11.4: Los impactos de los sismos

Algunos de los impactos comunes de los sismos incluyen daños estructurales a edificios, incendios, daños a puentes, carreteras, ductos y líneas de transmisión eléctrica, inicio de fallas en taludes, licuefacción y tsunami. Los tipos de impactos dependen en gran medida de dónde se encuentre el sismo: ya sea predominantemente urbano o rural, densamente o escasamente poblado, altamente desarrollado o subdesarrollado, y por supuesto de la capacidad de la infraestructura para soportar temblores.

Como hemos visto en el ejemplo del sismo en México de 1985, los cimientos geológicos sobre los que se construyen las estructuras pueden tener un impacto significativo en los temblores sísmicos. Cuando ocurre un sismo, las ondas sísmicas producidas tienen un amplio rango de frecuencias. La energía de las ondas de mayor frecuencia tiende a ser absorbida por roca sólida, mientras que las ondas de menor frecuencia (con períodos más lentos que un segundo) pasan a través de la roca sólida sin ser absorbidas, pero eventualmente son absorbidas y amplificadas por sedimentos blandos. Por lo tanto, es muy común ver daños sísmicos mucho peores en áreas sustentadas por sedimentos blandos que en áreas de roca sólida. Un buen ejemplo de esto es en la zona de Oakland cerca de San Francisco, donde partes de una carretera de dos capas construida sobre sedimentos blandos colapsaron durante el terremoto de Loma Prieta de 1989 (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Figura\(\PageIndex{1}\) Una parte de la autopista Cypress en Oakland California que colapsó durante el terremoto de Loma Prieta de 1989.

Los daños a los edificios también son mayores en áreas de sedimentos blandos, y los edificios de varios pisos tienden a sufrir daños más graves que los más pequeños. Los edificios pueden diseñarse para soportar la mayoría de los sismos, y esta práctica se aplica cada vez más en regiones propensas a terremotos. Turquía es una de esas regiones, y aunque Turquía tenía un código de construcción relativamente fuerte en la década de 1990, el cumplimiento del código era pobre, ya que los constructores hicieron todo lo posible para ahorrar costos, incluido el uso de materiales inapropiados en el concreto y reducir la cantidad de refuerzo de acero. El resultado fue que hubo más de 17 mil muertes en el terremoto del M7.6 Izmit de 1999 (Figura\(\PageIndex{2}\)). Después de dos devastadores terremotos ese año, las autoridades turcas fortalecieron aún más el código de construcción, pero el nuevo código se ha aplicado solo en unas pocas regiones, y la aplicación del código sigue siendo débil, como lo revela la cantidad de daños por un terremoto M7.1 en el este de Turquía en 2011.

Figura\(\PageIndex{2}\) Edificios dañados por el terremoto de 1999 en la zona de Izmit, Turquía.

Los incendios se asocian comúnmente con sismos porque los ductos de combustible se rompen y las líneas eléctricas se dañan cuando el suelo tiembla (Figura\(\PageIndex{3}\)). La mayor parte de los daños en el gran sismo de San Francisco de 1906 fueron causados por incendios masivos en la zona centro de la ciudad (Figura\(\PageIndex{4}\)). Unos 25 mil edificios fueron destruidos por esos incendios, los cuales fueron alimentados por tuberías de gas rotas. Combatir los incendios fue difícil porque las tuberías de agua también se habían roto. El riesgo de incendios se puede reducir a través de sistemas de alerta temprana de onda P si los operadores de servicios públicos pueden reducir la presión de las tuberías y cerrar circuitos eléctricos.

Figura\(\PageIndex{3}\) Algunos de los efectos del terremoto de Tohoku de 2011 en la zona de Sendai en Japón. Una refinería de petróleo está en llamas, y una vasta área se ha visto inundada por un tsunami.

Figura\(\PageIndex{4}\) Incendios en San Francisco tras el sismo de 1906.

Figura\(\PageIndex{5}\) El flujo de escombros de Las Colinas en Santa Tecla (un suburbio de la capital San Salvador) desencadenado por el terremoto de enero de 2001 en El Salvador. Este es solo uno de los muchos cientos de fallas de taludes que resultaron de ese terremoto. Más de 500 personas murieron en la zona afectada por este deslizamiento.

Los sismos son importantes detonantes de fallas en pendientes que ya son débiles. Un ejemplo es el tobogán de Las Colinas en la ciudad de Santa Tecla, El Salvador, el cual fue desencadenado por un terremoto en alta mar M7.6 en enero de 2001 (Figura\(\PageIndex{5}\)).

La agitación del suelo durante un sismo puede ser suficiente para debilitar la roca y los materiales no consolidados hasta el punto de fallar, pero en muchos casos el temblor también contribuye a un proceso conocido como licuefacción, en el que un cuerpo de sedimento por lo demás sólido se transforma en una masa líquida que puede fluir. Cuando se sacuden los sedimentos saturados de agua, los granos se reordenan hasta el punto en que ya no se apoyan entre sí. En cambio, el agua entre los granos los mantiene separados y el material puede fluir. La licuefacción puede llevar al colapso de edificios y otras estructuras que de otra manera podrían estar intactos. Un buen ejemplo es el colapso de edificios de apartamentos durante el terremoto de Niigata de 1964 (M7.6) en Japón (Figura\(\PageIndex{6}\)). La licuefacción también puede contribuir a fallas de taludes y a fuentes de lodo arenoso (volcanes de arena) en áreas donde hay arena suelta saturada debajo de una capa de arcilla más cohesiva.

Figura Edificios de departamentos\(\PageIndex{6}\) colapsados en la zona de Niigata de Japón. El material debajo de los edificios fue licuado en diversos grados por el sismo de 1964.

Partes del delta del río Fraser son propensas a sufrir daños relacionados con la licuefacción debido a que la región se caracteriza por una capa de limo fluvial y arcilla de 2 a 3 metros de espesor sobre la parte superior de al menos 10 metros de arena fluvial saturada de agua (Figura\(\PageIndex{7}\)). En estas condiciones, se puede esperar que se amplifique la sacudida sísmica y que los sedimentos arenosos se licuen. Esto podría conducir al hundimiento e inclinación de los edificios, y al fracaso y deslizamiento de la capa de limo y arcilla. Las regulaciones actuales de código de construcción en el área del delta de Fraser requieren que se tomen medidas para fortalecer el terreno debajo de edificios de varios pisos antes de la construcción.

Figura Capas sedimentarias\(\PageIndex{7}\) recientes no consolidadas en el área del delta del río Fraser (arriba) y las posibles consecuencias en caso de un terremoto dañino.

Ejercicio 11.4 Crear licuefacción y descubrir la frecuencia armónica

Hay algunas maneras en las que puedes demostrar el proceso de licuefacción por ti mismo. Lo más sencillo es ir a una playa de arena (lago, océano o río) y encontrar un lugar cerca de la orilla del agua donde la arena esté húmeda. Esto se hace mejor sin los zapatos, ¡así que esperemos que no haga demasiado frío! Mientras está de pie en un lugar en una parte húmeda de la playa, comience a mover los pies hacia arriba y hacia abajo con una frecuencia de aproximadamente una vez por segundo. A los pocos segundos la arena previamente firme empezará a perder fuerza, y poco a poco te hundirás hasta los tobillos.

Figura\(\PageIndex{8}\)

Si no puedes llegar a una playa, o si el clima no está cooperando, pon un poco de arena (la arena de la caja de arena servirá) en un recipiente pequeño, sácalo con agua y luego vierte el exceso de agua. Puedes agitarlo suavemente para que el agua se separe y luego verter el exceso de agua, y es posible que tengas que hacerlo más de una vez. Coloca una pequeña roca sobre la superficie de la arena; debe sentarse ahí durante horas sin hundirse. Ahora, sosteniendo el recipiente en una mano golpee suavemente el costado o el fondo con la otra mano, aproximadamente dos veces por segundo. La roca debe hundirse gradualmente a medida que la arena que la rodea se licua.

Mientras movía los pies hacia arriba y hacia abajo o aplastando la olla, es probable que pronto descubriera la tasa más efectiva para conseguir que la arena se licuara; esto habría estado cerca de la frecuencia armónica natural para ese cuerpo de material. Subir y bajar tan rápido como puedas (varias veces por segundo) en la playa mojada no hubiera sido efectivo, ni habrías logrado mucho pisando una vez cada varios segundos. El cuerpo de arena vibra más fácilmente en respuesta a sacudidas que están cerca de su frecuencia armónica natural, y la licuefacción también es más probable que ocurra a esa frecuencia.

Consulte el Apéndice 3 para el Ejercicio 11.4 respuestas.

Los sismos que ocurren bajo el océano tienen el potencial de generar tsunamis. (Tsunami es la palabra japonesa para onda portuaria. Es lo mismo tanto en singular como en plural.) La situación más probable para un tsunami significativo es un terremoto grande (M7 o mayor) relacionado con la subducción. Como se muestra en la Figura\(\PageIndex{9}\), durante el tiempo entre sismos la placa anuladora se distorsiona por deformación elástica; se aprieta lateralmente (Figura\(\PageIndex{9}\) B) y se empuja hacia arriba.

Figura Deformación\(\PageIndex{9}\) elástica y rebote de la placa anuladora en un ajuste de subducción (B). La liberación de la zona bloqueada durante un sismo (C) da como resultado tanto el levantamiento como el hundimiento en el fondo del mar, y esto se transmite al agua de arriba, resultando en un tsunami.

Cuando ocurre un sismo (Figura\(\PageIndex{9}\) C), la placa rebota y hay tanto levantamiento como hundimiento en el fondo del mar, en algunos casos por tanto como varios metros verticalmente sobre una superficie de miles de kilómetros cuadrados. Este movimiento vertical se transmite a través de la columna de agua donde genera una serie de olas que luego se extienden por el océano.

Los sismos de subducción con magnitud menor a 7 no suelen generar tsunamis significativos debido a que la cantidad de desplazamiento vertical del fondo marino es mínima. El fondo marino transforma los sismos, incluso los grandes (M7 a M8), tampoco suelen generar tsunamis, porque el movimiento es principalmente de lado a lado, no vertical.

Las olas de tsunami viajan a velocidades de varios cientos de kilómetros por hora y llegan fácilmente al otro lado de un océano aproximadamente al mismo tiempo que un jet de pasajeros. El simulado que se muestra en la Figura\(\PageIndex{10}\) es similar al creado por el terremoto de Cascadia de 1700 frente a las costas de Columbia Británica, Washington y Oregón, que se registró en Japón nueve horas después.

Figura\(\PageIndex{10}\) Modelo del tsunami del terremoto de Cascadia 1700 (alrededor de M9) que muestra alturas de olas en mar abierto (colores) y contornos de tiempo de viaje. Las amplitudes de las olas del tsunami suelen aumentar en aguas poco profundas.

Tsunami se discuten más a fondo en el Capítulo 17 bajo el tema de olas y costas.

Atribuciones de medios

• Figura\(\PageIndex{1}\): “Ciprés colapsado” por el USGS. Dominio público.
• Figura\(\PageIndex{2}\): “Izmit, Turquía terremoto” por el USGS. Dominio público.
• Figura\(\PageIndex{3}\): “Helicóptero SH-60B sobrevuela Sendai” de la Marina de los Estados Unidos. Dominio público.
• Figura\(\PageIndex{4}\): “Incendio de San Francisco 1906” de la Biblioteca del Congreso. Dominio público.
• Figura\(\PageIndex{5}\): “ElSalvadorSlide” por el USGS. Dominio público.
• Figura\(\PageIndex{6}\): “Licuefacción en Niigata”. Dominio público.
• Figuras 11.4.7, 11.4.8, 11.4.9: © Steven Earle. CC POR.
• Figura\(\PageIndex{10}\): “Amplitud Máxima de Tsunami” de NOAA/PMEL/Centro de Investigación de Tsunamis. Dominio público.