Suelo y pendientes influyen en cómo “tiembla” en el Valle de Aburrá

Según el Servicio Geológico Colombiano, el 83 % de los habitantes del país vive en zonas de amenaza sísmica alta e intermedia, como los municipios de Cali, Quibdó, Pereira, Manizales, Bucaramanga y Cúcuta. Por eso, y teniendo en cuenta la creciente urbanización, es importante investigar cómo se propagan las ondas en el suelo cuando ocurre un “temblor de tierra”, y con base en esto prevenir y mitigar riesgos.

“Se sabe que cada suelo responde de manera diferente a las ondas sísmicas adoptando frecuencias preferenciales, es decir que unos ‘vibran’ más ‘rápido’ y otros más ‘lento’ según factores como su rigidez, la pendiente, etc. Considerando esto analizamos por primera vez en el país cómo influyen estos factores en la dirección o polarización de las ondas sísmicas en cada lugar”, explica el profesor Gaspar Monsalve Mejía, adscrito a la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín.

El ingeniero civil David Leonardo Molina Salazar, egresado de la Universidad Francisco de Paula Santander, y magíster en Ingeniería - Geotecnia de la UNAL Sede Medellín, realizó el estudio en el Valle de Aburrá, una región que cuenta con la Red de Movimientos Fuertes del Área Metropolitana, además de registros desde 1996 y una topografía variada en altitud y composición del suelo. 

“Revisamos la información de los sensores, unos dispositivos electrónicos similares a una caja que captan permanentemente las vibraciones producidas por terremotos. Estos están distribuidos cerca al río, en las laderas y en las planicies”, agrega el profesor Monsalve, director de esta investigación.

El investigador Molina revisó manualmente 1.607 registros –hasta marzo de 2023– con una magnitud superior a 4,7 en la escala de Richter, distribuidos en 180 eventos sísmicos. “Partimos de esta magnitud porque es aquella con la que los acelerogramas (los gráficos que muestran el tiempo y la aceleración del suelo) arrojan un registro claro, en el que se aprecia el comportamiento de las ondas principales. Así, después de revisar obtuvimos 536 registros limpios para trabajar”, detalla.

El magíster hizo dos análisis: uno en el dominio del tiempo –o matriz de covarianza– y otro en el dominio de la frecuencia –o relación espectral rotada–. “Con los registros y una herramienta matemática diseñada para este estudio obtuvimos una ‘frecuencia fundamental’ y su ángulo de polarización para cada estación, valores que fueron muy similares a los encontrados en otros estudios, lo que nos dio vía libre porque indicaba que habíamos hecho bien las relaciones”, señala.

Con la matriz de covarianza se obtuvo un vector –que se puede imaginar como una flecha sobre un plano– relacionado con la dirección de la onda o polarización. Se analizaron tres momentos: antes de la llegada de la primera onda, entre la primera onda y la llegada de la segunda, y después de la segunda. Así se consiguió el valor de un ángulo para cada registro a lo largo del tiempo y mediante técnicas estadísticas para encontrar los valores más comunes (la moda), para luego correlacionarlos con variables como el epicentro, la rigidez del suelo y la pendiente.

El suelo vibra de manera diferente en cada zona del Valle de Aburrá 

El magíster encontró hallazgos sectorizados, es decir específicos para cada zona. Por ejemplo, en las estaciones ubicadas en formaciones rocosas, en el batolito antioqueño y el Stock de San Diego, que tienen pendientes leves –de 1,25° y 1,79°–, la rigidez del subsuelo parece que domina la respuesta sísmica, pues las polarizaciones siguen una dirección consistente, que no se ve influenciada por la pendiente. Es decir, en estos dos lugares influyen más las características de las rocas que la topografía.

Algo distinto ocurrió en la estación ubicada en la Dunita de Medellín, que tiene una pendiente pronunciada de 14,12°. Allí la polarización sísmica estuvo dominada por la dirección de las fuentes sísmicas, o sea de los epicentros. Sin embargo, se observó que algunas ondas intentaron alinearse con la dirección de máxima pendiente, lo que indica una interacción significativa entre topografía y polarización sísmica.

Aunque estos hallazgos reafirman la complejidad de los movimientos telúricos son solo un primer paso para comprender sus dinámicas y diseñar modelos predictivos para evitar riesgos. “Uno de los sectores que podría utilizar esta información es el constructor, pues actualmente las estructuras se diseñan esperando una energía en X y una en Y, pero sin tener claro en qué dirección vibraría más en caso de sismo. Saberlo permitiría añadir más refuerzos en los cuales se espera mayor energía”, complementa el profesor Monsalve.

Futuras investigaciones podrían analizar la influencia de otros factores como la humedad del suelo, los niveles de saturación, las fallas geológicas cercanas, si son suelos residuales, entre otros. “El abanico es amplio incluso a nivel de ubicación, porque los resultados que obtuvimos para el Valle de Aburrá pueden ser muy distintos en una zona como Bucaramanga o la costa. Lo positivo es que esta metodología es replicable, solo se necesita que exista una medición histórica y constante”, agregan los expertos. Todo esto sería fundamental incluso para los planes de ordenamiento territorial en cualquier lugar del país.