Los seísmos como liberación de energía
Un terremoto, seísmo o movimiento sísmico se puede definir como la liberación repentina de energía acumulada a partir de la rotura y desplazamiento de materiales o masas de rocas, y la consecuente transmisión de esta energía liberada hasta la superficie donde se producen efectos físicos sobre el suelo, principalmente vibraciones y, por tanto, sobre las estructuras implantadas en este suelo.
La génesis de seísmos se basa en la elasticidad de los materiales que componen la corteza terrestre. Esta elasticidad permite que se deformen a partir de las fuerzas aplicadas y que posteriormente vuelvan a su forma original una vez liberada la energía o las fuerzas a las que están sometidos los materiales. En aquellos casos en que la fuerza o energía aplicada se incrementa hasta valores superiores a un límite característico de los materiales se produce su ruptura con la consecuencia de la liberación repentina de la energía acumulada por las tensiones aplicadas.
El hipocentro de los seísmos (punto donde se origina del seísmo) se sitúa habitualmente a una profundidad entre 15 y 50 km, pero también se producen a mayor profundidad o en superficie. Por el contrario, el punto donde afloran los efectos en superficie se conoce como epicentro.
Edificio destruído por el seísmo de Chile en 2010.
La tectónica de placas
Los seísmos son causados mayoritariamente por el desplazamiento constante de las placas tectónicas de la corteza terrestre y la liberación repentina de las tensiones (energía) que generan estos movimientos, denominadas fuerzas tectónicas, y por la superación del límite de elasticidad de los materiales y, por tanto, por su rotura. También se pueden producir por la actividad volcánica, por el colapso de extensas galerías (son seísmos de menor magnitud) en menor grado o bien se pueden provocar artificialmente con explosiones de gran potencia.
La Tierra está formada por capas interiores, de las cuales la más superficial es la corteza terrestre, que a la vez forma parte de la litosfera. Ésta incluye no sólo la corteza terrestre sino también parte del manto (hasta profundidades entre los 70 y 150 km). El manto tiene una zona no incluida en la litosfera, denominada astenosfera, que se adentra unos 600 o 700 km más y es en esta zona dónde se producen los movimientos y deformaciones que afectan a la corteza terrestre.
La teoría de la tectónica de placas supone que la litosfera está constituida por una serie de placas en movimiento relativo generado por el manto que no está en estado sólido. Los límites de las placas son zonas muy activas donde se producen seísmos, volcanes, plegamientos, etc. En cambio, en el interior de las placas se da una mayor estabilidad.
Por lo tanto, en la corteza terrestre las grandes masas de rocas están sometidas a enormes fuerzas que acumulan grandes tensiones en las masas rocosas. Cuando las fuerzas exceden el límite de ruptura, las rocas se rompen a lo largo de una fractura nueva o de una ya existente que se denomina falla y se libera la enorme energía elástica acumulada produciendo así el seísmo. Los efectos de estas tensiones son principalmente efectos de rotura y de deformación de las rocas (visible sobre la corteza en algunos casos) y ondas sísmicas que producen las características vibraciones del suelo. Las roturas se extienden hacia el exterior a través del plano de la falla desde el hipocentro y afloran a la superficie por el epicentro.
Placas tectónicas
Fenómenos sísmicos
Los seísmos liberan energía, generando así un conjunto de fenómenos que pueden producir daño:
1. Ondas sísmicas
Durante los seísmos se produce la rotura de las masas rocosas y el deslizamiento entre masas siguiendo el plan de la falla, que ocasiona fenómenos de fricción y calentamiento, pero el aspecto más característico y que produce los daños más importantes que se dan en los grandes seísmos son las ondas sísmicas. Las ondas sísmicas no son más que energía producida en el terremoto que ocasiona una "deformación" y viaja a través de un medio elástico (el medio elástico son las rocas). Las ondas sísmicas producidas en el foco se propagan a través de la masa de la Tierra y llegan a la superficie a través del epicentro y son registradas por los sismógrafos.
Existen varios tipos de ondas sísmicas:
a) Ondas internas o que se desplazan por las rocas internas. Hay dos tipos:
- Primarias (P): son resultado de la dilatación - contracción del terreno y, por tanto, se propagan produciendo cambios de volumen en el medio tanto sólido como líquido.
- Secundarias (S): son producto de esfuerzo cortante, es decir, el movimiento de las "partículas" es perpendicular a la dirección de desplazamiento de la onda. No producen cambios de volumen en el medio y se propagan exclusivamente en sólidos ya una velocidad menor que las P.
b) Ondas superficiales o que se desplazan por la superficie. Hay dos tipos:
- Las Rayleigh (LR).
- Las Love (LQ).
En general, su movimiento es más complejo que el de las P y S y viajan a una velocidad menor que las S.
Efectos de los diferentes tipos de ondas (P, S, LR i LQ) sobreel medio sobre el que se desplazan.
Un aspecto importante de las ondas para entender el daño que pueden causar en estructuras y edificios es su frecuencia y su amplitud. Las P y las S son de mayor frecuencia y producen una vibración especialmente en los edificios bajos. Las S, que llegan después de que las P, producen más daño debido al movimiento horizontal que imprimen (los edificios en general son pensados para aguantar esfuerzos verticales). Las LR y LQ tienen una menor frecuencia y afectan especialmente a los edificios altos, también hay que considerar que las frecuencias bajas sufren menos la atenuación y, por tanto, pueden afectar a más distancia. En cuanto a la amplitud, las S tienen una mayor amplitud que las P y las superficiales, mayor que las S.
En general, podemos decir que las que producen más daño son las S y las superficiales, pero hay que estudiar los factores concretos de cada terremoto porque se pueden dar circunstancias que pueden intensificar o disminuir la acción de las olas, por ejemplo, la resonancia natural de un suelo con las olas.
2. Rotura superficial del suelo
La zona de la falla es habitualmente estrecha y, por tanto, los desplazamientos y roturas del terreno tienen una afectación muy limitada, a pesar de las estructuras y edificios situados en esta zona resultan gravemente afectados por los desplazamientos horizontales o verticales de la superficie
3. Fallos del terreno
Hay que considerar los fenómenos de fallos del terreno asociados a los seísmos, ya que a veces pueden ocasionar tanta destrucción como los propios seísmos. Algunos de los más importantes son los siguientes:
- Deslizamientos: desplazamientos de masas rocosas o arenosas en superficie y especialmente en zonas inclinadas o inestables (poco asentadas).
- Grietas superficiales del terreno.
- Coladas de barro: masa de roca sedimentaria formada por elementos de grano muy pequeño (arcilla, marga) que al absorber importantes cantidades de agua adquiere bastante plasticidad para desplazarse en forma de río de barro.
- Licuefacción del suelo: pérdida de consistencia del suelo debido al "colapso" de sus partículas y de la liberación del agua de los poros microscópicos por las vibraciones del seísmo. El agua se sitúa en la parte más superficial y, por tanto, la superficie pierde consistencia.
4. Tsunamis
Son olas de grandes proporciones (hasta 30 metros) producidas por un seísmo y que pueden viajar miles de kilómetros desde el epicentro hasta las costas donde arrasan y generan gran destrucción. Cuando se produce un seísmo mar adentro en los océanos, la rotura del fondo marino y la liberación de energía y vibraciones provocan la formación de olas. Estas transportan gran cantidad de energía, proporcional a la que se libera en el seísmo, y cuando se aproximan a la costa disminuyen en velocidad y aumentan en altura para compensar la pérdida de energía cinética. El resultado es la formación de olas de gran altura en la línea de la costa que cuando impactan producen gran destrucción y mortalidad. Los tsunamis también se pueden producir en lagos y embalses.
Como ejemplo tenemos los producidos durante el movimiento sísmico de Lisboa de 1755 que causó más de 1.000 muertos en Cádiz; el de la costa de Alaska por terremoto de 1964 que produjo 81 muertos y, los más reciente, en las islas de Sumatra de Indonesia en el año 2004 con cifras de mortalidad en torno a 200.000 personas, y el de Japón de 2011 que con olas de 10m.
5. Otros fenómenos peligrosos asociados a los seísmos
También hay que considerar el efecto dominó que pueden producir sobre actividades e infraestructuras de riesgo (como embalses, centrales nucleares, gaseoductos, etc.) y que pueden representar un peligro serio por el efecto dominó, como los incendios durante los seísmos de San Francisco (1906) o el de Japón, que ha producido la emergencia nuclear en la central de Fukushima.