ADA-Madrid. UCM, Riesgo Sïsmico -2, Yolanda Sanchez:Moya y Alfonso Sopeña. 2008-2012.
Gestión del Riesgo sísmico
Los terremotos son los fenómenos naturales de mayor potencial destructor. En la última década el riesgo sísmico se ha acentuado de
forma notable. No porque se haya producido un aumento del número de terremotos, sino debido al incremento de la vulnerabilidad debido al crecimiento demográfico y al mayor valor económico de las pérdidas. Conviene recordar que el riesgo se estima en unidades económicas.
Como se dijo anteriormente, el riesgo sísmico involucra dos conceptos fundamentales: la peligrosidad sísmica y la vulnerabilidad del área afectada por la sacudida..
Peligrosidad sísmica
En primer lugar hay que definir lo que se entiende por peligro sísmico. Es el valor de un parámetro, que se considera representativo del movimiento del suelo y que tiene una determinada probabilidad de ser superado en un intervalo de tiempo dado.
Se entiende por peligro sísmico de base, el parámetro del movimiento de la base rocosa con determinadas probabilidades de excedencia, en un intervalo de tiempo dado. Se toman en consideración la distribución espacial y temporal de los eventos sísmicos y la atenuación de las ondas sísmicas con la distancia.
El parámetro representativo del movimiento del suelo puede ser la aceleración, la intensidad, la pseudo-velocidad espectral, las pseudo- aceleración espectral, etc. En general, el parámetro que más se emplea es la aceleración máxima medida en g (m/s2). La aceleración máxima (PGA) es el valor máximo de la serie temporal representativa de la aceleración del suelo. La aceleración sísmica básica (ab) se define como un valor característico de la aceleración horizontal de la superficie del terreno, correspondiente a un periodo de retorno de 500 años.
Por peligro sísmico local se entiende el análisis del efecto de la geología y la geomorfología local en el movimiento del terreno.
La siguiente figura es el mapa de peligrosidad sísmica de España.
En este mapa se puede ver, la aceleración sísmica básica (ab), en relación con la gravedad (g), y el coeficiente de contribución K, que tiene en cuenta la influencia de los distintos tipos de terremotos esperados en la peligrosidad sísmica de cada punto.
En la mayoría de los códigos de construcción sismorresistente, se utiliza el sismo de diseño. Es el evento hipotético más destructivo con una probabilidad de excedencia del 10%, en un periodo de 50 años. Esto equivale a 0,21% de probabilidad anual y 475 años de periodo de retorno. El sismo de diseño, se establece analizando los terremotos con características sísmicas similares registrados en el país y en otros lugares del mundo. También se utiliza el concepto de máximo sismo creíble que es el de periodo medio de retorno de 2.500 años (Barbat y Canet, 1994)
La peligrosidad de un terremoto está muy relacionada por la magnitud del mismo. La magnitud de los terremotos se determina, en general y como se vio en el tema anterior, empleando la escala Richet. La intensidad con la que se percibe el evento o el grado de destrucción ocasionado se determina empleando la escala Mercalli (ver tema anterior).
Dos sacudidas sísmicas de magnitudes diferentes en la escala Richter, pero en contextos diferentes, pueden causar la misma cantidad de destrucción y tener una valoración distinta en la escala Mercalli.
Desde el punto de vista de Gestión del Territorio, Usos del Suelo y Protección Civil, es de vital importancia la estimación de la intensidad máxima que puede alcanzar un terremoto en un periodo de tiempo y en un área determinada. Para visualizar en los mapas los efectos de los terremotos, se utilizan curvas llamadas isosistas que representan los lugares donde se sintió el sismo con la misma intensidad.
La siguiente imagen es el mapa de isosistas para el terremoto que con epicentro en Adra (Almería) e intensidad VII (Mercalli), se produjo el 23 de diciembre de 1993 .
(Fuente: Instituto Geográfico Nacional. Ministerio de Fomento, Tomado de J. M. Martínez Solares, 2001. Instituto Geográfico Nacional. Monografía núm. 19)
Al analizar los mapas de isosistas se observa que la intensidad decrece con la distancia al epicentro. Este fenómeno recibe el nombre de atenuación de la intensidad sísmica. La atenuación depende de la distancia, de la distribución geométrica, de los fenómenos de absorción y dispersión de ondas, de la magnitud, de las condiciones del suelo, etc. (Campell, 1981; Larson y Mattson, 1987)
Actualmente, no puede hacerse una predicción cierta de lo terremotos. Si se considera que son fenómenos discretos estocásticos, puede emplearse un análisis estadístico de fenómenos pasados similares, para determinar la probabilidad de ocurrencia de los mismos. Sin embargo, este método requiere disponer de una base de datos sísmicos suficientemente detallada y extensa que no existe en la actualidad.
Evaluación de la Peligrosidad Sísmica
Supongamos un área pequeña, afectada sólo por terremotos con hipocentro único y situada a una distancia tal que se pueda considerar a efectos prácticos como un punto en relación con el área de estudio. Si se conocen las leyes de ocurrencia de los terremotos (gráfico magnitud-frecuencia de la zona) y de atenuación del efecto con la distancia (curvas regionales de atenuación de la intensidad, aceleración, etc.) es "sencillo" estimar el grado de peligro a que está sometida la zona. Esto es, a partir de las curvas de atenuación, se determina qué magnitud es capaz de provocar un efecto dado y a partir del gráfico magnitud-frecuencia se calcula la frecuencia con que ese efecto se puede reproducir en el área considerada. Integrando ahora los terremotos que ocurren en otras áreas, es posible estimar la peligrosidad sísmica de la región.
El primer paso en la evaluación de la peligrosidad sísmica es caracterizar las zonas sismotectónicas. Se utilizan métodos probabilísticos para definir el comportamiento sísmico de una área, las fuentes sísmicas que pueden afectarla y la atenuación del movimiento del suelo. Los resultados se expresan en forma de probabilidad de ocurrencia de distintos tamaños de terremoto, y de probabilidad de excedencia de distintos niveles de intensidad. Conviene señalar que las incertidumbres asociadas al cálculo de probabilidad, son mayores en áreas con actividad sísmica esporádica, y que por tanto, tienen catálogos y base datos sísmicas escasas.
El fenómeno sísmico es un proceso aleatorio, existen incertidumbres en cuanto a la distribución espacial y temporal de los eventos. Este hecho y las limitaciones en cuanto a la cantidad y calidad de datos sismológicos con los que se cuenta, exige introducir conceptos de probabilidad.
El método de evaluación del peligro sísmico comprende la estimación probabilística de los siguientes parámetros (Larson y Matton, 1987):
- ¿Cuándo ocurren los terremotos?. Es necesario calcular la probabilidad de ocurrencia de los terremotos.
- ¿Cuál es su tamaño?. Es necesario definir la máxima magnitud que puede esperarse en un intervalo de tiempo determinado.
- ¿Dónde ocurren los terremotos?. Es necesario establecer la distancia a las fuentes de los sismos que pueden afectar al área bajoin vestigación.
- ¿Existen influencias locales?. Es necesario considerar la relación de atenuación local de las ondas sísmicas.
Los métodos más empleados para evaluar la amenaza sísmica han sido los desarrollados por Esteva (1964), Riznichenko (1965) y Cronell (1967 y 1969). Permiten obtener las relaciones entre el parámetro representativo del movimiento del suelo y su periodo de retorno promedio para el área. Tienen en cuenta las relaciones geográficas entre el lugar de análisis y la fuente potencial del movimiento.
Las hipótesis básicas del método son:
- Los terremotos son equiprobables en cuanto a frecuencia y tamaño, en toda la zona fuente.
- La tasa de frecuencia de terremotos de tamaño superior a un umbral, es constante en el tiempo.
- La ley de atenuación de intensidades
- La función de distribución de la magnitud de los sismos en cada zona
Tomada de Parrales y Picado 2001
El método de Cronell se basa en la hipótesis de que para cada fuente sísmica, la sismicidad es estacionaria en el tiempo y se distribuye en él de manera uniforme. Se consideran por tanto, zonas o estructuras sísmicas homogéneas y con una distribución uniforme de las fuentes dentro de ellas.
En este tipo de modelos, es necesario definir como condiciones de contorno, los periodos de retorno de los terremotos y la probabilidad de excedencia. Estos periodos se emplean luego para definir la vida útil (o vida económica) de las estructuras. La vida útil que se considera para construcciones comunes de tipo urbano o industrial, varia entre 50 y 100 años.
El periodo de retorno se define como el tiempo medio entre sucesos sísmicos de iguales características. Es frecuente idealizar los fenómenos sísmicos como procesos de Poisson. La distribución de Poisson se basa en la independencia entre sucesos respecto al tiempo.
El periodo de retorno para sucesos que obedecen a un proceso de Poisson es T= 1/N, donde N es el numero promedio de sucesos de cierta característica que ocurren por unidad de tiempo. La probabilidad de excedencia o de ocurrencia, es la probabilidad de que, al menos, un sismo de ciertas características tenga lugar en un periodo de tiempo (retorno), dado.
Normalmente se consideran dos probabilidades de excedencia que definen dos categorías de eventos (Carballo, 1993):
- Sismos de operación. Se trata de terremotos de magnitud moderada, pero con probabilidad de ocurrencia relativamente alta. Las estructuras deben resistir su acción sin sufrir daños importantes que las pongan fuera de uso o la reparación de daños debe tener un costo razonable.
- Sismo accidental. Se trata de eventos de gran magnitud, pero de ocurrencia esporádica. Es el terremoto más fuerte que se espera se produzca, una única vez, durante la vida de la estructura. Se acepta que un terremoto de estas características produzca daños estructurales importantes, pero debe evitarse el colapso de la construcción, la perdida de vidas y de bienes materiales.
Para los sismos de operación, se consideran probabilidades de excedencia entre 50% y el 64%. Probabilidades menores no corresponden a condiciones de operación. La determinación de un nivel razonable de seguridad para sismos accidentales es subjetiva. El nivel aceptable de riesgo viene determinado por factores económicos y por el efecto sobre la población.
La siguiente figura relaciona la probabilidad anual y la vida vida útil de las edificaciones.
Tomada de Carballo, 1993
Una vez que se ha definido la probabilidad de excedencia para el sismo de diseño, se determina el periodo de retorno para cada una de la probabilidades empleadas. En función de estos periodos de retorno se obtienen las aceleraciones máximas del terreno en la curva de peligro sísmico, tal como se muestra en la siguiente imagen.
Tomado de Ordaz y Miranda, 1996
La aceleración en un área depende, fundamentalmente, de la magnitud y la distancia al epicentro o fuente sísmica. Estos dos parámetros se relacionan según una serie de curvas, denominadas curvas de atenuación, que describen la variación de la amplitud de las ondas sísmicas al transmitirse a través del interior y la superficie de la Tierra. Las curvas de atenuación se calculan mediante ecuaciones basadas en datos o mediciones efectuadas en diferentes partes del mundo. El tipo de terreno y la ubicación geográfica de los sismos utilizados, determinan su aplicabilidad a un área dada. Se asume que la historia sísmica de una región da la clave de lo que es esperable para este área en un futuro.
La ley de atenuación de la intensidad con la distancia epicentral, utiliza generalmente dos parámetros ajustables, el coeficiente de atenuación inelástico y la profundidad del foco sísmico. Estas leyes de atenuación se ajustan para los sismos de los que se dispone de datos suficientes de intensidad puntual.
La estructura y la litología del área pueden amplificar los movimientos que se transmiten a la superficie como consecuencia de la resonancia entre el periodo natural del suelo y el periodo predominante del terremoto. La velocidad de las ondas S parece ser el factor más importante en la amplificación de los movimientos sísmicos. Un procedimiento usual es considerar los datos de velocidad de los 30 primeros metros de la capa superficial del suelo. Como ya se indicó en el tema anterior, los daños más importantes se producen cuando el periodo del sismo corresponde al periodo de resonancia de las estructuras.
En la siguiente figura podemos ver una aplicación práctica.
Imagen de Natural Resources Canada
A partir de las aceleraciones máximas y de los valores de la ecuación de atenuación se deduce la magnitud para los sismos operativo y accidental. La frecuencia, especialmente en la región del epicentro, se supone función del mecanismo de origen del sismo. A medida que nos alejamos del epicentro los movimientos de alta frecuencia disminuyen sensiblemente.
Aplicando la metodología anteriormente descrita, es posible obtener gráficos de aceleraciones en función del periodo de retorno para un área concreta y mapas de isoaceleraciones. En la siguiente figura podemos ver un mapa de isoaceleraciones para un 10% de probabilidad de excedencia en los próximos 50 años
SESAME Peak Ground Acceleration Map . IGCP - Project nº 382 SESAME, Jimenez, Giardini y Grünthal (2003)
Vulnerabilidad sísmica
Por vulnerabilidad sísmica se entiende un valor que permite clasificar las estructuras de acuerdo a su calidad estructural. El rango de vulnerabilidad varía desde, muy vulnerable, a nada vulnerable. Que una estructura sea más o menos vulnerable ante un terremoto de determinadas características, es una propiedad intrínseca de cada estructura y por tanto, es independiente de la peligrosidad sísmica del lugar de emplazamiento. Una estructura puede ser vulnerable, pero no estar en riesgo, a menos que se localice en un área con alguna peligrosidad sísmica (Barbat, 1998)
La vulnerabilidad abarca desde el daño a las construcciones civiles, a los sistemas de distribución de agua, gas y electricidad, hasta la operatividad en el transporte y el impacto en las actividades socio-económicas.
La vulnerabilidad sísmica presenta tres tipos diferentes (Corsanejo y Petrini , 1990)
- Directa: Se refiere a la capacidad de un elemento aislado (simple o complejo) de sufrir colapso. Por ejemplo, la vulnerabilidad de un edificio, de un viaducto, etc.
- Inducida: Se refiere a los efectos de crisis en la organización del territorio generados por un elemento físico. Por ejemplo, la crisis del sistema de transporte debido a la obstrucción de una carretera.
- Diferida: Se define de acuerdo a los efectos post-evento capaces de modificar el comportamiento de la población. Por ejemplo, pérdida de empleos asociada a la destrucción de polos industriales.
La vulnerabilidad directa puede estimarse de forma cuantitativa, mientras que la inducida y la diferida sólo de forma cualitativa. Los métodos de estimación de la vulnerabilidad directa son de dos categorías:
- Estructurales o Mecánicos: Son métodos de análisis estructural aplicado a las construcciones. El daño se establece en base a cálculos analíticos de la respuesta sísmica del edificio o del estado tensionado y deformado que le corresponde. El parámetro representativo del movimiento del suelo se expresa por la aceleración máxima del suelo o por magnitudes análogas, mientras que la medida del daño se cuantifica con variables mecánicas.
- Métodos basados en el tipo de las construcciones: Las previsiones del daño se fundamentan en la identificación en el edificio de un número más o menos grande de indicadores de vulnerabilidad. Los indicadores de vulnerabilidad pueden ser elementos morfológicos, dimensionales, en los materiales utilizados, etc. El parámetro representativo del movimiento del suelo es de tipo macrosísmico, mientras que el daño se cuantifica según el costo. Estos métodos se basan en la definición de clases de edificios caracterizados por indicadores como materiales de construcción, altura, volumen. A cada clase de edificio se le asocia una curva de vulnerabilidad o una matriz de probabilidad de daño. El resultado esperado, es decir, el grado de daño que puede sufrir un tipo concreto de estructura sometida a la acción de un sismo de ciertas características, puede ser expresado de tres formas:
- Matrices de probabilidad de daño: Expresan en forma discreta la probabilidad condicional P [ j / I ] de obtener un daño de nivel j dada una acción sísmica de tamaño iI(Withman, 1974).
- Funciones de vulnerabilidad: Expresan de forma continua la vulnerabilidad en función de algún parámetro que caracterice la acción sísmica. De tal forma, f ( d , I) será la función de densidad de probabilidad condicionada del daño d con respecto a la intensidad I.
Las matrices de probabilidad de daño se relacionan con las escalas macrosísmicas. Por ejemplo, en la escala MSK-68 los edificios se clasifican en 3 tipos (A,B,C) y los daños también en 3 tipos (1,2,3), siendo común encontrar la frase daños de grado I en edificios de tipo j (Grünthal, 1993). La escala EMS-98 clasifica los edificios en 6 tipos de vulnerabilidad (A-F) que incluyen los 3 de la escala MSK, más otros 3 que corresponden a estructuras reforzadas y con diseño antisísmico. El daño lo divide en 5 niveles. Esta clasificación puede observarse en la siguiente figura:
Grünthal, 1993
Las clases de vulnerabilidad A, B, C, D, E y F hacen referencia a los valores de la intensidad macrosísmica comprendida entre V y XI, que se corresponde directamente con la Intensidad Macrosímica de Mercalli Modificada IMM. Según esta definición, la clase de vulnerabilidad A, se corresponde con la clase más vulnerable, la clase de vulnerabilidad F, se corresponde con la clase menos vulnerable y la relación de daño severo debe ser entendida como la proporción de edificaciones que se espera alcancen un grado de daño igual o superior al Grado 4-ND4 Heavy Damage; es decir, que presenten daños graves y/o destrucción o colapso.
Clasificación del daño en edificios de Mampostería (EMS-98) Grünthal, 1998
Clasificación del daño para edificios de hormigón reforzado (EMS-98)
Las matrices de probabilidad de daño se deben construir a partir de información real sobre efectos de terremotos o asignando valores a las expresiones descriptivas de la escala. En la tabla 1 se presenta un ejemplo de una matriz de este tipo.
(Modificado de Coburn y Spence,1992). Los valores están dados en %. Los niveles de daño son: 1 - nada, 2 - ligero, 3 - poco, 4 - moderado, 5 - alto, 6 - muy grande, 7 - destrucción total.
Las matrices de probabilidad de daño se definen para cada clase de edificio (Braga et al., 1986). Ante una sacudida sísmica, los edificios sufren diferentes tipos de daños que pueden clasificarse en "niveles ".Las encuestas que se hacen después de un terremoto permiten obtener información sobre el número de edificios de cada tipo que han sufrido un nivel particular de daño. El valor porcentual del total de edificios de un tipo particular que ha sufrido daños de un nivel específico para una intensidad sísmica dada, es el valor que aparece en la tabla.
La obtención de las curvas continuas que forman las matrices de vulnerabilidad, pasa por un análisis estadístico de los daños debidos a un terremoto y por el ajuste de curvas a esos datos experimentales. Incluso, algunos autores definen una escala de intensidad no paramétrica para sustituir a la escala de intensidad sísmica, con vistas a facilitar este análisis estadístico. En la siguiente figura se muestra un ejemplo de este tipo de curvas.
Funciones de daño para las diferentes clases de vulnerabilidad EMS-98 (Tomado de Melone, 2005)
3. Índice de vulnerabilidad: Los métodos de Indice de vulnerabilidad se basan en la posibilidad de atribuir a cada edificio un índice ν que viene determinado por su idoneidad para soportar los terremotos (Yepez, 1996). Esta idoneidad responde a la eficiencia de los empalmes, a la resistencia de los materiales, a la regularidad morfológica, etc. En una segunda etapa a cada valor del índice de vulnerabilidad se le asocia una curva de vulnerabilidad o una matriz de daño. Normalmente el índice de vulnerabilidad se calcula en función de índices parciales correspondientes a cada uno de los indicadores evaluados a continuación de un examen cualitativo del edificio.
El metodo parte de identificar en cada edificio los parámetros más importantes que controlan el daño ante una acción sísmica. La configuración en planta y en altura, el tipo y calidad de los materiales utilizados, la posición y la cimentación del edificio, la disposición de los elementos estructurales, así como el estado de conservación de la estructura, se califican individualmente en una escala numérica corregida por un factor de peso, que trata de resaltar la importancia de un parámetro respecto al resto. Con estos valores se realiza una calificación global del índice de vulnerabilidad del edificio, Iv , mediante la fórmula (Yepez et al., 1995):
Donde Ki corresponde a la calificación asignada y Wi es el factor de peso correspondiente a ese indicador.
El daño se calcula como una función de este parámetro y de la intensidad D = D( Iv , I ). A partir de este índice, el daño para la intensidad VII, medido en una escala porcentual, se calcula por la fórmula:
Las fórmulas del tipo D = D( Iv , I ) se calculan para diferentes valores de intensidad y diferentes tipos de construcciones. De hecho, lo que se tiene es una familia de curvas Dk= Dk ( Iv , I ), donde k es el tipo de construcción. Las funciones de vulnerabilidad no son extrapolables de un lugar a otro.
Mitigación del Riesgo sísmico - Macrozonificación y Microzonificación sísmica
Por mitigación del riesgo sísmico se entiende el conjunto de medidas que tienen como objetivo incrementar la resistencia y mejorar el comportamiento de las infraestructuras, con el objeto de acrecentar el nivel de seguridad de las personas y reducir las perdidas económicas y su impacto social.
Analicemos los factores implicados en el Riesgo sísmico. La peligrosidad sísmica no se puede modificar, por tanto, las medidas a tomar se reducen a emplazar las estructuras en zonas de baja o nula sismicidad, y si esto no es posible, tratar de mejorar las condiciones del suelo, disminuyendo en lo posible, el efecto de ampliación de las ondas.
La mitigación de los efectos de los terremotos puede lograrse mediante la aplicación de planes de prevención: planificación territorial (urbanismo), medidas de construcción sismo-resistente (edificación) y preparación de procedimientos de emergencia (protección civil). Para actuar en cada uno de estos tres ámbitos de manera adecuada, es preciso tener definidos el nivel sísmico y el nivel de riesgo de cada porción del territorio, es decir, tener establecida una clasificación o zonación sísmica (Gaus et al., 1972). Tanto la zonación sísmica a escala regional (macrozonificación) como la local (microzonación), constituyen una herramienta básica en la mitigación de los daños potenciales de los terremotos.
Macrozonificación
Por macrozonificación sísmica se entiende la estimación del peligro sísmico a nivel regional y a través del estudio de la ubicación de las fuentes sismogeneradoras, los niveles de aceleración que son esperados en el área, es decir su severidad, los mecanismos de generación y propagación, los modelos de probabilidad, que establecen la recurrencia para un periodo de tiempo determinado y la frecuencia de vibración de los mismos.
Dentro de la macrozonificación sísmica podemos distinguir dos aproximaciones
No instrumental. Basada en datos históricos de intensidad (registro de daños). Estos datos se emplean en:
- Preparación de mapas isosismicos
- Localización de epicentros
- Determinación de los niveles de atenuación de la intensidad con la distancia
Instrumental. Basado en dados sismograficos. Se emplea para:
- Determinar las coordenadas del epicentro
- Determinar la profundidad de hipocentro
- Determinar la magnitud del sismo
La metodología para la macrozonificación sísmica se basa en los siguiente criterios:
Preparación del catalogo sísmico:
- desde 1964, registros basados en instrumentación moderna son disponibles
- 1900-1963, datos basados en primeros instrumentos.
- pre 1900, datos pre-instrumentos, basados principalmente en registros históricos e información macro-sísmica
Definición de zonas y fuentes sísmicas potenciales :
- Todos los datos disponibles en neotectónica, geodinámica, principales rasgos tectónicos, etc
Un modelo de recurrencia sísmica es ajustado a las características de las zonas fuente:
- Definición de los parámetros que caracterizan la sismicidad del área fuente,
- Magnitudes Mínima y Máxima
- Estimar parámetros 'a' y 'b' en la ecuación que relaciona frecuencia y magnitud: log N = a- bM (Richter, 1958).
Aplicar la función de atenuación
Aplicar un modelo probabilístico para evaluar la amenaza
Cálculo de las aceleraciones Máximas (PGA), para un 10 % de probabilidad de excedencia en 50 años.
Microzonificación
Por microzonificación sísmica se entiende el estudio local de los parámetros dinámicos del suelo, los efectos de microzona y el cambio en los registros sísmicos entre las distintas áreas de la zona considerada. Por efecto de microzonas se entiende la atenuación o amplificación del movimiento dentro de unidades geográficas pequeñas según sus características geológicas y las condiciones del subsuelo. Frecuentemente, el tamaño de estas zonas está determinado por la homogeneidad de las condiciones geológicas del subsuelo.
La metodología para la microzonificación sísmica, comienza por valorar las áreas más apropiadas para la aplicación de este método. Se consideran para su aplicación factores de peligrosidad natural y factores sociales:
A) Peligrosidad sísmica. Hay que evaluar los siguientes aspectos
- Movimientos del substrato rocoso
- Efectos de la amplificación del subsuelo
- Potencial de licuefacción
- Potencial de deslizamientos
B) Factores sociales: Aquí se incluyen los siguientes aspectos:
- Vulnerabilidad de las estructuras
- Demografía del área
- Condiciones económicas del área
Mediante la microzonificación se establecen las características más probables de vibración en la base de las estructuras, en función de su localización dentro de la cuidad. En estos estudios se incluyen las mediciones experimentales para la determinación de las características del suelo y el uso de registro acelerográficos.
La microzonificación urbana consiste en un censo detallado del tejido urbano, indicadores arquitectónicos (dimensión, distribución, uso, etc. de las edificaciones) y estructurales (tipo de estructura, paredes, cubierta, piso, antigüedad, numero de pisos, etc.). A partir de los datos obtenidos por la microzonificación urbana, se caracteriza el universo de edificaciones por un conjunto de estructuras tipo que se analizan mediante modelos matemáticos para determinar el mecanismo de falla o colapso antes los eventos sísmicos que se deducen del estudio de microzonificación. De esta forma, es posible establecer la vulnerabilidad de las estructuras frente eventos sísmicos.
Como ya se ha mencionado, uno de los factores más importantes a la hora de establecer el posible daño generado por un sismo es el riesgo de resonancia de las estructuras. El riesgo de resonancia se cuantifica también mediante el estudio de microzonificación. En función de este indicador y de la resistencia de la estructura, se califica la vulnerabilidad de la misma a través de la estimación del grado de colapso parcial o total y en número de personas muertas o heridas.
La mitigación del riesgo sísmico se efectúa, por tanto, controlando la vulnerabilidad sísmica, la aplicación de normas sismoresistentes en la construcción de estructuras nuevas y el análisis coste-beneficio aplicado al reforzamiento y adecuación de los edificios existentes.
Como ejemplo de todo lo anterior, se puede consultar Loss-Estimation Modeling of Earthquake Scenarios for Each County in Nevada Using HAZUS-MH del Nevada Bureau of Mines and Geology Open-File Report 06-1 University of Nevada, Reno.
Riesgos asociados
Los peligros y riesgos asociados a los sismos son del varios tipos: movimientos en masa o deslizamientos, licuefacción, asentamiento y agrietamiento, tsunamis o incendios. Algunos son objeto de un tratamiento amplio en temas posteriores.
Incendios
Constituyen uno de los peligros secundarios más severos asociados a los terremotos. La ruptura y caída de cables eléctricos, la explosión de tuberías de gas, etc. son fenómenos frecuentes asociados a la sacudida sísmica. En Japón los terremotos que desencadenan incendios producen 10 veces más muertos que aquéllos que no lo hacen. Como ejemplos trágicos de la asociación terremoto-incendio podemos citar el de Tokio de 1923, que causó la muerte a más de 140.000 personas, el terremoto de San Francisco en 1906 o el de 1994 en Northrige, California. En el de Loma Prieta (California) de 1989, durante las primeras 7 horas después del terremoto se produjeron en San Francisco 27 incendios estructurales y más de 500 incidentes de fuego. Además, el suministro de agua de la ciudad se interrumpió, comprometiendo seriamente la capacidad de lucha contra ellos.
Inundaciones
Los diques en presas de abastecimiento de agua también pueden fallar, amenazando a las comunidades aguas abajo. Un procedimiento estándar después de cualquier terremoto debe ser la inmediata inspección de los daños en todos los diques de la vecindad y una rápida reducción de los niveles de agua en los embalses detrás de cualquier dique sospechoso de haber sufrido daño estructural. Esta afirmación que parece obvia, significa sin embargo, una serie de decisiones previas de las administraciones correspondientes, dictando normas, formando equipos humanos, y asignado recursos económicos.
Movimientos en masa (deslizamientos)
Los movimientos en masa y los riegos asociados se trataran en otro tema, tan solo decir aquí que los sismos son en muchas ocasiones el mecanismo desencadenante de los deslizamientos. Ocurren bajo una amplia gama de condiciones: terrenos con pendiente pronunciada o prácticamente planos; en roca firme, en sedimentos no consolidados, rellenos y acumulaciones de residuos de minas. El grado de humedad del terreno también puede ser un criterio para de clasificación: algunos deslizamientos inducidos por los sismos pueden ocurrir sólo bajo condiciones muy húmedas. La frecuencia de ocurrencia de deslizamientos inducidos por sismos está relacionada con la magnitud del terremoto y de las réplicas, pero también con las condiciones geológicas locales
Licuefacción
La licuefacción es un fenómeno en el que suelos saturados, no consolidados y no cohesivos pierden su resistencia al corte debido a vibraciones del terreno y se licuefactan temporalmente. En el proceso, el suelo experimenta una pérdida pasajera de resistencia que comúnmente hace que se produzca un desplazamiento o fallo mecánico del terreno.
Existen cuatro tipos básicos asociadas con la licuefacción:
- Flujos de tierra. Los materiales del suelo se desplazan rápidamente pendiente abajo en un estado licuado.
- Flujo lateral. Desplazamiento limitado de las capas superficiales del suelo por pendientes suaves o hacia superficies libres, como márgenes de río.
- Flotación. Desplazamientos de objetos enterrados y menos pesados que el suelo licuado, como como tanques, buzones, tuberías, etc. 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 adyacente que puede hacer que las estructuras colapsen y se hundan.
Licuefacción asociada al terremoto de Ojiya 2004 (Japon)
Experimentalmente se ha establecido que existen varios factores importantes a consideranr en el potencial de un suelo para licuarse, son:
- Distribución del tamaño de los granos: La arena homométrica y con poca mezcla de sedimento fino ,tiene mayor probabilidad de licuarse.
- Profundidad a las aguas subterráneas. Cuanto mas alto se situé el freático mayor es la probabilidad de licuefacción.
- Densidad: La licuefacción ocurre principalmente en suelos sueltos, saturados y no cohesivos. Si el suelo es denso, 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 por carga del recubrimiento. Cuanto mayor es la tensión entre las partículas, menor será la probabilidad de que ocurra la licuefacción. Por lo general, la licuefacción sucede 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 sin fallar, depende de la intensidad del movimiento del terreno. Los movimientos más fuertes tienen mayor probabilidad de causar fallas.
- Edad del depósito: Los depósitos más recientes, por ser los menos compactados y cementados, son más susceptibles de sufrir licuefacciones
- Origen del suelo: Los depósitos fluviales, el loess y los rellenos artificiales no compactados son susceptibles a la licuefacción
En áreas susceptibles a los terremotos, la licuefacción puede ser uno de los efectos más críticos. La licuefacción del loess, en el terremoto de 1960 en China, causó 200.000 muertes. También fue un factor importante en los terremotos de 1960 en Chile, en 1985 en México y en otros terremotos importantes en California, Alaska, India y Japón.
Las posibles medidas de mitigación de la licuefacción incluyen:
- Evitar áreas donde pueda ocurrir licuefacción y el flujo lateral para todo tipo de construcciones
- Estabilizar el material licuable: Reemplazar el material con relleno compactado, usar muros de contención, compactación dinámica, vibroflotación, inyección para impermeabilización y/o compactación, drenajes, etc.
- 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!.
Los métodos de mitigación son en general muy costosos. Evitar la zona es, por supuesto, el mejor método pero no siempre es práctico o posible en áreas ya desarrolladas o donde ya existen rutas de transporte, tuberías, etc.
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