La fiabilidad estructural es una de las disciplinas que más ha evolucionado en los últimos años. Desde la creación de la ingeniería civil como disciplina que se encarga del diseño y ejecución de obras civiles se ha tratado de que éstas fueran lo más seguras posible. La forma de medir cuál es el grado de seguridad de una estructura ha evolucionado mucho en el transcurso del tiempo, existiendo disputas entre los ingenieros clásicos y los defensores de la probabilidad, que hoy están casi zanjadas. Así en el ámbito marítimo existe una gran aceptación de los métodos de diseño de nivel III, peso a la dificultad matemática y estadística que entrañan en la gran mayoría de los casos.

Dada su importancia y relevancia, la fiabilidad estructural es una de las líneas de investigación importantes dentro del instituto. En este sentido se están realizando investigaciones en la caracterización de la función de distribución conjunta de todas las variables aleatorias que pueden afectar a las estructuras en los ámbitos fluvial, costero y marítimo. Para su posterior inclusión en modelos de fiabilidad estándar, como el método de Monte Carlo o los Métodos de Fiabilidad de Primer Orden (First Order Reliability Methods, FORM). Además, se estudian nuevos métodos basados en escenarios y/o bases de datos de reanálisis, como el Buffered Failure Probability Method, y su integración en problemas de optimización con restricciones de fiabilidad.

Desde que en el año 2003 la Oficina Española de Cambio Climático encargara a IH Cantabria un estudio del impacto del cambio climático en las costas de España, este Grupo de Investigación ha ido elaborando y perfeccionando datos, metodologías y herramientas destinadas a la evaluación de los impactos e identificación de medidas de adaptación para dar respuesta a las necesidades del Cambio Climático en las zonas costeras sobre una base científica, técnica y socio-económica, teniendo en cuenta la variabilidad del clima y el cambio climático presente y futuro.

Dentro de la zona costera nos centramos en los riesgos de inundación y erosión y la incidencia sobre las infraestructuras; centrándonos en los impactos y adaptación en grandes ciudades costeras y en el sector turístico. Estas metodologías y herramientas desarrolladas se están aplicando en 2 proyectos europeos (THESEUS y CoCoNet) así como en todo el continente latinoamericano (proyectos realizados para Naciones Unidas y para el Banco Interamericano de Desarrollo).

Las condiciones fluctuantes climáticas en una determinada región se definen por un proceso complejo donde intervienen ciertos factores limitantes, las variables forzadoras, realimentaciones naturales o las iteraciones entre subsistemas. El análisis de las variaciones temporales que afectan a una determinada variable implica el conocimiento de estos aspectos de forma específica.

En IH Cantabria conjugamos el conocimiento de la geofísica del sistema con la aplicación de técnicas matemáticas. Nuestros estudios sobre variaciones climáticas analizan siempre varias escalas temporales (al menos variaciones estaciones, interanuales y seculares) y han dado lugar al desarrollo de técnicas matemático-estadísticas en los siguientes campos: análisis de series temporales, análisis de valores extremos, modelos de regresión heterocedásticos (con consideran cambios en la media y en la varianza), análisis de distribuciones de probabilidad no-estacionarias, caracterización sinóptica de tipos de tiempo mediante técnicas de clasificación o técnicas de aprendizaje automático.

Por ello hemos investigado: patrones estacionales, las teleconexiones que pueden afectar a una variable específica en una determinada localización, la influencia de forzamientos orbitales, o tendencias de largo plazo.

Uno de los aspectos fundamentales en la caracterización de las dinámicas meteo-oceanográfica es la representación simplificada, muchas veces probabilística, de parámetros y funciones de distribución de las variables ambientales.

Los investigadores de este grupo han desarrollado en los últimos 10 años diversas metodologías para la definición univariada y multivariada del clima marino, tanto en régimen medio, régimen extremal o régimen de persistencias (curvas IDF). Fruto de estas investigaciones, se han desarrollado recientemente 2 tesis doctorales dedicadas a la representación del clima marítimo con técnicas de minería de datos y al modelado no estacionario de extremos de oleaje, viento, precipitación y nivel del mar.

Una de las líneas de investigación prioritarias del grupo de Clima Marino y Cambio Climático del IH Cantabria es el estudio de nuevas metodologías para la descripción y análisis estadístico de las variables ambientales que afectan los proyectos de ingeniería marítima y fluvial. Con este propósito se emplean novedosas técnicas matemático-estadísticas sobre las bases de datos disponibles de distintas variables para su posterior integración en distintos contextos: ciclo de vida de las estructuras marítimas y costeras, estudio de riesgos, cambio climático, etc..

Esta línea constituye una línea de investigación estratégica transversal dentro del Instituto, con gran diversidad de aplicaciones, y que pretende consolidar las bases científicas necesarias para afrontar muchos de los nuevos desafíos que se plantean en este ámbito. Especialmente en lo referido al considerable aumento de información disponible sobre las variables que afectan el medio marítimo y costero, y fluvial, tanto instrumentales de boyas, estaciones meteorológicas, cámaras, satélite, pluviómetros, aforos de caudal, etc., como de bases de datos de reanálisis numérico, y que demandan métodos alternativos que permitan incorporar toda la información disponible.

Dentro de los aspectos más relevantes, se están desarrollando nuevas metodologías de análisis de estas variables ahondando en los siguientes aspectos más específicos: ajuste no estacionario para tener en cuenta las variaciones interanuales, estudios de sensibilidad para conocer cómo afectan los datos en los resultados de distintos modelos, calibración de bases de datos de reanálisis, estudio de tendencias de largo plazo teniendo en cuenta la variabilidad espacial (local, regional y global), métodos de regresión para tendencias y estudio de las anomalías con respecto a esa tendencia para su integración posterior en la evaluación de riesgos, análisis extremal combinando información instrumental y de reanálisis, etc...

Paralelamente y con el objetivo de facilitar la transferencia tecnológica y del conocimiento, además de las contribuciones científico-técnicas derivadas de las investigaciones, se está desarrollando una herramienta informática vía web que permita el análisis estadístico de variables ambientales con los avances que se han realizado en este campo en los últimos años y las metodologías que se deriven de las investigaciones del IH Cantabria.

La generación de bases de datos sobre variables descriptoras del medio marino constituye el elemento base y esencial para el análisis de la dinámica climática y el cambio climático. En IH Cantabria la generación de cada base de datos implica un proceso metodológico que incluye, además de la simulación numérica de la variable objetivo, la validación de las simulaciones mediante medidas instrumentales, la calibración de las bases de datos simuladas y la caracterización climática.

Es por ello que las bases datos de oleaje, nivel del mar y viento presentan tres características relevantes: la calidad contrastada, la disponibilidad cerca de costa y la longitud de las series temporales disponibles, que es fundamental para el estudio de los cambios históricos observados o de la evolución del clima futuro.

Además, en el IH se están desarrollando nuevas técnicas para la generación de bases de datos de proyecciones climáticas futuras con suficiente resolución espacial para el análisis regional.

IH Cantabria es consciente de la complejidad, importancia y fragilidad de las zonas costeras, razón por la cual dedica gran cantidad de investigadores y esfuerzo al estudio de la vulnerabilidad de las zonas costeras frente a diferentes riesgos naturales y antropogénicos, tales como contaminación hídrica, erosión costera, derrames de hidrocarburos, inundaciones fluviales y costeras, tsunamis o aquellas amenazas asociadas al cambio climático.

El trabajo multidisciplinar característico de IH Cantabria ha posibilitado el desarrollo de una metodología específica para analizar el riesgo frente a distintas amenazas teniendo en cuenta, además de la probabilidad de ocurrencia de la amenaza y su incertidumbre, la vulnerabilidad del sistema costero de una forma integrada, entendiendo las interrelaciones entre las dimensiones humana, ambiental y socioeconómica, así como sus variaciones espacio-temporales.

Dada la importancia de conectar ciencia y gestión en el ámbito de los riesgos costeros, los resultados de investigación se generan de una manera fácilmente entendible permitiendo así el fortalecimiento institucional mediante la transferencia científico-técnica de vanguardia y contribuyendo, por tanto, a la gestión del riesgo con la mejor información disponible.

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