Conocimiento que protege vidas

¿Qué son los sismos? ¿Cómo se originan? ¿Para qué sirve su monitoreo? En la gestión del riesgo sísmico es clave el conocimiento y su apropiación. Conocer su origen, magnitud e intensidad, por ejemplo, permite planear el desarrollo de los proyectos de infraestructura de manera que garanticen la seguridad y sostenibilidad, a nivel individual, empresarial y gubernamental. 

* Este artículo fue publicado en la Revista Geociencias SURA | Edición 1 | Noviembre de 2016.

Un sismo —terremoto, movimiento telúrico o temblor de tierra— es el movimiento y vibración de la corteza terrestre debido a una liberación rápida de energía acumulada entre placas tectónicas o en un sistema de fallas, que resulta de una ruptura de la roca, y que se propaga a través de ondas sísmicas.
La propagación de estas ondas, registrada por los instrumentos de medición, es percibida algunas veces por las personas y es la causante de movimientos en las construcciones.

¿Cuál es el origen de los sismos?

La explicación más ampliamente aceptada del origen de los sismos se basa en la teoría moderna de la tectónica de placas, cuya hipótesis básica es que la superficie de la Tierra, denominada corteza, está conformada por grandes bloques llamados placas, que tienen movimientos relativos entre ellos. La deformación relativa entre las placas ocurre en zonas estrechas, cerca de sus bordes.
Esta deformación puede presentarse de manera lenta y continua (deformación asísmica: no produce sismos) o, súbitamente, en forma de sismos. Debido a que la deformación ocurre predominantemente en los bordes de las placas, es allí donde se presenta la mayor concentración de sismos. El mapa de sismicidad histórica global confirma esta condición, lo cual le ha dado un fuerte apoyo a la teoría de las placas tectónicas.

Cuando las placas de la corteza de la Tierra se mueven, producen sismos y liberan energía acumulada que se propaga en forma de ondas sísmicas. La medición de estas ondas ha sido uno de los campos de investigación indirecta que ha permitido avanzar en el conocimiento de la estructura interna del planeta, porque los diferentes tipos de ondas sísmicas se propagan de manera distinta a través de los materiales que conforman las capas de la Tierra.

Existen otras causas de generación de sismos como la actividad volcánica y algunas actividades humanas. Los sismos asociados a actividad volcánica resultan de la intrusión o movimiento de magmas o fluidos volcánicos, que puede generar la ruptura de la corteza continental; por lo general afectan zonas muy específicas.

En cuanto a las actividades humanas, la detonación subterránea de explosivos químicos o de dispositivos nucleares y la construcción de embalses, pueden generar sismicidad inducida por cambios en las concentraciones de esfuerzos que pueden reducir la resistencia de las rocas con potencial de ruptura. En general, en este tipo de actividades y proyectos, se le da relevancia al desarrollo de estudios previos, para prevenir fenómenos de sismicidad inducida.

¿Qué es la magnitud de los sismos?

El tamaño de un sismo es un parámetro muy importante e históricamente se ha descrito de diferentes formas. Previo al desarrollo de la instrumentación sísmica moderna, los métodos para determinarlo consistían en descripciones cualitativas de sus efectos, lo que implicaba una medida combinada del tamaño del sismo y de sus daños. Esto implicaba una dificultad porque los daños dependen no solo de la magnitud y profundidad, sino también de la calidad del diseño y construcción de las edificaciones.

Las estaciones sismográficas modernas han posibilitado el desarrollo de medidas cuantitativas del tamaño de los sismos. Si algún equipo revolucionó el campo de la sismología fue el sismómetro inventado por Harry O. Wood and J.A. Anderson en 1922, el cual se convirtió en un referente para el desarrollo de las investigaciones sísmicas. Con base en mediciones hechas con este sismómetro, se desarrolló en 1935 la escala de magnitud Richter, cuyo nombre se debe a su autor Charles F. Richter, del Instituto Tecnológico de California.

La escala de magnitud Richter es la medida más conocida para establecer el tamaño de los sismos, pero no es la más apropiada. Esta y otras escalas han sido reemplazadas por la de Magnitud de Momento, una medida directa de los factores que producen la ruptura que origina el sismo, y que, por ende, cumple mejor su objetivo de medir la energía liberada.

La Magnitud de Momento mide el tamaño de un sismo a partir del análisis de las formas de las ondas registradas por los sismógrafos. Las diferentes formas y direcciones del movimiento de las ondas son registradas mediante gráficos llamados sismogramas, los cuales se usan para estimar la geometría de la falla. Las amplitudes o tamaños de las ondas de los sismogramas se usan para calcular la resistencia al cortante de la roca fallada, el área de la zona de falla y el desplazamiento promedio de la falla.

El terremoto más fuerte registrado instrumentalmente ocurrió en Chile, el 22 de mayo de 1960, y tuvo una magnitud de Momento 9,5 Mw.

¿Qué es la intensidad de los sismos?

Para un sismo de una magnitud dada, mientras mayor sea la profundidad a la que se inicia la ruptura, menor será su intensidad en la superficie de la Tierra. Las ondas sísmicas viajan a través de la estructura de la Tierra cientos y miles de kilómetros, y se atenúan con la distancia.

Las medidas de intensidad más antiguas, previas a la instrumentación sísmica, consistían en descripciones de los efectos de los sismos, basadas en entrevistas posteriores a la ocurrencia del evento enfocadas en la percepción de la población de las zonas afectadas. Este tipo de medidas implicaba una dosis significativa de subjetividad.

El auge de la instrumentación sísmica (sismógrafos y acelerógrafos) ha permitido medir la intensidad de los sismos en términos cuantitativos de los movimientos del terreno. Dentro de los aspectos con mayor incidencia en la variabilidad de estos movimientos, se destacan los efectos de amplificación asociados a las características del suelo en cada sitio.

“Por definición, intentamos caracterizar, en promedio, los primeros 30 metros del perfil del suelo. Sobre los diferentes tipos de suelo se asientan todas las infraestructuras y las edificaciones. Esas características del suelo contribuyen a atenuar la intensidad del movimiento del terreno o, por el contrario, a intensificarlo”, explica la geóloga María Mónica Arcila, especialista en amenaza sísmica del Servicio Geológico Colombiano.

Dada la marcada influencia que, en el ámbito mundial, los efectos de los suelos han mostrado en los sismos, su caracterización ha tomado cada vez más importancia. Por la creciente necesidad de conocer con mayor detalle la respuesta sísmica de los suelos y sus efectos en las intensidades sísmicas que se transmiten a las construcciones, se han desarrollado en muchos países del mundo como Estados Unidos, Japón, India, Turquía y algunos de América Latina, los estudios de microzonificación sísmica.

Un buen ejemplo de este tipo de estudios son los realizados en Colombia, donde dentro de la norma de diseño y construcción sismo resistente se incluyen requerimientos mínimos para su desarrollo. Gracias a esto, actualmente en Colombia las principales ciudades cuentan con estudios de microzonificación sísmica.

El conocimiento de la probabilidad de superar ciertos niveles de intensidad de los movimientos sísmicos en un sitio de interés es la base para la evaluación de vulnerabilidad de la infraestructura y las construcciones existentes y futuras.

¿Para qué monitorear los sismos?

Todos los días se presentan muchos movimientos telúricos en diferentes partes del mundo, pero gran parte de ellos no son perceptibles por las personas debido a su baja magnitud o a su gran profundidad. La instrumentación sísmica hace posible el registro, facilitando el monitoreo, la investigación y la difusión del conocimiento sísmico.

Un buen ejemplo de la instrumentación sísmica actual es la Red Sismográfica Global, compuesta por más de 150 estaciones sísmicas modernas distribuidas globalmente y conectadas por red de telecomunicaciones. Esta red resulta de la cooperación entre un grupo de instituciones entre las que se destaca el Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS), la Fundación Nacional de Ciencia (NSF) y las Instituciones de Investigación para la Sismología (IRIS).

Existen también redes de instrumentación local en los países. Un caso de este tipo de re- des es la Red Sismológica Nacional de Colombia (RSNC) del Servicio Geológico Colombiano (SGC), compuesta por 50 estaciones sismológicas que transmiten datos en tiempo real. El SGC cuenta, además, con la Red Nacional de Acelerógrafos de Colombia (RNAC), compuesta por 120 equipos digitales (de los cuales 32 se ubican en Bogotá) y orientada al registro de los sismos intensos que ocurren en el territorio nacional. Estos registros son pieza fundamental de los estudios de amenaza sísmica del país.

En el caso de Colombia, existen también redes locales de acelerógrafos, como es el caso de la Red Acelerográfica de Medellín (RAM) y de su Área Metropolitana (RAVA), compuesta por 32 equipos (22 ubicados en Medellín), las cuales han sido vitales en los estudios de microzonificación sísmica del Valle de Aburrá.
Con base en toda la información que generan los servicios geológicos y las organizaciones dedicadas a monitorear los sismos, se despliega información relevante sobre la actividad sísmica. “Los servicios geológicos permiten avanzar en el conocimiento sísmico para el desarrollo de los códigos de sismo resistencia, difundir información para las oficinas de prevención y atención de desastres, y apoyar mecanismos de gestión del riesgo sísmico”, explica la geóloga María Mónica Arcila.

Otras formas de estudiar los sismos

Los registros instrumentales de sismos, en general, son muy recientes, lo cual hace necesario recurrir a la historia para recopilar datos y adelantar estudios de amenaza sísmica. En Colombia, por ejemplo, el primer registro data de 1566, con un relato histórico. Esa recopilación de información es denominada sismicidad histórica y complementa la sismicidad instrumental.

Existe otra alternativa de conocimiento: la paleo sismicidad, que hace referencia al aporte de la geología y la arqueología. Se trata de buscar en las capas del suelo evidencias de movimientos sísmicos ocurridos en el pasado mediante el uso de técnicas como la del Carbono 14 (método de datación por radiocarbono para muestras orgánicas de hasta 45 mil años).

“Es devolverse en el tiempo hasta mucho antes de la historia registrada por las personas. De esta manera se tiene la posibilidad de conocer sobre terremotos ocurridos que carecen de registros. Esa información es muy valiosa para caracterizar la amenaza sísmica de una región”, comenta la ingeniera Gloria María Estrada Álvarez.

El estudio sísmico ha experimentado avances notorios en las últimas décadas, tanto en la tecnología utilizada para analizar cada terremoto como en las conclusiones obtenidas de los registros históricos. Sin embargo, “en el estado actual de la ciencia, en ningún lugar del mundo es posible predecir la ocurrencia de un sismo, entendiendo la predicción como el día, la hora, el lugar y la magnitud, pero sí se puede gestionar el riesgo, basado en las probabilidades de ocurrencia y las características probables que pueden tener los movimientos. El papel de las redes sismológicas es generar ese conocimiento”, explica la geóloga María Mónica Arcila.

Según datos del Servicio Geológico Colombiano (SGC), cada año en Colombia se registran en promedio unos siete sismos de magnitudes entre 5,0 y 5,9 Mw, y uno entre 6,0 y 6,9 Mw. Desde 1964, fecha de inicio de la instrumentación moderna, se han registrado seis sismos de magnitudes entre 7,0 y 8,0 Mw y uno de magnitud 8,1 Mw.

Los movimientos sísmicos son producto de la acumulación de esfuerzos y sus condiciones y características se conocen cada vez con más detalle; así, es posible determinar dónde se generan, cuál es su ciclo sísmico y con esta información se elaboran los mapas de amenaza, en términos de probabilidad.

Fuentes

• María Mónica Arcila Rivera. Geóloga de la Universidad de Caldas. Vinculada al Servicio Geológico Colombiano, desde 1991.
• Gloria María Estrada Álvarez. Ingeniera civil, especialista en Ingeniería Ambiental, especialista y M.Sc. en Ingeniería Sismo Resistente.