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Sismotectónica

¿Estamos preparados para construir obras de ingeniería en zonas sísmica ó trazos de fallas tectónicamente activas ?, una lección más, tras Terremoto de 7.2 ºRitcher en Haití

Algunos especialista opinan que No se puede lograr este objetivo, pero otros se muestran más optimistas y creen que esto será posible a corto plazo.

En muchos proyectos de ingeniería hay que considerar la acción sísmica que pueda afectar la estructura en el caso de un terremoto de magnitud significativa. En muchas áreas la actividad sísmica es muy baja, pero en otras puede ser alta, como en las zonas próximas al contacto de placas tectónicas (por ejemplo, la zona de subducción entre las Placas, Cocos y Caribe).

Por otro lado, además de la acción sísmica, hay que considerar también la posibilidad de que el emplazamiento esté afectado por fallas tectónicas activas que puedan reactivarse originando situaciones de inestabilidad en las obras civiles como en su cimentación.

Son pocos los casos conocidos de proyectos de ingeniería situados sobre fallas activas. Hay ejemplos de emplazamientos abandonados como consecuencia de haber considerado la posibilidad de que algunas de las fallas fuesen activa.

Un caso polémico de los años 80 fue el abandono del emplazamiento destinado a la construcción de la conocida Presa de Auburn en California (EE.UU.) por la sospecha de actividad de una falla que atravesaba sus cimientos.

Los estudios realizados dividieron la opinión de los expertos consultado, pero el Bureau of Reclamation tomó la decisión de abandonar el emplazamiento y los trabajos de construcción en ese lugar.

Más recientemente, en Taiwán, la presa de gravedad de Shigun sufrió un desplazamiento vertical de 7,7m en sus cimientos durante el terremoto del 21 de septiembre de 1,999, de magnitud 7,6, que ocasionó la rotura de la estructura.

En las obras de ingeniería de grandes dimensiones, sobre todo en zona sísmicamente activas, debe considerarse el fenómeno de la sismicidad inducida. Este tipo de sismicidad se debe a fenómenos de fracturación hidráulica a favor de fallas sometidas a elevadas presiones intersticiales.

Por ejemplo, en la mayor parte de presas importantes, los terremotos han ocurrido en el primer llenado del embalse, disminuyendo la intensidad y la frecuencia de los terremotos en el transcurso de la explotación, siendo recomendable proceder al llenado del embalse de forma escalonada y controlada.

Razón por la cual, a pesar que la construcción de obras de ingeniería solicita la aplicación de los métodos, técnicas y equipos sismorresistentes de última generación, sobre todo, en su diseño estructural, no es del todo suficiente.

Para esto se requieren entre otros elementos, el análisis de la sismicidad natural e inducida para zonas sísmicamente activas, cuando se trata de proyectos significativos. A demás de la aplicación de normativa sísmica y reglamento técnico acordes con la realidad de estudio. En estos reglamento se deberán considerar los terremotos de diseño para el cálculo dinámico de la estabilidad de la obra de ingeniería, lo cual se determinan a partir de los periodos de retornos u otros modelos numéricos comprobados en zonas altamente sísmicas.

Algunos especialista en la materia, nos invita a reflexionar sobre una formula posible, en el orden de construir mega herramientas de control hidráulico, en zonas de riesgo como surcos y causes a lo largo (paralelo) del rumbo del plano de falla. De acuedo con los expertos, en tal sentido, se debe tomar en consideración diversas variables que son clave para un buen desenvolvimiento de la mega herramienta (represa) al momento de producirse cualquier desplazamiento, lo cual forma parte de las condiciones de riesgo al construir en espacios afectados por sistemas de fallas, bien sea sobre zonas rellenadas, o zonas evidentemente observables en la superficie, estas son:

1. Tipo de falla (respecto al desplazamiento: dirección, tipo de movimiento, comportamiento de los labios).
2. Buzamiento, rumbo, salto.
3. Condiciones sedimentarias
4. Condiciones del terreno, geomorfología.
5. Topografía.
6. Condiciones hidráulicas, caudal, y potencial de la carga hidráulica.
7. Accesibilidad, potencial de maniobra.

Luego de haber hecho el estudio previo de estas variables y, tomando en consideración la disponibilidad de recursos económicos y herramientas propias para la construcción de la mega herramienta; construir la obra.

los especialistas,dicen que este ensayo especulativo, está dirigido específicamente a la construcción de una represa donde el rumbo de la pared de exclusas es perpendicular al plano de falla y perpendicular al cauce del elemento hidráulico (rio). Este proyecto no debe entenderse como exento de producción de riesgos de destrucción, sino como elemento de minimización de tal riesgo y como un esfuerzo de plantear una alternativa para medidas de precaución ante los eventos que pueden acaecer por motivo de movimientos de los bloque de fallas, reactivados por esfuerzos de presión o tensión, sufrida por la corteza involucrada.

-. Configuración:

La represa debe ser construida con dos elementos primordiales:

• Pared de exclusas, o represa en sí, constituida en forma estructura semiflexible o rígida, dependiendo de la magnitud y recursos hidráulicos, semiconcava, su fundación debe estar asentada a profundidad considerable en la estructura sedimentaria, que conforma el labio que sirve de base de la cuenca del recurso hidráulico, esta estructura; debe estar constituida por el lado que entra en contacto con el plano de falla de una configuración en forma de “T” que se extiende desde el tope hasta la base de la pared (estructura), la cual debe ser construida simultanea, o anterior a otra estructura por donde se desplazara en caso del movimiento de los bloques. Inclinada según el buzamiento de falla.

• Riel tipo “G” debe ser una estructura cuya construcción se realizara perpendicular y longitudinalmente al plano de falla, en forma de riel tipo g por donde deberá ir insertada la parte lateral de la pared de exclusas tipo “T” con una permeabilidad considerable y manejable, de forma que si se colocara cualquier elemento impermeabilizador, seria destruido por diferencia de densidad y efecto de fricción al momento de ocurrir los movimientos.

• Es menester considerar, la longitud del salto de falla, y las características de las rocas supra yacente a la falla, para hacer un estimado de movimiento y calculo de tiempo de las eventualidad posible, y pasada.

Este proyecto puede denominarse como, estructura corrediza tomando en cuenta y/o consideración, la posibilidad de movimiento “seguro” que le otorgaría el acoplamiento entre dos estructuras construidas sobre un terreno que tiende a movimientos masivos por efecto de la tectónica.

Por supuesto, ambas estructuras deben ser construidas en concreto armado preferiblemente.

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Sismotectónica

Características y Métodos de Análisis de las roturas superficiales del terreno por fallas tectónicas, un aporte para la mitigación del riesgo sísmico

Por:         Tupak Ernesto Obando Rivera, Ing. en Geología
               Doctorado, Master en Geología, y Gestión Ambiental

I. Introducción

Uno de los efectos de los terremotos es la rotura de la superficie del terreno por desplzamiento de fallas activas.
La dislocación que se produce a lo largo de de una falla como consecuencia de un terremoto puede manifestarse en superficie originando escarpe, agrietamientos, o deslizamientos con una zona de rotura a lo largo de la falla.
 

II. ¿Qué factores influyen para la efectiva rotura superficial del terreno al momento de sismos importantes?
Los movimientos en la superficie del terreno por fallas activas están asociados a terremotos importantes con magnitudes superiores o iguales a 6,0, y sus efectos dependen de múltiples factores, entre otros:

  La naturaleza del suelo y propiedades dinámicas del mismo
  Espesor de recubrimientos por encima del sustrato o nivel resistente
  Caracteristicas del terremoto, magnitud, profundidad, distancia al epicentro, etc.
  Tipo de falla, fallas asociadas.

 

 
III. ¿Qué rasgos superficiales se asocian a las  las fallas geológicas?
Algunos de los aspectos observados en relación al fallamiento superficial son los siguientes:
  Los movimientos de fallas pueden inducir roturas superficiales, con menor probabilidad si el espesor de recubrimiento por encima del sustrato es superior de 15 metros.

  La dislocación que se produce en una falla oculta (falla no visible al estar cubierta por sedimentos) puede producir fallamiento superficial en el terreno.

  Para terremoto de Magnitud M≥6  y de poca profundidad (10 a 30 km), es prácticamente segura la dislocación tectónica en superficie.

  A partir de 30 m de espesor de recubrimientos sobre el sustrato las posibilidades de que se den roturas en superficie son bajas, dada a su capacidad para absorber energía, y la deformación.

  El ancho de la zona de rotura superficial suele  ser del orden de varios metros o varias decenas de metros, es decir, constituye un estrecho corredor, aunque la longitud de fractura tectónica puede extenderse a cientos de metros.

IV. ¿Cuál es el aporte de las fallas a la rotura del terreno?

La energia liberada por una falla como ondas sísmicas representa únicamente un porcentaje bajo, alrededor del 1 a 10% de la energia implicada en la rotura, en la deformación del material de la falla y en la generación del desplazamiento durante el proceso de deslizamiento o salto.
En los mayores terremotos, de magnitudes de 6 a 8, el área de rotura puede alcanzar varios centenares de kilómetros de longitud y los saltos pueden ser de varios metros y ser visibles en superficie. En la profundidad la rotura pueden afectar a toda la corteza frágil.
Qué técnicas empleamos para estudiar la sismicidad asociada con  fallas tectónicas
A partir de los datos de observación registrados se ha elaborado un gran número de relaciones empíricas entre la magnitud de los terremotos y el tamaño de la rotura de plano de falla. Algunas de las relaciones más utilizadas son las siguientes:

Área de la ruptura – Magnitud

  M = log A + 4.15 (Wyss, 1979)
Donde M; es la magnitud, y A; el área de la Falla en km2

  Longitud de la falla – Magnitud
log L = 0,677ML  – 3,143
L en km; 5≤M≤8,0; hipocentro < 20km
(Según datos mundiales)

  Desplazamiento superficial – Magnitud
log D  = – 4,31 + 0.651MS   (Según datos mundiales)
D; en metros

Por último,uno de los aspectos que presta también  atención, es la magnitud y el periodo de recurrencia de terremotos grandes, los cuales  están relacionados con la velocidad media con la que se mueven las fallas. Las fallas que tienen una alta tasa de desplazamiento, por ejemplo del orden de 10mm por año, acumulan gran cantidad de energía en tiempos pequeños. Esto da lugar a terremotos de magnitudalta, de 6 o 7, con períodos de recurrencia relativamente cortos, del orden de 200 años.
Por el contrario, las fallas lentas, con velocidades de 0,1 a 0,01 mm por año, producen terremotos de las mismas magnitudes en períodos de tiempo mucho mayores, del orden de los 45,000 a 500,000 años. 

Referencias bibliográficas

  Gonzalez, V. L. et. al.,  (2,002). Ingenieria Geológica. Editorial PEARSON EDUCACIÓN. Madrid. 744pág.
 
  Datos aportados de trabajos realizados cortesía de T. Obando. 2,009.

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