Structural risk assessment due to earthquake-tsunami events in the urban area of San Andrés de Tumaco, Colombia

Abstract

Tumaco, a coastal city in Colombia, faces significant risks from earthquakes and tsunamis due to its geographical location and geological characteristics. This master's thesis aims to understand and quantify the complex interaction of these natural hazards, their potential impacts on the city's infrastructure and population, and the implications for disaster resilience.

The structural risk assessment begins with an analysis of seismic hazards, which includes the characterization of three earthquake and tsunami scenarios: those that occurred in 1906 and 1979, and a worst-case scenario. This study also incorporates an exposure model that identifies and classifies the city's constructions, considering the structural typologies present, the occupancy classes, and the spatial distribution of these elements.

Building upon previous research on seismic and tsunami events in Tumaco, this work adopts a multi-hazard approach to structural risk assessment. By evaluating the complex interaction between these two natural phenomena, the threats are combined using basic probability theory, Boolean logic rules, and assuming the statistical independence of the two phenomena. This approach allows for the development of multi-hazard fragility functions for each level of damage (light, moderate, severe, and collapse) according to the evaluated event, expressed in terms of the probability of damage exceedance based on the PGA value and wave height.

Using probabilistic approaches and considering Tumaco's unique characteristics, combined vulnerability surfaces are generated, providing information on the expected damages for each evaluated event, offering a view of the potential magnitude of the impacts on the city. Replacement costs for exposed structures are calculated, and economic loss estimates are derived, highlighting the socioeconomic implications of multi-hazard events in Tumaco.

These results are presented in a catalog of maps that allow for a spatial visualization of the structural risk distribution, facilitating the identification of areas with greater vulnerability. Overall, this thesis provides valuable insights into the structural risk posed by multi-hazard events of earthquakes and tsunamis in Tumaco, supporting better decision-making and resilience-building efforts in the region.

Tumaco, una ciudad costera en Colombia, enfrenta riesgos signi cativos de terremotos y tsunamis debido a su ubicación geográ ca y características geológicas. Esta tesis de maestría tiene como objetivo comprender y cuantificar la compleja interacción de estos peligros naturales, sus posibles impactos en la infraestructura y la población de la ciudad, y las implicaciones para la resiliencia ante desastres. La evaluación del riesgo estructural comienza con un análisis de la amenaza sísmica, que incluye la caracterización de tres escenarios de terremotos y tsunamis: los ocurridos en 1906 y 1979, y un escenario de caso peor. Este estudio también incorpora un modelo de exposición que identi ca y clasi ca las construcciones de la ciudad, considerando las tipologías estructurales presentes, las clases de ocupación y la distribución espacial de estos elementos. Basándose en investigaciones previas sobre eventos sísmicos y de tsunami en Tumaco, este trabajo adopta un enfoque de amenazas múltiples para la evaluación del riesgo estructural. Al evaluar la compleja interacción entre estos dos fenómenos naturales, se combinan las amenazas utilizando la teoría básica de la probabilidad, reglas lógicas booleanas y asumiendo la independencia estadística de los dos fenómenos. Esto permite desarrollar funciones de fragilidad multi-amenaza para cada nivel de daño (ligero, moderado, severo y colapso) según el evento evaluado, expresadas en términos de la probabilidad de excedencia de daño en función del valor de PGA y la altura de la ola. Usando enfoques probabilísticos y teniendo en cuenta las particularidades de Tumaco, se generan super cies de vulnerabilidad combinada que proporcionan información sobre los daños esperados para cada evento evaluado, ofreciendo una visión de la magnitud potencial de los impactos en la ciudad. Se calculan los costos de reemplazo para las estructuras expuestas y se derivan estimaciones de pérdidas económicas, destacando las implicaciones socioeconómicas de los eventos multi-amenaza en Tumaco. Estos resultados se presentan en un catálogo de mapas que permiten una visualización espacial de la distribución del riesgo estructural, facilitando la identi cación de áreas de mayor vulnerabilidad. En general, esta tesis proporciona una comprensión valiosa del riesgo estructural planteado por eventos multi-amenaza de terremotos y tsunamis en Tumaco, apoyando una mejor toma de decisiones y esfuerzos de construcción de resiliencia en la región (Texto tomado de la fuente).