El área donde ocurrieron la mayoría de los colapsos es un antiguo desagüe aluvial para el drenaje de agua y sedimento de las partes altas de la montaña Ahir.
Cuando se trata de terremotos, la naturaleza de la geología de la superficie de la Tierra y su geometría son críticas para entender la intensidad y el tipo de movimiento del suelo donde vivimos. Por supuesto, otros factores son importantes al evaluar el riesgo de daños en estructuras construidas por el ser humano (por ejemplo, el diseño de ingeniería y los materiales utilizados). Desde un punto de vista sedimentológico, es posible identificar elementos críticos en el subsuelo que debemos considerar si queremos prever áreas donde las estructuras humanas recibirán ondas sísmicas de intensidad comparativamente alta. Dos elementos críticos son: (1) la arquitectura general de la geología del subsuelo, que incluye el tipo de sedimento y tipos de rocas, así como sus dimensiones, y (2) la geometría de la superficie terrestre (es decir, la topografía).
Un terremoto se puede definir simplemente como el movimiento del suelo por ondas de choque. Hay diferentes causas para que se produzcan ondas de choque en la Tierra (lee más aquí). Los terremotos del sur de Turquía en 2023 fueron provocados por la ruptura de dos secciones asociadas con el límite sureste de la denominada placa tectónica anatólica. Varias áreas de la corteza a profundidades menores de 10 km se desgarraron y las ondas de choque, también llamadas ondas sísmicas, comenzaron a propagarse en todas direcciones a velocidades del orden de kilómetros por segundo. Las ondas sísmicas no son solo de un tipo: a medida que la corteza empuja rocas y sedimentos lejos del área donde se rompió, se desarrollan dos ondas principales: una primera ola, llamada ‘P’ y una segunda, más lenta, llamada ‘S’. Cuando llegan a la superficie de la Tierra, estos dos frentes interactúan con ella, desarrollando las llamadas ondas de superficie, las más destructivas para las estructuras humanas. Las características físicas de estas ondas de superficie cambian dramáticamente a medida que se propagan por la superficie de la Tierra, dependiendo de los dos elementos críticos mencionados anteriormente: la arquitectura del subsuelo y la topografía (lee más aquí).
Esos cambios en las características físicas de las ondas son generalmente explicados por expertos como el comportamiento ‘no lineal’ del suelo (suelo y sedimento se usarán aquí indistintamente). En términos simples, el comportamiento no lineal de un material se refiere a una situación en la que un material no responde a una fuerza o estrés de manera predecible, lo que se basa en lo que había estado ocurriendo a medida que el estrés aumentaba. Por ejemplo, si se aplica una cantidad relativamente pequeña de fuerza a una banda elástica, se estirará proporcionalmente a la fuerza aplicada, y podemos registrar estos datos como un comportamiento lineal. Sin embargo, cuando se aplica más fuerza, la banda elástica eventualmente alcanzará un punto en el que ya no se estira proporcionalmente a la fuerza aplicada. El mismo estrés ha causado cambios en las propiedades físicas de la banda elástica, por lo que las matemáticas que se usarían para predecir su deformación ya no funcionan. Este cambio en la relación de fuerza aplicada y deformación se llama comportamiento no lineal. En otras palabras, un material que exhibe un comportamiento no lineal puede comportarse de manera inesperada o impredecible cuando se le somete a niveles variables de estrés o fuerza. Esto puede dificultar predecir con precisión qué zonas en un área poblada sufrirán un movimiento del suelo más dañino que otras.
Debido a esta incertidumbre, los geoingenieros desarrollan modelos en computadoras y laboratorios para probar diferentes escenarios donde las ondas sísmicas con diferentes propiedades se propagan a través de modelos geológicos con varios tipos de arquitectura del subsuelo y topografía (Figura 1).
Figura 1 Amplificación de ondas sísmicas en la cuenca Volvi-EuroSeisTest, Grecia: simulaciones BEM a diferentes frecuencias Fi y amplificaciones máximas relacionadas (Semblat, 2005, Semblat, 2011).
Los modelos ilustrados tienen como objetivo entender cómo las ondas sísmicas se propagan en diferentes configuraciones de estructuras geológicas y grosores de las unidades sedimentarias hasta la ‘superficie de la roca madre’ de la cuenca (la superficie de unidades de roca bien litificadas donde descansan los sedimentos). Conocer la profundidad hasta la roca madre desde el suelo es de suma importancia para algunos expertos (por ejemplo, Semblat et al., 2005). Hay un consenso en que los asentamientos sobre valles ‘blandos’ llenos de sedimentos o relieves rocosos aislados asimétricos tienden a mostrar ondas de superficie más intensas (por ejemplo, Primofiore et al., 2020). Pero los factores geológicos y geomorfológicos relacionados con la evolución sedimentológica del paisaje también tienen un impacto en la intensidad de las ondas de superficie: la topografía como un factor clave que puede amplificar el movimiento del suelo durante los terremotos (Çelebi, 1991; Primofiore et al., 2020).
Italia y Turquía: cuando la sedimentología juega un papel clave para entender las zonas con mayor riesgo de daños
Desde agosto de 2016 hasta enero de 2017, ocurrió una secuencia sísmica en los Apeninos Centrales (Italia). Durante el primer shock, dos localidades cercanas mostraron intensidades con valores lo suficientemente diferentes como para investigar la(s) causa(s): las encuestas macrosísmicas informaron una intensidad EMS de 8-9 en el viejo pueblo de Arquata del Tronto, situado a lo largo de la cresta rocosa, mientras que se registró una intensidad de 7 EMS en el barrio de Borgo, ubicado en el valle aluvial, al pie de la cresta rocosa (Primofiore et al., 2020). Los investigadores propusieron la hipótesis de que las diferencias en la topografía y la geología del subsuelo podrían explicar la variabilidad en la intensidad. Los modelos numéricos establecidos para diferentes frecuencias de movimiento del suelo respaldarían esa hipótesis (Figura 2).
Esta figura es el resultado de modelar ondas S en el área de la cresta de Arquata del Tronto. Cada figura muestra resultados de amplificación para ‘componentes’ de la onda perpendiculares entre sí. Los colores rojos en la imagen de la derecha muestran amplificaciones (y daños) relativamente altos con los valores de ondas modelados. Primofiore et al., 2020.
En la ciudad de Kahramanmaraş (Turquía), ciertas áreas de la ciudad tuvieron la mayoría de los edificios colapsados durante el terremoto del 6 de febrero de 2023. El área donde ocurrieron la mayoría de los colapsos es un antiguo desagüe aluvial para el drenaje de agua y sedimento de las partes altas de la montaña Ahir (Figura 3). La arquitectura sedimentaria de los abanicos aluviales sería lo suficientemente diferente de las áreas circundantes como para considerar la posibilidad de que esta observación haya sido un factor clave que pudo haber contribuido a la destrucción comparativamente mayor de edificios (ver ejemplos de la arquitectura de abanicos aluviales aquí).
La imagen de la izquierda muestra una vista satelital de la parte central de la ciudad de Kahramanmaraş con un superposición de colores estirados renderizados a partir de un modelo de elevación digital (DEM). El DEM muestra claramente que el mismo centro de la ciudad se sitúa en la desembocadura de un sistema de drenaje de la montaña Ahir. La imagen a la derecha muestra una vista satelital reciente del centro de la ciudad donde la mayoría de los edificios colapsaron.
La imagen de la izquierda muestra una vista satelital de la parte central de la ciudad de Kahramanmaraş con un superposición de colores estirados renderizados a partir de un modelo de elevación digital (DEM). El DEM muestra claramente que el mismo centro de la ciudad se sitúa en la desembocadura de un sistema de drenaje de la montaña Ahir. La imagen a la derecha muestra una vista satelital reciente del centro de la ciudad donde la mayoría de los edificios colapsaron.
La adaptación de los edificios de acuerdo a los peligros sísmicos es costosa, pero, como demuestran los terremotos de 2016 en Italia, los gobiernos podrían utilizar modelos de expertos para enfocar inversiones en ciertas áreas de ciudades y pueblos donde la adaptación sería una prioridad debido a un riesgo comparativamente alto.
Ayuda a las víctimas de los terremotos aquí: www.ifrc.org
Referencias:
Celebi, M., 1991. Amplificación topográfica y geológica: estudios de caso e implicaciones para la ingeniería. Structural Safety, 10(1-3), pp.199-217.
Primofiore, I., Baron, J., Klin, P., Laurenzano, G., Muraro, C., Capotorti, F., Amanti, M. y Vessia, G., 2020. Modelado numérico 3D para interpretar efectos topográficos en colinas rocosas para la microzonificación sísmica: el estudio de caso del barrio de Arquata del Tronto. Engineering Geology, 279, p.105868.
Semblat, J.F., Kham, M., Parara, E., Bard, P.Y., Pitilakis, K., Makra, K. y Raptakis, D., 2005. Amplificación de ondas sísmicas: geometría de la cuenca vs estratificación del suelo. Soil dynamics and earthquake engineering, 25(7-10), pp.529-538.
Semblat, J.F., 2011. Modelando la propagación y amplificación de ondas sísmicas en medios lineales y no lineales unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales. International Journal of Geomechanics, 11(6), pp.440-448.
