Evaluación de las intensidades macrosísmicas en los estados de Nuevo León y Coahuila a partir de sismos recientes

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Juan Carlos Montalvo Arrieta*, Rocío Lizbeth Sosa Ramírez*

CIENCIA UANL / AÑO 20, No. 85 julio-septiembre 2017

El término intensidad puede definirse como una clasificación de la fuerza de la sacudida en un sitio en particular durante un terremoto, en función de sus efectos observados. Mientras que, el término macrosísmico se usa para denotar aquellos efectos de un sismo que pueden ser determinados sin el uso de instrumentos. El uso de las escalas de intensidades ha sido muy importante históricamente, ya que ha permitido evaluar los efectos de los sismos en regiones con nula o escasa instrumentación. Es por eso que hoy en día los estudios macrosísmicos de terremotos son vitales para (a) estudios de calibración de sismos históricos; (b) estudios de atenuación de áreas específicas, así como (c) investigaciones de vulnerabilidad, riesgo y peligro sísmico.

En México, la información de intensidades macrosísmicas ha estado relacionada principalmente en el estudio de sismos históricos, donde se han generado mapas de la distribución de isosistas (Natali y Sbar, 1982). De igual forma, se ha documentado información sobre parámetros de superficie de ruptura (Suter, 2015), así como mapas de intensidades macrosísmicas para sismos de magnitud considerable (UNAM-Seismology Group, 2013; Juárez-García et al., 2012).

Aún con toda esta información sobre intensidades en el país, no existe una sistematización de la evaluación de intensidades a través de alguna fuente oficial. Es por eso que surgió la necesidad de contar con un mecanismo que pueda conjuntar la información generada inmediatamente después de ocurrido el terremoto, la cual pueda ser actualizada y de acceso público. Por lo que se desarrolló la encuesta ¿Sintió un sismo?, para que las personas con acceso a Internet describan sus experiencias ante la sacudida de un terremoto. A partir de la generación de los mapas de intensidades se ha podido explorar el comportamiento de la atenuación sísmica en el noreste de México.

Metodología

Se implementó una encuesta (Montalvo-Arrieta, Sosa-Ramírez y Paz-Martínez, 2015) en línea disponible en http://eventos.uanl.mx/sismologia/ o http://fct.uanl. mx/sintio-un-sismo/ en colaboración con la Dirección General de Informática de la UANL, en la que las personas reportan sus experiencias y observaciones de cualquier terremoto que hayan sentido, a partir de responder un sencillo cuestionario de opción múltiple. Las preguntas están diseñadas para determinar el nivel de la escala de intensidades de Mercalli modificada (IMM). La escala de IMM mide la intensidad de la sacudida del suelo desde el punto de vista humano y de la respuesta estructural a través de una escala cualitativa que va de: I (no sentido) a X (muy dañino) o, algunas veces, a XII (destrucción total). Esto se determina a partir de las descripciones realizadas, por ejemplo: “sentido en interiores” (IMM = III), a una valoración como “sentido por todos, ventanas, platos y vasos rotos, empastes de yeso débil agrietado” (IMM = VI); a “algunas estructuras con colapso completo” (IMM = IX) (Atkinson y Wald, 2007).

En la figura 1 se muestra parte de la encuesta ¿Sintió un sismo? El formato de la encuesta está divido en cuatro partes: (a) información general, aquí el usuario indica su ubicación geográfica (estado, ciudad, código postal), así como fecha y hora del sismo; (b) su situación cuando ocurrió el terremoto, se pregunta sobre su situación personal y de otras personas a su alrededor; (c) su experiencia del terremoto, se desea conocer cuál fue su reacción durante y después del evento; (d) efectos del sismo, la información aquí vertida es sobre los efectos que tuvo la sacudida en los objetos; (e) daños, se seleccionan los daños ocasionados en las construcciones; (f) comentarios adicionales, espacio abierto para cualquier comentario. Como se indicó, se desea una rápida evaluación de los efectos del sismo. Debido a esto, para las preguntas de los apartados (b), (c), (d) y (e) se asignan valores numéricos a fin de que el procesado de la información sea más rápido. Todas las encuestas recibidas con el mismo código postal son promediadas para determinar un valor de intensidad (Wald et al., 1999), el cual se conoce como la intensidad de la comunidad de Internet (ICI). Cada ICI refleja la descripción promedio de la sacudida del terreno experimentada por el público en general y este valor deriva en una evaluación del nivel de daño dentro de una zona postal.

Resultados

Sismo del 2 de Marzo de 2014

El 2 de marzo de 2014 a las 11:30 hora local (hl) un sismo de M 4.3 fue sentido en la porción central del estado de Nuevo León. Este terremoto forma parte de una secuencia sísmica de más de 120 eventos (1.9 ≤ M ≤ 4.5) generada de octubre de 2013 a marzo 2014. El área epicentral está localizada aproximadamente a 90 km del AMM, cerca de la presa El Cuchillo-Solidaridad y los municipios de Cadereyta, China, General Terán y Montemorelos (figura 2). Algunos de estos eventos son considerados como los primeros reportes en tiempo real para sismos en el noreste de México a través de las redes sociales. Cerca del área epicentral fueron reportados daños ligeros a casas, y en el AMM se documentó como una fuerte sacudida del terreno por la población (Montalvo-Arrieta, Sosa-Ramírez y Paz-Martínez, 2015).

Figura 1. Encuesta ¿Sintió un sismo? disponible en http://eventos.uanl.mx/sismologia/ o http://fct.uanl.mx/sintio-un-sismo/

En el área epicentral (≤30 km de distancia) se presentaron los siguientes daños: caída de recubrimientos en paredes, dislocamiento de esquinas, grietas horizontales y verticales en paredes. Algunos de los residentes describieron la sacudida como de moderada a fuerte, y en algunos casos pudieron identificar la dirección de propagación de la trayectoria de la onda sísmica, como una dirección de Este a Oeste. Los valores intensidades (ICI) obtenidos a partir de las encuestas fueron de V-VI y corresponden a los valores más altos para este sismo. Mientras que en el AMM este sismo se documentó como de leve a fuerte por parte de la población (figura 3).

Figura 2. Distribución de la sismicidad para el periodo octubre de 2013 a marzo de 2014 (círculos en color verde). Los asteriscos representan sismos históricos y el epicentro del terremoto del 2 de marzo de 2014 M 4.3 corresponde a la estrella de color rojo. Los números representan ciudades: 1 Cadereyta; 2 Los Ramones, 3 China; 4 Montemorelos;
5 General Terán; 6 Linares. Tomado de Montalvo-Arrieta
et al. (2015).

El efecto de atenuación sísmica es un proceso muy bien documentado, por lo que es de esperarse que la energía sísmica se atenué con la distancia, esto significa que los valores de ICI a distancias >90 km sean bajos, por ejemplo, en el AMM. Sin embargo, los valores de ICI calculados en el área metropolitana a partir de 137 encuestas recibidas muestran una gran variabilidad en los valores de intensidad de II-V (figura 4), que de acuerdo con la escala de intensidades se relacionan con una sacudida leve (II) a moderada (V). Los valores bajos reportados (II-III) fueron descritos por los usuarios como una vibración ligera o percepción de mareo o nausea, en algunos casos fue sentido en la parte superior de los edificios como una ligera oscilación. Los valores de intensidad IV fueron relacionados con la vibración de ventanas y puertas. La mayor parte de los encuestados compararon la vibración como de una máquina pesada o el vuelo bajo de un helicóptero. Los valores mayores de V en el AMM fueron equivalentes a una sacudida moderada, todas las personas en los interiores sintieron el movimiento sísmico y reconocieron desplazamientos ligeros de muebles. La figura 3 muestra los histogramas de algunas de las preguntas que fueron contestadas por los usuarios.

Figura 3. Histogramas de algunas de las preguntas contestadas por los usuarios de Internet para el sismo del 2 de marzo de 2014 M 4.3.

Cómo se mencionó anteriormente, los valores de intensidad han permitido evaluar también la atenuación sísmica. Debido a que grandes a moderados terremotos son raros en el noreste de México y su distribución escasa, se tiene una breve historia de registro instrumental. Como consecuencia, es difícil describir la naturaleza de los movimientos fuertes o de la sacudida en la región. Como resultado de un gran esfuerzo por documentar datos de intensidades en diversas regiones (históricas y recientes), algunos autores (Atkinson y Wald, 2007; Atkinson, Worden y Wald, 2014; Bakun, Johnston y Hopper, 2003) han desarrollado ecuaciones del movimiento del terreno que predicen la intensidad y los daños como función de la magnitud y la distancia.

Es conocido que la atenuación al oeste del Cinturón Cordillerano en los EE.UU. (conocida como modelo California = CA) es más alta que al este de las Montañas Rocallosas (Gupta y Nuttli, 1976) región conocida como CEUS (centro y este de los EE.UU., por sus siglas en inglés). Para determinar la dependencia de IMM con respecto a la magnitud y la distancia en las áreas de California y CEUS, se propusieron ecuaciones de predicción para cada una de estas regiones (Wald et al., 1999). Por su ubicación geográfica, tanto el epicentro del terremoto del 2 de marzo de 2014 como los valores de ICI recibidos ubican a este sector del estado de Nuevo León como comparable con CEUS. De acuerdo con esta descripción, la porción este de la Sierra Madre Oriental, donde se ubica el estado de Nuevo León, representa al límite sur de CEUS (Kanter, 1994).

Figura 4. (a) Mapa de intensidades de la comunidad de Internet (ICI) del terremoto del 2 de marzo de 2014. La estrella roja representa al epicentro. Los círculos en colores son los valores de intensidad. (b) Relación de intensidad versus distancia epicentral de los valores de ICI. Las curvas representan los modelos de atenuación propuestos por Atkinson y Wald (2007). (c) Residuales calculados entre los valores de ICI y los modelos de atenuación para California (Ca) y centro y este de los EE.UU. (CEUS) propuestos por Atkinson y Wald (2007).

Los valores de atenuación de intensidad sísmica reportados para este sismo tienen un comportamiento similar a CEUS que es considerado como la región estable de los EE.UU. En la figura 4b se comparan los valores de ICI con los modelos propuestos para Ca y CEUS. Se observa, además, que los valores del sismo del 2 de marzo de 2014 se ajustan mejor al modelo CEUS. Asimismo, se calcularon los residuales para ambas curvas de la diferencia entre los valores observados de ICI con los predichos, esto se muestra en la figura 4c. Los valores de ICI del terremoto de marzo de 2014 se ajustan mejor con la curva de CEUS para todo los rangos de distancia desde la fuente. Esto sugiere que la curva de atenuación de intensidad sísmica obtenida para el sismo del 2 de marzo de 2014 en el estado de Nuevo León tiene un comportamiento similar con CEUS.

Sismo del 31 de mayo de 2015

Con base en la información del SSN, el 31 de mayo de 2015, a las 23:34:17 hl, ocurrió un sismo con M 4.0. Su hipocentro se ubicó en 25.25° de latitud Norte y 101.15 de longitud Oeste, quedando aproximadamente a 26 km al suroeste de la ciudad de Saltillo, Coahuila, con una profundidad de 20 km. Este sismo fue sentido en las ciudades de Saltillo y Ramos Arizpe, Coahuila. Por la hora de ocurrencia muchas personas lo percibieron y fue divulgado ampliamente a través de las redes sociales.

Discusión

Basados en la información obtenida por el cuestionario ubicado en la dirección http://eventos.uanl.mx/sismologia/ o http://fct.uanl.mx/sintio-un-sismo/ se ha documentado la distribución de intensidades sísmicas para los terremotos del 2 de marzo de 2014 (M 4.3) y 31 de mayo de 2015 (M 4.0). Estos dos mapas representan los primeros reportes de intensidades sísmicas para el noreste de México.

Para el terremoto del 2 de marzo de 2014 se documentaron valores de ICI en el rango de II-VI. En el área epicentral se documentaron daños a casas habitación, así como una fuerte sacudida del terreno. En el AMM los valores de intensidades variaron de II-V.

La relación de la atenuación sísmica con la distancia obtenida para el sismo de 2 de marzo de 2014 en el estado de Nuevo León se correlaciona con el modelo de CEUS.

El terremoto del 31 de mayo de 2015 generó intensidades sísmicas en el rango de II-V en la ciudad de Saltillo, Coahuila.

Figura 5. Mapa de intensidades sísmicas generado a partir de las encuestas recibidas por la comunidad de internet para el sismo de M 4.0 ocurrido el 31 de mayo de 2015.

Conclusión

El uso de Internet como un medio para la compilación de datos ha demostrado ser una muy buena herramienta. La implementación de la encuesta ¿Sintió un sismo? ha sido muy útil para la evaluación de la respuesta de sitio y para evaluar la atenuación de la intensidad sísmica en regiones con escasa o nula cobertura de instrumentación sísmica.

La generación de mapas de intensidades permitirá identificar áreas con potencial de daño y contribuirá en el desarrollo de programas de reducción del riesgo, donde se tomen en cuenta estimaciones de los niveles esperados de la sacudida del terreno y su efecto de acuerdo con la distribución de población e infraestructura. Asimismo, los datos generados de las encuestas serán útiles para una rápida evaluación posterior al terremoto. Este trabajo representa uno de los primeros pasos hacia un programa de reducción del riesgo en esta región.

Recomendaciones

Con un incremento en la base de datos de los valores de ICI se podrán construir modelos de la atenuación del movimiento del terreno con la distancia y mapas de riesgo, de igual forma se conocerá más de la respuesta sísmica de sitio en los centros urbanos del noreste de México.

La encuesta ¿Sintió un sismo? se ha comenzado a utilizar con éxito en diversos estados de la república mexicana. Y representa una alternativa para evaluar los efectos de los terremotos en regiones donde no se tenga una cobertura instrumental adecuada.

Agradecimientos

Los autores agradecen el apoyo de Prodep. R.L. Sosa Ramírez agradecen al Conacyt por sus becas de maestría.

*Universidad Autónoma de Nuevo León

Contacto: jmontalvoa87@gmail.com

 

Referencias

Atkinson, G., y Wald, D. (2007). “Did you feel it?” Intensity data: A surprisingly good measure of earthquake ground motion, Seismological Research Letters, 78, 362-368.

Atkinson, G.M., Worden, C. B., y Wald, D.J. (2014). Intensity prediction equation for North America, Bull. Seismol. Soc. Am. 104, 3084-3093.

Bakun, W., Johnston, C., y Hopper, M. (2003). Estimating locations and magnitudes of earthquakes in eastern North America from modified Mercalli intensities, Bull. Seismol. Soc. Am. 93, 190-202.

Gupta, I.N., y Nuttli, O.W. (1976). Spatial attenuation of intensities for central U.S. earthquakes, Bull. Seismol. Soc. Am. 66, 743-751.

Juárez-García H., et al. (2012). Learning from earthquakes: The March 20, 2012, Ometepec, Mexico earthquake. EERI Special Earthquake Report.

Kanter, L.R. (1994). Tectonic interpretation of stable continental crust, in The Earthquakes of Stable Continental Regions: Assessment of Large Earthquake Potential, J. F. Schneider (Editor), Chapter 2, EPRI Rpt. TR-102261, Electric Power Research Institute, Palo Alto, California, 2.1-2.98.

Montalvo-Arrieta, J.C., Sosa-Ramírez, R.L. y Paz-Martínez, E.G. (2015). Relationship between MMI data and ground shaking in the state of Nuevo León, northeastern Mexico. Seismological Research Letters, 86, 1489- 1495. doi:10.1785/0220140206.

Natali S.G., y Sbar M.L. (1982). Seismicity in the epicentral region of the 1887 northeastern Sonora earthquake, Mexico. Bulletin of the Seismological Society of America, 72, 181-196.

Suter, M. (2015). The A.D. 1567 Mw 7.2 Ameca, Jalisco, Earthquake (Western Trans-Mexican Volcanic Belt): Surface Rupture Parameters, Seismogeological Effects, and Macroseismic Intensities from Historical Sources. Bulletin of the Seismological Society of America, 105, 646-656.

Universidad Nacional Autónoma de México Seismology Group. (2013). OmetepecPinotepa Nacional, Mexico Earthquake of 20 March 2012 (Mw7.5): A preliminary report. Geofísica Internacional, 52, 173-196.

Wald, D., et al. (1999). Utilization of the Internet for rapid community intensity maps. Seismological Research Letters 70, 680-697.