución, LiDAR y InSAR permiten caracterizar detalladamente la topografía y la detección de la deformación terrestre en vastas áreas. La integración de diversos conjuntos de datos espaciales en los marcos de los SIG apoya el análisis amplio de múltiples factores y la comunicación efectiva de resultados.

La incertidumbre es inherente en todos los aspectos de la evaluación del riesgo de deslizamiento, desde la caracterización subsuperficial hasta la predicción del terremoto hasta las limitaciones modelo. La cuantificación y comunicación de la incertidumbre de los explosivos permite la toma de decisiones informada por el riesgo y la interpretación adecuada de los resultados. Los métodos probabilísticos proporcionan marcos para propagar incertidumbres y expresar resultados en términos de probabilidades y intervalos de confianza.

La gestión eficaz del riesgo requiere la traducción de evaluaciones de los riesgos a información práctica que considere la exposición y la vulnerabilidad de las personas y los activos. Los marcos de decisiones basados en el riesgo equilibran los costos de la mitigación frente a los beneficios previstos, lo que permite asignar los recursos limitados de manera óptima. Los enfoques multihazard que consideran las interacciones entre terremotos, deslizamientos de tierra y otros riesgos proporcionan estimaciones de riesgo más realistas que las evaluaciones de un solo peligro.

Los avances continuos en la vigilancia de las tecnologías, los métodos computacionales y la disponibilidad de datos prometen nuevas mejoras en las capacidades de evaluación del riesgo de deslizamiento. Los sistemas de evaluación en tiempo real y en tiempo real mejorarán la respuesta de emergencia tras los terremotos importantes. Los marcos de riesgo multihazard y de cascada proporcionarán una comprensión más completa de los escenarios complejos de desastres.

En última instancia, el objetivo de la evaluación del riesgo de deslizamiento inducido por el terremoto es proteger vidas, bienes e infraestructura mediante la toma de decisiones informada y la mitigación efectiva. Al combinar la investigación geotécnica rigurosa, los métodos de análisis apropiados y la comunicación clara de los resultados y las incertidumbres, los profesionales pueden proporcionar la información necesaria para reducir los riesgos de deslizamiento y construir comunidades más resistentes en regiones activas sismísticamente.

Llaves para los practicantes

  • ]La investigación geotécnica amplia es fundamental – La caracterización de sitios de alta calidad mediante perforación, muestreo, pruebas in situ y análisis de laboratorio proporciona la base de datos para una evaluación fiable de riesgos.
  • La selección de los métodos debe ajustarse a la escala de proyectos y a los objetivos] – Estudios regionales de detección, evaluaciones intermedias y análisis específicos de sitios requieren diferentes enfoques con niveles de detalle y requisitos de datos variables.
  • Multiple complementary methods increase confidence – Comparación de resultados de diferentes enfoques de análisis proporciona información sobre la incertidumbre modelo y fortalece las conclusiones.
  • La incertidumbre debe abordarse explícitamente: Todas las evaluaciones implican incertidumbres que deben cuantificarse, propagarse mediante análisis y comunicarse claramente a los responsables de la adopción de decisiones.
  • La validación contra el rendimiento histórico es esencial – Análisis de espaldas de los acontecimientos pasados de deslizamiento y comparación con la exactitud de los modelos de datasets independientes e identifica prejuicios sistemáticos.
  • La integración de la teleobservación y el SIG aumenta las capacidades – Las tecnologías modernas permiten un análisis eficiente de las grandes áreas e integración de diversas fuentes de datos para una evaluación integral.
  • Los marcos basados en el sistema de determinación de riesgos apoyan las decisiones informadas: La traducción de evaluaciones de los riesgos en estimaciones de riesgo que explican la exposición y la vulnerabilidad permite una planificación de mitigación eficaz en función de los costos.
  • Seguir controlando y reevaluando mejor la comprensión] – La observación de la actuación profesional a largo plazo y la actualización periódica de las evaluaciones basadas en la nueva información aumentan la fiabilidad con el tiempo.

Para obtener más recursos sobre ingeniería geotécnica y evaluación de peligros sísmicos, visite el portal GeoEngineer.org, que proporciona acceso a documentos técnicos, estudios de casos y orientación profesional. U.S. Geological Survey Earthquake Hazards Program ofrece amplia información sobre los peligros y los riesgos sís.