Un enfoque simplificado para la evaluación de vulnerabilidad a inundaciones en centros históricos urbanos Fabiana Navia Miranda1 1
Facultad de Ingeniería Civil, Universidad de Porto, Portugal – Departamento de Estructuras, LNEC Av. Brasil 101, 1700-066 Lisboa, Portugal fnavia98@gmail.com – fabiana.miranda@fe.up.pt
RESÚMEN En las últimas décadas hubo un considerable aumento de los impactos negativos a nivel económico, humano y cultural resultado de graves eventos de inundación, particularmente en áreas urbanas. El efecto combinado de actividades humanas desordenadas como el crecimiento urbano o los cambios de uso de suelo con los efectos físicos y ambientales, relacionados con el cambio climático, puede ser considerado como una de las razones de este aumento. Entre los diferentes eventos naturales a los que estamos expuestos, los efectos negativos de las inundaciones pueden cubrir áreas muy extensas y registrar pérdidas mayores especialmente si afectan áreas urbanas. El efecto en patrimonio histórico es particularmente desastroso ya que puede conllevar la pérdida invaluable de memoria histórica y una inversión económica y humana muy elevada para su reparación. En este sentido esta investigación está enfocada a la evaluación de la vulnerabilidad a inundaciones en centros históricos urbanos bajo una metodología propuesta de registro y presentación en orden de generar material concreto que ayude a la toma de decisiones relacionadas con medidas de mitigación y preparación que hoy en día se puede considerar un reto fundamental que involucra a toda la sociedad. Palabras claves: riesgo de inundación, vulnerabilidad, patrimonio histórico, centros históricos urbanos.
INTRODUCCIÓN En los últimos 40 años las tormentas y por consecuencia las inundaciones son más fuertes y peligrosas, a su vez son más frecuentes y largas, los efectos en consecuencia son más desastrosos a nivel económico principalmente, la gestión del riesgo de inundación en este sentido se basa en la idea de reducir las consecuencias negativas, de mitigar y de prevenir, en este sentido la evaluación de la vulnerabilidad del elemento y/o elementos es fundamental (Naso, 2016). En este sentido, uno de los principales objetivos de esta investigación es contribuir a la sistematización del actual estado del arte en gestión del riesgo de inundación en centros urbanos y la propuesta de una metodología de evaluación que pueda ser usada para la creación de mapas de riesgo como una herramienta para la gestión de riesgo a escala urbana. Con el objetivo fundamental de contribuir con la mitigación del daño, la protección de la vida humana y del patrimonio la propuesta metodología esta centrada en la gestión de la vulnerabilidad a las inundaciones de los elementos en riesgo a través de la evaluación de características que contribuyen a esa vulnerabilidad. Con este propósito, el centro histórico de Guimaraes, Portugal, declarado Patrimonio Mundial por la (UNESCO, 2020) en 2001, fue considerado como caso de estudio piloto para examinar la aplicabilidad y los límites de la metodología propuesta. BREVE REVISIÓN SOBRE LOS ENFOQUES DE EVALUACIÓN DEL RIESGO DE INUNDACIÓN Dado que la definición de riesgo y todos sus componentes aún es una discusión abierta, siendo posible encontrar en la literatura varias propuestas alternativas, esta sección presenta y discute los conceptos principales y las metodologías más influyentes en investigaciones recientes dedicadas a este tema. Basado en el concepto propuesto por la Organización de las Naciones Unidas para el Socorro en Desastres (UNDRO, 1979) hay tres elementos que agravan el riesgo y que deben analizarse para evaluar un riesgo: el peligro, la vulnerabilidad y el elemento en riesgo. Si se aplica a fenómenos naturales, el peligro (en ese caso, el peligro natural) puede definirse como la condición que expresa la probabilidad de ocurrencia, dentro de un período específico de tiempo y en un área determinada, de un fenómeno potencialmente dañino; vulnerabilidad es el grado de pérdida de acuerdo con las características del elemento en riesgo con respecto a cierto peligro natural; y el
elemento en riesgo puede entenderse como el objeto potencialmente afectado (Varnes, 1984). Como este trabajo se centra en el riesgo de inundación, es necesario comenzar definiendo el concepto de inundación. De acuerdo con la Directiva Europea de Inundación (EFD) (EXCIMAP, 2007) la inundación es un agua de cobertura temporal en una tierra que generalmente no está cubierta por agua, incluidos desbordamientos de ríos, torrentes de montañas, cursos de agua efímeros e inundaciones del mar en zonas costeras, y excluyendo las inundaciones de los sistemas de alcantarillado. El Servicio Meteorológico Nacional de EE. UU. Incluye, en cambio, las inundaciones de los sistemas de alcantarillado y también agrega como una inundación, el estancamiento de agua en o cerca del punto donde cayó la lluvia, esos tienen un inicio más lento que la inundación descrita al principio, la duración es normalmente mayor de 6 horas. Las inundaciones se pueden sistematizar teniendo en cuenta la causa de los eventos (por ejemplo, inundaciones de lluvia de invierno, tormenta convencional de verano, marejada) o sus diferentes características, por ejemplo, profundidad del agua, velocidad de flujo, flujos de materia, etc. También es importante tener en cuenta que, a pesar de que las inundaciones a menudo son el resultado de un evento natural, hay casos en que las intervenciones humanas, como el uso de la tierra o tratamiento en ríos, pueden ser el origen del fenómeno (Schanze, Zeman, & Marsalek, 2006) La probabilidad asociada con la ocurrencia de un evento desastroso generalmente se designa como peligro. Para una descripción completa del peligro, se requieren diferentes parámetros. Para una fácil comprensión de los diversos parámetros necesarios para describir adecuadamente el peligro, generalmente se representan en forma de mapas de peligro para un área geográfica determinada. En el caso particular de las inundaciones, se deben preparar mapas cualitativos de amenazas considerando al menos tres escenarios asociados con diferentes probabilidades de ocurrencia (baja, media y alta). El riesgo se puede definir como la combinación de la probabilidad de un evento y su negativa consecuencias. En otras palabras, se puede expresar simplemente como el producto del peligro y la vulnerabilidad (exposición y sensibilidad) e inversamente relacionados con la capacidad de supervivencia/ adaptación (Rana & Routray, 2016) que, en a la luz de la ciencia del riesgo de desastres, se puede definir como "la
capacidad de las personas, organizaciones y sistemas, utilizando habilidades y recursos disponibles para enfrentar y manejar condiciones adversas, emergencias o desastres” (UNISDR, 2009) La exposición se entiende típicamente como la probabilidad de que un determinado elemento se vea afectado por un determinado peligro o, como alternativa, como la probabilidad de que este elemento esté expuesto a un determinado peligro como consecuencia de sus características (Wrachien, Membretti, & Schulz, 2011). A diferencia de la vulnerabilidad, la exposición se refiere a la situación de las personas, la infraestructura, la vivienda, la capacidad de producción y otro activo humano tangible que está presente en las zonas propensas a los peligros. Si la inundación ocurre en un área sin exposición, no hay riesgo, y de otra manera en áreas propensas a la inundación, algunos elementos pueden estar expuestos al mismo peligro, pero no pueden tener la misma vulnerabilidad. Con respecto a la vulnerabilidad, generalmente se la conoce como la característica de un elemento que condiciona su potencial de ser dañado. La vulnerabilidad puede expresar efectos tanto directos como indirectos, que, a su vez, pueden ser tangibles o intangibles. Según (Barroca, Bervardara, Mouchel, & Hubert, 2006), la vulnerabilidad puede verse como la susceptibilidad de los elementos a sufrir daños o degradación como resultado de una situación adversa. Además, depende del tipo de estudio, los resultados requeridos, el tipo de peligro y la escala espacial y temporal de estudio. En este sentido, se podría decir que el concepto de vulnerabilidad está estrechamente relacionado con el sistema de análisis particular. También es importante tener una referencia a un peligro específico en el momento en que se realiza un análisis de vulnerabilidad porque el riesgo es diferente en cada caso. De hecho, el análisis correcto y el conocimiento de las vulnerabilidades locales es de gran importancia para evaluar el riesgo. DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA PROPUESTA En base al marco teórico expuesto, el objetivo principal de este trabajo es proponer una metodología innovadora para evaluar el riesgo de inundación en áreas urbanas históricas. Por lo tanto, y teniendo en cuenta no solo el objetivo sino también el tipo y la cantidad de información disponible para lograrlo, en este trabajo se desarrolló y aplicó en una primera fase un enfoque simplificado de evaluación del riesgo de
inundación a nivel urbano y en una segunda fase a el desarrollo de curvas de daño y predicción de pérdidas a nivel del edificio individual. Es importante destacar que, dado el objetivo, se diseñó la metodología de evaluación en base a un análisis de vulnerabilidad multicriterio de los edificios que forman parte del centro histórico urbano. De acuerdo con el marco conceptual del riesgo de desastres presentado en previamente la vulnerabilidad a las inundaciones se evalúa sobre la base de dos componentes fundamentales: Exposición y Sensibilidad, ver Ilustración 1. Del análisis de estos dos componentes, es posible obtener un Índice de Vulnerabilidad de Inundación (FV) capaz de medir la propagación de la vulnerabilidad de inundación sobre un área extendida.
Ilustración 1. Marco conceptual simplificado para la gestión de vulnerabilidad a la inundación (Miranda & Ferreira, A simplified index-based approach for assessing flood risk in historic urban centres, 2019)
En la Ilustración 1, los componentes Exposición (EC) y Sensibilidad (SC) se basan en cálculo de un índice para cada edificio como la ponderada de la suma de un conjunto de parámetros, que son evaluados individualmente a través de cuatro clases de vulnerabilidad creciente: A (10), B (40), C (70) y D (100). Cuanto mayor es la clase de vulnerabilidad, mayor es la vulnerabilidad del edificio en relación con ese aspecto o
caracterĂstica particular. De acuerdo con este enfoque, es posible obtener dos Ăndices diseĂąado especĂficamente para evaluar la exposiciĂłn (EC) y la sensibilidad (SC) de un determinado edificio histĂłrico a inundarse. Una vez que se obtienen los valores de estos dos componentes, es posible calcular el Ă?ndice de vulnerabilidad a inundaciones (FV) a travĂŠs de la ecuaciĂłn (1). đ??šđ?‘‰ = đ??¸đ??ś Ă— đ?‘†đ??ś
(1)
Para facilitar su uso, los valores de estos tres Ăndices (EC, SC y FV), que varĂan respectivamente entre [10: 100], [50: 500] y [500: 50000], luego se normalizan para caer dentro del rango de 0 a 100, en donde el disminuye el valor del Ăndice, disminuye el nivel de exposiciĂłn, sensibilidad o vulnerabilidad del edificio. En la IlustraciĂłn 1, el componente de exposiciĂłn (EC) se compone de un solo parĂĄmetro, "OrientaciĂłn de Muro" (Wall Orientation), que se estableciĂł para evaluar la propensiĂłn de un edificio a verse afectado por una inundaciĂłn en funciĂłn de la orientaciĂłn de su muro de fachada principal con respecto al flujo. Este parĂĄmetro pretende reunir los mĂşltiples aspectos que deben considerarse para la evaluaciĂłn de este fenĂłmeno, a saber, la ubicaciĂłn del edificio, la orientaciĂłn de su muro de fachada principal y la existencia de aberturas, sabiendo que los edificios ubicados en ĂĄreas bajas son teĂłricamente mĂĄs susceptibles a la inundaciĂłn debido a la escorrentĂa. Al igual que los otros parĂĄmetros, este se clasifica en cuatro clases de vulnerabilidad, siendo que: la clase A corresponde a un edificio parcialmente expuesto sin aberturas; Clase B a un edificio parcialmente expuesto con aberturas; Clase C a un edificio totalmente expuesto sin aberturas; y finalmente, Clase D a un edificio que estĂĄ totalmente expuesto y presenta aberturas. En el caso de un edificio ubicado en ĂĄreas bajas, que es comĂşn en ĂĄreas urbanas cercanas a las orillas de los rĂos, la clase debe aumentarse a Clase C o D, respectivamente, ya sea si estĂĄ parcial o totalmente expuesta (independientemente de las aberturas). En lo que concierne al componente de Sensibilidad (SC), se compone de cinco parĂĄmetros especĂficamente diseĂąados para evaluar las caracterĂsticas fĂsicas de los edificios; caracterĂsticas materiales, condiciĂłn (o estado de conservaciĂłn), nĂşmero de pisos, edad y estado patrimonial, es decir, si es un inmueble declarado o no y a cuĂĄl nivel de estado. El parĂĄmetro "Material" (Material) se basa en el trabajo de (Schwarz
& Maiwald, Damage and loss prediction model based on the vulnerability of building types,
2008),
quienes
han
delineado
siete
materiales
constructivos
con
comportamiento diferente ante eventos de inundación, en este sentido cuatro tipologías materiales / estructurales principales fueron consideradas: hormigón armado y estructuras de acero (Clase A); estructuras de mampostería (clase B); madera (clase C); y construcciones de tierra (Clase D). Esta jerarquía se definió considerando dos aspectos fundamentales: la capacidad lateral de la estructura de la pared y la capacidad absorción de materiales de construcción. Este parámetro puede evaluarse en inspecciones in situ y puede complementado con caracterización arquitectónica obtenida de la literatura. El siguiente parámetro considerado, "Condición" (Condition), se definió en base de la metodología propuesta por (Ferreira, Vicente, & Varum, 2014) para evaluar la vulnerabilidad sísmica. En la que los autores identificaron algunos daños estructurales comunes como resultado de eventos sísmicos, calificándolos en cuatro grados de severidad. Se adoptó una clasificación similar en este trabajo; en la clase A de los edificios cuyas paredes están en buenas condiciones; en la clase B aquellos edificios que presentan grietas con menos de 0.5 mm de apertura y eventual descomposición del recubrimiento; en la clase C los que presentan grietas con dimensiones entre 2 a 3 mm y además muestran signos de deformación; y en la clase D aquellos que evidencian serio decaimiento y agrietamiento expresivo, incluso si no está generalizado. Esta clasificación también está en línea con lo propuesto por (Stephenson & D'Ayala, 2014) para la evaluación de vulnerabilidad a inundaciones de edificios históricos, quienes enfatizan que los edificios en peor estado general, con menos evidencia de un programa continuo de reparación y mantenimiento, son más vulnerables a la inundación debido a la fatiga preexistente en el estructura y tejido. El tercer parámetro está dedicado a evaluar el número de pisos (Number of storeys) y se basa en la propuesta de (Stephenson & D'Ayala, 2014) que afirman que, cuanto mayor sea el número de pisos, mayor es la vulnerabilidad del edificio a las inundaciones. Según ellos, la presencia de cimientos superficiales de un edificio con más pisos será más susceptible a las diferencias de tensión generados por la saturación y el secado del suelo de cimentación durante y después de una inundación. Este punto de vista es discutido por algunos autores que defienden lo opuesto. Sin embargo, la posición de (Stephenson & D'Ayala, 2014) fue seguida en este trabajo.
En cuanto al parámetro "Edad" (Age), este clasifica los edificios en cuatro períodos históricos distintos que van desde el siglo I hasta nuestros días. Asumiendo la tesis de que cuanto más antiguo es el edificio, mayor es su propensión para sufrir daños por inundación y según el interés por la preservación del patrimonio, las clases de vulnerabilidad se organizan desde la más reciente hasta la más antigua. Con este parámetro, también es posible identificar el estilo arquitectónico predominante, un factor que podría ser muy útil para hacer caracterización estructural, ya que las principales líneas estructurales que siguen a cada estilo generalmente están bien documentadas en literatura. El parámetro "Estado patrimonial" (Heritage status), también se organiza en cuatro clases de sensibilidad; las clases A y B son aplicables respectivamente a edificios de interés internacional y nacional; clase C para edificios en proceso de clasificación y clase D para edificios sin clasificación. La información relacionada con el estado de clasificación del patrimonio generalmente está disponible para consulta pública. La evaluación de los parámetros expuestos es realizada in situ con la ayuda de un formulario que resume todo lo expuesto. Los datos recogidos son sistematizados en orden de obtener los índices de vulnerabilidad a inundaciones (FV) para cada edificio, mediante un cálculo de promedios, el índice FV se puede calcular para manzanos y para el área total evaluada. Con la ayuda del software QGis (QGIS Development Team, 2009), es posible representar en un mapa la distribución espacial los índices de exposición, sensibilidad y vulnerabilidad a la inundación obtenidos, posibilitando la identificación de las áreas y edificios más vulnerables, información que puede ser muy útil para planeamiento urbano y gestión de decisiones. Para la segunda fase, con los datos colectados, una caracterización material y de procesos constructivos propios de los edificios que hacen parte del centro histórico, considerando los efectos habituales respecto a una respuesta típica de las estructuras a la acción del agua se propone la definición de etapas de daño (Di) que describen posibles escenarios de daño considerando las patologías más comunes relacionadas con las técnicas materiales y constructivas identificadas. En este sentido, siguiendo a (Schwarz & Maiwald, Damage and loss prediction model based on the vulnerability of building types, 2008) para la clasificación del daño, la predicción de pérdidas y las posibles medidas de rehabilitación son importantes para convertir la acción visible en
un esquema generalizado de interpretación de daños. Se consideró solo daño en los acabados y no daño estructural, ya que, trabajando en patrimonio; el costo-beneficio de reparar y conservar elementos de daños blandos y no estructurales es mayor. Además, haciendo el análisis del edificio representativo y con base en los datos recopilados, el daño estructural es mucho más pequeño y peligroso que el daño en los acabados. Tabla 1. Etapas de daño propuestas Di D1
D2
D3
D4
D5
Descripción Solo penetración de humedad. Sin pérdidas. Humedad, manchas de revestimiento de paredes, musgo e hinchazón de aceras y puertas. Desprendimiento de mortero de cal sobre mampostería y revestimiento de cal en muros de madera, desprendimiento de tablones de madera del pavimento, pudrición y pérdida de material en puertas. Acción biológica y deformación de estructuras de madera. Las conexiones comienzan a fallar. El reemplazo de los elementos dañados, el refuerzo de la estructura de madera y el análisis de los elementos de mampostería, también pueden necesitar acciones de refuerzo. Es probable que se deba reemplazar todo el pavimento del suelo.
Posibles pérdidas & acciones Acción necesaria, es un proceso de secado de la madera, puede ser natural. El revestimiento manchado no se puede limpiar, es necesario volver a pintar. Se necesitan acciones de limpieza y secado en las estructuras de madera para prevenir el ataque biológico. Repitiendo acciones en mampostería y limpieza de revestimiento de cal, no es posible salvarlo. Selección de losas y puertas de pavimento que aún funcionan y se secan las mismas. Diagnóstico de acción biológica en toda estructura de madera, especial atención a las conexiones.
Sustitución de elementos de madera podrida, implementación de tratamiento artificial para acción biológica sobre la madera. Refuerzo general y análisis estructural de estructura de madera. El reemplazo de los elementos dañados, el refuerzo de la estructura de madera y el análisis de los elementos de mampostería, también pueden necesitar acciones de refuerzo. Es probable que se deba reemplazar todo el pavimento del suelo.
Una vez establecidas las etapas de daño, se relaciona esos escenarios con el nivel de inundación de 0[m] hasta 1,80 [m] de agua. En este sentido, se elaboraron detalles constructivos en base a la literatura y ejemplos revisados con el fin de hacer una interpretación correcta y asignar el escenario de daño más preciso. Posteriormente,
con el objetivo de crear curvas de daño, se asignan valores entre 0 a 1 a cada etapa de daño, siendo 0 (D1) ningún daño o daño leve y 1 (D5) daño extendido. CASO DE ESTUDIO: EL CENTRO HISTÓRICO DE GUIMARĀES, PORTUGAL La ciudad de Guimarāes está ubicada en la región norte de Portugal, en la provincia de Minho, distrito de Braga (41 ° 26 ’N, 8 ° 19’W). Su centro histórico data del siglo X. Comenzó como dos elementos asentamiento: un monasterio y un fuerte, uno en el valle y el otro en la colina, respectivamente. En 2001, el centro histórico de Guimarães fue declarado Patrimonio de la Humanidad por la (UNESCO, 2020). Como está representado en la Ilustración 2a, el área declarada tiene un área total de aproximadamente 16ha y abarca el núcleo medieval del siglo XIII, mientras que el área de amortiguamiento, con aproximadamente 45ha, corresponde al núcleo urbano fundado en el siglo XVII.
Ilustración 2. (a) Área piloto de estudio y polígonos del área declarada y de amortiguamiento. (b) Área piloto de estudio y zona inundable identificada previamente. (Miranda & Ferreira, A simplified index-based approach for assessing flood risk in historic urban centres, 2019)
Durante las últimas décadas, la ciudad de Guimarães ha sido sometida a una fuerte presión antropogénica debido al aumento de la ocupación urbana e industrial, dando lugar al deterioro de los edificios existentes y la degradación ambiental de la cuenca del río Couros. Según el enfoque presentado en este documento, el componente de peligro se trata de forma determinística, es decir, mediante el análisis de mapas de
amenaza de inundación o datos históricos relacionados con eventos de inundación. En este caso, el área de trabajo se definió a partir de la confrontación entre el área propensa a inundaciones y la exposición y la sensibilidad características del edificio que pueden verse potencialmente afectadas (ver Ilustración 2a). Se inspeccionaron 116 edificios en los nueve manzanos escogidos (ver Ilustración 2b) y toda la información reunida se digitalizó y sistematizó en una hoja de cálculo de Microsoft Excel donde la exposición a inundaciones individuales, la sensibilidad y los componentes de vulnerabilidad se calculan automáticamente. Para mejorar la interpretación de los resultados, dichos componentes individuales de vulnerabilidad a inundaciones, así como otra información de entrada, se integraron en una herramienta del Sistema de Información Geográfica (SIG). El software SIG adoptado en este estudio fue el código abierto suite QGIS (QGIS Development Team, 2009), en la que los datos gráficos geo-referenciados (información vectorizada y mapas de ortofoto) se combinó con la información de parámetros de construcción. En este caso específico, cada polígono (correspondiente a un edificio) se asoció con varias características y atributos, lo que permite su visualización, selección y búsqueda (ver Ilustración 3).
Ilustración 3. (a) Distribución espacial de la exposición y (b) sensibilidad. (Miranda & Ferreira, A simplified index-based approach for assessing flood risk in historic urban centres, 2019)
A partir de los datos obtenidos en la evaluación se obtuvo una distribución de los valores del Índice de Vulnerabilidad de Inundación (FV) caracterizados por un valor promedio de 25.70 y una desviación estándar de 16.01. La Ilustración 4a muestra el histograma junto con el mejor ajuste de la curva normal para dicha distribución.
Analizando la curva de frecuencia acumulada es posible observar que el 25% de los edificios presentan un valor FV que oscila entre 0 y 15 y alrededor del 35% entre 15 y 30, lo que significa que más de la mitad de los edificios evaluados (alrededor del 60%) tienen un valor de índice de vulnerabilidad de inundación comprendido entre 0 y 30 (ver Ilustración 4b)
Ilustración 4. Distribución del índice de vulnerabilidad a inundaciones (a) histograma y curva normal mejor ajustada (b) curva de frecuencia acumulada. (Miranda & Ferreira, A simplified index-based approach for assessing flood risk in historic urban centres, 2019)
Cabe señalar en este punto que, aunque estos valores del Índice de vulnerabilidad de inundación no pueden ser directamente correlacionado con daños por inundación, la distribución dada en la Ilustración 4 parece demostrar que un considerable porcentaje de los edificios evaluados en este trabajo es vulnerable a las inundaciones. Por lo tanto, aunque no cuantificable, a partir del análisis de estos resultados preliminares de vulnerabilidad es posible admitir que los impactos resultantes de una inundación en el área de estudio son potencialmente importantes (ver Ilustración 5), tanto desde el punto de vista económico como del punto de vista de preservación del patrimonio.
Ilustración 5.Mapa de Índice de Vulnerabilidad (FV) (Miranda & Ferreira, A simplified indexbased approach for assessing flood risk in historic urban centres, 2019)
Para la fase de evaluación del edificio se realizó una revisión de los procesos constructivos y materiales propios del centro histórico estudiado, para esto se seleccionó un edificio representativo conocido como Casa Rua Nova, construido en el siglo XVI y reconstruido como se conoce ahora en el siglo XVII, fue declarado patrimonio de la ciudad en 1978. Es una casa de dos plantas de pequeñas dimensiones y con un Planta baja rectangular ubicada dentro de área declarada. De 1985 a 1987 el edificio fue restaurado y reestructurado por el arquitecto portugués Fernando Tavora (Direçao-Geral do Património Cultural, 2018). En 2017. Investigadores de la Universidad de Minho dentro del Proyecto Heritage Care (Heritage Care, 2018) realizó una inspección detallada y diagnóstico de patologías del edificio, el informe final con fotografías y planos correspondientes fueron entregados al autor por (Cabrera, 2017).
Ilustración 6. Casa Rua Nova (Cabrera, 2017).
La arquitectura tradicional del noroeste de Portugal del período comprendido entre los siglos XV y XX se caracteriza por el uso de piedra de granito y madera como materiales principales. Dentro del área urbana es posible encontrar numerosas soluciones constructivas desarrolladas a lo largo del tiempo (Saravia, 2010) como respuesta a las condiciones locales, esto significa también el uso de materiales locales. Sin embargo, la región está dominada por rocas graníticas, por lo que la piedra de granito es el principal material de construcción en el distrito de Braga (Matias & Alves, 2002), y propiamente en la ciudad de Guimarães. Debido a su resistencia mecánica, el granito se utiliza para construir muros de soporte y cimientos (Saravia, 2010) De todos los tipos de granitos de la región, el granito grisáceo es el más popular por sus valiosas propiedades en cuanto a construcción; el porcentaje de porosidad es menor (0.1-1.2), lo que significa que tienen buen desempeño en ambientes húmedos ya que el porcentaje de absorción de agua tiene una tasa entre 0.1-0.4%. También
tiene un buen comportamiento en los ciclos húmedo-seco, fenómeno frecuente en regiones más húmedas como el noroeste de Portugal. (Carvalho, Carvalho, Lisboa, Casal, & Leite). La arquitectura portuguesa del período comprendido entre los siglos XV y XX se caracteriza por tener dos o tres pisos superiores, generalmente, íntegramente de madera. Las especies de madera más frecuentes son: Pino Marítimo (Pinus pinaster, Ait.), Eucalipto (Eucalyptus globulus, Labill.) y Castaño (Castanea sativa, Mill.). (Branco, 2009) el primero una madera resinosa y los dos últimos madera dura. El pino marítimo, cubre aproximadamente el 35% de la superficie forestal de Portugal, el 65% restante pertenece a especies de madera dura como el eucalipto y el castaño. El pino marítimo, es una madera resinosa más ligera, muy popular en la construcción portuguesa desde el siglo XIII porque es fácil de preparar y se puede caracterizar como moderadamente fuerte en términos de propiedades mecánicas. Respecto a la resistencia al ataque biológico, el pino marítimo es realmente vulnerable, ya que puede absorber fácilmente el agua del suelo y la humedad del aire, lo que brinda un ambiente perfecto para que los organismos biológicos nazcan y crezcan acelerando la descomposición de la madera, aún así es más fácil especificar el pino. con tratamientos preventivos que comprar o utilizar especies más duraderas (Cruz, Nunes, & Machado, 1998). Las maderas duras como el eucalipto y el castaño también son populares en las construcciones portuguesas. Tienen una estructura leñosa, son de madera pesada y más dura. Respecto a la resistencia mecánica, tienen niveles de resistencia más altos que las maderas blandas, por ejemplo, el castaño tiene una resistencia a la flexión de 21.0 [Mpa] en comparación con 14.4 [Mpa] del pino (valores atribuidos a la madera antigua por (Teixeira da Silva, 2011) ), es importante mencionar que existe una variabilidad de resistencia entre diferentes especies de madera dura (Soares, 2009). Respecto a esas características es habitual ver que elementos estructurales como muros, losas y pavimentos de edificios históricos se realizaron con pino marítimo, en cambio los techos, ventanas y puertas se realizaron con madera de especies frondosas, especialmente el castaño (Saravia, 2010). Para el propósito de esta investigación fue fundamental caracterizar las diferentes técnicas constructivas de la construcción tradicional portuguesa del noroeste con base en la literatura y en el análisis de los elementos estructurales del edificio representativo
elegido para este caso, la Casa Rua Nova. Siguiendo el informe de (Beleza, et al.) provisto por la Câmara Municipal de Guimarães, el nivel máximo de agua alto previsto en caso de inundación es de 1,84 [m], lo que significa que elementos como la cubierta y losas internas no deben ser afectados, en este sentido para el motivo de la presente investigación solo se van a analizar pavimentos y muros. Los pavimentos tradicionales se realizan con vigas de troncos de madera cubiertos por tablones de madera, generalmente de pino marítimo. Las vigas se disponen en paralelo con un espacio entre 0,40 [m] a 0,70 [m] de eje a eje, quedando la primera y la última viga casi pegada a la fachada. Para evitar deformaciones y flexiones se colocaron vigas transversales entre (ver Ilustración 7a) o, en algunos casos, sobre las vigas principales para trabajar juntas y reducir el pandeo. (De Moura, 2008) Siguiendo a De Moura, las vigas se empotran en los muros de soporte de mampostería, penetrando 2/3 del espesor de la pared, es decir alrededor de 0,20-0,85 [m], a veces las vigas pueden penetrar el espesor completo. Por lo general, las vigas no se apoyaban solo en el muro de mampostería sino en una viga de madera empotrada en el mismo muro, para una mejor distribución de las fuerzas (Saravia, 2010). Entre la estructura del pavimento y el suelo se utiliza para dejar una “caja de aire” de aproximadamente 0,20 a 0,40 [m] para permitir que la madera entre aire. Se instalan pequeñas aberturas para ventilación en el pavimento final para permitir que la renovación del aire sea constante (ver Ilustración 7b) Las uniones entre vigas de madera y muro de mampostería se fijan con piezas metálicas de múltiples configuraciones. En cambio, las uniones entre elementos de madera se realizan históricamente, con un proceso de uniones (ver Ilustración 7c), es posible ver también, tornillos que refuerzan esta unión. Se amplían las patologías resultado de la acción del agua sobre los pavimentos, ya que, refiriéndose específicamente al pavimento de planta baja, es el elemento más expuesto cuando ocurren fenómenos de inundación.
(a)
(b)
(c) Ilustración 7. (a) Disposición de vigas en una losa de madera tradicional (De Moura, 2008) (b) Caja de aire de la casa Rua Nova (De Moura, 2008) (c) Tipo de uniones: Metálica para muros de madera y mampostería y juntas simples para elementos de madera( De Moura, 2008).
En cuanto a lo que respecta las paredes, las técnicas constructivas pueden ser descritas en las siguientes categorías: • Mampostería: Los muros de mampostería de las casas tradicionales del noroeste de Portugal están hechos principalmente con bloques regulares o semirregulares de piedra de granito grisáceo. Los muros de mampostería de lindero lateral, que dividen los solares en los centros urbanos desde el siglo XVIII, funcionan como elemento de soporte para la estructura interna de madera (LNEC, 2018). En Guimarães, las plantas bajas y los cimientos también se realizaron con mampostería de granito. En Casa Rua Nova, por ejemplo, es posible distinguir una mampostería regular de granito grisáceo delimitada con mortero de cal (ver Ilustración 8a). Como se mencionó antes, la piedra de granito tiene un buen desempeño en cuanto a resistencia a la acción del agua y al ataque biológico, pero, dado que esta investigación se centra en construcciones históricas, es importante considerar que esos muros se abren para diversos ciclos húmedo-seco, lo que significa que reduce su resistencia y aumenta su porosidad. El ataque químico de la corrosión del metal en
las uniones entre vigas de madera y muro de mampostería puede provocar grietas en la mampostería. El desprendimiento de mortero es una patología general y frecuente debido a la acción de la humedad, que reducen la resistencia del muro. La humedad del suelo y el aire penetran los muros y disuelven progresivamente las sales de los morteros, luego el agua se condensa y las sales se depositan en la superficie del muro creando unas características manchas blancas (Fonseca, 2010). La concentración de agua también puede provocar la presencia de musgo en la superficie, o el desprendimiento del revestimiento si es el caso. • “Taipa de fasquio”: es un muro de madera tradicional portugués que se define por vigas verticales apoyadas en una placa inferior de madera y cerradas por una placa superior de madera. Es posible encontrar también vigas de madera horizontales que actúan como travesaños para vigas verticales, garantizando su seguridad y unión dispuestas con una distancia aproximada de 50 [cm]. La estructura se completa con tablones de madera verticales fijados entre sí o con la estructura de madera. Según (Saravia, 2010), la “taipa” más tradicional tiene dos capas de tablones de madera, la primera en sentido vertical y la segunda en sentido diagonal. Para aumentar la resistencia de la pared, en algunos casos se agrega otra capa de tablones de madera después de la que tiene sentido diagonal, que debe colocarse fuera de la estructura de madera y fijarse, no en las vigas sino solo en los tablones de madera (ver Ilustración 8b). Los muros de madera se suelen cubrir con un revestimiento de cal, elaborado con cal hidráulica y arena. Para garantizar su adherencia es necesario colocar barras de madera horizontales; “Fasquios”, separados alrededor de 2-3 [cm]. Los revestimientos manchados, seguidos del desprendimiento del revestimiento de cal son las primeras y más frecuentes patologías en las paredes expuestas a la acción del agua. Internamente, en la estructura de madera, al no estar ventilada, la concentración de agua crea el ambiente perfecto para los hongos, especialmente de la familia de los xilofagos, que como se describió reducen la resistencia y crean condiciones para un ataque biológico peligroso. Los elementos más vulnerables en este sentido son los tablones de madera que cubren el muro y las conexiones del entramado de madera (Saravia, 2010)
• “Taipa de rodizio”: se caracteriza por ser más resistente que la “taipa de fasquio”, ya que el entramado de madera se rellena con mampostería de arcilla pobre. Según (Saravia, 2010), existen dos tipos de “taipa de rodizio” la que tiene travesaños y la que no los tiene. El primero, como dice el nombre, no tiene elementos horizontales entre vigas verticales de madera. Al igual que la “taipa de fasquio”, este tipo de muro se construye con vigas verticales apoyadas en una placa de madera inferior, los espacios entre las vigas se rellenan con mampostería de arcilla y en la parte superior se coloca una placa de madera para cerrar la estructura y distribuir las fuerzas de los pisos superiores o el techo. En cambio, las “taipa de rodizio” con vigas transversales, están hechas con vigas cuadrangulares, separadas aproximadamente 50 [cm] con vigas horizontales y tirantes de madera diagonales rellenados con mampostería de arcilla (a veces también mampostería de piedra) (Saravia, 2010) (ver Ilustración 8c). Este tipo de muro es más elástico y resistente que el primero y se puede considerar en términos de función similar a los muros que forman parte del sistema constructivo tradicional portugués de madera y tridimensional denominado “gaiola pombalina”, desarrollado como una solución sísmica tras el terremoto de Lisboa de 1755 (LNEC, 2018). Al igual que la “taipa de fasquio”, esta especie de “taipa” se cubre con una capa de arena de cal, que se tiñe con la acción del agua. Los elementos internos de madera, elaborados generalmente con pino marítimo presentan las mismas patologías antes mencionadas, pero su descomposición es menos peligrosa y más lenta que la de “taipa de fasquio” ya que la mampostería de arcilla es más resistente a la acción del agua y funciona como refuerzo de la madera en caso de que la estructura falle. La patología principal asociada a la mampostería de arcilla es un desprendimiento general del mortero de cal.
(a)
(b)
(c)
Ilustración 8. (a) Muro de mampostería de granito regular Casa Rua Nova (Cabrera, 2017). (b) “Taipa de fasquio” con dos capas (Saravia, 2010) (c) “Taipa de rodizio” Casa Rua Nova (Cabrera, 2017).
De acuerdo con (Miranda & Ferreira, A simplified index-based approach for assessing flood risk in historic urban centres, 2019) casi la totalidad de las edificaciones abandonadas en el área estudiada registra el Índice de Vulnerabilidad de Inundaciones (FV) más alto. Por este motivo, el análisis se realizó considerando un edificio histórico bien conservado y uno mal conservado. En la Ilustración 9 es posible ver un detalle constructivo del pavimento y de los tres tipos de muro descritos anteriormente con la relación de altura y de etapa de daño asignada a los diferentes niveles de inundación.
Ilustración 9. Etapa de daño asignada a cada nivel de agua de 0 [m] a 1,80 [m]. (Miranda & Manfreda, Damage curves and loss prediction in historical buildings for flood risk assessment, 2018)
En un escenario bueno (Good condition), se consideró que el daño comienza a ser moderadamente peligroso a 1 [m] (ver Ilustración 9), ya que como se mencionó anteriormente, los travesaños de madera se ubican, aproximadamente a 50 [cm], considerando que es posible tener un pavimento separado del suelo desde alrededor de 40 [cm], los daños en las conexiones entre vigas verticales y travesaños pueden reducir la resistencia del muro y ser las más peligrosas. En malas condiciones (Bad condition) este escenario llega primero ya que se considera que, principalmente las estructuras de madera pueden tener daños históricos, como ataque biológico y
humedad no tratada que pueden conducir a la rotura, ya que la madera ya es de resistencia reducida. Es por lo que a 1 [m] se pronostica el nivel más peligroso (D5). Como era de esperar, la curva de daño de los edificios en mal estado llega a una linealidad constante primero que la curva de daño de los edificios en buen estado (ver Ilustración 10)
Good condition building
Poor condition building
1
Stage of damage [Di]
0.8
0.6
0.4
0.2
0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Inundation level [cm]
Ilustración 10. Curvas de daño de edificios históricos en buenas y malas condiciones. (Miranda & Manfreda, Damage curves and loss prediction in historical buildings for flood risk assessment, 2018)
Es posible notar que la curva de daño de la edificación en mal estado tiene un crecimiento constante, lo que puede deberse a que el avance de los daños es continuo y más rápido, ya que no hubo tratamiento preventivo, y el estado de los elementos cuando llegan las inundaciones ya es vulnerable. En cambio, en edificios en buen estado, la curva no es constante, sino que tiene dos roturas, en 0,40 [m] y en 1 [m], la primera rotura puede deberse al hecho de que se considera que la estructura completa está cubierta por agua y la segunda rotura, debido a que, como se explicó anteriormente, los travesaños en el marco de madera de las paredes pueden verse comprometidos.
CONCLUSIONES Este artículo aborda la cuestión de evaluar y gestionar el riesgo de inundación en sitios históricos, presentando un nuevo enfoque basado en índices mediante el cual se puede registrar, combinar y cuantificar la vulnerabilidad del patrimonio cultural construido
a
las
inundaciones.
La
metodología
propuesta
se
relaciona
específicamente con eventos de inundación y es extraído de definiciones específicas de exposición y sensibilidad que se consideran las más apropiadas para edificios históricos. Se basa en un Índice de Vulnerabilidad de Inundación (FV), que resulta de la combinación de dos componentes diferentes. Un componente de exposición, resultante del análisis de la propensión de edificios a ser afectados por un evento de inundación, y un componente de sensibilidad, que fue formulado específicamente para analizar las características del edificio que rigen su sensibilidad física a las inundaciones. A pesar del nivel de incertidumbre asociado con este tipo de enfoques, la evaluación de vulnerabilidad basados en enfoques estadísticos y la observación de daños pueden considerarse las herramientas más adecuadas para análisis a gran escala, principalmente porque ofrecen un equilibrio muy interesante entre la cantidad y el tipo de información requerida, el esfuerzo computacional necesario para llevar a cabo el análisis y la fiabilidad de las salidas producidas, consideración muy valiosa principalmente para regiones con falta de información y capital humano/técnico como es Bolivia. Sin embargo, la definición de cada parámetro de evaluación, la calidad de datos de calificación de exposición y sensibilidad, así como la eventual inclusión de algunos indicadores adicionales, son cuestiones que aún requieren más estudio. El análisis de los resultados espaciales obtenidos con la herramienta SIG permite mejor comprensión de la propagación de la exposición, la sensibilidad y la vulnerabilidad general en el área de estudio, que es un prerrequisito fundamental para proponer estrategias de intervención más adecuadas basadas en condiciones reales, por otra parte la evaluación de daños y pérdidas en cada edificio relacionada con su ubicación en el mapa de vulnerabilidades es una herramienta concreta y que puede llegar a ser de gran utilidad para la planificación de inversiones en la conservación y restauración del patrimonio en riesgo. En este sentido, la metodología propuesta se puede utilizar para proporcionar escenarios preliminares de vulnerabilidad y señalar
el camino hacia la definición de estrategias más eficientes y personalizadas para gestionar y mitigar el riesgo de inundación. Es importante resaltar que el enfoque simplificado de evaluación de vulnerabilidad de inundación propuesto y aplicado en este artículo puede ser adaptado fácilmente para esbozar escenarios de vulnerabilidad para otros sitios históricos/ patrimoniales de todo el mundo. AGRADECIMIENTOS Este trabajo fue desarrollado durante las tesis de maestrías financiadas por la Comisión Europea a través del proyecto ELARCH (Ref.552129-EM-1-2014-1-ITERAMUNDUS-EMA2). La autora agradece al Ayuntamiento de Guimarães, Portugal por el apoyo y contribución al desarrollo de este trabajo. REFERENCIAS 1. Barroca, B., Bervardara, P., Mouchel, J., & Hubert, G. (2006). Indicators for identification of urban flooding vulnerability. Natural Hazards and Earth System Science, pp. 553-561. 2. Beleza, M., Da Silva, I., Duarte, S., Pinto, J., Carreiro, A., & Duarte, H. (s.f.). Intervenção hidráulica e paisagista na ribeira de Couros zonas das Hortas. Guimarães, Portugal. 3. Branco, J. (2009). Portuguese trasitional timber structures: Survey, analysis and strngthening. Protection of Historical Buildings. 4. Cabrera, M. (2017). Metodología para la conservación del patrimonio-Heritage Care. Guimarães, Portugal: Universidade do Minho. 5. Carvalho, J., Carvalho, C., Lisboa, J., Casal, A., & Leite, M. (s.f.). Portuguese ornamental stones. 6. Cruz, L., Nunes, L., & Machado, J. (1998). Update assessment of Portugues maritime pine timber. Forest Products Journal, 60-64. 7. De Moura, T. (2008). Pavimentos de madeira em edificios antigos. Diagnostico e intervenção estrutural. Porto, Portugal: Universidade do Porto. 8. Direçao-Geral do Património Cultural. (9 de April de 2018). Património Cultural. Obtenido de Predio na Rua Egas Moniz,113:
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