21 mayo, 2024 12:42 am

Lecciones ante la vulnerabilidad de sismos corticales en México

En este artículo se ilustran algunas características de la secuencia sísmica en Turquía y se discuten las lecciones para muchos países, particularmente para México, sobre la vulnerabilidad de las grandes ciudades ante sismos corticales en la faja volcánica y dentro de la placa en subducción, que producen sismos al interior del continente por debajo de las zonas más densamente pobladas de México.

Gerardo Suárez Reynoso Ingeniero geofísico con doctorado. Desde 1985 es investigador en el Instituto de Geofísica de la UNAM; fue su director y después coordinador de la Investigación Científica de la UNAM. Fue director fundador del Sistema Internacional de Vigilancia del Tratado de la Prohibición Completa de Pruebas Nucleares de Naciones Unidas.

Miguel A. Jaimes Ingeniero civil con doctorado. Investigador del Instituto de Ingeniería de la UNAM. Sus líneas de investigación son el comportamiento y diseño de contenidos y elementos no estructurales por sismo y viento, el riesgo sísmico y eólico y resiliencia de sistemas estructurales interdependientes y redes. Secretario del Comité de Resiliencia de Infraestructura del CICM.

El 6 de febrero de 2023 a las 4:17 h tiempo local ocurrió un sismo de magnitud Mw 7.8 en Turquía y Siria, en el sistema de fallas de Anatolia Oriental (FAO). Casi nueve horas después ocurrió otro sismo de Mw 7.5, aparentemente detonado por el primer evento. Este segundo sismo tuvo lugar en otra falla del sistema de FAO, al noreste del sismo principal. Ambos sismos fueron corticales, es decir, son sismos someros en la corteza terrestre, y tuvieron un mecanismo de falla denominado transcurrente, donde dos placas sísmicas se deslizan lateralmente una con respecto a la otra. Estos eventos causaron la muerte de casi 50 mil personas, lesiones a 85 mil y miles de damnificados. Además, provocó daños severos en miles de edificios y en la infraestructura de Turquía y Siria. Como resultado, el gobierno turco dictó más de 110 órdenes de aprehensión en contra de constructores por supuestas irregularidades en el diseño y construcción de las edificaciones.

La historia de Turquía y Siria no es ajena a la presencia de sismos destructores. La sismicidad en esta zona está controlada por la interacción de varias microplacas tectónicas que se mueven en una compleja geometría. El altísimo número de víctimas y de edificios destruidos representa una importante lección para México. En nuestro país estamos acostumbrados a la presencia de grandes temblores que provienen de la costa del Pacífico mexicano. Sin embargo, hay una nutrida historia de sismos que han ocurrido en la zona central del país, en la llamada Faja Volcánica Mexicana. Las fallas geológicas activas en esta región producen sismos de hasta 7.0, que tienen lugar también, como en el caso de Turquía y Siria, en la zona más poblada del país y a una profundidad muy somera.

Características generales de los sismos del 6 de febrero

Turquía está bordeada por dos grandes sistemas de fallas geológicas: al norte, la Falla de Anatolia Norte (FAN) y hacia el sur la Falla de Anatolia Oriental (FAO). En una especie de pinza, estos dos sistemas de fallas provocan el desplazamiento de Anatolia –un bloque continental de forma casi rectangular donde se asienta Turquía– hacia el oeste. Este desplazamiento se debe al empuje hacia el norte de la Placa de Arabia con respecto a Eurasia (véase figura 1). Ambas fallas han dado lugar a grandes sismos en la historia. Observando las estimaciones de peligro sísmico es claro que en Turquía el mayor peligro está asociado a estos dos grandes sistemas de fallas (figura 1).

En el siglo XX, la FAN ha sufrido la presencia de varios sismos destructivos; en 1999 tuvieron lugar dos importantes: el 17 de agosto, un sismo de magnitud 7.6 sacudió la ciudad de Izmit, 100 km al este de Estambul, y causó 17 mil muertes. Unos meses más tarde, el 12 de noviembre, las ciudades de Bolu y Düsze sufrieron los efectos de un sismo de magnitud 7.2 que provocó aproximadamente mil decesos. Estos sismos dieron lugar a una nueva revisión del reglamento de construcción de Turquía. Evidentemente, existe la preocupación de que la ciudad de Estambul, la más poblada del país, pudiese ser afectada por un sismo en el extremo occidental de la FAN.

En la FAO, este siglo no se habían registrado sismos de gran magnitud. En dirección al suroeste, la FAO se extiende hacia el Oriente Medio. Probablemente el sismo más grande registrado en esta región en los últimos años es el de Aleppo de 1822, que ocurrió en una de las ramas de la FAO que se extienden hacia Siria y Líbano. Este evento, estimado con una magnitud de 7.5, produjo daños importantes en esa ciudad y en algunas otras que también fueron afectadas por el reciente temblor de 2023 (Darawcheh et al., 2022).

La FAO es un sistema de fallas altamente segmentado. Uno de los estudios más recientes de peligro sísmico (Gülerce et al., 2017) evaluó esta segmentación para estimar la longitud de las fallas y su magnitud máxima probable. Esto se basa en que frecuentemente las discontinuidades de una falla frenan la propagación de las rupturas sísmicas. La sorpresa del sismo del 6 de febrero pasado es que varios segmentos de este sistema se deslizaron durante el evento en una ruptura sísmica compleja. Un sismo de esta magnitud y con este tipo de falla transcurrente tendría una longitud aproximada de 150 km. Sin embargo, durante el primer sismo se rompieron secuencialmente varios segmentos de la falla y alcanzó casi los 350 km de largo.

El segundo sismo no puede considerarse una réplica. Las réplicas son sismos de menor magnitud que tienen lugar en la misma falla donde se produce el sismo principal. El sismo de 7.5 rompió la falla de Sürgü a lo largo de 150 km. La falla de Sürgü es oblicua respecto al sistema principal de la FAO. Las réplicas más importantes registradas después del sismo de magnitud 7.8 muestran que antes del segundo sismo, las réplicas se alinean en una dirección SW-NE. Las réplicas registradas a partir del segundo sismo siguen ocurriendo a lo largo del sistema principal de la FAO, pero se desarrolla claramente una nueva rama sobre la falla de Sürgü. Los deslizamientos horizontales observados en superficie alcanzaron en algunos casos hasta 6 m de longitud. Esto da una idea de la cantidad de energía liberada.

Se ha especulado mucho sobre la cantidad de daños en edificios y la pérdida de vidas por causa de estos sismos. Hay cuatro variables que controlaron estas tristes estadísticas. Debido a la segmentación de las fallas sismogénicas se produjeron dos rupturas de gran longitud que afectaron un número muy importante de ciudades. En segundo lugar, la profundidad de estos sismos es menor a 15 km. La cercanía geográfica y la profundidad somera provocó que las ondas sísmicas fuesen poco atenuadas y llegaran con gran intensidad a las ciudades afectadas.

Otro factor –probablemente uno de los más importantes– es que el código y los reglamentos de construcción no fueron suficientemente robustos para resistir esta intensidad de movimiento. Hay también evidencia de que los reglamentos no fueron necesariamente respetados durante los procesos de diseño y construcción; muchos edificios de reciente manufactura colapsaron durante estos sismos. A este tema regresamos más adelante. Finalmente, aunque parece un factor menos importante, la pérdida de vidas se debió a que el sismo ocurrió en la madrugada, cuando la mayor parte de la población se encontraba en casa.

Sismos corticales en la Faja Volcánica Mexicana

Los sismos de Turquía y Siria representan una importante lección para México. En nuestro país hay también sismos corticales cercanos a las ciudades más pobladas. La Faja Volcánica Mexicana (FVM) atraviesa el país desde Colima hasta Veracruz. A lo largo de esta franja volcánica han ocurrido sismos de magnitud importante. Los sismos más recientes ocurrieron en Acambay, Estado de México, el 19 de noviembre de 1912 (magnitud 6.9) y el 4 de enero de 1920 cerca de la ciudad de Jalapa, Veracruz (magnitud 6.4). Ambos sismos causaron daños importantes en las zonas aledañas. El sismo de Jalapa de 1920 es el temblor que más víctimas ha cobrado después del de Michoacán de 1985. Se estima que entre 800 y 1,000 personas fallecieron por los aludes de lodo y rocas que se desprendieron en el estrecho cauce del río Pescados.

Además de los sismos registrados instrumentalmente en los últimos años, los documentos y crónicas de los últimos 450 años muestran que en la FVM han ocurrido al menos 10 sismos de magnitud mayor a 6 (Suárez et al., 2019) (véase figura 3). Muchos de los sismos históricos en la FVM han ocurrido en sitios donde no hay fallas geológicas mapeadas sobre el terreno. Por ello, es de esperar que sismos de esta naturaleza pudiesen darse a lo largo de toda la FVM, donde habita casi el 50% de la población de nuestro país.

Cabe señalar que hay diferencias importantes entre las fallas de Turquía y las fallas de la FVM. Para empezar, la sismicidad es mucho menor en las fallas del centro de México que en Turquía. Además, las magnitudes máximas observadas son mayores en Turquía. Esto se debe a que la velocidad de deformación promedio de las fallas en la FVM es casi 10 veces menor que la observada en Turquía. Sin embargo, los sismos corticales en el centro de México, por su cercanía a ciudades y poblaciones mexicanas y por su poca profundidad, tienen el potencial de provocar daños importantes. Esto es aún más crítico considerando que hay ciudades que no tienen un reglamento de construcción adecuado. Muchas de ellas tampoco cuentan con mecanismos e instituciones que supervisen el diseño y la construcción de edificaciones.

La intensidad de movimiento del suelo en Turquía

La Agencia de Gestión de Desastres y Emergencias turca (AFAD) publicó los datos de aceleración del terreno durante los sismos recientes (Baltzopoulos et al., 2023). Los valores de aceleración observados muestran que durante el evento de magnitud 7.8 algunas estaciones registraron valores de PGA horizontales de hasta 0.89 g (estación 0201) y valores de PGA verticales de 0.88 g (estación 3126). En el caso del segundo evento, los valores de PGA horizontal y vertical registrados fueron de 0.65 g (estación 4612) y PGA vertical de 0.38 g (estación 4612), respectivamente.

Los altos valores de intensidad sísmica registrada reflejan la magnitud de estos eventos y las características locales en las que tuvieron lugar. Sin embargo, construcciones con alta ductilidad pueden ser diseñadas para soportar estas intensidades sísmicas. Contrariamente, construcciones frágiles o de baja ductilidad, aunado a evidentes deficiencias estructurales (como los edificios denominados “de planta baja débil” o edificios asimétricos en esquina) difícilmente soportan este tipo de solicitaciones sísmicas.

Espectros de respuesta y diseño en Turquía

Turquía cuenta con un reglamento de construcciones modificado por última vez en 2018, que considera diferentes tipos de suelos. Uno de los parámetros básicos en el diseño de estructuras es el uso de espectros de respuesta, que muestran la aceleración horizontal o vertical, SA, a la que estaría sujeta una construcción con cierto periodo de vibración, T. Por ejemplo, si la construcción localizada en un cierto lugar tuviera un T=1 s (esto es, edificios de ~8 a 10 pisos), los valores de SA corresponderían a las aceleraciones máximas que un observador sentiría en la azotea del edificio.

En la figura 4 se muestran los espectros elásticos para un amortiguamiento crítico del 5% para la componente horizontal (izquierda) y la componente vertical (derecha) en cuatro sitios donde se registró la aceleración del terreno del sismo principal. Las líneas negras muestran el espectro sísmico de diseño de la normativa turca de 2018 y las líneas color magenta presentan los espectros de respuesta calculados a partir de los registros acelerográficos. En varios de estos sitios se alcanzaron intensidades horizontales de casi 1.3 g (estaciones 3131 y 3137) y 2 g (estaciones 3123 y 3124), así como valores de intensidad vertical mayor de 1 g (estaciones 3123, 3124 y 3137). Claramente, los espectros de respuesta observados en estos sitios sobrepasaron las intensidades de diseño del reglamento turco, principalmente en periodos menores a 1.5 s, que corresponden a edificios de menos de 12 pisos; son justamente estas las construcciones donde se presentaron los daños más severos y muchos colapsos.

Intensidades sísmicas estimadas en terreno firme de la CDMX por un sismo cortical

La presencia de sismos corticales en el centro de México es una de nuestras realidades sísmicas. Por ello, y con el fin de presentar algunos escenarios, se estimaron las intensidades del movimiento del suelo para dos sismos de diferente magnitud cercanos a la Ciudad de México (Suárez y Jaimes, 2023). Las intensidades sísmicas se calcularon para la estación acelerográfica ubicada en Ciudad Universitaria (CU), que ha sido considerada como la referencia en terreno firme. Los espectros de respuesta estimados, utilizando una ecuación de atenuación de ondas sísmicas, llamada ground motion prediction equation en inglés (GMPE) (Chiou y Youngs, 2014), se calcularon para dos escenarios sísmicos corticales a 40 km de distancia de la ciudad: 1) un evento de magnitud 6.9; y 2) otro de 7.8.

Al comparar los resultados de los espectros de aceleración obtenidos, en el caso del escenario de un sismo de magnitud 6.9 (izquierda) no se supera el espectro elástico prescrito en el Reglamento de Construcciones de la Ciudad de México (línea negra; GOCDMX, 2020) (véase figura 5). Contrariamente, el escenario de un sismo de magnitud 7.8 (derecha), similar al ocurrido en Turquía y Siria, superaría el prescrito en el reglamento vigente a periodos menores de 0.5 s, equivalentes a edificaciones de baja altura. Los datos geológicos no sugieren la presencia de fallas activas en la FVM en un radio de 40 km de la ciudad capaces de generar un sismo de magnitud 7.8. Sin embargo, no es posible descartar la presencia de sismos corticales de menor magnitud cercanos a las poblaciones de la FVM.

¿Por qué tantos daños?

¿Hay relación con el reglamento turco?

Como muchos países, Turquía y Siria cuentan con edificios construidos en épocas en que los estándares de construcción no eran tan rigurosos. De hecho, la primera ley que normó la construcción sísmica en Turquía data de 1940. Revisiones sucesivas dieron lugar a la ley vigente de 2018. El reglamento vigente antes de 2018 no requería que las estructuras fuesen inspeccionadas una vez que el diseño estaba aprobado. Así, los desarrolladores y dueños podían hacer modificaciones no autorizadas. Aparentemente, esta fue una la causas del desastre durante los sismos de 1999.

El reglamento de diseño sísmico turco de 2018 es muy completo; se desconoce el reglamento de diseño sísmico sirio. Sin embargo, muchas edificaciones construidas bajo esas normas colapsaron o sufrieron daños severos por los sismos recientes y mostraron evidentes deficiencias estructurales. De acuerdo con notas periodísticas, estos problemas de diseño y construcción se vieron exacerbados por el auge reciente en la construcción residencial. Según esta información, muchas edificaciones se entregaron sin un control de calidad y verificación estructural adecuados. Se requiere ajustar los reglamentos, pero, sobre todo, dar autoridad a una institución que tenga mecanismos de control efectivos para verificar la correcta aplicación de los reglamentos de construcción, así como mejorar las prácticas de construcción y supervisión de las edificaciones.

Es importante señalar que los 11 hospitales en la región del sismo –entre ellos uno de más de 2,000 camas– contaban con sistemas de aisladores sísmicos que les permitieron seguir en operación luego del fenómeno.

En Chile, por ejemplo, desde hace varios años todos los hospitales deben contar con aisladores. En México hay todavía muy pocos con sistema antisísmico; por el grado de importancia que reviste este asunto, la inversión necesaria y la alta sismicidad en nuestro país, esta sería la mejor solución para nuestros hospitales.

Conclusiones

Las desastrosas consecuencias del sismo en Turquía deben hacernos reflexionar sobre las tareas pendientes en nuestro país. Como se ha enfatizado, el centro de México tiene también fallas activas en la corteza que han dado lugar a sismos importantes. Esto debe tomarse en cuenta para establecer normas y procedimientos de construcción en las ciudades mexicanas vulnerables ante este tipo de actividad sísmica.

La Ciudad de México tiene un reglamento de construcción que ha sido modificado y adecuado a los nuevos conocimientos y que toma en cuenta el comportamiento complejo de los suelos arcillosos de la ciudad. La capital cuenta también con el Instituto para la Seguridad de las Construcciones, un organismo autónomo que evalúa los diseños y capacita a los directores responsables de obra para asegurar que las normas sean respetadas durante la construcción. Aun así, presenciamos que el sismo del 19 de septiembre de 2017 dañó severamente estructuras que habían sido recientemente construidas. El reto es elaborar estrategias para edificios vulnerables construidos en épocas en que los estándares de construcción no eran tan rigurosos, así como mejorar la vigilancia del cumplimiento de las normas vigentes de la práctica de construcción y de la supervisión de obras.

Lamentablemente, muchas ciudades mexicanas, entre ellas muchas que son vulnerables al fenómeno sísmico, no cuentan con normas y reglamentos adecuados, ni con un organismo que garantice la aplicación de la normativa vigente. Esta tarea pendiente cobra relevancia al vernos en el espejo de lo sucedido en Turquía y Siria

Referencias

Baltzopoulos, G., et al. (2023). Preliminary engineering report on ground motion data of the feb. 2023 Turkey seismic sequence V. 1.02.

Chiou, B. S. J., y R. R. Youngs (2014). Update of the Chiou and Youngs NGA model for the average horizontal component of peak ground motion and response spectra. Earthquake Spectra 30(3): 1117-1153.

Darawcheh, R., et al. (2022). The great 1822 Aleppo earthquake: New historical sources and strong ground motion simulation. Geofísica Internacional 61(3): 201-228.

Gaceta Oficial de la Ciudad de México, GOCDMX (2020). Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal.

Gülerce, Z., et al. (2017). Probabilistic seismic-hazard assessment for East Anatolian fault zone using planar fault source models. Bulletin of the Seismological Society of America 107(5): 2353-2366.

Pagani, M., et al. (2018). Global Earthquake Model (GEM) Seismic Hazard Map (versión 2018.1).

Suárez, G., et al. (2019). Active crustal deformation in the Trans-Mexican Volcanic Belt as evidenced by historical earthquakes during the last 450 years. Tectonics 38.

Suárez, G., y M. A. Jaimes (2023). Estimation of damage scenarios in Mexico City caused by nearby crustal earthquakes. Bulletin of the Seismological Society of America 113(1): 204-219.

Zúñiga F. R., et al. (2020). Temporal and spatial evolution of instrumented seismicity in the Trans-Mexican Volcanic Belt. Journal of South American Earth Sciences.

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