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23deseptiembrede2017

GruposdeSismologíaeIngenieríadelaUNAM

NotaInformativa

¿Quéocurrióel19deseptiembrede2017enMéxico?Muchonospreguntamossielsismo,demagnitud7.1,fuemásfuerteenlaCiudaddeMéxicoqueel terremotodemagnitud8.1de1985.Sólopor laenormediferenciaenmagnituddelosdoseventos,unopodríasuponerqueno.Estotienesentido,yaqueelsismode1985 liberó32vecesmás energía sísmicaque el del 19de septiembrede2017. Sinembargo,todossabemosque,en1985,elepicentrofuemuylejanoybajolascostasdelestadodeMichoacán,amásde400kmdelacapital,mientrasqueel7.1ocurrió apenas 120 km al sur de la ciudad. Al propagarse, las ondas sísmicas seatenúan rápidamente. Por ello, a pesar de que la ruptura que generó las ondassísmicaselmartespasadoesmuchomenorquelade1985,lassacudidasenlaCiudaddeMéxicofuerontanviolentas.Acontinuación,veremosporqué.¿Dóndeyporquéocurrióelsismo?La ruptura del sismo del 19 de septiembre de 2017 ocurrió dentro de la placaoceánicadeCocos(i.e.sismointraplaca),pordebajodelcontinente,aunaprofundidadde 57 km (Figura 1). Si bien este tipo de sismo no es elmás común enMéxico, deninguna manera es extraordinario. En la Figura 1 se muestran los epicentros yprofundidades de algunos sismos similares, incluyendo el del pasadomartes. Estasrupturasseproducenaprofundidadesmayoresquelostípicossismosdesubduccióncomoelde1985,quetienelugarbajolascostasdelPacíficomexicanosobrelainterfazdecontactoentrelasplacastectónicasdeCocosydeNorteamérica(línearoja,Figura1). Los sismos intraplaca, de profundidad intermedia, se producen por esfuerzosextensivos a lo largo de la placa de Cocos. Las fallas geológicas asociadas a estossismos se conoces con el nombre de "fallas normales". Es preciso mencionar queestudios realizados para sismos intraplaca en México muestran que, por año, laprobabilidaddequelaintensidaddelassacudidasenlaCiudaddeMéxicodebidasaeste tipo de terremotos sea grande es muy similar a la de los sismos típicos desubducción, como el de 1985, entre otros. Esto implica que el peligro sísmico en lacapital,asociadoalossismosintraplaca(comolosdel7y19deseptiembrede2017),es tan grande como el de los sismosmás comunes que ocurren bajo las costas delPacíficomexicano.¿Porquétantosdaños?Gracias a la vasta red de acelerógrafos y sismómetros que registraron ambosterremotos en la Ciudad de México, y a los esfuerzos de muchos sismólogos eingenieros mexicanos, hoy hemos entendido mejor qué ocurrió. Uno de los

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ingredientes que usan los ingenieros civiles para calcular las estructuras de losedificios de la CDMX es la aceleraciónmáxima (Amax) del suelo producida por lasondas sísmicas. En 1985, la Amax en Ciudad Universitaria (CU), que está en suelofirme (Figura 2), fue de 30 gal (1 gal = 1 cm/s2), mientras que la Amax del 19 deseptiembre de 2017 fue de 57 gal. Es decir que el suelo en la zona cercana a CUexperimentóunasacudidadosvecesmayorqueen1985.

Figura 1 Localizaciones del sismo demagnitud 7.1 del 19 de septiembre de 2017(colorrojo)yalgunosotrosdelmismotipoenlaregión.

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Sin embargo, todos sabemos que gran parte de la Ciudad deMéxico está edificadasobre sedimentos blandos de los antiguos lagos que existieron en el valle. EstossedimentosprovocanunaenormeamplificacióndelasondassísmicasenlaCiudaddeMéxicoque,probablemente,sealamásgrandereportadaenelmundo.

Figura 2 Espesor de la cuenca sedimentaria donde se encuentra gran parte de laCiudad deMéxico. Nótese la localización del terremoto del 19 de septiembre en elcuadro de la parte superior izquierda. Los puntos azules indican los sitios de dosestaciones sísmicasque registraron los terremotosde1985y2017.La regiónentrelos contornos azul y rojo representa la zona de transición entre el suelo firme y elsueloblando.Paradarunaideatangible,laamplituddelasondassísmicasconperíodoscercanosde2 segundos en zonade lago (o zonablanda) (e.g. coloniasRoma,Condesa, Centro yDoctores) puede llegar a ser 50 veces mayor que en un sitio de suelo firme de laCiudad deMéxico. Sin embargo, como las ondas también se amplifican en el suelofirme de la periferia, con respecto a lugares lejanos de la Ciudad de México, laamplitudenzonadelagopuedeserde300a500vecesmayor.Enalgunossitiosdelazona del lago, las aceleraciones máximas del suelo producidas por el sismo demagnitud7.1fueronmenoresalasregistradasen1985.Porejemplo,enlaSecretaría

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de Comunicaciones y Transportes (SCT, Figura 2), que se encuentra en dicha zona,Amaxen1985fuede160gal,mientrasqueelpasado19deseptiembrefuede91gal.Enotrossitiosdelazonadelago,lasaceleracionesdelsueloduranteelsismorecientefueron, muy probablemente, mayores que la registradas en 1985. Se trata de unpatróndemovimientocomplejoymuyvariableenelespacio.

Figura 3 Localización de daños graves y colapsos durante el sismo del 19 deseptiembre de 2017 (puntos rojos). El mapa contiene de fondo la información delperiodo natural del suelo (degradado de colores), que es una característica quedetermina el potencial de amplificación del suelo blando de la ciudad. La zona entonosgrisesrepresentalosperiodosde0.5a1.0segundos,tambiénconocidacomolazonadetransición.(Fuente:ERNIngenierosConsultores,ERNTérate,“Notadeinterésalrespectodelsismodel19deseptiembrede2017”,publicadael23deseptiembrede2017.Un análisis detallado del movimiento del suelo producido por ambos sismos en laCiudaddeMéxico revela cosas interesantes.De lamismamaneraque sucedeconel

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sonidoemitidoporunacuerdadeguitarra,lossismosestánformadosporondascondiferentes períodos de oscilación. Los sismogramas registrados muestran que laamplituddelasondassísmicasconperíodosdeoscilaciónmenoresa2segundosfuemuchomásgrandeen2017queen1985(enpromediounas5veces),grossomodo,entoda la ciudad. Sorprendentemente, sucede lo contrario para ondas con períodosmayores de 2 segundos, cuya amplitud fuemuchomayor en 1985 (hasta 10 vecesmayor). Como veremos abajo, esto tiene fuertes implicaciones en el tipo de dañosobservadosduranteambosterremotos.Enresumen,losmovimientosdelsuelodebidosalsismodemagnitud7.1fueronmuyviolentos y, de cierto modo, comparables a los de 1985 a pesar de haber sidoprovocadosporunaruptura(fallageológica)muchomáspequeñaque,sinembargo,ocurriómuchomáscercadelaCiudad.Ylosedificios,¿quésintieron?Para los edificios, la situación no es tan sencilla. La aceleración máxima del suelo(Amax)noesnecesariamenteloqueponeenriesgosuestabilidad.Porelcontrario,alserestructurasdedimensiones(alturas)diferentes,suvulnerabilidadesmuyvariada.Ondas con mayor período de oscilación amenazan estructuras más altas.Contrariamente, ondas con períodos más cortos, amenazan estructuras más bajas.Para identificar qué estructuras pudieron verse afectadaspor el sismode2017, losingenierosysismólogoscalculanloquellamanlas"aceleracionesespectrales"apartirdelossismogramasregistrados.Dichosvaloresnosdanunaideadelasaceleracionesque pudieron experimentar, en sus azoteas, edificios con diferentes alturas. LasaceleracionesespectralesenCU(suelofirme)indicanque,losedificiosde1a12pisoscercanosalaestaciónsísmicaexperimentaronunaaceleraciónpromediode119gal,que es aproximadamente 2 vecesmayor que la observada en 1985 (Figura 4a). Encontraste,lasestimacionesenSCT(sueloblando)muestranqueedificiospequeñosdeeste tipo, cercanos a la estación, experimentaron una aceleración promedio de 188gal,muysimilaresalasde1985(Figura4b).Por otro lado, edificios más altos, de entre 12 y 20 pisos, experimentaron unaaceleraciónpromedioenCUde60gal,quees30%menoralade1985,quefuede85gal (Figura 4a). La diferencia más clara entre los dos terremotos ocurrió en sueloblandoparaedificiosconmásde15pisos.LaFigura4bmuestraclaramentecómo,en1985,losedificiosdeestetipocercanosaSCTexperimentaronaceleracionesde1.5a4.9 veces más grandes que las observadas el 19 de septiembre de 2017. En 1985,algunasdeestasgrandesestructurasexperimentaronaceleracionesdehasta760gal.Comoreferencia,laaceleracióndelagravedadterrestre(i.e.ladeuncuerpoencaídalibre)esde981gal.Como veremos a continuación, la estación SCT no se encuentra en la zona con losmayoresdaños,queseencuentramásaloeste(hacia lascoloniasRomayCondesa),principalmenteenlazonadetransicióndelacuencasedimentaria.UnanálisissimilaraldelaFigura4apartirderegistrosendichascoloniaspermitiráestimarquétiposde

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edificiosfueronlosmásamenazados.Enesazona,esperamosaceleracionesmayoresquelasdeSCTparaedificiosde4a10pisos.

Figura 4 Aceleraciones experimentadas en las azoteas de edificios con diferentesalturasenlossitiosCU(a,suelofirme)ySCT(b,sueloblando)(verFigura2)paralossismos del 19 de septiembre de 1985 (rojo) y 2017 (azul). 1 gal = 1 cm/s2. Lasaceleraciones reportadas corresponden al promedio geométrico de ambascomponenteshorizontalesdelmovimiento.

LosingenierosysismólogosdelaUNAM,graciasamúltiplesinvestigacionesbasadasenmilesderegistrossísmicosenlaCiudaddeMéxicoyeldesarrollodeherramientassofisticadashanpodidocartografiar,entodalamanchaurbana,valoresdeaceleraciónexperimentados el pasado 19 de septiembre para diferentes tipos de estructuras.DichasherramientasfuerondesarrolladasenelInstitutodeIngenieríadelaUNAMyoperanautomáticamenteentiemporeal.Conellas,segeneranmapasdeintensidadentoda la ciudad pocos minutos después del sismo, mismos que son útiles paraidentificar, rápidamente, las zonas potencialmente dañas. La Figura 5 ilustraclaramenteestoparael sismodel19deseptiembrede2017.Ahí sepuedeapreciarqueexisteunaclaracorrelaciónentrelosdañosocurridos(i.e.losedificioscolapsadoso fuertementedañados)y las zonasdondeseprodujeron lasmayoresaceleraciones

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espectrales. Consistentemente con lo explicado en el párrafo anterior, el sismo demagnitud7.1dañó,ensumayorparte,estructurasrelativamentepequeñas,deentre4y 7 pisos, a lo largo de una franja con orientación norte-sur dentro de la zona detransición (entre las zonas de suelo firme y blando) al poniente de la zona de lago(Figuras3y4).Encontraste, lasestructurasdañadasen1985fueronensumayoríamásgrandes,conalturasdeentre7y14pisos.

Figura 5 Mapa de aceleraciones espectrales para periodos de 1 segundo,correspondientesalarespuestadeestructurasde7a10pisos.Lostriángulosnegrosmuestranlaslocalizacionesdelosedificioscolapsadosofuertementedañados.

¿Porquélosdañosseconcentraronenciertaszonasdelaciudad?LaviolenciadelmovimientodelsueloenlaCiudaddeMéxicodependeprincipalmentedeltipodesuelodondenosencontremos.Comoyasedijo,granpartedelaciudadestáasentadaensueloblando,sobresedimentoslacustres(contornorojoendeFigura1).LaFigura5muestralaaceleraciónestimadaenlasazoteasdeedificiosde7a10pisos(i.e.conperíodosderesonanciacercanosa1segundo)provocadaporelsismodel19de septiembre de 2017. Cabe precisar que este mapa fue generado en forma

gal(cm/s2)

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automática,casientiemporeal,porelInstitutodeIngenieríadelaUNAM,porloquese hizo público unosminutos después del sismo. Como ya se dijo, existe una claracorrelaciónentre la franja rojademáximaaceleraciónalponientede la cuencay lalocalización de los edificios colapsados o fuertemente dañados. También essorprendentelacorrelaciónquehayentrelosvaloresgrandesdeaceleración(franjaroja)ylageometría(espesor)delossedimentoslacustres(Figuras2y3).Lamayoríade los daños se encuentran al oeste de la cuenca sedimentaria, sobre la zona detransición y parte del suelo blando, muy cerca de su límite poniente. Ahí, lossedimentos tienen un espesor de 10 a 30 m. La interacción y amplificación de lasondassísmicasconestaregióndelacuencasedimentariaprovocaronlosdaños.Además de la amplificación de las ondas, la duración del movimiento del suelo estambiénmuchomayordentrodelossedimentosblandos.Estudiosrecientesmuestranque lasduracionesmásgrandesesperadasparaperíodosdeoscilaciónmenoresa2segundoscoincidenconlazonademayordestrucciónparaelsismodemagnitud7.1del 19 de septiembre de 2017. Por ejemplo, la duración de la fase intensa delmovimientoenCUfuede36segundos,mientrasqueenSCT,fuede1minuto.Porestarazón,tantolaviolenciadelassacudidascomosuduraciónenlazonadetransiciónydelagosonlascausantesdeladestrucción.¿Losdañossedebieronadeficienciasenelreglamentodeconstrucción?Notenemoshastaelmomentoindiciosdequelasfuerzasdediseño(i.e. loscriteriosderesistenciaestructural)actualmentevigentesenelreglamentodeconstruccióndela Ciudad de México se hayan excedido durante el sismo del 19 de septiembre de2017. Por lo tanto, los edificios construidos en los últimos años no deberían habersufrido daños. Sin embargo, en el caso de estructuras comunes, el Reglamento deConstruccionesde la ciudadnoexigeque las edificaciones antiguas sean reforzadaspararesistirlasfuerzasespecificadasenlasnormasemitidasdespuésdesufechadeconstrucción.Esposible,entonces,queenelcasodeedificacionesantiguassísehayanexcedidolasfuerzasdediseñoconlasquefueronproyectadas.Independientementedeloanterior,sesabequeexisteungraveproblemaporfaltadecumplimientodelasnormasespecificadasenelreglamentovigentedeconstrucción,documentadoenproyectosdeinvestigaciónrealizadosenlaUNAM.Enconsecuencia,losdañosobservadosseexplicanmejorconlafaltadeobservanciadelasnormas,másqueporposiblesdeficienciasenelReglamentodeConstrucciónactual.¿EsperamosunsismodemayorintensidadenlaCiudaddeMéxico?Es muy probable. Bajo las costas del estado de Guerrero, por ejemplo, existe unabrechasísmica(i.e.segmentodondenohaocurridounterremotosignificativoenmásde60 años)de250kmde longitud endóndepodría ocurrir un sismodemagnitudsuperiora8.Estesegmentoseencuentraaunos300kmde laCiudaddeMéxico.Esdecir, aproximadamente150kmmás cercaque la zonaepicentraldel terremotode1985. Estimaciones hechas por sismólogos de la UNAM sugieren que, si este sismo

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ocurriera en un futuro, las aceleraciones del suelo blando en la Ciudad de Méxicopodríanser,bajociertascondiciones,mayoresquelasdelsismorecientedemagnitud7.1,yde2a3vecesmayoresquelasde1985enparticularparaedificiosdemásde10pisos.Laduracióndelmovimientodelsueloseríamayorque lasexperimentadasen2017(alrededorde3minutosensufaseintensa).Notapreparadapor:Dr.VíctorManuelCruzAtienzaDepartamentodeSismologíaInstitutodeGeofísica,UNAMDr.ShriKrishnaSinghSismólogoyProfesorEméritoInstitutodeGeofísica,UNAMDr.MarioOrdazSchroederCoordinacióndeIngenieríaSismológicaInstitutodeIngeniería,UNAMLa información utilizada para elaborar esta nota resulta del esfuerzo de muchosinvestigadoresytécnicosacadémicosdelosinstitutosdeGeofísicaeIngenieríadelaUNAM.