VI. SISMICIDAD Y RIESGO SÍSMICO
VARIAS NACIONES se encuentran dispuestas a gastar fuertes sumas en mantener redes sísmicas extensas, densas y complejas para poder observar, localizar, caracterizar y dar informes sobre la mayor cantidad posible de sismos. ¿Por qué? Una muy buena razón es que conocer la sismicidad (i. e., la ocurrencia y distribución de los sismos) permite, además de estudiar los procesos tectónicos, evaluar probabilidades para la ocurrencia de sismos. En este aspecto de la sismología, la correcta aplicación de técnicas estadísticas sirve, no sólo para determinar modelos apropiados a los datos, que permitan el cálculo de probabilidades, sino además para evaluar la aplicabilidad de los modelos empleados y la confiabilidad de las probabilidades calculadas y de los mismos datos.
Una recopilación de datos acerca de los sismos que incluya tiempo y fecha de ocurrencia, localización (epi o hipocentro, región donde ocurrió), tamaño (magnitudes y/o intensidades), descripción más o menos somera de los daños causados, tiempos de arribo a las estaciones observadas, y algunos otros datos pertinentes, es llamada catálogo. Actualmente casi todos los observatorios o redes sismológicas publican catálogos; y existen también catálogos, algunos muy antiguos, que contienen datos (recopilados a veces a partir de otros catálogos) de regiones determinadas. Como la sismología es una ciencia relativamente nueva, la mayor parte de los catálogos, llamados instrumentales porque están basados principalmente en observaciones de sismógrafos, no se remontan más que a algunas decenas de años. Sin embargo, existen catálogos descriptivos muy antiguos; en China se tiene una historia sísmica que comienza en el siglo XII a.C. (1), y algunos catálogos japoneses se remontan hasta el año 599 de nuestra era (2).
Un problema grave de los catálogos antiguos consiste en que es necesario corregirlos, debido a varios factores: población de la época, exageraciones, errores de transcripción (rara vez se encuentra la versión original), pérdida de partes, cambios en las regiones muestreadas, etc. (1). Sin embargo, la aplicación de técnicas estadísticas muy refinadas permite aprovechar gran parte de la información antigua (3).
En México tenemos muy pocos datos acerca de los sismos que ocurrieron antes de 1910, cuando se fundó el Servicio Sismológico Nacional. Relaciones en documentos antiguos y en las Crónicas de Indias permiten conocer algunos datos de sismos que se remontan hasta el siglo XV, y hay datos y boletines sísmicos editados por los operadores de la red de telégrafos a finales del siglo pasado (4). Posiblemente estudios antropológicos y arqueológicos, así como paleogeológicos, permitan extender al pasado un poco más los catálogos.
El afán de tener catálogos lo más extensos posible va más allá de la mera curiosidad
científica; los grandes terremotos (
),
que son los que encierran más interés, tienen tiempos de recurrencia del orden
de varias décadas: 27 a 117 años en el caso de sismos 
en las márgenes de subducción del Pacífico (5), y de 33 ± 8 años, para los 
en
la trinchera mesoamericana (6), de manera que es imposible determinar si existen
periodicidades en su ocurrencia y cuáles son sus variaciones si no podemos estudiar
varios ciclos completos.
VI. 1.1 Estadística global. Los primeros estudios estadísticos de sismicidad fueron hechos por Gutenberg y Richter en 1954 (7). Ambos estudiaron los datos disponibles de todas las regiones de la Tierra y encontraron que el número N de sismos mayores de una magnitud M, que ocurren en un tiempo determinado, es función de la magnitud:
donde a es una constante que depende del tiempo de muestreo y b tiene valores característicos para distintas regiones de la Tierra. Esta fórmula, conocida como "Relación de Gutenberg-Richter" o "Relación G-R", nos dice que, si en un tiempo determinado ocurren, digamos, 10 000 sismos de magnitud 3, en el mismo tiempo ocurrirán 900 de magnitud 4 y 81 de magnitud 5, de manera que la razón del número de sismos de cualquier magnitud, entre el de la magnitud inmediata, siempre será constante.
Si hacemos una gráfica del logaritmo del número de sismos contra la magnitud,
la relación de Gutenberg y Richter es una recta como la que se muestra en la
figura 42. Sin embargo, vemos en ella que los puntos que representan las observaciones
no se ajustan a ésta en el caso de magnitudes muy pequeñas o muy grandes. Este
fenómeno puede deberse, al menos parcialmente, a fallas en el muestreo: los
sismos muy pequeños no se alcanzan a registrar en un número suficiente de estaciones,
y por lo tanto no son localizados ni reportados; mientras que los sismos muy
grandes ocurren tan raramente, que los tiempos de muestreo no son significativos,
y si se hubiera muestreado un tiempo mucho más largo, los datos referidos a
las grandes magnitudes sí se ajustarían a la recta. Aparentemente la explicación
acerca de los sismos pequeños es correcta; pero parece que, además del efecto
de tiempos de muestreo cortos, y corrigiendo el posible efecto de saturación
de las magnitudes, existe un tope superior para el tamaño de los sismos, debido
a la cantidad de esfuerzo que puede soportar el material terrestre y a las dimensiones
propias de los continentes (8).
Figura 42. Número acumulativo de sismos para toda la región del Pacífico. La línea recta representa la relación G-R.
Otras características importantes, de tipo estadístico, de la sismicidad global son las siguientes: la probabilidad de ocurrencia de un sismo de una magnitud dada es constante en el tiempo, es decir, no depende de que acaben de producirse grandes sismos, o de que haga mucho que no ocurran; los intervalos pequeños entre los sismos son más probables que los largos; la probabilidad de que se den en forma simultánea es muy pequeña. La distribución estadística (esto es, el porcentaje de veces que ocurre cada uno de los posibles resultados de un proceso, cuando se ha observado un número muy grande de realizaciones del mismo) que corresponde a estas características se llama distribución de Poisson (9).
VI.1.2 Estadísticas regional y local. Sin embargo, sabemos que la probabilidad de ocurrencia de un sismo no es igual en todas las regiones de la Tierra; existen zonas donde ocurren muchísimos sismos y otras asísmicas. La probabilidad de ocurrencia de un sismo en México es mayor que la de uno en Australia, por ejemplo. La relación número de sismos contra magnitud es distinta de una región a otra. Aunque en muchas de ellas se considera que puede ser adecuadamente representada por una relación como la global, aparentemente en otras, como México, la relación presenta magnitudes "favoritas", esto es, que son más frecuentes de lo que predice una relacion como la global, y que aparecen en la figura 43, que representa la sismicidad en México, como un "chipote" por encima de la recta de Gutenberg y Richter (10).
Figura 43. Número acumulativo de sismos para la región de la Trinchera Mesoamericana
que comprende Oaxaca, Guerrero y Michoacán. Nótese el "chipote" en las magnitudes
de 7.0 a 7.4.
Si ahora, en vez de estudiar una región tan grande como un país completo nos fijamos en una zona deterrninada, digamos Michoacán, vemos que ya no se aplican las observaciones estadísticas globales o regionales. La ocurrencia de un sismo grande en un lugar sí cambia las probabilidades de ocurrencia de otros sismos; un caso claro es el de la ocurrencia de réplicas, que son indefectiblemente observadas tras un sismo grande. Para un punto particular, sobre todo si se encuentra cercano a una falla o zona sísmica activa, no es apropiado un modelo estadístico como el de Poisson; el proceso que adoptemos para modelar la sismicidad del lugar debe "tener memoria", i. e., ser causal (depender de lo que haya pasado antes) (11 y 12). La estadística nos dice que la suma de muchos procesos causales se comporta como un sistema de Poisson (2); es por esto que la distribución de la sismicidad global de la Tierra, la suma de todas las zonas sísmicas, es la de Poisson (1).
Si pudiéramos conocer cada uno de los factores que influyen en la sismicidad y describir cada punto del terreno, cada ruptura, cada roca, etc., entonces podríamos describir de manera analítica el proceso sísmico y predecir la ocurrencia de los terremotos como la de los eclipses. Desgraciadamente el número de parámetros es tan enorme que no podemos llegar a una descripción exacta; sin embargo, podemos aprovechar las propiedades estadísticas para evaluar probabilidades, aun en el caso de sistemas pequeños como una zona sísmica particular. Aquí el problema es de nuevo el de la falta de datos, pues si bien los catálogos de la sismicidad de todo el país contienen un número grande de datos, los referentes a una zona en particular son pocos. Es necesario instrumentar adecuadamente las zonas sísmicas de México (y del mundo) para poder contar con un número mayor de observaciones que permitan obtener resultados estadísticamente confiables.
VI.1.3 Peligro potencial sísmico. Éste referido a un lugar determinado de la Tierra, es la probabilidad de que, en algún lugar de su entorno y dentro de un intervalo de tiempo determinado, ocurra un sismo que produzca un efecto determinado en ese lugar (comúnmente, una aceleración dada). Usualmente no se toman en cuenta, para el cálculo del peligro potencial sísmico, los posibles efectos de amplificación local, directividad, etc., que puedan modificar los efectos esperados en un terreno estándar.
Así, el peligro potencial sísmico será muy grande en un lugar rodeado de fallas activas, o muy cercano a ellas (como, por ejemplo, Yakutat, en Alaska) y muy pequeño en los lugares lejanos de regiones sismogénicas, independientemente de que éstos se hallen habitados o no.
Son claves esenciales para la evaluación del peligro potencial sísmico la correcta evaluación de la probabilidad de ocurrencia de sismos [la probabilidad de ocurrencia de un sismo de determinada magnitud, en un tiempo dado, se llama riesgo de sismo (2); y es distinto del riesgo sísmico definido más adelante] en las posibles fuentes situadas alrededor de un lugar determinado; lo cual requiere, naturalmente, poderlas identificar como tales. Aquí, de nuevo, son de gran utilidad otras ciencias afines a la sismología, como la geología (13 y 14), los métodos eléctricos (resistividad, magnetismo, gravimetría, etc.) que permitan localizar posibles fallas sismogénicas. De nuevo resulta esencial contar con catálogos que permitan evaluar las probabilidades, y que sean aplicables varios de los métodos usados para la predicción que serán discutidos más adelante.
Se llama riesgo sísmico a la probabilidad de ocurrencia, dentro de un plazo dado, de un sismo que cause, en un lugar determinado, cierto efecto definido como pérdidas o daños determinados.
En el riesgo influyen el peligro potencial sísmico, los posibles efectos locales de amplificación, directividad, etc., la vulnerabilidad de las construcciones (e instituciones) y las pérdidas posibles (en vidas y bienes) (15).
El riesgo sísmico depende fuertemente de la cantidad y tipo de asentamientos humanos localizados en el lugar. Aunque el peligro potencial sísmico es muy alto en Yakutat, el riesgo sísmico es pequeño porque es una región con relativamente pocos habitantes; por otro lado, el potencial sísmico no es tan grande en Managua (porque allí los sismos no son tan grandes) pero la cantidad de personas que viven allí, la cercanía a las fallas (16), y el tipo de construcción, hacen que el riesgo sísmico sea muy grande; esto es claro al comparar el número de víctimas, para uno y otro lugar, mostrados en la introducción.
El riesgo sísmico en la ciudad de México varía muchísimo de lugar a lugar; es grande en la zona centro, construida sobre sedimentos lacustres, donde el efecto local de amplificación de ondas de periodos del orden de 2s, derribó gran cantidad de construcciones durante el sismo del 19 de septiembre de 1985, y es pequeña en zonas como el Pedregal de San Ángel, donde las construcciones, de buena calidad generalmente, están asentadas sobre roca o sedimentos muy bien compactados (17). Sin embargo, el peligro potencial sísmico de esta ciudad no es muy grande, ya que se encuentra alejada de las regiones donde se producen los grandes terremotos.
VI.2.1 Efectos locales. Hemos mencionado arriba la influencia de efectos locales; ahora veremos, someramente, en qué consisten. El efecto local más común es el de amplificación de las ondas sísmicas; cuando una onda sísmica pasa de un medio a otro con diferentes propiedades elásticas, su energía se divide, en general, en ondas transmitidas y reflejadas, cuya amplitud depende del ángulo con el cual llegó la onda incidente y de la diferencia entre las propiedades elásticas de los medios. Si una onda pasa de cierto medio a otro con menor rigidez, podrá producir, con la misma energía, ondas de mayor amplitud, pues cuesta menos trabajo deformar el nuevo medio; esto es lo que pasa cuando una onda pasa de roca sólida a sedimentos poco consolidados (18 y 19).
Otro efecto observado en sedimentos del tipo de arenas o arcillas es el de licuefacción, que hace que el terreno fluya como si fuera un líquido (20). Esto es obviamente fatal para las construcciones asentadas sobre este tipo de suelos.
La forma del basamento en los valles puede hacer efecto de lente, enfocando las ondas sísmicas en determinados puntos o líneas llamados cáusticas, a donde llegará, por lo tanto, gran cantidad de energía, y pueden presentarse otros efectos de amplificación debidos a la topografía o a una composición compleja del suelo (21 y 22).
Finalmente en lugares donde hay sedimentos confinados, como en los valles,
si la alimentación de energía sísmica se prolonga durante un tiempo largo (del
orden de minutos), con ondas de periodo cercano al de los modos propios de los
sedimentos, éstos pueden comenzar a resonar, es decir, vibrar en sus
modos propios, de manera que el movimiento aumenta cada vez más, como un columpio
al que empujamos siguiendo el ritmo de sus oscilaciones (23). Éste es uno de
los efectos que causaron grandes daños en la ciudad de México en septiembre
de 1985. El efecto de resonancia a 2s es claro en los acelerogramas obtenidos
por el Instituto de Ingeniería de la UNAM, en diferentes partes
del valle de México; la figura 44 muestra un aspecto de las aceleraciones registrado
en la Ciudad Universitaria (a), fuera de la zona de daños, y el obtenido en
el edificio de SCT (b) que resultó dañado por el sismo (24).
Figura 44. Espectros de la aceleracion en dos sitios del valle de México.
Para el cálculo del riesgo es necesario tomar en cuenta no sólo el tamaño de los posibles sismos, sino también sus posibles funciones de fuente, pues los efectos sobre los edificios pueden variar dependiendo de la duración y del contenido de frecuencias de las ondas (25); ésta es una de las causas por la que otros sismos grandes no han sido tan destructivos para los edificios de la ciudad de México.
El cálculo del riesgo sísmico es un factor importante para la planeación de construcciones, especialmente hospitales, escuelas, plantas nucleares, etc., situadas en regiones sísmicas. Aunque es posible construir edificios que resistan cualquier tipo de sismo, generalmente no es costeable hacerlo, particularmente en países subdesarrollados. Los planeadores se encuentran ante disyuntivas como la siguiente: ¿qué es mejor, construir 10 escuelas para las cuales el riesgo de que ocurra un sismo que alcance la aceleración de diseño durante los próximos 10 años sea de 0.1%, o una sola escuela para la cual el riesgo sea de 0.001 %? ¿Es mejor permanecer inculto que exponerse al riesgo de 0.1%? ¿Si no se va a la escuela, está uno a salvo del riesgo?
Obviamente es imposible evitar todo riesgo, pero generalmente es posible adoptar uno razonable (26) a cambio de gozar los beneficios de contar con escuelas, hospitales y otras construcciones que reportan beneficios al individuo y a la sociedad.
VI.2.2 Zonificación. Determinar en un país o una región las zonas de alto y bajo riesgo sísmico según las condiciones locales (cercanía a fallas activas, peligro sísmico en ellas, efectos de la estructura local del suelo, etc.) que afectarían a una construcción tipo (lo que permite definir el riesgo a partir de una aceleración, en general horizontal, llamada aceleración de diseño), se llama zonificación (27), y es de gran utilidad para la elaboración y aplicación de códigos de construcción.
Cuando la zonificación se hace con gran detalle, como el necesario para describir el riesgo sísmico de las distintas partes de la ciudad de México, se llama microzonificación.
Generalmente los valores de peligro potencial y riesgo sísmicos, reflejados en la zonificación, se consideran invariantes en el tiempo; por lo que son apropiados como base para tomar medidas preventivas permanentes, como códigos de construcción (28).
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