Los Terremotos

Introducción

Considerados como riesgos endógenos, es decir, producidos en el interior de la Tierra, los terremotos se originan por la acumulación de tensiones de deformación de las capas de la Tierra, siendo liberadas de forma brusca. Se rompen masas de rocas que se encuentran sometidas a grandes presiones y estos materiales se reordenan, con la liberación de enorme energía, que hace temblar la Tierra. El foco de inicio es denominado hipocentro y se puede situar a diferentes profundidades, localizándose los más profundos incluso a 700 kilómetros. A partir de este foco, la energía se libera en forma de ondas, que se generan y propagan en todas direcciones de manera concéntrica, llegando al epicentro , que es el punto sobre la vertical más cercano a la superficie, donde llegan con la máxima intensidad. Son especialmente frecuentes cerca de los bordes de las placas tectónicas que constituyen la corteza terrestre o litosfera. Las ondas sísmicas son, por tanto, ondas de propagación, porque transmiten la fuerza que se genera en el foco sísmico hasta el epicentro en proporción a la intensidad y magnitud de cada seísmo.


 
Los terremotos pueden ser de diferentes tipos: aquellos que pueden ocurrir debido a erupciones volcánicas, como resultado de rápidos movimientos de magma, colapso de cavidades magmáticas o fisuramiento de las mismas durante el ascenso del magma por un dique o de la chimenea de un volcán; también aquellos que se producen por grandes deslizamientos de tierra; los hay por desplazamientos bruscos de roca durante trabajos de extracción minera, es decir, provocados por el hombre, pero los más importantes, tanto en términos de tamaño (magnitud) como en número, son los terremotos tectónicos. Estos últimos son causados por un rápido deslizamiento que tiene lugar en las fallas geológicas o bien por un deslizamiento repentino en las zonas de contacto entre dos placas tectónicas.

Dibujo del origen de un terremoto. Localización del foco (hipocentro) y del epicentro. Tomado de: http://www.feranet21.com.br/acontecimentos/2002/imagens/terremoto.gif


 

¿Qué se mide en los terremotos?

Hay varios parámetros cuantificables en los temblores. Está la magnitud , que describe el tamaño del terremoto, expresado en cantidad de energía liberada. La magnitud está referida en la escala Richter, de forma que cada incremento de una unidad, se libera 33 veces más de energía. Esta liberación puede depender de la ruptura de la falla o de la propagación del movimiento.

 
También es cuantificable la intensidad, como los efectos del temblor o la extensión de los daños en un área específica. La intensidad depende de la magnitud del seísmo y del tiempo de vibración, es decir de la cantidad de energía liberada, así como de la distancia de la zona afectada al epicentro o las características geológicas de la zona. Para medirla se utiliza la escala de Mercalli, que tiene 12 categorías de intensidad de movimiento, expresadas en números romanos. Esta escala posee como inconvenientes su subjetividad, porque depende de la interpretación personal y de la calidad en las edificaciones de la zona afectada.

 

Tipos de ondas sísmicas

  • Ondas P: ondas longitudinales o de compresión. Las partículas de una onda P oscilan en la dirección de propagación de la onda. Son parecidas a las ondas sonoras ordinarias, ya que pueden desplazarse por un medio sólido, líquido o magmático, atravesando manto y núcleo de la Tierra. Las ondas P son más rápidas que las ondas S, es decir, son las primeras que registran los sismógrafos al moverse en la misma dirección que la vibración de las partículas, con una velocidad de 8 a 12 km/s.
  • Ondas S: ondas transversales u de cizalla. Las partículas de una onda S oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación. Dependen de los materiales que atraviesan y son rechazadas por el núcleo. Se distingue las ondas Sh, cuyas partículas oscilan en el plano horizontal y perpendicular a la dirección de propagación, y las ondas Sv, cuyas partículas oscilan en el plano vertical y perpendicular a la dirección de propagación, en un movimiento ondulatorio, transversal y perpendicular a la dirección de propagación y con una velocidad de 4 a 8 km/s. A partir del retraso entre el registro de las ondas P y las S, se puede determinar la distancia del foco del terremoto y el epicentro.
  • Además de las ondas P y S, se pueden transmitir ondas L, que tienen períodos vibratorios más largos que las anteriores y consisten en una reflexión continua entre el límite superior y el inferior de las capas superficiales; en su símil, sería como una pelota rebotando en un conducto. Se desplazan más lentamente, a una velocidad de unos 3,5 km/s. Se pueden reconocer dos tipos de ondas L:
  • Ondas de Rayleigh: Rayleigh predijo en 1885 la presencia de ondas superficiales calculando matemáticamente el movimiento de ondas planas en un espacio elástico. Las ondas de Rayleigh causan en las partículas afectadas movimientos elípticos sobre planos verticales y en sentido opuesto a la dirección de propagación. En la superficie el movimiento de las partículas es retrógrado con respecto al avance de las ondas.
  • Ondas de Love: E. H. Love, en 1911 descubrió la onda superficial, que lleva su nombre, estudiando el efecto de vibraciones elásticas a una capa superficial.
    Las ondas de Love son ondas de cizalla, que oscilan solo en el plano horizontal y producen una dislocación en las masas de la superficie o lugar donde se desarrollan, debido a la compresión y expansión alternativa del medio que atraviesan.

 
Tanto las ondas de Rayleigh como las ondas de Love se disipan a diferentes profundidades, según sus períodos de propagación; de su estudio se ha obtenido información importante para distinguir las estructuras continentales y oceánicas de la corteza terrestre. En general, los terremotos actúan de forma instantánea en un área extensa y las ondas sísmicas que provocan, especialmente las superficiales, causan la formación de fallas, desprendimientos de tierra, aparición y desaparición de surgencias de agua o manantiales, daños en construcciones y muertes humanas y animales. Son muy difíciles de predecir y, en la actualidad, no hay sistemas eficaces para alertar a la población con tiempo de la inminencia de un seísmo. Al año se producen alrededor de un millón de seísmos, aunque la mayor parte son de tan pequeña intensidad que pasan desapercibidos.

 

Instrumentación sísmica

El instrumento más conocido de medición de seísmos es el sismógrafo. Este aparato mide las vibraciones producidas por un terremoto, como la hora y la localización del epicentro, así como la magnitud y la profundidad.


 

Unos son péndulos verticales de gran peso, que inscriben el movimiento por medio de una aguja o estilete, sobre un papel ahumado. Otros son horizontales y al oscilar por la sacudida sísmica trazan un gráfico con una aguja sobre un papel ahumado arrollado a un tambor o cilindro que gira uniformemente.


 

El gráfico o sismograma puede también registrarse mediante un rayo de luz que incide sobre un papel fotográfico, en el cual van marcados los intervalos de tiempo por horas, minutos y segundos. Otros son péndulos invertidos llamados astáticos, constituidos por una gran masa, que permanece inmóvil, apoyada sobre un vástago.

 

Sismógrafo de la Red Sísmica de Puerto Rico. Tomado de: rmsismo.uprm.edu/.../ Informacion.html

 

En la actualidad los sismógrafos son electromagnéticos, recogiéndose el registro de los movimientos en cintas magnéticas que se pueden procesar y digitalizar por medio de computadoras. Mediante diversas observaciones y la comparación de datos de diferentes observatorios, se pueden trazar sobre un mapa las líneas isosistas , que unen los puntos en que se ha registrado el fenómeno con la misma intensidad y las homosistas, que unen todos los puntos en que la vibración se aprecia a la misma hora.

Sismógrafo de banda-ancha Acelerógrafos Observatorios sismológicos
en este tipo de sismógrafo, la respuesta a los movimientos es constante y en un amplio intervalo de frecuencias, entre 0,08 y 10 Hz.
miden las características del movimiento del terreno producidas por un terremoto en el lugar donde se encuentra instalado el aparato. Poseen normalmente tres sensores, dos horizontales y uno vertical, que realizan registros digitales en medios sólidos y con un reloj interno para saber la hora a la que se producen los movimientos.
en ellos se reúnen la instrumentación básica y avanzada para la adquisición, transmisión y tratamiento de las señales de sismicidad de una zona más o menos extensa, como puede ser mediante telemetría en tiempo real y estaciones digitales enlazadas en red. Normalmente consisten en una unidad central de registro y estaciones registradoras repartidas por el área que controla la unidad central, por medio de instrumentación que amplifica, modula y transmite la señal a la unidad central, para su estudio en un ordenador que tiene instalado software específico para estas tareas.

 

Predicción de los temblores

Consecuencias de uno de los terremotos de Turquía. Tomada de:http://www.ubp.edu.ar/per/docpt-2002/1-100-Turquia-Marmara.jpg

No se puede saber cuando se va a producir un temblor, ya que la predicción sísmica es una meta a largo plazo y, evidentemente, tampoco se pueden modificar las características de este fenómeno natural. Sin embargo, se considera una predicción sísmica formal a aquélla en la que se indica el tiempo de ocurrencia, el sitio de ocurrencia y a qué profundidad y, la dimensión o magnitud del evento por ocurrir, incluidos todos estos parámetros con una indicación del error en cada valor dado. El tiempo de ocurrencia generalmente se proporciona como el intervalo más probable de que ocurra el acontecimiento. Además, se deben especificar los métodos empleados y la justificación científica de su empleo.


 

 

En consecuencia, la protección de vidas y bienes, debe estar enfocada hacia la reducción de la vulnerabilidad. Esto quiere decir que previamente debe evaluarse el probable nivel de peligro sísmico, reconocer los terrenos que por su naturaleza y origen son más susceptibles a efectos locales de amplificación de ondas y de deslizamientos, asentamientos y licuefacción de suelos, evitando en lo posible emplazar allí poblaciones e infraestructura crítica; construir edificaciones e instalaciones resistentes a las fuerzas de las vibraciones sísmicas (refuerzo de las existentes, diseño y construcción sismorresistente, redundancia en sistemas de líneas vitales); educar hacia el comportamiento defensivo durante y después de terremotos y preparar los sistemas de comunicaciones de emergencia que sirvan para mejorar la capacidad de socorro y rehabilitación en caso de un terremoto.

 

Las causas: Tectónica de placas

La corteza terrestre o litosfera se divide en bloques rígidos o placas litosféricas, que tienen espesores que oscilan entre los 120 km en las zonas continentales y los 65 km en las oceánicas. La mayoría de las placas litosféricas son mixtas, es decir, están entre zona continental y oceánica o, solo oceánica, pero no exclusivamente continental. Estas placas se desplazan o flotan sobre la parte superior del manto terrestre, que es más plástico. Los bordes de las placas pueden sufrir destrucción, y la litosfera se incorpora de nuevo al manto fundido; pueden ser bordes constructivos, formándose material litosférico a partir del manto inferior, en las zonas conocidas como dorsales oceánicas, que, de paso, hacen que el océano se expanda o, “simplemente” pueden tener movimientos laterales, produciéndose fallas.

 

Los Tsunamis

La palabra tsunami procede del japonés  tsu : puerto o bahía y nami : ola. Es una ola o serie de olas que se producen en una masa de agua al ser empujada violentamente por una fuerza que la desplaza verticalmente. Este término fue adoptado en un congreso en 1963.


 

Las causas por las que se pueden producir estos fenómenos son los terremotos, volcanes, derrumbes costeros o subterráneos e incluso, explosiones de gran magnitud. Los meteoritos también están entre las probables causas de tsunamis, aunque no hay antecedentes confiables acerca de su ocurrencia, pero la onda expansiva que provocarían al entrar al océano o el impacto en el fondo marino, en caso de caer en zona de baja profundidad, son factores bastante defendibles como para pensar en ellos como ocasional causa de tsunami, especialmente si se trata de un meteorito de gran tamaño.

Ilustración de un Tsunami. Tomada de: http://home.t-online.de/home/svlg.gaildorf/welle.jpg
 

 

Antiguamente eran denominados “marejadas”, “maremotos” u “ondas sísmicas marinas”, pero estas expresiones han quedado obsoletas, ya que no describen adecuadamente el fenómeno. Las marejadas se producen normalmente por la acción del viento sobre la superficie del agua y las olas generadas tienen una ritmicidad de 20 segundos y como máximo suelen propagarse unos 150 metros tierra adentro, como observamos en los temporales o huracanes. De hecho la propagación está limitada por la distancia, de modo que va perdiendo intensidad al alejarnos del lugar donde el viento la está generando. El maremoto es un movimiento de marea, y tiene que ver con un desequilibrio oceánico provocado por la atracción gravitacional ejercida por los planetas, el sol y especialmente la luna. Las ondas sísmicas, por otra parte, implican un terremoto y ya vimos que hay otras causas de generación de un tsunami.


 

Un tsunami generalmente no es detectado por las naves en alta mar y no tiene los peligrosos efectos que produce en las costas (las olas en alta mar son pequeñas) ni puede visualizarse desde la altura de un avión volando sobre el mar.

 

Ola gigante. Tomada de: http://www.greenscreen.org/newsletter/articles/images/tsunamisurf3.jpg

 

En el caso de los seísmos, los tsunamis pueden ser ocasionados por terremotos locales o por terremotos que ocurren a gran distancia. De ambos, los primeros son los que producen daños más devastadores debido a que no se cuenta con el tiempo suficiente para evacuar la zona (generalmente se producen entre 10 y 20 minutos después del terremoto) y a que el terremoto por sí mismo genera terror y caos, que hacen muy difícil emprender una evacuación organizada.

 

Causas de los tsunamis

Como se señala anteriormente, los terremotos son la gran causa de tsunamis. Para que un terremoto origine un tsunami, el fondo marino debe ser movido abruptamente en sentido vertical, de modo que el océano es impulsado fuera de su equilibrio normal. Cuando esta inmensa masa de agua trata de recuperar su equilibrio, se generan las olas. La dimensión del tsunami estará determinada  por la magnitud de la deformación vertical del fondo marino. No todos los terremotos generan tsunamis, sino sólo aquellos que ocurren bajo el lecho marino y que son capaces de deformarlo.

En mar abierto, lejos de la costa, es una sucesión de olas de pequeña altura, a escala centimétrica, que viaja a gran velocidad (casi a 1000 kilómetros por hora) sin embargo, al llegar a la costa y al haber menor profundidad, éstas reducen su velocidad pero aumentan en altura y es cuando causan gran destrucción y numerosas víctimas.

 

Ilustración de la generación de un Tsunami. Tomada de: http://www.e.kth.se/~e99_mge/bild1.gif

 

Si bien en cualquier océano se pueden experimentar los tsunamis, es más frecuente que ocurran en el Océano Pacífico, cuyas márgenes son más comúnmente asiento de terremotos de magnitudes considerables (especialmente las costas de Chile, Perú y Japón). Además el tipo de fallas que ocurren entre las placas de Nazca y Sudamericana, llamadas de subducción, esto es, una placa se va deslizando bajo la otra, hacen más propicia la deformidad del fondo marino y por ende los tsunamis.


 

Aún así, se ha informado de tsunamis devastadores en los Océanos Atlántico e Índico, y también en el Mar Mediterráneo. Las avalanchas, erupciones volcánicas y explosiones submarinas pueden ocasionar tsunamis que suelen disiparse rápidamente, sin alcanzar a provocar daños en sus márgenes continentales.

 

Licuación o licuefacción

Efecto de licuación como consecuencia del terremoto Kobe en Japón (1995) Escala 7.2 Ritcher. Tomada de:http://www.pcivil.gov.ve/terremoto.html

La licuefacción puede ser considerada como una consecuencia de los terremotos. En este fenómeno, los suelos no consolidados, no cohesivos o fácilmente disgregables y saturados en agua, se separan, debido a las vibraciones del terremoto perdiendo su resistencia de manera temporal. El sedimento cae hacia abajo y el agua de saturación tiende a salir como una fuente surgente, comportándose como material licuado, cuyo resultado es la producción de un desplazamiento o falla del terreno.


 

Hay varios tipos de desplazamientos asociados a la licuefacción:

  • Flujos de tierra: Los materiales del suelo se desplazan rápidamente cuesta abajo en un estado licuado, a veces causando coladas de barro o avalanchas.
  • Flujo lateral: Desplazamiento limitado de las capas superficiales del suelo a favor de pendientes suaves o hacia superficies libres, como márgenes del río. En este tipo de desplazamientos, a menudo ocurre que las capas subsuperficiales están revestidas de suelos superficiales adecuados, por ejemplo, asfaltos. Cuando estas capas más profundas se licuan, las capas superficiales del suelo a menudo se mueven lateralmente en bloques sólidos, tanto durante como después del seísmo, provocando una deformación permanente del suelo.
  • Flotación: Objetos enterrados menos pesados que el suelo licuado desplazado, como tanques, buzones o tuberías de gravedad, ascienden a través del suelo y flotan en la superficie.
  • Pérdida de resistencia de soporte: Reducción de la capacidad de soporte de los cimientos debido al debilitamiento del material del suelo subyacente o colindante que puede hacer que las estructuras se hundan.

 

La licuefacción puede ser considerada como una consecuencia de los terremotos. En este fenómeno, los suelos no consolidados, no cohesivos o fácilmente disgregables y saturados en agua, se separan, debido a las vibraciones del terremoto perdiendo su resistencia de manera temporal. El sedimento cae hacia abajo y el agua de saturación tiende a salir como una fuente surgente, comportándose como material licuado, cuyo resultado es la producción de un desplazamiento o falla del terreno.

 

¿Por qué se licúan los suelos?

Los factores que aumentan la probabilidad de que el terreno se comporte como un líquido son varias:

  • Distribución del tamaño de los granos: La arena de tamaños de grano uniforme, con granos poco finos o muy gruesos tiene mayor probabilidad de licuarse y es posible que se vuelva más densa. Las arenas con gran porcentaje en limos y gravas también son susceptibles a la licuefacción bajo fuertes temblores cíclicos.
  • Profundidad de las aguas subterráneas: Se puede producir la licuefacción si existe agua subterránea en el punto del suelo donde se está produciendo la densificación. Mientras menor sea la profundidad, menor será el peso del recubrimiento del suelo y el peligro de densificación. Por tanto, mientras menor sea el nivel de las aguas subterráneas, mayor será la probabilidad de que ocurra licuefacción.
  • Densidad: La licuefacción ocurre principalmente en suelos sueltos, saturados y no compactados. Ese suelo puede densificarse cuando está sujeto a un movimiento cíclico. Al densificarse, se reduce el volumen de suelo y agua y se incrementa la presión intersticial si los poros intergranulares se llenan de agua. Cuando la presión intersticial se vuelve igual a la tensión media total, el suelo pierde su resistencia y se licua. Si el suelo es compacto, habrá menos posibilidad de que se produzca la licuefacción.
  • Peso del recubrimiento y profundidad del suelo: Las tensiones entre partículas aumentan a medida que se incrementa la presión del recubrimiento. Mientras mayor sea la tensión entre las partículas, menor será la probabilidad de que ocurra la licuefacción. Por lo general, la licuefacción ocurre a profundidades menores de 9 metros ; rara vez ocurre a profundidades mayores de 15 metros .
  • Amplitud y duración de la vibración del terreno: La capacidad del suelo para resistir una vibración provocada por un seísmo sin causar fallas depende de la intensidad del movimiento del terreno, incluida tanto su amplitud como su duración. Los movimientos más fuertes tienen mayor probabilidad de causar fallas. La licuefacción de suelos bajo condiciones de tensión provocadas por un terremoto puede ocurrir ya sea cerca del epicentro de terremotos pequeños o moderados, o a cierta distancia de terremotos moderados a severos.
  • Edad del depósito: Los suelos no cohesivos por lo general son jóvenes. Con el tiempo, actúan dos factores para incrementar la resistencia de un suelo típico: la compactación, que cambia la relación de los huecos entre los granos y varios procesos químicos, que actúan para cementar los granos del suelo, mediante reacciones químicas. Una regla general es que los depósitos anteriores al Pleistoceno tardío (más de 500.000 años de antigüedad) tienen poca probabilidad de licuarse, mientras que los depósitos del Holoceno tardío (menos de 3.000 años de antigüedad) tienen mayor probabilidad de licuarse.
  • Origen del suelo: El suelo depositado por procesos fluviales se sedimenta fácilmente y sus granos tienen poca probabilidad de compactarse. De manera similar, los rellenos sintéticos no compactados, generalmente por debajo del nivel del agua, pueden tener deficiencias similares. Una práctica común de décadas pasadas era la colocación de los rellenos hidráulicamente. Todos ellos se licuarán con facilidad. Por otro lado, los sedimentos depositados por los glaciares, particularmente aquellos sobre los cuales ha pasado un glaciar, generalmente ya son bastante densos y tienen menor probabilidad de licuarse.

 

Medidas para mitigar la licuefacción

  • Evitar áreas donde pueda ocurrir la licuefacción y el flujo lateral.
  • Estabilizar el material licuable.
  • Colocar los cimientos por debajo del material licuable.
  • Agregar peso a la estructura para lograr una flotabilidad neutral.
  • Usar material flexible al movimiento.
  • Aceptar el daño.