PREVENT Earthquakes (UCLan) - ES

Comprendiendo los terremotos: ciencia, impactos y gestión

Panagiota Nikolaou

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Índice

Tecnologías de Gestión

Objetivos

Mitigación

Introducción

Estrategias de Mitigación

Mecánicas

Direcciones futuras

Encuesta

Objetivos

• Definir terremotos y ondas sísmicas.
• Explicar la mecánica tectónica y las causas de los terremotos.
• Evalúar tecnologías como sensores y UAVs en la gestión de terremotos.
• Discutir los desafíos posteriores a los terremotos y propone estrategias futuras.

Objetivos de aprendizaje

• Conceptos básicos de los terremotos: definir, explicar las ondas sísmicas y analizar los impactos.
• Mecánica de los terremotos: rol de las placas tectónicas y movimientos tectónicos.
• Tecnologías utilizadas para la predicción: sistemas de alerta temprana, sensores y aprendizaje automático.
• Estrategias de mitigación: UAVs en escenarios post-terremoto.
• Direcciones futuras: proponer estrategias innovadoras de gestión de desastres.

01 Introducción a los terremotos

Introducción a los terremotos

• Un terremoto ocurre cuando la energía de deformación en la corteza terrestre se libera de repente, causando ondas de vibración.
• Los terremotos se clasifican entre los peligros naturales más mortales, que podrían causar una terrible pérdida de vidas humanas y costos económicos.
• Según el Centro Nacional de Información sobre Terremotos
• Se registran en promedio 20,000 terremotos cada año, de los cuales alrededor de 100 podrían causar daños graves y 16 se consideran terremotos mayores (en el rango de magnitud 7 y superiores en la escala de Richter).
• Aproximadamente 60,000 personas mueren cada año por desastres naturales, la mayoría causados por colapsos de edificios resultantes de terremotos.

Introducción a los terremotos (cont.)

Introducción a los Terremotos (cont.)

Introducción a los Terremotos (cont.)

02 Mecánica de los Terremotos

Mecánica de los terremotos

• La corteza de la Tierra está formada por siete grandes placas tectónicas y varias más pequeñas.
• Debajo de la corteza se encuentra el manto, que se comporta como un fluido viscoso.
• Las corrientes de convección en el manto, impulsadas por el calor del núcleo de la Tierra, hacen que estas placas tectónicas se muevan unos pocos centímetros cada año.
• En las fronteras donde las placas tectónicas colisionan, se acumula una fricción inmensa. Cuando la presión supera las fuerzas friccionales que mantienen las placas juntas, se produce una liberación repentina de estrés, lo que resulta en un terremoto.
• Un terremoto es el movimiento de la superficie de la Tierra dentro de la litosfera, causado por la liberación repentina de energía y el movimiento de las placas tectónicas.
• Esta energía genera ondas sísmicas que se propagan hacia afuera.

Mecánica de los Terremotos (cont.)

• Existen tres tipos de movimientos de placas tectónicas que pueden causar terremotos:
• Divergente: Las placas se separan

Mecánica de los terremotos (cont.)

• Existen tres tipos de movimientos de placas tectónicas que pueden causar terremotos:
• Convergentes: Las placas colisionan

Mecánica de los terremotos (cont.)

• Existen tres tipos de movimientos de placas tectónicas que pueden causar terremotos:
• Transformación: Las placas se deslizan unas junto a otras

Mecánica de los terremotos (cont.)

• Causas de los terremotos:
• Acumulación y liberación de estrés
• Líneas de falla y actividad geológica

Movimiento de placas tectónicas

03 Tecnologías para la gestión de terremotos

Tecnologías para la Detección de Terremotos

• Sistemas de Alerta Temprana:
• Desarrollados para enviar alertas antes de un terremoto y reducir los impactos de desastres en muchos sectores de la sociedad.
• Implica la detección de un evento cuando el terremoto se ha nucleado para proporcionar movimiento del suelo detectables.
• El concepto se basa en el hecho de que las ondas S y las ondas superficiales (es decir, tipos más destructivos de ondas sísmicas) se propagan más lentamente que las ondas P (menos destructivas).
• Basándose en el análisis recopilado, las alertas se comunican a las autoridades segundos o minutos antes de que ocurra el terremoto, para que tomen las acciones necesarias, como evacuar edificios peligrosos.
• Los sistemas convencionales utilizan instrumentos sísmicos tradicionales (es decir, sismómetros de alta calidad).
• Se han desarrollado en varios países propensos a terremotos, incluyendo México, Japón, Turquía, Rumanía, China, Italia y Taiwán.

Tecnologías para la Gestión de Terremotos (cont.)

• Tipo de sensores utilizados para sistemas de alerta temprana :
• Sismómetros:
• Involucra un sensor de movimiento del suelo utilizado para medir el desplazamiento del suelo en las direcciones XYZ y un sistema de grabación para graficar la forma de onda correspondiente a la onda sísmica.
• La forma de onda proporciona propiedades críticas como la amplitud y el rango de frecuencia de las señales sísmicas.

Tecnologías para la Gestión de Terremotos (cont.)

• Tipo de Sensores utilizados para Sistemas de Alerta Temprana :
• Sismómetros:
• Estas señales pueden ser extremadamente dinámicas con un rango de amplitud entre 0,1 nm y 10 m, mientras que el rango de frecuencia está entre 0.00002 Hz y 1000 Hz.
• Dispositivos muy sensibles, lo que implica que la onda registrada también puede involucrar otros ruidos ambientales naturales, como ruido del viento, olas del océano u otras actividades relacionadas con el clima, o actividad sísmica menor, y ruido antropogénico proveniente del tráfico, operaciones industriales.

Tecnologías para la Gestión de Terremotos (continuación)

Tecnologías para la Gestión de Terremotos (cont.)

• Tipo de Sensores utilizados para Sistemas de Alerta Temprana :
• Sismómetros:
• Estas señales pueden ser extremadamente dinámicas con un rango de amplitud entre 0,1 nm y 10 m, mientras que el rango de frecuencia está entre 0.00002 Hz y 1000 Hz.
• Dispositivos muy sensibles, lo que implica que la onda registrada también puede involucrar otros ruidos ambientales naturales, como ruido del viento, olas del océano u otras actividades relacionadas con el clima, o actividad sísmica menor, y ruido antropogénico proveniente del tráfico, operaciones industriales.

Tecnologías para la Gestión de Terremotos (continuación)

Tecnologías para la Gestión de Terremotos (cont.)

• Tipo de sensores utilizados para sistemas de alerta temprana :
• Acelerómetros:
• Miden la velocidad de un solo punto en el suelo y proporcionan información adicional sobre la intensidad y las fuerzas a las que el objeto está por el movimiento del terreno

Tecnologías para la Gestión de Terremotos (cont.)

• Tipo de sensores utilizados en los sistemas de alerta temprana:
• Sistema Global de Satélites de Navegación (GNNS):
• Los ejemplos más conocidos son GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou.
• Los satélites transmiten señales de microondas que son recibidas por antenas y receptores terrestres para obtener la posición de la antena.

Tecnologías para la Gestión de Terremotos (cont.)

• Tipo de sensores utilizados para sistemas de alerta temprana:
• Sistema Global de Satélites de Navegación (GNNS)
• El GNNS permite a los científicos obtener flujos de posicionamiento en tiempo real como series temporales continuas y, en última instancia, recuperar la posición del suelo, el desplazamiento del suelo, la velocidad y el desplazamiento estático.
• La ventaja de las soluciones GNSS sobre los sismógrafos tradicionales es que no saturan con la magnitud y la extracción directa de formas de onda de desplazamiento, la cobertura de eventos fuera de red y la caracterización de fallas y distribuciones de deslizamiento.
• PERO, para proporcionar información útil, los terremotos deben ser bastante fuertes, con una magnitud superior a 7.

Tecnologías para la Gestión de Terremotos (cont.)

• Tipo de sensores utilizados para sistemas de alerta temprana:
• Tecnología de infrasonido:
• Los terremotos con magnitud mayor a 5.5 mb (magnitud de ondas corporales) pueden producir ondas de infrasonido que pueden ser detectadas y registradas mediante sensores de infrasonido.
• Los sonidos que caen por debajo de las frecuencias audibles que van desde 0.003 hasta 20 Hz se definen como infrasonido.
• El desplazamiento de la superficie de la tierra o las rupturas pueden considerarse como una fuente de infrasonido natural, ya que es producido por la oscilación de baja frecuencia de la superficie terrestre en el epicentro y las regiones circundantes.

• Japón desarrolló una red de 30 sensores de infrasonido KUT que son sensores integrados que combinan un acelerómetro, un barómetro y un micrófono para detectar infrasonido.
• El análisis de las formas de onda de infrasonido registradas de terremotos puede proporcionar información sobre la magnitud sísmica y la duración.

Tecnologías para la Gestión de Terremotos (cont.)

• Internet de las Cosas (IoT) e Inteligencia Artificial (IA):
• Nuevos avances en IoT y la capacidad de la IA para explorar patrones ocultos en los datos, demuestran un potencial prometedor para la predicción de terremotos.
• Los métodos basados en reglas, el aprendizaje automático superficial y los algoritmos de aprendizaje profundo ya se han implementado en varios estudios para facilitar la predicción de terremotos. La predicción de terremotos depende en gran medida de datos históricos.
• Sin embargo, la implementación de datos precursores (es decir, indicadores indirectos y no confirmados como la concentración de gas radón y la variación de la temperatura del suelo) también se ha incorporado en modelos de IA para facilitar la investigación en predicción de terremotos.
• Dado que los modelos de aprendizaje automático requieren datos extensos para ser entrenados y mejorados, el grado en que estas tecnologías pueden aumentar la precisión de las predicciones y mejorar los modelos de terremotos está limitado por la disponibilidad de datos históricos escasos, ya que los terremotos de gran magnitud no son muy frecuentes.

Tecnologías para la Gestión de Terremotos (cont.)

• Técnicas de aprendizaje automático para predicción:
• Algoritmos que procesan los datos recopilados de los sensores y los utilizan para entrenar diferentes modelos de aprendizaje automático con el fin de clasificar señales de terremotos

04 Estrategias de Mitigación

Tecnologías para mitigar los efectos de los terremotos

• La posibilidad de una réplica requiere mantener una distancia segura de la zona afectada, lo que dificulta el acceso humano. Por lo tanto, los Vehículos Aéreos No Tripulados (UAVs), están entre las tecnologías más efectivas que se pueden utilizar para mitigar los efectos de un terremoto.

Tecnologías para mitigar los efectos de los terremotos (cont.)

• Las plataformas modernas de UAV, equipadas con herramientas de detección que pueden montarse en estas plataformas, permiten a los expertos de los servicios de emergencia y rescate inspeccionar, detectar y manipular objetos desde ubicaciones protegidas, a una distancia segura de un incidente o zona de desastre.
• Una gran variedad de funcionalidades autónomas en las operaciones de UAV permite realizar operaciones de manera más eficiente y efectiva, lo que minimiza los tiempos de respuesta en general.
• Los componentes principales de un sistema UAV son:
• la unidad de control de vuelo que controla los rotores en función de las entradas de diferentes sensores
• el control remoto que envía manualmente información a la unidad de control de vuelo para realizar movimientos manuales basados en las entradas del usuario
• el sistema de posicionamiento absoluto que es responsable de conocer con precisión la ubicación del UAV para corregir las desviaciones de los sensores
• las estaciones terrestres de control de UAV que están desarrolladas para automatizar el proceso de gestión y monitoreo de la operación del UAV y ayudar a cumplir con el objetivo de la misión aprovechando el potencial de los UAVs

Tecnologías para mitigar los efectos de los terremotos (cont.)

• Los UAVs pueden proporcionar varias funciones, como recopilar y proporcionar información para evaluar la escala de un desastre, ofrecer ayudas visuales a los primeros equipos de emergencia (por ejemplo, proporcionar información sobre ubicaciones seguras o inseguras, buscar personas desaparecidas, ofrecer información sobre posibles peligros, etc.).

• Por ejemplo, inspecciona el área realizando búsquedas y rescates de vidas humanas bajo los escombros después de un terremoto, bajo los edificios colapsados.

• Se inicia una misión de búsqueda y rescate para inspeccionar el área en busca de civiles heridos, ya sea utilizando un solo UAV o un enjambre de UAVs.

Operación de búsqueda y rescate con UAVs

05 Direcciones futuras

Direcciones Futuras

• Tecnologías predictivas para proporcionar advertencias más precisas

• Innovaciones en operaciones de rescate autónomas

• Uso de IA e inclusión de más datos de entrenamiento para predicciones precisas

06 Encuesta

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Actividad de discusión (~90 minutos)

• https://create.kahoot.it/share/prevent-earthquakes/40f05041-aeac-42e8-bdcf-6ba7bb2d6516
• Temas para discusión:
• Tema principal: ¿Cómo pueden las tecnologías avanzadas mejorar aún más la gestión de desastres?
• IA y aprendizaje automático en predicción y respuesta a desastres
• El papel del IoT en la gestión de desastres
• Infraestructura inteligente y ciudades resistentes a desastres
• Tecnología satelital y teledetección para monitoreo de desastres
• Instrucciones:
• Haz una lluvia de ideas en grupos y comparte ideas.
• Asigna 30 minutos para la discusión.
• Prepara una breve presentación de 5 minutos para presentar tus ideas en clase (60 minutos).

¡Curso completado!