¿Cuándo son más destructivos los terremotos?

Unos días atrás tuve el honor de ser invitado a un centro de escasos recursos, para exponer sobre riesgos naturales, efectos económicos y sociales, la pregunta de los jóvenes que más llamó mi atención fue ¿Cuándo y porque unos terremotos son más destructivos que otros?

Para responder esta inquietud es importante conocer que un terremoto es producto de la ruptura o desplazamiento de una o más fallas tectónicas, este evento genera la liberación de energía la cual se mide con un instrumento conocido como sismógrafo, este instrumento registra magnitud, hora, georreferenciación del epicentro y profundidad del evento entre otros indicadores.

Magnitud de un terremoto

La magnitud es un indicador que registra la energía liberada. Se mide en escala logarítmica, cada unidad de magnitud corresponde al incremento de la raíz cuadrada de 1000, aproximadamente 32 veces la energía liberada entre un grado y otro. Es decir que, un terremoto de magnitud 7 genera 32 veces más energía que uno de magnitud 6. En otras palabras, un terremoto magnitud 7 es 10,000 veces más poderoso que uno de magnitud 3. Actualmente la escala relativa de sensibilidad cómo Mercalli ya no es utilizada.

Relación destructiva de un terremoto

Existe un parámetro de relación destructiva vinculante y le constituye la 1).  Magnitud, 2). Profundidad del Epicentro, 3). Tipos de Suelo, 4). Ingeniería Estructural y Antigüedad de la Construcción. La relación día y noche también son determinantes en cuanto al número de víctimas. Algunas estructuras son habitadas durante el día y otras durante la noche. (Hoteles, escuelas, edificios habitacionales e iglesias; por ejemplo)

Terremotos en la profundidad del mar

Primero debemos saber que hay terremotos que se registran en el lecho marino, conocidos como terremotos submarinos, estos forman tsunamis o maremotos, cuyos efectos llegan a ser devastadores. Ejemplo de lo anterior, el 26 de diciembre del 2004, en Banda Aceh (Indonesia); se registró un terremoto en la placa de subducción submarina India-Birmania, magnitud 9.1, profundidad 30 kilómetros, según registros de la USGS. El evento dio paso a la formación del tsunami que ocasionó la perdida de vida humana de al menos 230 mil personas, afectó 14 países de Sur Asia y África del Este, registró un estimado en pérdidas económicas superior a 12 Billones de dólares y generó el desplazamiento humano de 1.7 millones de personas. 

Otro evento de similar condición se registró el 11 de marzo del 2011, en esta oportunidad el evento fue relacionado a las placas de subducción submarinas del Pacífico, Norteamérica y Filipinas, con epicentro a 371 Kilómetros al noreste de Tokio, a una profundidad de 24 kilómetros y con magnitud 9.0. El tsunami registró al menos 16 mil personas fallecidas, pérdidas económicas superiores a 309 millones de dólares y daños al medio ambiente, producto del daño estructural que sufrieran los reactores nucleares de la Central de Energía Atómica de Fukushima.

Actualmente los ingenieros y geólogos trabajan en la identificación de sistemas para la atenuación de ondas marinas y efectos en los sectores costeros expuestos a tsunamis.

Terremotos en la superficie terrestre

A diferencia de los terremotos marinos también se encuentran los terremotos en la superficie terrestre, tienen sus epicentros en zonas densamente pobladas. En estos eventos la relación magnitud, profundidad, tipo de suelos, ingeniería estructural y antigüedad de las construcciones son responsables de destrucción y muerte.

Relación de la profundidad del epicentro

Un terremoto de magnitud 6, a una profundidad superior a 100 kilómetros y dependiendo la estructura de los suelos, baja densidad poblacional e ingeniería estructural apropiada, puede ser percibido como un terremoto de oscilación horizontal, sin que registre mayores daños. Caso contrario si este mismo evento se registra su epicentro a profundidad menor de 20 kilómetros, en una zona densamente poblada, suelos blandos y una infraestructura cadente de ingeniería estructural o muy antigua, el desplazamiento de las ondas sísmicas generara moviendo de trepidación (La onda se propaga de forma vertical. las zonas próximas al epicentro perciben los dos movimientos, verticales y horizontales). Aquí los daños a la vida humana e infraestructura son considerablemente mayores.

La energía liberada por un terremoto en su epicentro reacciona similar al efecto de una gota de agua en un estanque, generando una serie de ondas y frecuencias, según la profundidad tienden a desplazar la superficie terrestre muy similar a los efectos del agua. La geofísica clasifica las ondas sísmicas en primarias (P) y secundarias (S). Esta clasificación fue desarrollada por el físico belga Maurice Anthony Biot.

El desplazamiento de ondas sísmicas, registrado el 25 de abril del 2015, magnitud 7.5 USGS, epicentro a 80 km al noreste de Katmandú, profundidad de 10 Kms. Interacción de placa Euroasiática y placa Indoaustraliana. Dejo un saldo final de 9 mil personas fallecidas, pérdidas económicas estimadas en casi 20 mil millones de dólares.

Respuesta sísmica de los tipos de suelos

Los geofísicos, ingenieros estructurales y otros expertos han desarrollado estudios profundos y complejos para identificar la respuesta sísmica de los suelos, estos incluyen análisis de frecuencia transformada de Fourier, análisis del Efecto Sitio, análisis de ondas Rayleigh y análisis de vibraciones asociadas, basándose en la transferencia modificada y corregida para ondas Reyleigh, conocidas como Método de Nakamura. 

Con estos elementos los expertos concluyen que las ondas se propagan durante un terremoto, modificándose por influencia de las condiciones geológicas y topográficas; esta modificación que generalmente consiste en la amplificación de la onda sísmica, mayor duración y el incremento de frecuencia, este fenómeno se conoce como efecto local. La evidencia científica ha mostrado que los terrenos blandos, amplifican los efectos de un terremoto. A diferencia de los terrenos rocosos que contribuyen a la atenuación de la onda sísmica.

México en una laguna, Guadalajara en un llano

Un ejemplo de lo antes expuesto es México, Distrito Federal, un área importante de su ciudad se encuentra construida sobre terrenos que anteriormente fueron lagos o lagunas, lo anterior amplifica y alarga las ondas de los sismos; los hace más intensos y los vuele más peligrosos. El terremoto del 19 de septiembre del 2017, magnitud 7.1, profundidad 57 kilómetros, placa de subducción del pacífico, registró según Protección Civil 369 personas fallecidas, pérdidas económicas estimadas en más de 500 millones de dólares.

Igualmente es importante considerar que muchas ciudades han tenido un crecimiento poblacional importante, desarrollando desde hace muchos años sus sistemas de distribución subterránea de agua potable y aguas residuales, la falta de mantenimiento y sustitución de la tubería de distribución, genera por deterioro, corrosión, sismos y otros procesos fisicoquímicos daños a la estructura de distribución permitiendo filtraciones, con el paso del tiempo alteran la respuesta sísmica de los suelos. Finalmente, y no menos importante hoy en día este tipo de filtraciones está vinculada al proceso de licuefacción de suelo, estando sujetos a la acción de una fuerza externa, en ciertas circunstancias pasan de un estado sólido a un estado líquido, o adquieren la consistencia de un líquido pesado. Este fenómeno provoca la inestabilidad de taludes. Considerado uno de los fenómenos más dramáticos y destructivos que pueden ser inducidos en depósitos por acciones sísmicas.

Identificando relaciones destructivas de un terremoto

Un elemento altamente destructivo lo constituye la interacción de la magnitud, profundidad, tipos de suelos y antigüedad de la construcción. Los efectos que desencadenan son altamente letales, ejemplo de lo anterior le constituye el terremoto registrado en Guatemala el 7 de noviembre del 2012, magnitud 7.4, profundidad 33.2 kilómetros, 50 kilómetros frente a las costas de Retalhuleu en la placa de subducción del Cocos (El Pacífico), en este evento 45 personas perdieron la vida. Los efectos más relevantes se registraron en el Departamento de San Marcos.

Ingeniería Estructural, Análisis del Riesgo Sísmico y Antigüedad de la Infraestructura

Posterior al terremoto en Guatemala del 2012, en abril del 2013, equipos del Earthquake Engineering Research Institute (EERI), La Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica (AGIES) y consultores del Banco Mundial (WB), realizaron una investigación con la finalidad de recabar información sobre los efectos del terremoto y conocer las prácticas de construcción en las regiones afectadas. Producto de esta investigación los equipos desarrollaron el informe: El terremoto guatemalteco magnitud 7.4 del 7 de noviembre 2012 y sus implicaciones para la reducción y mitigación de desastres. La investigación realizada generó importantes consideraciones, en el capítulo lecciones aprendidas el inciso 8.2 los investigadores identificaron: En Guatemala, las antiguas viviendas que se encuentran fuera de las áreas metropolitanas son de adobe no reforzado o “bajareque”, que consiste en una pasta para hacer adobe sobre colocada entre dos retículas de madera. Ambos sistemas se agrietan con sismos de baja intensidad (MMI I – V) y tienden a desplomarse incluso con sismos de intensidad media (MMI VI – VII). Debido a la escasez de arcilla y de suelos cohesivos en el área sísmica del país, gran parte del adobe se fabrica con materiales volcánicos no cohesivos recientes en términos geológicos o limos – materiales deleznables para propósitos constructivos.

La ciudad capital de Guatemala en estudio realizado por este servidor en el año 2018 para Rosenbauer (ABR de Guatemala) contaba en ese momento con 1,100 edificaciones sobre 4 niveles, 81 proyectos en construcción y 48 en proyecto en proceso de licencias. Estas construcciones cuentan con licencias de construcción y actualmente muchas están siendo utilizadas para complejos habitacionales e industriales. Pero un número muy superior a 24 mil edificaciones de 4 niveles se han desarrollado sin licencias de construcción y estándares de seguridad considerados por la ingeniería estructural.

Finalmente, la relación destructiva de un terremoto como ha podido evidenciar en nuestro artículo, la constituye la interacción de 4 elementos:

1.         Magnitud

2.         Profundidad del Epicentro

3.         Tipos de Suelo

4.         Construcción sin consideración de la Ingeniería Estructural y Antigüedad de la Construcción.

A la memoria del Ingeniero Emilio Beltranena Mateu (04/11/1924 – 05/09/2014)

Universidad San Carlos de Guatemala

Cofundador de la Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica -AGIES-

Asesor del Instituto del Cemento y del Concreto en Guatemala.

Galardón Fellows del Instituto Americano del Concreto ACI.