Modelación hidrodinámica y de movimiento de containers de alta resolución durante el tsunami de 2010 en el puerto de Talcahuano.

Transcripción

1 Modelación hidrodinámica y de movimiento de containers de alta resolución durante el tsunami de 2010 en el puerto de Talcahuano. Domínguez, J.C. 1,2,3, Cienfuegos, R. 2,3, Tomita, T. 4, Honda, K. 4, Catalán, P.A. 3,5,6, Aránguiz, R. 3,7,Gonzalez, J. 3,8 1. Dirección de Obras Portuarias, Región de Los Lagos, Chile 2. Escuela de Ingeniería, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile 3. Centro Nacional de Investigación para la Gestión Integrada de Desastres Naturales (CIGIDEN) 4. Port and Airport Research Airport (PARI), Japan 5. Departamento de Obras Civiles Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso, Chile 6. Centro Científico Tecnológico de Valparaíso, CCTVal 7. Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Católica de la Santísima Concepción, Chile 8. Departamento de Ciencias Geológicas, Universidad Católica del Norte, Antofagasta, Chile

2 Introducción El 27 de febrero de 2010, un terremoto de magnitud Mw=8,8 se desató frente a las costas del Maule, provocando un tsunami que causó pérdida de vidas y daños sustanciales en más de 600 km de costa chilena. USGS, 2010 Campañas de terreno midieron runups entre 10 y 5 m, con extremos de hasta 29 m. Fritz et al., 2011 Testigos reportaron la presencia de 4 o más olas principales, las últimas varias horas después del terremoto.

3 Bahía de Concepción Configuración batimétrica y dimensiones crea efecto de resonancia de ondas largas, causando amplificación y llegada de olas tardías incluso mayores a la primera. Talcahuano Olas alcanzan alturas entre 6 y 8 m, penetrando 300 m al interior de la ciudad. Arrastra una gran cantidad de objetos flotantes (barcos y containers) lo que causa daño secundario en la ciudad y la inoperatividad del puerto durante un largo tiempo.

4 Objetivos Estudiar en detalle el comportamiento del tsunami de 2010 en la ciudad y puerto de Talcahuano. Reproducir el movimiento y la trayectoria de objetos flotantes. Modelo multi-física, multiescala STOC (Tomita & Honda, 2006) Escalas regionales (4,4 km) Escalas locales (2 m) Incorporación de topografía LIDAR

5 El modelo STOC - STOC ML para calcular tsunamis a escalas regionales. Modelo quasi 3D que incluye capas horizontales en las cuales se asume presión hidrostática. - STOC-IC para ciudades costeras y estructuras. Modelo full 3D no-hidrostático y se conecta con ML. - STOC -DM para el cálculo de deriva de objetos. STOC (Storm surge and Tsunami simulator in Oceans and Coastal areas) se basa en las Reynolds Averaged Navier Stokes equation (RANS) y está compuesto por diferentes módulos...

6 Configuración del modelo 8 grillas anidadas (4.4 km -> 2 m de resolución) 170 contenedores distribuidos en 4 patios (1 piso) STOC ML con una sola capa usado para la propagación y STOC-DM usado para el movimiento de contenedores.

7 Fuente de topobatimetría Escalas regionales 4,4 km m topobatimetría GEBCO Escalas locales 18 m - 2 m combinación de batimetría de cartas náuticas y topografía LIDAR

8 Fuente de tsunami Talcahuano Moreno et al (2012) Inversión de GPS InSAR Cambios topográficos

9 Validación: escala regional Primera ola llega a las costas entre 10 y 20 minutos Tiempos de arribo de la primera ola coincide con mareógrafos. Pendiente alta de la plataforma continental atrapa energía y produce edge waves que perduran por más de 6 horas. Catalan et al, 2010

10 Validación: escala regional Boya DART Tiempo de arribo y amplitud de la primera ola concuerda con las mediciones registradas en la boya DART (entre Chile y Perú). Ondas subsecuentes se explican por irradiación de energía atrapada en la plataforma y dispersión de ondas en las islas (Yamazaki & Cheung, 2011)

11 Validación: escala local Mareógrafo Talcahuano Tiempo de arribo y forma de la primera onda concuerdan con el registro del mareógrafo. Arribo de la 2da ola mostrada parcialmente en el mareógrafo (y lo destruye). Máxima amplitud 3ra ola (8 m), 140 min después del evento, coincide con el reporte de testigos en el puerto. Yamazaki & Cheung, 2011

12 Validación: Profundidad de inundación Campaña de medición Resultados del modelo

13 Validación: Área de inundación Muy buena concordancia entre inundación modelada y mediciones de terreno. Comparación punto por punto complicada debido a efectos locales. Para esto se recomienda STOC IC

14 Resultados: Tiempos de arribo Los tiempos de arribo muestran como las olas llegadas a los 40, 115 y 140 minutos impactan distintas áreas.

15 Resultados: Deriva de objetos

16 Deriva de objetos: observaciones

17 Deriva de objetos: Imágenes satelitales

18 Conclusiones La propagación del tsunami de 2010 en Chile está bien representada por modelo STOC a diferentes escalas. Modelación regional muestra propagación de edge waves hacia el norte y sur, amplificándose y resonando durante varias horas, lo que explica la llegada de olas sucesivas (y mayores). Tiempo de arribo de primera ola se validan a escala regional con mareógrafos a lo largo de la costa y boya DART en el norte. Resultados de modelación en Talcahuano concuerda con mareógrafo y reporte de testigos. Inundación concuerda con mediciones post-tsunami.

19 Conclusiones Simulación de contenedores parcialmente validada con reporte de testigos e imágenes postevento. Simular la trayectoria de contenedores permite estimar potencial riesgo y preparar planes de mitigación y recuperación temprana de puertos. Aplicación de modelo en otros lugares permite crear mapas de inundación, evaluar tiempos de arribo, alturas de ola y estimar potencial daño secundario producido por objetos flotantes.

20 AGRADECIMIENTOS Conicyt/Fondap Program FONDEF Proyect D11I1119