miércoles, diciembre 13, 2017
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Para entender el terremoto en la Ciudad de México

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Por: Rodolfo Sosa Cordero*

Ante el trágico sismo de ayer, que cobró cientos de vidas en la Ciudad de México y varios estados del país, es muy importante entender cómo funcionan estos fenómenos y por qué causan más daño en ciertas zonas.

¿Cómo funcionan los sismos?

La corteza terrestre literalmente flota sobre un medio acuoso, el MAGMA, que está compuesto por minerales, principalmente hierro en estado líquido debido a la alta temperatura y también alta presión existente.

Sin embargo, la corteza terrestre no es única y homogénea sobre el magma, sino que flota como placas independientes, como balsas. Estas placas están pegadas una con la otra, y tienen movimiento principalmente originado por la rotación de la Tierra, en la Figura 1 les muestro las placas que son denominadas tectónicas que influyen en el comportamiento sísmico de nuestro país.

Son tres: La de Norteamérica, la del Pacífico, la del Coco, las que son más importantes puesto que son las que producen la mayoría de los sismos son la del Coco y la de Norteamérica. En la figura se ha marcado la Fosa Mesoamericana que es en donde se presenta la unión de las placas que se encuentran en estado de SUBDUCCIÓN.



La placa del Coco tiene un movimiento en dirección al Norte y el Oeste, mientras que la placa con la que literalmente colisiona, la de Norteamérica se desplaza hacia el Sur.

En la Figura 2 se muestra este estado de subducción en la que una placa se mete por debajo de la otra.

El desplazamiento de las placas no es uniforme, y peor aún originado por la fricción entre placas se quedan “atascadas”, pero con un fuerza cada vez mayor que trata de liberar el atascamiento.

El sismo ocurre precisamente cuando la fuerza ejercida por las placas le gana a la resistencia por la fricción, por lo que la placa atascada súbitamente es liberada y se desplaza dando un “salto”, esto es lo que da origen al sismo o terremoto.

Por esto, cuando ocurre un sismo, la energía que empujaba a las placas atascadas es liberada en forma de un movimiento abrupto de des-atascamiento de las placas que se mueven y eso genera las ondas sísmicas que se mueven en todas direcciones, como cuando se arroja una piedra a un estanque. Las ondas viajan típicamente a 7 a 10 Km/seg. Así que si el epicentro o lugar en donde se movió la placa está a 300 Km tardarán unos 40-50 segundos en llegar. De ahí la posibilidad de poner alertas sísmicas que detecten el sismo cerca del punto de ruptura o epicentro y alerten a la población, no es mucho tiempo, pero en 30 segundos se puede hacer mucho para salvar muchas vidas.

La mala noticia

La Figura 3 muestra el mapa desde la costa de Guerrero a la Ciudad de México, el mismo mapa de Google Maps satelital permite apreciar con claridad la fosa de la que se hablaba, y que es el lugar en donde se generan los sismos.

Y la mala noticia es que han pasado muchísimos años sin un terremoto en en esa zona, lo que significa que se ha acumulado energía en forma importante, y esta vez si está muy cerca de la CDMx Unos 350 Km. Por lo que un terremoto de grado 8.4 en Richter, sí sería verdaderamente violento en la CDMx, es por esto que el SMN ha plantado sus alertas sísmicas a lo largo de la costa de Guerrero, porque ese terremoto, sí que va a ser peligroso.

Aunque ojalá, también podría darse un movimiento que no libere tanta energía o que lo haga en 2 o 3 sismos. Esto produciría terremotos no catastróficos en la CDMx, todo es cuestión de suerte, nadie sabe cómo se va a liberar la energía en esa zona, nadie.

Y, pudiera ser que la sacudida de ayer, ayudara a destrabar las placas en en esa zona, por lo que en poco tiempo tendrían otro terremoto importante, suelen darse que terremotos alejados producen perturbaciones que aceleran el proceso de liberación de las placas atascadas.

Es tan sólo una posibilidad, pero hay que estar preparados sobre todo los que viven y/o trabajan en la zona lodosa de la CdMx.

¿Hay sismos trepidatorios y oscilatorios?

Existe la creencia de que los sismos son o trepidatorio u oscilatorio, y peor aún creen que el trepidatorio es peor.

No hay tal. TODOS los sismos son trepidatorios (onda p) Oscilatorios (onda S) y la S viene de Superficie, y por debajo de la superficie (y no se sienten pero transportan la energía) la onda de Love (cortante) transversal a la dirección de propagación y la de Rayleigh que se mueve a profundidad.  La onda P es más rápida que la S por eso se siente antes el trepidatorio, esta onda puede viajar en cualquier medio, la onda S no viaja en el agua. (figura 4)

Es importante la profundidad del epicentro, dato que siempre dan, pero la duración no puede publicarse puesto que es enteramente dependiente del tipo de suelo: Rocoso es el más breve y lodoso el de mayor duración.

Una vez más, todos los sismos tienen las dos componentes, la trepidatoria hace vibrar de arriba a abajo, como si estuvieras en un caballo bronco, esto no es peligroso para las edificaciones puesto que las columnas están diseñadas sobre todo para soportar cargas axiales, en compresión, y aunque la inercia puede producir algo de tensión, no es significativa, y, en general las edificaciones responden muy bien. Ahora bien, la componente trepidatoria son las primeras ondas que llegan, viajan más rápido que las oscilatorias, por su misma naturaleza.

En cambio la componente oscilatoria del sismo es mucho más peligrosa puesto que mueve el suelo a los lados en el plano del piso, en 1985 (tengo los oscilogramas del Instituto de Ingeniería de la UNAM, tenemos una zona gelatinosa producto que se ha construido en lo que fue un lago, el suelo se movía con una aplitud de 1.1 metros a 2 ciclos por segundo es decir, pico a pico 2.2 metros.

¿Captan lo que es que el piso se mueva 2.2 metros? Esto hace que las edificaciones se muevan como péndulo invertido; la amplitud del péndulo dependerá de la cantidad de pisos del edificio, pero sobre todo de su frecuencia natural de vibración, en la CDMx 2 cps corresponden a una edificación de 20 pisos que son las que más violentamente vibran en un sismo. Además los edificios “chaparros” vibran a frecuencias más elevadas, si se encuentra un edificio chaparro junto a uno alto, el chaparro le estará golpeando en la “panza”, 4 o 5 veces por segundo. Por eso colapsan de tanto golpeteo con el vecino.

Este tipo de movimiento genera fuerzas cortantes, esto significa, que van en el sentido transversal o perpendicular a la columna, el concreto no puede resistir este tipo de esfuerzos y se fractura, por eso, se ponen las varillas, que son acero que sí puede soportar estas fuerzas transversales.

¿Por qué fue tan destructivo el sismo del 19 de septiembre de 1985?

En la figura 5 les incluyo un mapa del centro de la ciudad de México, lo rojo son edificaciones colapsadas, o que quedaron en tal mal estado que tuvieron que ser demolidas.

En las zonas de Polanco o Chapultepec hay muchos edificios igual de bien o mal construidos, idénticos a los de la zona del exLago, y sin embargo, ahí no pasó nada. El Circuito Interior es como una línea divisoria entre el no pasa nada y el desastre, del lado de Polanco que ademàs está más arriba no pasa nada, del otro lado la ruina. Y esto es debido a la naturaleza del suelo, más duro en polanco y gelatinoso-lodoso hacia la col. Roma. Y en este terreno lodoso se presenta un fenómeno que se llama RESONANCIA.



¿Qué es la resonancia? Si usted tiene una copa de cristal con un poco de agua y la golpea, emitirá un sonido cuya frecuencia es la frecuencia natural o libre de vibración, si le pone más agua cambiará el sonido, dando otra frecuencia, vamos hasta se puede producir un instrumento musical para que con el llenado cada copa de una frecuencia exacta empezando por los 440 cps del LA central del piano que es la referencia usada para afinar instrumentos.

Todos los cuerpos tienen una frecuencia natural de vibración, en el caso de la zona lodosa de la CDMx tiene un periodo de 2 segundos. es decir cada 2 segundos se repite el ciclo.

En el caso de un temblor estamos hablando de una VIBRACIÓN FORZADA, esto es, existe una fuente de energía externa que oscilatoriamente excita el suelo y los edificios, la figura 6 muestra la amplitud que adquiere la vibración de acuerdo con la frecuencia de la excitación, esta amplitud depende del amortiguamiento y de que tan cerca la frecuencia de excitación coincida con la frecuencia natural, cuando esto sucede se dice que hay resonancia, esto implica un sistema retroalimentado que produce una “puerta de energía” y que vibra violentamente.

La séptima gráfica muestra la onda sísmica del terremoto de 1985 en 3 diferentes tipos de terreno: Roca, sedimento y lodo, es más que evidente que siendo el mismo terremoto pero en zonas diferentes como la amplitud (aceleración) los instrumentos sísmicos eso miden la aceleración, hay un sistema resonante en el lodo, que le lleva a producir aceleraciones tan grandes como 0.17 * g (g =9.806 m/seg2, la aceleración de la gravedad) ¡Brutal!

Pero hay más…

La zona lodosa en la CDMx se comporta como “Una gelatina dentro de un Bowl”, esto significa que las ondas sísmicas entran al “bowl” y llegan a la pared opuesta y … son reflejadas, así que invierten su dirección y regresan a seguir rompiendo madres, esto hace que el temblor dure mucho más que el temblor en las zonas rocosas en donde la onda sísmica pasa y ya, pero ¡No regresa!

La última gráfica son sismogramas, esto es ondas sísmicas superficiales en azul en la SCT (edificio que colapsó) y en verde en la UNAM. Nótese como confirma lo que he escrito, tanto por la amplitud como por la duración, en el sismógrafo de la SCT 180 seg y seguía moviéndose el suelo debido a la reflexión de la que hablábamos.

*Rodolfo Sosa Cordero es Ingeniero Mecánico de la U. Anáhuac con maestría en Aeronáutica en CalTech. Experto en vibraciones mecánicas.



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