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INTERDEPENDENCIAS DE INFRAESTRUCTURA CRITICA DURANTE TERREMOTOS Y OTROS DESASTRES Carlos E. Ventura 1 , Hugón Juárez García 2 y José M. Martí 3 1. Profesor, Depto. de Ingeniería Civil, University of British Columbia, Vancouver, Canadá [email protected] 2. Asistente de Investigación, Depto. de Ingeniería Civil, University of British Columbia, Vancouver, Canadá, y Profesor, Area de Estructuras, Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco, Mexico City, Mexico [email protected] 3. Profesor, Depto. de Ingeniería Eléctrica, University of British Columbia, Vancouver, Canadá [email protected] RESUMEN Los sistemas de infraestructura crítica (IC), tales como electricidad, agua, sistema de salud, etc., constituyen la columna vertebral de las sociedades. Cuando ocurren grandes desastres, tales como sismos, huracanes, ataques terroristas, etc., la vida en la región afectada se complica porque la infraestructura se ve afectada, y a menos que se coordinen los esfuerzos, el proceso global de respuesta podría sufrir serios obstáculos. Varios países han reconocido que hay una necesidad urgente de desarrollar conocimientos, herramientas y recomendaciones para apoyar la coordinación de toma de decisiones entre infraestructuras interdependientes, particularmente durante situaciones urgentes. En este documento se discute la importancia de considerar las interdependencias de ICs durante grandes desastres, presenta una breve reseña de los trabajos más recientes, y también presenta una metodología que considera las interdependencias, que se desarrollo recientemente en la Universidad de la Columbia Británica, como a la necesidad de interpretar y entender las Interdependencias de ICs.

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INTERDEPENDENCIAS DE INFRAESTRUCTURA CRITICA DURANTE TERREMOTOS Y OTROS DESASTRES

Carlos E. Ventura1, Hugón Juárez García2 y José M. Martí3

1. Profesor, Depto. de Ingeniería Civil, University of British Columbia, Vancouver, Canadá [email protected]

2. Asistente de Investigación, Depto. de Ingeniería Civil, University of British Columbia, Vancouver, Canadá, y Profesor, Area de Estructuras, Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco, Mexico City, Mexico [email protected]

3. Profesor, Depto. de Ingeniería Eléctrica, University of British Columbia, Vancouver, Canadá [email protected]

RESUMEN

Los sistemas de infraestructura crítica (IC), tales como electricidad, agua, sistema de salud, etc., constituyen la columna vertebral de las sociedades. Cuando ocurren grandes desastres, tales como sismos, huracanes, ataques terroristas, etc., la vida en la región afectada se complica porque la infraestructura se ve afectada, y a menos que se coordinen los esfuerzos, el proceso global de respuesta podría sufrir serios obstáculos. Varios países han reconocido que hay una necesidad urgente de desarrollar conocimientos, herramientas y recomendaciones para apoyar la coordinación de toma de decisiones entre infraestructuras interdependientes, particularmente durante situaciones urgentes. En este documento se discute la importancia de considerar las interdependencias de ICs durante grandes desastres, presenta una breve reseña de los trabajos más recientes, y también presenta una metodología que considera las interdependencias, que se desarrollo recientemente en la Universidad de la Columbia Británica, como a la necesidad de interpretar y entender las Interdependencias de ICs.

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SUMMARY The system of critical infrastructures, such as power grid, water network, health system, etc.,

constitutes the backbone of modern societies. During large disasters, such as earthquakes, hurricanes, terrorist attacks, etc., the situation is very different from normal life because multiple infrastructures are affected simultaneously, and unless they coordinate each other’s actions, the overall response process may suffer serious stalls. Several countries have recognized that there is an urgent need to develop knowledge, tools, and recommendations to support coordinated decision making among interdependent infrastructures, particularly during emergency situations. This paper discusses the importance taking into account the interdependencies of critical infrastructures during large disasters, presents a brief review of current research being done in this field, and presents a methodology to address interdependencies recently developed at The University of British Columbia in response to this need.

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INTRODUCCIÓN

Los desastres naturales tales como terremotos, tsunamis, incendios forestales, ataques terroristas y brotes de enfermedades mundiales pueden impactar dramáticamente en el bienestar socio-económico de los países, y en un contexto más grave, nuestra supervivencia básica. Los recientes acontecimientos han demostrado la necesidad de planes de acción rápida, dinámica y coordinada para incrementar las oportunidades de supervivencia de la sociedad. Algunos ejemplos de esto incluye la tormenta de hielo en el este de Canadá en el invierno de 2000; los ataques terroristas del 11 de septiembre de 2001 en la ciudad de Nueva York; el apagón del 14 de agosto de 2003 en el este de Canadá y Estados Unidos, el catastrófico tsunami en el sur de Asia en 2004, que cobro más de 200,000 vidas; y el huracán Katrina en los Estados Unidos en 2005 con un impacto económico estimado de 125,000 millones de dólares. Estos eventos han demostrado claramente que el manejo y prevención de desastres es un proceso dinámico que requiere un análisis holístico de interdependencias críticas entre infraestructuras medulares para mitigar el impacto de eventos extremos e incrementar la sobrevivencia de nuestra sociedad.

La Agencia Canadiense de Seguridad Pública (Public Safety Canada) identifica las

siguientes infraestructuras como criticas para la salud, seguridad y bienestar de Canadá: Energía y Servicios Públicos, Finanzas, Comida, Transporte, Gobierno, Telecomunicaciones, Salud, Agua, Seguridad, Procesos Industriales de Manufactura. Conforme se ha incrementado la ocurrencia y la magnitud de los desastres (generados por el hombre o por la naturaleza) asimismo se ha incrementado la posibilidad de que las ICs sufran fallas, que pudieran ocasionar una perdida prolongada de servicios esenciales.

Las interdependencias de las ICs han incrementado el riesgo y las vulnerabilidades para

Canadá y para otros países. Y por lo tanto, las consecuencias pueden producir efectos en cascada expandiéndose a lo largo de todos los sectores y fronteras, (Pubic Safety Canadá, 2008).

ANTECEDENTES EN INTERDEPENDENCIAS DE INFRAESTRUCTURA CRÍTICA El sismo de Kobe en 1995, mostro que la interrupción en los sistemas de líneas vitales

regionales puede generar un profundo efecto en todo el país, debido a la interdependencia económica de estos sistemas y sus funciones (NIST, 1996). Heath (1995) argumento que la gestión de la respuesta en el sismo de Kobe, no fue óptima. La integración, coordinación, comunicación y planeación fueron insuficientes para hacer frente a desastres de gran tamaño. La gran lección del terremoto de Kobe fue que las autoridades casi no tuvieron tiempo de responder de manera correcta ante la crisis. Otra lección importante de Kobe es que los errores humanos de función y operación pueden producir efectos en cascada en otros sistemas. Esto se demostró al tomar la decisión de restablecer el servicio de energía eléctrica en las áreas afectadas, donde estructuras de madera habían colapsadas, dando lugar a incendios después del sismo con consecuencias catastróficas.

Los ataques terroristas del 11 de septiembre de 2001 en los Estados Unidos tuvieron un gran

efecto en Infraestructura Critica Local. Los servicios de emergencia local fueron seriamente afectados cuando cientos de rescatistas murieron al colapsar las torres. El transporte público fue severamente afectado y el abastecimiento de agua sufrió daños considerables, como consecuencia del colapso de las torres y de algunos edificios aledaños. Debido a la ruptura de tuberías importantes de agua y a la interrupción local de las comunicaciones, los bomberos tuvieron que hacer frente a

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los incendios, careciendo de infraestructura y de presión de agua; el puerto de telecomunicación y un sistema de cables también fueron dañados lo que ocasiono que el sistema detuviera sus actividades; el intercambio del mercado financiero de valores sufrió consecuencias inmediatamente después del evento. Las decisiones tomadas después de estos eventos también impactaron las CIs. Por ejemplo, la Autoridad Federal de Aviación de Estados Unidos (FAA por sus siglas en ingles) cancelo todos los vuelos comerciales; el sector bancario y financiero cerró temporalmente los mercados clave como medida de seguridad; y el incremento en la demanda para teléfono y conexión de internet obligo a las compañías a cancelar sus servicios para evitar el colapso de sus redes (O’Rourke, et al., 2003).

Las lecciones aprendidas desde el punto de vista canadiense fueron compiladas en OCIPEP

(2002) y algunas de ellas se resumen a continuación: • Comunicaciones: las líneas telefónicas predeterminadas de emergencia deben tener

prioridad y atención inmediata. Esto ayudara a la respuesta de emergencia durante la crisis. Durante una crisis, la distribución de información ayudara a los rescatistas y a las víctimas; también ayudara a mitigar los efectos en el gobierno y al sector de salud después de un desastre.

• Transporte: Si no se destinan recursos suficientes para aliviar el desastre, la infraestructura del transporte se verán afectado. La interrupción de un canal de transporte (aire) provocara el uso masivo de otros canales (marítimo, ferroviario, carreteras, etc.), y por lo tanto propiciara retrasos, de tal forma que las operaciones que involucran al personal crítico se verán afectados.

• Electricidad: las comunicaciones y la continuidad de los negocios colapsaran después del impacto inicial de un desastre si la generación de energía en reserva no es proporcionada con acceso garantizado de combustible y mantenimiento. El restablecimiento rápido de energía para sitios críticos, dependerá de una lista que identifique y priorice sitios que son particularmente vulnerables a cortes prolongados de energía eléctrica.

• Banca y Finanzas: Una buena planeación y comunicación con las ICs minimizara el impacto de interdependencias, y por lo tanto impactara favorablemente los planes para restablecer los negocios.

• Gobierno: El desarrollo de un buen sistema de alerta con altos niveles de seguridad e infraestructura incrementara la habilidad del gobierno para coordinar las respuestas ante las posibles amenazas a las que se enfrente las ICs. Portales de internet que publiquen información de emergencia, ayudara a los gobiernos a trasmitir información importante a los ciudadanos en épocas de crisis; también las comunicaciones de emergencia ayudaran a hacer frente a situaciones difíciles. Los servicios de rescate y aplicación de leyes deberán acordar la forma en cómo manejar el rescate de sobrevivientes y el restablecimiento normal de la ciudad, preservando evidencias para las investigaciones criminales.

Los cortes de energía eléctrica en el noreste de Estados Unidos el 14 de agosto de 2003, son

una llamada de atención para los que toman decisiones. Nozik (2003) declaro que los sistemas existentes de los Estados Unidos puede generar una cascada de errores que podría dejar vulnerable a la población. En 1996, el oeste de los Estados Unidos se quedo sin energía eléctrica debido al calentamiento, hundimiento y corte en las líneas de energía. En 1998, hubo dos fallas en la energía eléctrica: las tormentas de hielo golpearon los sistemas de energía eléctrica en el este de Canadá y de

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Estados Unidos. El apagón del noreste en 2003, al parecer fue causado por una tormenta eléctrica y alrededor de 55 millones de personas se vieron afectadas en Estados Unidos y Canadá. Algunas áreas perdieron presión de agua, el corredor noreste del servicio ferroviario fue interrumpido, las revisiones a los pasajeros en los aeropuertos fueron afectadas, y aeropuertos regionales fueron cerrados. Los vuelos en la ciudad de Nueva York fueron cancelados debido a las dificultades de acceso en los “boletos electrónicos”. La comunicación a través de los teléfonos celulares fue interrumpida, la telefonía de convencional permaneció funcionando, ELCON (2004).

El 23 de agosto de 2005, el huracán Katrina, inicio como una tormenta tropical cerca de las

costas de las Bahamas. En los siguientes siete días, esta tormenta tropical se convirtió en un catastrófico huracán, y toco tierra en Florida después en Louisiana y Alabama. El huracán Katrina causo destrucción a lo largo de todo su el trayecto, inundando la histórica ciudad de Nueva Orleans, matando a más de 1,300 personas. El huracán golpeo varios poblados, ciudades y estados. Los planes locales y estatales, así como los planes que el gobierno federal desarrollo justo después del 11 de septiembre de 2001, fallaron ante esta catástrofe que dejo enormes daños sobre una gran área. El huracán Katrina golpeo pequeños poblados y grandes ciudades, por lo que se produjo la más grande búsqueda y rescate en la historia de los Estados Unidos. La respuesta nacional del huracán Katrina involucro todos los niveles del gobierno de Estados Unidos—Federal, Estatal y Local—el sector privado, otros países, y ciudadanos individuales. La gente y los recursos fueron enviados a la región para ayudar en la contingencia; a pesar de estos esfuerzos, la respuesta no fue suficiente lo que ocasiono que Katrina se convirtiera en el mayor desastre natural en la historia de Estados Unidos.

Townsend (2006) presento “The Federal Response to Hurricane Katrina (Lessons learned)” y

17 desafíos críticos fueron abordados en el reporte: Preparación Nacional, Uso integrado de Capacidades Militares, Comunicaciones, Logística y Evacuación, Búsqueda y Rescate, Bienestar y Seguridad Pública, Salud Pública y Apoyo Médico, Servicios Humanitarios, Vivienda y Cuidados Masivos, Comunicaciones al Público, Infraestructura Crítica, Evaluación de Impacto, Peligro Ambiental y Remoción de Escombros, Asistencia Extranjera, Apoyo no Gubernamental, Entrenamiento, Ejercicios y Lecciones de Aprendizaje, Desarrollo y Educación Profesional en la Seguridad Nacional y Preparación Ciudadana y Comunitaria.

Estudios de Interdependencia: En estos últimos años, la comunidad científica se ha

interesado en investigaciones que tienen que ver con las ICs, tal como lo demuestran los trabajos publicados por Alexoudi et al,(2008), Strasser et al. (2008), Tsuruta et al. (2008), Wang and Au (2008), Lee and Graf (2008), Hosseini and Vayeghan (2008), Shi et al (2008), Corotis and Hammel (2008), Furuto et al. (2008), Mitsunari et al. (2008), Mujumdar (2008), and Kuo et al (2008). Investigaciones especificas relacionadas con interdependencias de Infraestructura Critica (IC) en ingeniería sísmica han sido publicadas por O’Rourke (2007), Dueñas-Osorio, et al. (2007), Bruneau and Reinhorm ( 2007), Bruneau et al. (2003), Marti, et al. (2008) and Juarez-Garcia (2010). Otros estudios importantes son los siguientes:

• La comisión del presidente de los Estados Unidos de protección de infraestructura critica

(PCCIP) en 2001, estableció que la economía y la seguridad nacional de Estados Unidos dependen de 5 sectores de infraestructura critica: Banca y Finanzas, Transporte, Telecomunicaciones, Servicios Humanos Vitales (Servicios de Emergencia, Servicios del Gobierno y Sistemas de Suministro de Agua) y Energía (Energía eléctrica, Petróleo, Gas Natural, Producción y Almacenamiento). Estas 5 infraestructuras críticas son altamente interdependientes. Los desastres (naturales y generados por el hombre) se consideran

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amenazas que pueden afectar el funcionamiento de estas infraestructuras. PCCIP también menciona que se debe procurar la protección de la infraestructura, si no se adoptan nuevas tecnologías de seguridad entonces las vulnerabilidades de las ICs no podrán ser subsanadas. Para eliminar estas vulnerabilidades, el gobierno no puede darse el lujo de colaborar solo con empresas que están muy motivadas – también deberían de incluir a los dueños de los sectores privados, operarios, proveedores, y usuarios de productos y servicio de las IC, para que todos en conjunto adopten esas tecnologías con el apoyo financiero del gobierno. Este programa (PCCIP), junto con los esfuerzos del sector privado, deberían mejorar la seguridad de infraestructuras criticas de Estados Unidos identificando rápidamente, desarrollando y facilitando el envío de soluciones tecnológicas y herramientas de administración y técnicas necesarias para hacer frente a las amenazas y vulnerabilidades existentes y emergentes. El programa PCCIP solo proporciona directrices, pero no fue desarrollada una metodología para la implementación de este programa.

• Rinaldi et al. (2001) discutió que: “…las infraestructuras criticas están altamente interconectadas y son dependientes mutuamente en una manera compleja, tanto física como a través de una serie de información y tecnologías de la información (también-llamada “cyberbased systems”), más que un resumen, es un concepto teórico”. Las infraestructuras afectan fundamentalmente sistemas y servicios que son críticos para la seguridad, economía y el bienestar social de la zona de estudio. Los autores explican que hay otros factores que afectan las operaciones de las infraestructuras, y que a medida que se describen las interdependencias en infraestructuras, es necesario definir: las características de las infraestructuras, estado de operación, tipo de interdependencias, ambiente, acoplamiento y comportamiento de la respuesta, y los tipos de fallas. Ellos presentaron un marco conceptual para abordar las interdependencias en infraestructura el cual es usado para explorar los retos y complejidades de la interdependencia.

• En 2003 el Consejo Consultivo Nacional de Infraestructura (NIAC por sus siglas en inglés), estableció un grupo de trabajo encargado de estudiar las interdependencias entre sectores y orientar las evaluaciones de riesgo. El grupo de estudio reviso previamente notas publicadas y reclutó participantes de IC. El grupo de trabajo concluyó que la coordinación entre sectores durante el manejo de la crisis es fundamental para restaurar rápidamente estos sistemas, y es una pieza fundamental para mantener la confianza del público en los sistemas de infraestructura. Este grupo aconsejó al departamento de seguridad nacional de Estados Unidos (DHS) que adoptara el siguiente grupo de principios fundamentales: la definición certera de resultados a corto plazo, el establecimiento de un método para monitorear el progreso de estos resultados, y la adopción del compromiso de los sectores públicos y privados para patrocinar dicho progreso. El grupo de trabajo identifico también 9 aspectos que el NIAC debe atender, y que si no son atendidos podrían polarizar los esfuerzos de coordinación entre sectores antes, durante, y después de un evento. Estos 9 puntos son:

1) La existencia de inconsistencias en la definición de la infraestructura critica. 2) El rol de la “coordinación de sector” no está bien entendida por la industria, y por

lo tanto no se vislumbra como un punto medular para la coordinación del manejo de la crisis dentro y entre sectores. Ahondando en este punto, los mecanismos de coordinación de sectores no han sido plenamente identificados en las infraestructuras críticas (IC).

3) Los planes de manejo de crisis no existen en los sectores, y no han sido probados de

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principio a fin entre sectores. 4) No existe un centro nacional de comando como un punto de enlace entre los sectores

privados durante las crisis. 5) Los ejercicios promovidos por el gobierno deberían buscar la participación activa de

la industria privada. 6) Existe una subvaloración de la dependencia de la infraestructura crítica de la nación

en el internet. 7) La coordinación en las fases de planeación y respuesta entre el sector publico de

manejo de emergencias (Federal, Estatal y Local) y las ICs privadas es inadecuada, o inconsistente.

8) Hay una falta de incentivos que promuevan el gasto que permita fortalecer la capacidad de los sistemas críticos de infraestructura para recuperarse rápidamente durante las crisis (a esto se le conoce como resiliencia).

9) Existe una gran capacidad de modelación en los laboratorios nacionales y también existen estudios de desarrollo e investigación acerca de interdependencias entre sectores.

• NIAC concluyó que la colaboración y cooperación son nuestra mejor defensa contra los

riesgos que se generan por las interdependencias de los sectores. Las ICs están fuertemente ligadas, y NIAC también ha concluido que las contrapartes humanas de esas infraestructuras también deberían estarlo (McGuinn, 2004).

• En el año 2008, O’Rourke junto con el Instituto de Investigaciones de Ingeniería Sísmica (EERI) publicó el documento (Contribuciones de la ingeniería sísmica para la protección de las comunidades y las infraestructuras críticas ante eventos multipeligro). El propósito de este documento, tal y como se reporta es la articulación, con ejemplos, de las maneras en que la ingeniería sísmica ha mejorado la seguridad del público y como ha incrementado la protección de las comunidades en los Estados Unidos ante peligros que van más allá de los sismos. El desarrollo del análisis probabilístico de peligro sísmico (PSHA, por sus siglas en ingles) es un buen ejemplo de las investigaciones que se han propiciado con la ingeniería sísmica. Otro ejemplo que se presenta en este reporte es la evaluación rápida de los edificios que se realiza después de un sismo, y que pudieron aplicarse durante los ataques del 11 de septiembre de 2001, estos procedimientos sirvieron para la restauración de las zonas afectadas de la ciudad de Nueva York. El documento proporciona la descripción de una serie de contribuciones que se han hecho en los Estados Unidos y que han servido para incrementar la mitigación y la reducción del riesgo que se derivan de los sismos; y también explica como estas tecnologías se han implementado para disminuir el riesgo que generan otros peligros. Sin embargo este documento no menciona ninguna metodología que integre varios sistemas críticos de infraestructura que se vean afectados por algún evento.

Los sistemas de infraestructura critica son, en un contexto técnico y operativo, muy diferentes unos de otros. Las “constantes de tiempo” que se utilizan pueden variar desde unas cuantas fracciones de segundo hasta varias horas; de tal manera que el marco de referencia que permita la modelación y simulación de estos sistemas requiera un entendimiento a nivel micro y macro de ellos. Debe reconocerse que las decisiones ocurren a diferentes niveles en estos sistemas, tales como dentro y fuera de ellas; esto se relaciona con los efectos de cascada que se presentan n los límites regionales y nacionales de un país. Esto también ocurre en diferentes escalas de tiempo, y bajo diferentes modos de operación.

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PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN DE INTERDEPENDENCIAS DE INFRAESTRUCTURAS

(JIIRP, por sus siglas en inglés) Este programa (JIIRP) fue parte de un esfuerzo del gobierno de Canadá, a través de varias

agencias de investigación y de seguridad pública y de emergencia (NSERC, PSC, por sus siglas en inglés), que decidió financiar investigaciones que desarrollaran nuevas tecnologías que permitieran mitigar los riesgos durante desastres. 6 universidades de Canadá participaron en este programa. La Universidad de la Columbia Británica (UBC, por sus siglas en inglés) estudió la toma de decisiones de la infraestructura crítica en un contexto de interdependencias. El proyecto de la Universidad de la Columbia Británica, que denominaremos a partir de este momento UBC-JIIRP, logró crear un grupo multidisciplinario de 24 investigadores; en lo que resta de este articulo se describirán algunas de las aportaciones y tecnologías que se desarrollaron durante este proyecto, si el lector desea conocer más información sobre este proyecto, esta se encuentra disponible en el sitio de internet: http://www.i2sim.ca.

El proyecto UBC-JIIRP se dividió en 2 ramas que están relacionadas: primero, se considero

una zona de estudio local con varios sistemas de infraestructura (energía eléctrica, agua, transporte y servicios de salud). Lograron identificarse las vulnerabilidades e interdependencias del área de estudio durante emergencias; esto se logro gracias a discusiones con los operarios de estos sistemas. Segundo, asimismo se realizó la metodología apropiada que permitiera el modelado y la simulación de las interdependencias. En todo momento se tuvo como objetivo que las herramientas del modelo y simulación pudieran operar sin problema durante todas las fases, que van desde la pre-emergencia hasta la recuperación. El plan de trabajo de este proyecto se dividió en cuatro estratos, que se mencionan a continuación:

1. Marco conceptual para modelo de Interdependencias de Infraestructuras Criticas 2. Investigación de Infraestructuras especificas 3. Desarrollo de Soluciones de Ingeniería y Ciencia 4. Desarrollo de Recursos Humanos y Soluciones Organizacionales El manejo de las emergencias es un campo multidisciplinario y encara muchos desafíos

técnicos tales como la falta de un marco conceptual de alto nivel que defina un contexto común para utilizar herramientas y metodologías para el apoyo de las decisiones; la falta de una terminología técnica común y la falta de una coherencia semántica. Es por esto, que es esencial desarrollar una ontología, sobre todo cuando el modelado y la simulación de los sistemas son tan complejos.

Además de esto, en el proyecto UBC-JIIRP, había la necesidad de seleccionar métodos para

la simulación y el modelado. Una de las opciones que se consideraron fue el lenguaje de modelo universal; sin embargo, se considero que para la operación de emergencia de un conjunto de IC, el modelo debía enfocarse en el flujo de recursos esenciales, que a su vez se convierten o transforman en otros servicios o bienes o recursos. Como ya se menciono antes, el flujo de recursos se realiza a través de una gran variedad de canales. El equipo de UBC-JIIRP decidió realizar la simulación y el modelado con 2 métodos: el primero, utilizando el LMU y metodologías de agentes inteligentes; y el segundo, utilizando un sistema de recursos, canales y celdas.

El marco de referencia con el que se trabajo considera que el modelado y la simulación están

definidos con un objetivo general, el cual es la supervivencia humana durante los desastres y

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también la recuperación inmediata de las funciones de negocio. La supervivencia del ser humano se puede caracterizar considerando lo que el sistema todavía puede entregar a la población, tan rápido como sea posible, estos elementos constituyen los primeros 3 niveles de la pirámide de necesidades de Maslow: 1) psicológicos, 2) de seguridad, 3) y de pertenencia. Estas necesidades pudieran caracterizarse en términos de bienes de supervivencia (fichas) que se necesitan distribuir desde los lugares donde se producen o se almacenan, y hasta donde se utilizan por las víctimas del desastre.

Se identificaron los siguientes bienes de supervivencia: 1) agua potable; 2) comida; 3)

refugio (aire respirable, vestido, temperatura, vivienda); 4) comunicación personal (localización de seres queridos); 5) Preparación individual (educación); 6) sanidad (depósito de desechos, aseo); 7) atención médica (medicinas, doctores, enfermeras); 8) control de pánico (esperanza, liderazgo político y religioso, psicólogos, medios); 9) orden (bomberos, policía, ejercito).

Se formuló un paradigma de transporte donde las fichas tienen que ser transportadas desde

su destino hasta un origen. Por ejemplo, la energía eléctrica se distribuye desde su origen hasta su destino a través de ductos eléctricos; el agua y algunos combustibles se distribuyen a través de tuberías; otros bienes se transportan a través de carreteras con camiones, a través de vías férreas con trenes, o a través de aeropuertos con aviones. Si no existieran interdependencias entre infraestructuras, cada sistema de distribución, podría representarse con una matriz que relaciona los bienes que se generan con los bienes que se reciben; a esta matriz se la conoce como matriz de transporte. Los sistemas de transporte pueden acarrear bienes a través de distancias muy largas o muy cortas. Si se pudiera formular una matriz para cada sistema de infraestructura por separado, por ejemplo, una para el sistema de agua, una para el sistema de combustibles o una para el sistema de carreteras, y entonces si quisiéramos colocar todas estas matrices en una matriz mas grande, en términos matemáticos, esta matriz de transporte de los sistemas tendría solamente elementos en la diagonal. En realidad las diferentes infraestructuras no son independientes unas de otras; por ejemplo, para operar una bomba de agua se necesita de electricidad o de combustible.

Las interdependencias entre IC se muestran fuera de la diagonal de la matriz; estos elementos

de interdependencia pueden ser funciones de control físicas, o pueden ser también funciones de control humano (el proceso humano es una toma de decisiones: por ejemplo, el enviar un equipo para reparar un puente).

Durante el periodo de administración de la emergencia (inmediatamente antes o después de

que ocurra el desastre) la matriz de transporte permite actualizar de manera dinámica los diferentes orígenes, destinos, y nodos de transporte de acuerdo con las condiciones cambiantes del terreno. El retraso y las pérdidas durante la transmisión de fichas pueden representarse directamente en la matriz; esto permite la coordinación de las acciones (timing) de los esfuerzos de recuperación y rescate del sistema, sin que se obstruyan los sistemas de infraestructura mientras distribuyen las fichas necesarias para las víctimas. Para construir la matriz de transporte se necesitan: a) los bloques internos de las ICs, que son conocidos por los gerentes, y b) las interdependencias de las infraestructuras (los elementos fuera de la diagonal) que necesitan identificarse y compartirse por todos los usuarios.

Se prevé que durante el periodo de administración de la emergencia, los gerentes de

infraestructura se reunirán en una sala de desastre (puede ser una instalación virtual o física), a fin de coordinar las decisiones que afectan las interdependencias entre infraestructuras. Se contempla que cada gerente es capaz de visualizar su propio sistema (y es capaz de entenderlo en detalla), y que

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además este gerente debería ser capaz de concebir una visualización simplificada pero significativa (a un nivel entendible para él) de las otras infraestructuras en los puntos en los que son claves las interdependencias. Una herramienta importante para la visualización son los SIG, que pueden extraer y simplificar la información; otra herramienta que debería estar disponible en esta sala de desastre es el simulador de interdependencias de infraestructura (i2Sim). Este simulador utilizaría la información actualizada de los eventos, para poder dar solución a las interdependencias. También sería capaz de proporcionar a los gerentes, en la sala de desastre, la posibilidad de crear escenarios denominados “what if” (que son escenarios “que pasaría si”); i2Sim es capaz de correr estos escenarios más rápido que en tiempo real, de tal forma que las posibles acciones se pueden probar en el simulador antes de aplicarlas al sistema físico.

Un objetivo crucial debe ser el diseño de un sistema que sea cooperativo, coordinado,

robusto y persistente. Ya hemos definido una estrategia para mejorar la supervivencia, y a esta estrategia la hemos denominado “islas de supervivencia” esta técnica evitaría los efectos de cascada que se producen durante apagones. La idea básica es que las necesidades de supervivencia de las víctimas sean llevadas tan rápido como sea posible después de que el evento ha ocurrido. Una respuesta inmediata garantiza un efecto psicológico positivo, ya que previene el pánico, mantiene el orden, y facilita las estrategias de reubicación de victimas. En el concepto de islas, la zona geográfica afectada por el desastre se subdivide en islas; cada isla debe poseer suficientes recursos internos para proveer rápidamente las fichas requeridas por un periodo limitado de tiempo. Después de este periodo de tiempo, la supervivencia dependerá de la ayuda que se obtenga del exterior; los tiempos de supervivencia podrán ser distintos, pero las operaciones de rescate externas y las operaciones de recuperación de infraestructura deberán coordinarse de acuerdo con estos tiempos de supervivencia de cada isla.

LA ONTOLOGÍA DEL SIMULADOR DE INTERDEPENDENCIAS DE INFRAESTRUCTURA (I2SIM)

Todos los sistemas de infraestructura utilizan diferentes descripciones para modelar sus

operaciones; el primer paso en el diseño de esta herramienta de modelo y simulación llamado i2Sim por el equipo UBC-JIIRP, fue definir una ontología que diera cabida al gran número de entidades que conforman un sistema de infraestructuras usando los mismos conceptos (Martí, et al, 2008a and 2008b). Otras razones por la cual se desarrollo esta ontología fueron las condiciones de tiempo y espacio geográfico que tiene los sistemas físicos que van a ser modelados durante grandes desastres. Por ejemplo, para saber cuánta agua va a llegar al hospital no es necesario modelar toda la tubería que conecta a planta de bombeo con el hospital; solo es necesario saber cuánta agua envía la planta de bombeo y cuanto derrame habrá en la tubería; la ontología de i2Sim define un espacio de estudio donde coexisten los siguientes elementos (figura1):

a) Celdas (unidades de producción): la celda hospital necesita entradas: electricidad, agua,

doctores, medicinas, etc., y produce salidas: pacientes atendidos. b) Canales (unidades de transporte): la electricidad se distribuye al hospital a través de

ductos eléctricos, el agua a través de tuberías, y los doctores a través del sistema de transporte.

c) Fichas (unidades de intercambio): estas son las cantidades que son las entradas y salidas de las celdas, por ejemplo, un litro de agua es una ficha, un doctor es una ficha, una llamada telefónica es una ficha.

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d) Controles (unidades de distribución y agrupamiento): estos puntos son la interacción entre el estrato físico y el de toma de decisiones; por ejemplo, si el suministro de electricidad se ve limitado, cuanta debería ir al hospital y cuanta a la planta de bombeo de agua (distribuidor). La electricidad total que se tiene en el hospital es la suma (agrupador) de la electricidad que llega del exterior (subestación) con la que llega del generador de reserva que trabaja con diesel. Los distribuidores proveen los eslabones (línea punteada en la figura 1) entre la distribución física de recursos de salida y los que toman las decisiones en el estrato humano.

e) Escenarios: describe los casos que se van a simular. Un escenario controla una simulación, incluye el desastre las celdas y los canales en estudio, y los eventos de simulación.

f) Eventos: desencadena los cambios en los estados de celdas y canales. Los eventos se insertan en una secuencia del escenario, ya sea en tiempo real o predefinido; los eventos insertados en tiempo real desencadenan una nueva secuencia de simulación; mientras que los eventos insertados de manera predefinida generan que la simulación se re embobine; los eventos que se insertan en tiempo futuro se colocan en una cola del simulador para que puedan ser operados más adelante.

HospitalPower Station

Water Station

x1(t) x5(t)x2(t) x3(t)x4(t)

Residential

Cell Cell

x6(t)

Cell

healedpeople

Cell

Aggregator

Distributor

ExternalSource

Reserve

ExternalSource

Channelelectrical

Channelwater

Channelwater

Channelelectrical

x7 (t) x8 (t)

Request

electricity

Decisions Coordination:

controls distributors and aggregators

according to global system

objectives

Figura 1. Celdas, canales, distribuidores y agrupadores

De manera general, una celda puede representarse como se muestra en la figura 2; en general

la relación entre entradas y salidas de la celda corresponderá a una función no lineal de múltiples dimensiones.

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Hospital Cell Function

electricity

nursesdoctorssupplies

water short-term beds

long-term beds

mid-term beds

…Unintended Controls: Damage

Intended Controls: Reinforcement

Backup Electricity

Backup Water

Medicines Channelsupplier hospital

alien input (e.g., tainted meds)

losses

)( )( τ−= txatx sendarrive

Figura 2. Modelos de celdas y canales Uno de los aspectos fundamentales en el modelado con i2Sim, es que los detalles internos

necesarios para relacionar las entradas y las salidas de las celdas y canales, se determinan por el dueño de la infraestructura. Considere por ejemplo, el caso del sistema de energía eléctrica, la relación entre las entradas de energía y las líneas de alimentación se determinan utilizando un software muy sofisticado operado por el centro del control del sistema, el cual considera un número importante de restricciones técnicas y operacionales. Desde el punto de vista de i2Sim, todo lo que se necesita de parte del sistema de energía eléctrica es que proporcione una “tabla de lectura fácil” (HRT por sus siglas en inglés), que relaciona la habilidad del sistema de proporcionar energía a través de varios posibles estados de operación.

Los Modos de Operación consideran tres niveles de daño que las Celdas pudieran haber

sufrido durante el desastre. Las tablas de ayuda (HRT) pueden relacionar múltiples entradas y salidas, de tal forma que se pueden generar hiper-superficies multidimensionales. El ejemplo de la Figura 3 corresponde a una Celda con dos entradas y una salida. En el caso de infraestructura real, por ejemplo la Celda correspondiente a un Hospital, se pudieran tener interpretaciones con 10 entradas y tres salidas. Cabe decir que el simulador i2Sim utiliza interpretaciones de Thévenin equivalente lineal (TE), que se obtienen con esas superficies multidimensionales, y que representan el estado de operación en que se encuentran estas celdas en algún momento de la línea del tiempo en que se desarrollan los eventos de un desastre.

Los Canales representan las vías por las que se transportan las Fichas de intercambio (por

ejemplo Medicinas), desde una Celda de origen (un almacén de medicinas) hasta una Celda de consumo (un hospital). Los Canales se caracterizan con un coeficiente de pérdida y un retraso de tiempo. El coeficiente de pérdida representa las posibles fugas en el Canal; como ejemplo considere la pérdida de gua que pudiera sufrir una tubería. El retraso considera el tiempo que toma transportar el bien o las Fichas, por ejemplo el tiempo que tarda un camión repartidor de medicinas. De igual forma que las Celdas, los Canales se representan con tablas HRT, pero considerando además el retraso del tiempo. Para cada punto de operación a lo largo de una serie de eventos en el tiempo.

Las Celdas y los Canales son abstracciones de un mundo físico. Estas abstracciones y las

descripciones de entradas y salidas que se usan, permite que i2Sim pueda usarse como un modelo matemático de las interrelaciones que existen entre los sistemas de infraestructura. Esta linealidad, a cada punto de operación a lo largo de una serie de eventos en el tiempo, corresponde a

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un sistema discreto de ecuaciones de tiempo (Rinaldi, et. al., 2001), que además puede ser representado como una matriz de transporte (Figura 4); esta matriz relaciona las cantidades que entran a las Celdas con las cantidades que se producen en las Celdas de origen.

Figura 3. Izquierda: tabla de ayuda (HRT) con dos entradas x1, x2,

y una salida y1. Derecha: interpretación multidimensional

Considérese, por ejemplo, la fila w5 en la Figura 4, observamos que el agua que llega a la Celda 5 (entrada a la Celda 5), xw5, se compone del agua que proviene de las salidas de las Celdas yw13, yw14 y yw15 (considerando los coeficientes x); pero también depende de la energía eléctrica que proviene de las salidas de la Celda yp10 (considerando los coeficientes y). Si, en efecto, no existiera interdependencia entre estos dos sistemas, toda el agua llegaría de las “fuentes” de agua (coeficientes x); sin embargo, ya que el agua debe ser presurizada, y las bombas de presión requieren de suministro eléctrico, se requiere de los coeficientes y que aparecen en la fila de la matriz. Este modelo matemático nos permite elaborar análisis de sensibilidad, para poder determinar cuáles son las interdependencias más críticas, y por lo tanto los puntos más vulnerables dentro del sistema. La solución central del simulador i2Sim está basada en las técnicas de partición de redes (Anderson, 2008), el cual se ha puesto en marcha a través de una red de computadoras que trabajan en racimo (”PC-cluster”). Con este concepto, se pueden resolver miles de de variables en unos cuantos segundos; así es posible la retroalimentación instantánea en un sistema que va evolucionando de manera dinámica (Martí, et al., 2008).

Power

Water

Roads

xxxxxxxxx

xxxxxxxxx

xxxxxxxxx

sp10sp11sp12sw13sw14sw15sr16sr17sr18

ip1ip2ip3

iw4iw5iw6

ir7ir8ir9

ip1 = input power from 1ip2 = input power from 2...iw4 = input water from 4

...

Sp10 = source power from 10Sp11 = source power from 11...Sw15 = source water from 15

...

y

yyy y

y

y

yy y

x = internal linky = interdependency link

y

y

y y

y yy

p1 p2 p3 r7 r7 r8w4 w5 w6

w4

w5w6

r7r8

r9

p1

p2p3

Figura 4. Matriz de transporte e interdependencias entre sistemas de infraestructura

x1 x2 y1 100% 100% 100% 90% 100% 86% 50% 100% 63% 0% 100% 50%

100% 0% 50% 0% 0% 0%

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8

1

x 1 x 2

y 1

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INTERDEPENDENCIAS ENTRE INFRAESTRUCTURA CRÍTICA En forma general y para poder evaluar las interdependencias de infraestructura crítica en un

“espacio de estudio”, se deben cubrir los siguientes pasos:

1. Caracterizar el “espacio de estudio”: un lugar de concentración masiva (estadio, cine), una región, un sector urbano, una ciudad, una provincia

2. Definición del riesgo que se va a medir 3. Selección de la infraestructura crítica 4. Adquisición de información relevante del sistema 5. Descomponer el “espacio de estudio” en estratos físicos y humanos 6. Selección y definición del peligro potencial y los eventos que pudieran impactar al

sistema (escenarios) 7. Elaboración de mapas (SIG) que representen los estratos físicos y humanos 8. Adquisición de información refinada del peligro y de los sistemas de infraestructura

(estudios de vulnerabilidad) 9. Estimación de daños: cálculo de riesgos y de interdependencias del sistema 10. Discusión de los resultados con los operarios del sistema (niveles directivos y

técnicos) 11. Selección de Celdas, Canales y bienes de intercambio (Fichas) que representen los

sistemas de infraestructura 12. Elaboración y definición de las tablas de ayuda (HRT) para el “espacio de estudio”, y

los correspondientes Modos de Operación 13. Elaboración de bases de datos que apoyen al sistema 14. Preparación del modelo en el simulador i2Sim 15. A través de la simulaciones, evaluar las interdependencias evidentes y ocultas del

sistema 16. Establecer estrategias de mitigación del riesgo 17. Ensayar diferentes soluciones en el simulador 18. Definir planes de acción para el “espacio de estudio”

En una ciudad, existen redes de infraestructura, que interactúan y que dependen unas de otras

para poder proporcionar servicios y bienes a la comunidad. El proyecto JIIRP-UBC, se enfocó en modelar los efectos en tiempo real de los desastres, y las interdependencias que pudieran existir entre sus sistemas de infraestructura. En este proyecto existen al menos cuatro componentes de su arquitectura: el módulo i2Dam que contiene los estratos físicos y humanos del “espacio de estudio”, los peligros potenciales (eventos o escenarios), y las estimaciones de daño y de riesgo; el módulo i2Db contiene la base de datos de los modelos y demás componentes; i2Sim que es el simulador de interdependencias entre infraestructuras y el módulo de visualización, Figura 5.

Los resultados de la simulación se muestran a través de medios estáticos y dinámicos. Las

visualizaciones estáticas son como fotografías que se toman en momentos críticos de tiempo durante la simulación, estas fotografías son mapas de SIG que resaltan los resultados y la ubicación de los cambios en la funcionalidad de la infraestructura. Las visualizaciones dinámicas permiten monitorear plantas de bombeo o subestaciones eléctricas; esto se logra mostrando las salidas o la condición de funcionalidad de estos componentes a lo largo del tiempo de simulación. Para que la toma de decisiones tenga un alcance real, se incluyeron interdependencias entre la IC y los estratos humanos.

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Figura 5. Arquitectura del proyecto UBC-JIIRP El estrato humano, que representa a los rescatistas, modela el flujo de ellos e investiga los

efectos psicológicos (stress post traumático). Los efectos psicológicos y de comportamiento que experimentan las víctimas de desastres se evalúan con estos cinco factores: percepción de vulnerabilidad, pánico, sentido de identidad y de familiaridad, duelo y tendencias sociales y anti sociales. La percepción de vulnerabilidad evalúa la preparación que tiene una comunidad ante desastres; las comunidades que están mejor preparadas, son menos vulnerables, y tienden menos al pánico. La identidad y familiaridad consideran el comportamiento ante situaciones en que familiares o amigos resultan afectados durante eventos de desastre. El comportamiento social considera el apoyo comunitario y solidario ante la pérdida que sufren algunos miembros de la comunidad, mientras que el comportamiento anti social considera problemas de rapiña o crisis sociales de la comunidad.

Los que toman las decisiones juegan roles muy importantes durante los desastres, y se

modelan en los estratos humanos a través de metodologías basadas en agentes. Estos agentes realizan dos funciones: primero, captan las políticas de administración durante la emergencia que operan en la zona de estudio; y segundo, proporcionan apoyo a personal de emergencia (rescatistas). Este apoyo incluye el diagnóstico de las causas por las cuales un sistema falla, y la evaluación de las consecuencias de las tomas de decisión que se hacen en el sistema con el simulador i2Sim.

CLASIFICACIONES DE INFRAESTRUCTURAS EN INTERDEPENDENCIAS Las infraestructuras son sistemas socio técnicos; que tiene componentes materiales, físicos, y

humanos. Las interacciones entre los seres humanos y los objetos son elementos necesarios en esos sistemas. Rinaldi (2004) describe las diferentes interdependencias entre redes de infraestructura de acuerdo con sus elementos: a) Interdependencia Física: el estado de una infraestructura depende de la producción de otra infraestructura; b) Cyber Interdependencia: el estado de una infraestructura depende de la información transmitida a través de la infraestructura de la información; c) Interdependencia Geográfica: varios estados de infraestructuras son modificados por un evento local; y d) Interdependencia Lógica: una política legal o de cualquier otro tipo de régimen regulador que dé lugar a una dependencia lógica.

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Dudenhoffer et al. (2006) presentan una clasificación desde una perspectiva diferente: a) Física (la relación se define por el suministro /consumo/producción de un activo); b) Informativa (infraestructuras dependen de la información transmitida entre unos y

otros); c) Geo espacial (infraestructuras situadas en el mismo espacio definido); y d) Política (un enlace en los componentes de la estructura debido a política o decisiones de

alto nivel. La Tabla 1 presenta un resumen de los diferentes métodos usados para clasificar

interdependencias en infraestructura, de acuerdo al criterio usado para definir la relación entre redes de infraestructura.

Tabla 1. Taxonomía de Interdependencias

Definición de Criterios de Relación Dependencia de Instancias

Naturaleza de las entidades involucradas

Humano – Objeto (Red Física) Objeto – Objeto Humano – Humano

Dirección de la relación Unidireccional Bidireccional

Naturaleza de la relación (lo que se comparte entre entidades involucradas)

- Información (un flujo de información es el enlace entre las entidades) - Física (un elemento producido por uno es consumido por otro) - Geográfica (amas entidades comparten el mismo sitio) - Organizacional/humano/social (políticas establecidas y procedimientos dentro de las organizaciones)

Estado de la relación

Estático (no hay variación antes, durante y después de un evento) Dinámico (comportamientos diferenciales de acuerdo a las circunstancias)

Tipo de falla o interrupción Fallas de cascada en entidades asociadas. Fallas escaladas Origen común

MODELO DE INTERDEPENDENCIAS DE INFRAESTRUCTURA Existen cuatro elementos de estudio cuando se trata de interdependencias en IC (Figura 6). • La infraestructura y su estructura interna y su estado • La relación entre una infraestructura y otra (la interdependencia) • Un evento interno que dispara un estado anormal en una infraestructura • Un evento externo que dispara un estado anormal en una o más infraestructuras Una vez definidos estos cuatro elementos, los problemas que pudieran analizarse incluyen: 1. Dada la estructura interna de la infraestructura A, qué eventos externos pudieran afectarla

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y cómo. 2. Dado un evento interno o externo que dispara una falla en la estructura A, y dadas un

conjunto de reglas que definen la relación entre las infraestructuras A y B cómo se ve afectada la infraestructura B.

3. Dada la dependencia de la infraestructura B en A, que evento que afecta a A, y que estado de A pudiera causar un estado de interrupción en la infraestructura B.

4. Dada una dependencia de la infraestructura B en A, cual es el mínimo desempeño de A que pudiera hacer que B siguiera funcionando.

5. Dado un evento interno o externo y dado unos estados anormales en las infraestructuras A y B, cual es el conjunto de reglas que define la relación que tienen (la interdependencia).

6. Dado un evento y dada la interdependencia entre las infraestructuras A y B, que decisión entre la infraestructura A maximiza la funcionalidad de la infraestructura B.

De acuerdo con estos 6 problemas que se presentaron y con los tipos de interdependencias

que pueden analizarse, en los últimos años se han desarrollado una variedad de herramientas y de metodologías de modelado (que van desde modelos de simulación, análisis de riesgo, sistemas de apoyo de decisión, etc.), cuyo propósito es estudiar las relaciones entre ICs.

Figura 6. Los cuatro objetos de estudio

De manera general existen 2 metodologías que pueden servir para estudiar estas interdependencias (figura 7):

A. La metodología de integración en la cual varias ICs pueden modelarse en el mismo

sistema. Diseñar un sistema de estas características requiere de una topología de cada IC y la definición de las relaciones entre los diferentes estratos, lo que implica que se necesita un nivel de abstracción muy alto en el proceso de modelado, y por lo tanto esta metodología se vuelve complicada.

B. La metodología acoplada en la cual la estructura interna de un IC individual es

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estudiada, y entonces una falla se simula dentro de ese sistema, y los resultados de esa simulación se extienden a otros ICs individuales para estudiar los efectos de cascada. Un ejemplo pudiera ser, en el que una simulación de una subestación eléctrica que falla y que da como resultado un apagón que se extiende por seis horas; esta información se lleva al sistema de agua, en el cual se estima las áreas en las cuales no habrá suministro de agua; y que también se extiende al sistema de telecomunicaciones que calcula los efectos que se producirán en las redes de líneas y de teléfonos celulares. Todos estos resultados se pasan al sistema de operarios de emergencia (por ejemplo, el jefe de bomberos), que evalúa la situación y decide que acciones tomar.

Infrastructure Network Internal ModelScenario Modeling Infrastructure Network

Internal ModelInfrastructure Network

Internal Model

B)

Scenario Modeling

Infrastructure Network Internal Configuration

Infrastructure Network Internal Configuration

Infrastructure Network Internal Configuration

Modeling Of

Interdependencies

A)

Figura 7. Metodologías de modelo integrado (A) vs. Acoplado (B)

La metodología acoplada es más viable en un proyecto de corto o mediano plazo; y los datos requeridos pueden minimizarse. En un modelo integrado, es necesario que se compartan los datos entre las ICs; esto es un gran obstáculo ya que la información puede ser delicada. Algunas ventajas y desventajas de estas dos metodologías se presentan en la tabla 2.

El simulador i2Sim es una herramienta ponderosa ya que está basado en una metodología de

tipo holístico, y que permite al dueño del “espacio de estudio” investigar posibles resultados, vulnerabilidades, riesgos, interdependencias entre ICs, de tal forma que los impactos puedan minimizarse. La capacidad de i2Sim permite modelar desde IC individuales hasta regiones completas y; aun así es posible observar el desempeño que tienen sistemas individuales. Las autoridades pueden predecir los resultados al tener vulnerabilidades en el sistema, y sabrán como acomodarse a ellas una vez que la crisis ha comenzado; con esta herramienta ellos podrán incrementar la persistencia del sistema y además podrán también intercambiar información con otras autoridades.

Desde el punto de vista del manejo de datos, el proyecto UBC-JIIRP contempla una

administración de datos centralizado; también hemos contemplado la necesidad de administrar los datos de una manera distributiva y distribuir los datos desde un sistema integrador que coordine

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todos los puntos de origen de la información. Un sistema distributivo es más robusto que un sistema centralizado; considérese que en UBC-JIIRP hemos estudiado desastres naturales de gran escala, tales como terremotos que pudieran destruir sistemas de infraestructura de información y es por eso que necesitamos asegurarnos que durante la administración del desastre los ICs puedan seguir operando bajo condiciones en que la información pudiera no estar disponible. Un sistema de integración de datos distributivo, tal como el sistema de administración de datos de puerto (PDMS, por sus siglas en inglés) es más recomendable.

Tabla 2. Ventajas y desventajas de las metodologías de modelo integrada y acoplada Acoplada Integrado

Utiliza modelos existentes desarrollados para ICs individuales Se necesita generar nuevos modelos

Requiere de menos intercambio de información entre organizaciones

Es esencial el acceso a la información critica de otras ICs

Es deseable un marco de referencia común, pero no es esencial Es necesario desarrollar una ontología común

Se pueden lograr modelos detallados para cada IC Los modelos integrados requieren de un mayor nivel de abstracción, y es prácticamente imposible modelar todo a un máximo nivel de detalle.

Las interdependencias no están caracterizadas en el sistema, sin embargo pueden ser descubiertas mientras se usa el sistema, esto le confiere una gran flexibilidad a este método.

Las interdependencias deben caracterizarse dentro del sistema; la revelación de las interdependencias ocurre cuando se conceptualiza el sistema acoplado

Las consecuencias de las interdependencias pueden calcularse, y sin embargo no están totalmente formalizadas.

Las interdependencias entre infraestructuras deben formalizarse

Se necesita desarrollar un modelo de proporción de datos común para garantizar el flujo de información entre sistemas

Un modelo de datos es inherente al sistema

Es necesario desarrollar un lenguaje común para poder entender las diferentes técnicas y

metodologías usadas por equipos interdisciplinarios. El bienestar de la sociedad se preservara cuando las consecuencias de un evento sean predichas y definidas de manera certera. El análisis de sistemas complejos, tales como los ICs y la toma de decisiones requiere que se utilice una metodología multidisciplinaria de tipo holístico. La investigación de interdependencias de infraestructura es relativamente nueva, y por lo tanto sus áreas de conocimiento caen en los campos de administración de la emergencia, la geografía, modelos de simulación, planeación, e ingeniería.

CASO DE ESTUDIO: SECTOR UNIVERSITARIO UBC El sector universitario de la Universidad de la Columbia Británica (UBC, por sus siglas en

inglés) se modeló como un caso de estudio para probar la metodología y el simulador i2Sim, que se desarrollaron durante el proyecto UBC-JIIRP. Este espacio fue elegido por su localización geográfica, la complejidad de su infraestructura y la diversidad de su población. Hay aproximadamente 10,000 habitantes permanentes, y alrededor de 47,000 usuarios diarios, y la mayoría de los servicios se administran de manera interna.

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La metodología que se emplea en este caso de estudio consta de 16 puntos que permitieron modelar de manera eficiente el sector universitario de UBC. Estas directrices, la metodología desarrollada y el uso del simulador i2Sim permitieron descubrir interdependencias de segundo y tercer orden en los sistemas. A continuación se enfatizan dos de las contribuciones más interesantes que se propusieron para el estudio de interdependencias de IC, Juárez García (2010) y UBC-JIIRP (2009):

1. Una manera de medir las interdependencias de IC, utilizando metodologías de riesgo

sísmico. Esto permitió medir las interdependencias Simple y Global, así como la medición de la Persistencia Global de una zona de estudio. Estos cálculos se utilizan para medir la manera en que los sistemas se van recuperando después de que los desastres se han producido. En el proyecto era necesario calcular la Interdependencia y la Persistencia del sistema, para ello fue necesario obtener los siguientes valores:

a. Estimaciones de daño de las estructuras y de los componentes no estructurales dentro

de las instalaciones de IC b. La condición de funcionalidad de estaciones de servicio de los IC c. Condiciones de funcionalidad de IC d. Interdependencia Simple e. Interdependencia Global f. La Interdependencia Global de la región de estudio g. La curva de Persistencia del sistema en un lapso de tiempo h. El Índice de Interdependencia y los Factores de Importancia de cada sistema La Figura 8 muestra la Región A dentro del sector universitario de UBC, con tres sistemas de IC (agua, electricidad y un hospital), y además un bloque que representa a otros sistemas. Asimismo se muestran 5 elementos en el sistema de agua, tres de ellos son instalaciones especiales y los otros dos son tuberías de transmisión y distribución. Todos esos componentes sirven para definir la funcionalidad del sistema. La Figura 8 también muestra que la manera en que se calcula el daño en estructuras (celdas) y en tuberías (canales) es muy diferente; sin embargo, una vez que ya se ha calculado el daño, se le concede un peso a cada uno de estos componentes y el resultado arroja la condición de Funcionalidad de todo el sistema, que se define como Interdependencia Simple. Esta Interdependencia Simple se calcula para todos los IC de la región A; si se hace así, y entonces se le da un peso a cada sistema dentro de la región A, entonces podrá conocerse la condición de funcionalidad de todo el sistema, esta condición de funcionalidad se define como Interdependencia Global. En la Figura 9 se muestra la Interdependencia Simple del sistema de agua en la zona A12 de la región A ante una amenaza sísmica; de manera particular se muestran las condiciones de funcionalidad de la estructura del edifico central de suministro - línea punteada, se muestra también el comportamiento de esta instalación considerando además los elementos no estructurales - línea sólida, y finalmente todos los componentes del sistema de agua en la región A (son 5 elementos: tres edificios y dos tuberías)- línea roja. En este ejemplo se ha usado la amenaza sísmica, pero este procedimiento podría usarse para cualquier tipo de peligro, en el eje de las abscisas se muestran los diferentes niveles sísmicos. Por ejemplo para una Intensidad VI, la estructura está en 95% de funcionalidad, pero si se consideran sus componentes no estructurales la funcionalidad

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decae a un 82%; y si se consideran todos los componentes del sistema de agua en conjunto se puede observar que el suministro de agua se reduce hasta cerca del 70%. La Figura 9 muestra además que es posible contar con suministro de agua en la región A durante sismos con intensidades entre VI y VIII; sin embargo, debería recomendarse al público que hierva el agua antes de consumirla, ya que es posible la contaminación debido a que los sistemas de desechos también podrían presentar roturas y derrames. Para una intensidad de IX y mayor, el suministro de agua no sería posible, a menos que se implementen acciones preventivas con las que se pueda garantizar el abastecimiento de agua.

Global Interdependency

Single Interdependency

Damage Estimation

Critical Components

Physical Layer

Study Space

Region A

Water System

Reservoir

Structure

NSCs 5 PhysycalLayers

Building Contents

Transmission Lines

Pumping Station

Distribution Lines

Channel Structure

Single Interdependency,

taking into account all 5

critical components of

the water system Loss and

DelayCritical Buildings

Electrical System

Hospitals

Other Systems

Figura 8. Interdependencia Simple y Global

La Persistencia del sistema de IC se puede calcular con las medidas de Interdependencia Simple y Global del sistema. La Figura 10 muestra la persistencia del sistema – línea negra, que es el promedio de todas las interdependencias que se muestran en la figura. La línea roja corresponde a la Interdependencia Global del Hospital, la línea verde corresponde a la Interdependencia Simple del sistema de distribución eléctrico, y la línea azul corresponde al de suministro de agua que ya hemos explicado anteriormente. Cabe aclarar que las autoridades de la región podrían utilizar un criterio diferente y ponderar de manera distinta cada uno de los sistemas de IC. Supongamos que este promedio es suficiente para estimar la Persistencia de la región, esto se traduce en una pérdida de funcionalidad del sistema con los siguientes valores (77%, 65%, 44%, 26%, 11% y 0%) de acuerdo con las siguientes intensidades sísmicas: VI, VII, VIII, IX, X y XI. Obsérvese que el Hospital se encuentra muy próximo a las condiciones de funcionalidad del sistema global. Este hecho enfatiza que existen instalaciones de IC que utilizan la mayoría de los servicios dentro de una región, y estas instalaciones pueden utilizarse como monitores de

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la Persistencia del sistema. Durante el curso de esta investigación, y a través de las entrevistas que se tuvieron con los operarios de los sistemas de IC, ellos manifestaron que los hospitales y sistemas de salud eran las instalaciones que identificaban cuando había una baja en la presión del agua o alguna fuga en los sistemas de gas o de vapor.

68%

51%

25%

0% 0%0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

VI VII VIII IX X

Func

tion

alit

y co

nditi

ons

Instrumental Intensity

Single Interdependency of the Water System of Zone A12Power House vs Single Interdependency

Structure

Power House

Zone A12

Figura 9. Interdependencia Simple del sistema de agua

77%

65%

44%

26%

11%8%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

VI VII VIII IX X XI

Func

tion

alit

y Co

nditi

ons

Instrumental Intensity

Overall system resiliency

H interdependency

Electricity to H

PH service at Zone A12

Resiliency

Figura 10. Persistencia del sistema de la región A

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2. La definición de Tablas de Fácil Lectura (Human Readable Tables, HRT) y Modos de Operación. La evaluación del daño proporciona medidas de la funcionalidad de edificios críticos de la IC (celdas), y las pérdidas de Fichas que ocurren en tuberías o carreteras (canales), asimismo proporciona la condición de funcionalidad del sistema completo, después de que el desastre ha ocurrido. Con esta información se pueden construir las HRT y se pueden definir los diferentes Modos de Operación de la IC (estos son cálculos que se obtienen en el módulo i2Dam de la arquitectura del proyecto UBC-JIIRP), y con estas tablas se pueden construir los modelos de la región dentro del software de simulación i2Sim. Toda la información que se genera en i2Dam o módulo de estimación de daños de infraestructura independiente se almacena en la base de datos i2Db. Una vez que se generan las tablas, y las bases de datos, se pueden construir los modelos de la región, y de hecho puede comenzar la simulación con i2Sim, los cambios dinámicos que sufran los sistemas de IC y sus interdependencias podrán ser evaluados con esta herramienta. Las estimaciones de riesgo que se hagan al utilizar esta metodología tendrán que evaluarse en conjunto entre las autoridades de la región y los operarios de los sistemas de IC, y de esta manera evaluarán si el nivel de riesgo es aceptable, o si se toman medidas para reducir su valor. Si se requiere de más detalles del proyecto, pueden consultarse UBC-JIIRP (2009) y Juárez García (2010).

MODELO I2SIM DEL SECTOR UNIVERSITARIO EN UBC

Representación de Celdas y Canales: Para poder representar las interdependencias de IC, y asimismo poder obtener el número de víctimas durante algún peligro, se integraron Celdas que representan grupos de edificios dentro de UBC. Las siguientes Celdas se modelaron para realizar un análisis de riesgo: zonas residenciales, un estadio, el edificio de rectoría, el edifico de telecomunicaciones, centro de operaciones de rescatistas, estacionamientos, un hospital, una subestación eléctrica, y una estación de agua y una de vapor. Por ejemplo, se modelaron cuatro zonas residenciales que comparten las mismas condiciones de funcionalidad en sus edificios y que además están localizados en la misma zona geográfica: Acadia, con 100 edificios; Sur, con 38 edificios; Oeste, con 11 edificios; y Norte, con 32 edificios. Se consideraron varios factores en el modelo de la Celda residencial, tales como población por vivienda, consumo de energía eléctrica y de vapor, número de rescatistas por vivienda, número de salidas de emergencia, entre otros factores. Una representación de este modelo en i2Sim se muestra en la Figura 11.

El modelo de i2Sim es capaz de modelar los cambios dinámicos en las Fichas, los resultados

y los objetivos requeridos en las diferentes etapas del evento. Por ejemplo, en el caso del modelo de la Celda de Hospital, dos modos de operación fueron seleccionados: condiciones normales y modo de emergencia; esto se hizo para representar el hecho de que un hospital opera de manera normal hasta que una emergencia global se presenta, Figura 12 Los modos de operación definen de qué manera se distribuyen y consumen las fichas, y cómo fluyen a través de los canales de distribución. Estos dependen del estado de operación en el que se encuentren las celdas y canales que dan servicio al hospital. Esta herramienta de simulación proporciona además una representación visual de los diferentes Modos Físicos de un edificio, estos muestran cuando el edificio se encuentra dañado y cómo se afecta la funcionalidad del mismo. El estado en el que se encuentra la celda indica qué fichas están comprometidas por el evento y cómo esto afecta la operación de la celda. La celda

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utiliza un código de colores, que representa el grado de daño del edificio, y el grado de operación que este posee como consecuencia de las interdependencias de la IC. La Figura 13 muestra los parámetros básicos que el usuario debe observar, para poder monitorear las condiciones físicas y de funcionalidad de una celda en el modelo.

Figura 11. Modelo de la Celda residencial

Figura 12. Modelo de la celda de Hospital

Figura 13. Esquema de colores de la celda en función del daño y del nivel de operación

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Simulación de UBC utilizando i2Sim: En esta simulación se modelaron diferentes IC utilizando i2Sim, la intención era integrar el daño en los edificios con los sistemas de transporte para un sismo específico. La integración del daño estructural, junto con la densidad de población, y las interdependencias de IC muestran una representación más real de las consecuencias que pudieran esperarse en la región, cuando se busca un parámetro de control específico. En este ejemplo el parámetro de control seleccionado fue el número de víctimas. Los eventos simulados abarcaron tres horas diferentes en el día (2 am, 2 pm y 5 pm), esto se hizo para poder entender las interdependencias y vulnerabilidades de IC, los daños específicos en los edificios e instalaciones y las víctimas que se provocan por el evento sísmico.

Resultados de la simulación: La simulación correspondió a un sismo de intensidad IX, como ya se mencionó antes, se hicieron tres consideraciones de tiempo en la simulación, la simulación se concentró en dos aspectos: dependiendo de la hora en que ocurre el evento, se genera un número determinado de víctimas, y por lo tanto se establece un protocolo de transporte de víctimas desde los edificios dañados hasta el hospital de la región.

En la Figura 14 la línea azul representa el número de personas que llegan al hospital por

hora, mientras que el número de personas atendidas se muestra en la línea roja. La línea verde representa el número de personas que se encuentran en la sala de espera, que corresponde al retraso en el servicio de atención médica; este puede verse exacerbado por el nivel de daño en el hospital y por el límite de las fichas que llegan de otros sistemas de IC.

Figura 14. Celda del Hospital mostrando la sala de urgencias, cuando el evento sísmico ocurre a las 5 pm

Interdependencia de IC (sistema de agua y edificios): La Figura 15 muestra la interdependencia entre estos dos sistemas. La tuberías que suministran agua a la estación de bombeo tienen una funcionalidad de cerca del 90%, sólo se considera un 10% de pérdida; sin embargo, la estación de bombeo se considera con daño severo, y por lo tanto no funcional debido a los daños sufridos en su

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estructura y en los sistemas no estructurales. La situación más real es que después del sismo el sector de UBC sufriría de una escasez de agua y por lo tanto muchos de sus servicios se verían interrumpidos. Mayores detalles de esta simulación podrán encontrarse en Juárez García (2010) y UBC-JIIRP (2009).

Figura 15 Condiciones de funcionalidad del sistema considerando las interdependencias entre el sistema de agua y los edificios

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Las zonas urbanas se siguen desarrollando y expandiendo, y por lo tanto también nacen

nuevas interdependencias que además son complejas; el desarrollo de estos nuevos sectores urbanos ha impuesto un gran desafío al evaluar el riesgo, ya que nacen nuevos sistemas de infraestructura con elementos tecnológicos novedosos y es por esto que las interdependencias entre ICs se vuelven complejas y difíciles de evaluar.

El hecho de que la información está restringida, y la falta de herramientas para evaluar

vulnerabilidades y riesgo impone desafíos en las metodologías de evaluación. Muchas organizaciones no quieren exponer los detalles internos de sus operaciones por el miedo de perder ventajas competitivas o por temor de exponer sus vulnerabilidades. No hay herramientas con las cuales poder identificar claramente y cuantificar las vulnerabilidades y riesgos que afectan a otras ICs. En este proyecto fue posible usar la información disponible para evaluar el riesgo de ICs individuales y, también fue posible establecer una clasificación de interdependencias entre ellos, sin que se revelara información sensible de los sistemas.

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La información impone desafíos a muchas agencias, y estas necesitan trabajar en grupos

interdisciplinarios, asimismo la información que estas agencias decidan compartir será crítica para la toma de decisiones y para planear estrategias de mitigación. Toda la planeación de interdependencias de ICs no podrá realizarse individualmente, requiere de una planeación en donde participen muchas agencias de tal forma que los objetivos, las evaluaciones y los resultados se discutan en conjunto. El intercambio de información será relevante en el futuro, y ahora hemos visto que en el internet se comparte mucha información de muchos sistemas; los dueños de los sistemas de IC podrán colocarse a la vanguardia de sus competidores desde el punto de vista de la evaluación de sus vulnerabilidades y la reducción de sus riesgos. El exponer las debilidades quizá lleve a que los sistemas se hagan más persistentes. Si no se comparte información y se es la parte débil des sistema, podría traducirse en tiempos de crisis desde el punto de vista de los negocios y podría ocasionar que se reaccione sin objetivos durante las emergencias, y esto sin duda trae más daño y pérdidas económicas que si se rebelara información a otros competidores.

AGRADECIMIENTOS Los autores desean agradecer a todos los miembros del proyecto UBC-JIIRP, a NSERC y a

PSC por patrocinar el proyecto. El segundo autor agradece también el apoyo económico brindado por la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco de la Ciudad de México por haberlo apoyado durante sus estudios de doctorado en la Universidad de la Columbia Británica.

REFERENCIAS

Alexoudi, M. N.; Kakderi, K. G. and Pitilakis, K. D. (2008). Seismic Risk of Interdependent Lifeline System using Fuzzy Reasoning. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October, 2008.

Anderson, R.H., (2008),” Security Engineering: A Guide to Building Dependable Distributed Systems.” 2nd

Edition. John Wiley, USA.

Bruneau, M. and Reihorn, A. (2007). Exploring the concept of seismic resilience for acute care facilities. Earthquake Engineering Research Institute. Earthquake Spectra, volume 23, Number 1, pp. 41-62.

Bruneau, M. S.; Chang, R.; Eguchi, G.; Lee, T.; O’Rourke, A.; Reinhorn, M.; Shinozuka, K.; Tierney, E.; Wallace, W. and von Winterfelt, D. (2003). A framework to quantitatively assess and enhance the seismic resilience of communities. Earthquake Engineering Research Institute. Earthquake Spectra, volume 19, Number 4, pp. 733-752.

Corotis, R. B. and Hammel, E. (2008). The Role of Risk Perception in Tradeoffs for Earthquakes and Other Hazards. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October, 2008.

Dudenhoeffer, D. D.; Permann, M. R. and Manic, M. (2006). “CIMS: A Framework for Infrastructure Interdependency Modeling and Analysis”, Proceedings of the 2006 Winter Simulation Conference, IEEE, December, pp 478– 485.

Dueñas-Osorio, L, Craig, J.I., and Goodno, B.J. (2007), “Seismic response of critical interdependent networks,” J. If Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol 36, Issue 2, pp: 285-306

ELCON (2004). “The Economic Impacts of the August 2003 Blackout,” Electric Consumer Research Council (ELCON).

http://www.elcon.org/Documents/EconomicImpactsOfAugust2003Blackout.pdf Furuto, T.; Yamada, H. and Kakumoto, S. (2008). Development of Evacuation Support System in the Areas

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CONGRESO CHILENO DE SISMOLOGIA E INGENIERIA ANTISISMICA. X JORNADAS.

Affected by Multi-Hazards. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October, 2008.

Heath, R. (1995). The Kobe earthquake: some realities of strategic management of crises and disasters. Disaster Prevention and Management, Volume 4, Number 5, pp. 11–24.

Hosseini, M. and Vayeghan, F. Y. (2008). A Risk Management Model for Inter-City Road Systems. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October, 2008.

Juárez García, H.,(2010),"Multi-Hazard Risk Assessment for Critical Infrastructures: An Interdependency Approach." Ph.D. Thesis submitted to Department of Civil Engineering, University of British Columbia, Vancouver, Canada.

Kuo, K.C.; Banba, M. and Suzuki, Y. (2008). Loss Analysis of Medical Functionality Due to Hospital’s Earthquake-Induced Damages. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October, 2008.

Lee, Y. and Graf, W. P. (2008). Development of Earthquake Scenarios for Use in Earthquake Risk Analysis for Lifeline Systems. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October, 2008.

Martí, J.R.; Hollman, J.A.; Ventura, C. and Jatskevich, J. (2005). Transportation Matrix Model for Infrastructures Disaster Coordination. JIIRP Seminar presentation, Vancouver, BC, Canada.

Martí, J.R.; Hollman, J.A.; Ventura, C.E. and Jatskevich, J. (2008a). Dynamic recovery of critical infrastructures: real-time temporal coordination. International Journal of Critical Infrastructures (IJCI), Vol. 4, Nos. 1/2, pp. 17-31.

http://www.ece.ubc.ca/~jiirp/JIIRP_Open_Publications/jiirp_i2c_043.pdf Martí, J.R.; Ventura, C.E.; Hollman, J.A.; Srivastava, K.D. and Juárez Garcia, H. (2008b). I2Sim Modelling and

Simulation Framework for Scenario Development, Training, and Real-Time Decision Support of Multiple Interdependent Critical Infrastructures during Large Emergencies, NATO, RTA/MSG Conference on “How is Modelling and Simulation Meeting the Defence Challenges Out to 2015?” – Vancouver, Canada.

McGuinn, M.G. (2004). Cross Sector Interdependencies and Risk Assessment Guidance. Final Report and Recommendations by the Council. The National Infrastructure Advisory Council (NIAC), Mellon Financial Corporation.

Mitsunari, K.; Ebi, T.; Takahashi, Y.; Amano, R.; Hirayama, Y.; Akoshima, M. and Takahashi, T. (2008). A Development of Disaster Management Supporting System for Earthquake Taking Road Networks into Account. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October, 2008.

Mujumdar, V. (2008). Effective Seismic Risk Reduction Through Integrated Interdisciplinary Research. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October, 2008.

NIST, (1996). The January 17, 1995 Hyogoken-Nanbu (Kobe) Earthquake. Performance of Structures, Lifelines, and Fire Protection Systems. NIST Special Publication 901. Buildings and Fire Research Laboratory. National Institute of Standards and Technology.

Nozik, K. (2003). Eastern Power Outage Unfortunate but Entirely Predictable. Press release, Aug 14, 2003. Rocky Mountain Institute.

O’Hanley, J. A. (1993). Earthquake Risk Mitigation of Hospital Facilities: a Case Study of Vancouver General Hospital. University of British Columbia.

O’Rourke, T. D. and the Steering Committee of the EERI Workshop on Contributions of Earthquake Engineering, Seismology, and Social Science (2008). Contributions of Earthquake Engineering to Protecting Communities and Critical Infrastructures from Multihazards. Earthquake Engineering Research Institute. 74 p.

O’Rourke, T.D. (2007). Critical Infrastructure, Interdependencies, and Resilience. Bridge, National Academy of Engineering, 37(1):22–29.

O’Rourke, T.D.; Lembo,A.J. and Nozick L.K. (2003). Lessons Learned from the World Trade Center Disaster about Critical Utility Systems. Pp. 269–290 in Beyond September 11th: An Account of Post-Disaster Research. Special Publication 39. Boulder, Colo.: Natural Hazards Research and Applications Information Center.

OCIPEP, (2002), Office of Critical Infrastructure Protection and Emergency Preparedness (OCIPEP) (2002).

Page 29: INTERDEPENDENCIAS DE INFRAESTRUCTURA CRITICA …materiales.azc.uam.mx/area/Estructuras/2260502/CONG_INT/ACHISI… · CONGRESO CHILENO DE SISMOLOGIA E INGENIERIA ANTISISMICA. X JORNADAS.

CONGRESO CHILENO DE SISMOLOGIA E INGENIERIA ANTISISMICA. X JORNADAS.

The September 11, 2001 Terrorist Attacks – Critical Infrastructure Protection Lessons Learned. Incident Analysis, Number: IA02-001, September 27 . Government of Canada, 23 p.

PCCIP (2001). President’s Commission on Critical Infrastructure Protection, Report on the Federal Agenda in Critical Infrastructure Protection Research and Development.

Public Safety Canada (2008). Working Towards a National Strategy and Action Plan for Critical Infrastructure. http://www.ps-sp.gc.ca/prg/em/cip/strat-part1-eng.aspx

Rinaldi, S. M. (2004). Modeling and Simulating Critical Infrastructures and Their Interdependencies. Proceedings of the 37th Hawaii International Conference on System Sciences.

Rinaldi, S.; Peerenboom, J. and Kelly, T. (2001). Identifying, Understanding, and Analyzing Critical Infrastructure Interdependencies. IEEE Control Systems Magazine, IEEE, December 2001, pp. 11-25.

Shi, P.; O’Rourke, T.D.; Wang, Y. and Fan, K. (2008). Seismic Response of Buried Pipelines to Surface Wave Propagation Effects. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October, 2008.

Strasser, F.O.; Stafford, P.J.; Bommer, J.J. and Erdik, M. (2008). State-of-the-Art of European Earthquake Loss Estimation Software. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October, 2008.

Townsend, F. F. (2006). The Federal Response to Hurricane Katrina: Lessons Learned. Washington, DC: Office of the Assistant to the President for Homeland Security and Counterterrorism. www.whitehouse.gov/reports/katrina-lessons-learned

Tsuruta, M.; Goto, Y.; Shoji, Y. and Kataoka, S. (2008). Damage Propagation Caused by Interdependency Among Critical Infrastructures. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October, 2008.

Wang, Y. and Au, S. (2008). Critical Links of Water Supply to Crucial Water Consumers under an Earthquake. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October, 2008.