La nueva metodología, acompañada de una herramienta numérica, permite entender cómo podría ser el comportamiento del suelo de las laderas del Valle de Aburrá ante un temblor, por medio del análisis de la dirección que toma la energía sísmica teniendo en cuenta los puntos cardinales. Este desarrollo, realizado por un egresado de la UNAL Medellín, es útil para el diseño estructural de construcciones civiles y contribuye a la toma de decisiones para la gestión territorial y del riesgo en los municipios que conforman el área metropolitana; a su vez, el instrumento puede ser adaptado y usado en otros lugares del país.

La herramienta es útil para el diseño de infraestructura civil, la gestión del territorio y del riesgo y la prevención y mitigación de desastres naturales. Foto panorámica Medellín. Cortesía Consejo Territorial de Planeación de Antioquia.

Identificar en qué dirección de los puntos cardinales vibran los suelos de las laderas del Valle de Aburrá ante un temblor, a través de la interpretación de las señales y las ondas sísmicas y cómo estas últimas se desplazan y disipan su energía, era el objetivo de David Leonardo Molina Salazar, egresado de la Maestría en Ingeniería Geotecnia de la Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín, y el profesor Gaspar Monsalve Mejía con la tesis Exploración del efecto sísmico asociado a la polarización de ondas en las laderas instrumentadas del Valle de Aburrá, utilizando análisis espectral de eventos sísmicos y ruido ambiental.

La comprensión de cómo se direcciona la energía sísmica y sus posibles relaciones con la geomorfología del terreno se realizó desde la litología (rama de la geología que estudia las características de las rocas) y el análisis de si la pendiente y la rigidez del suelo influyen en este desplazamiento. Lo anterior, teniendo en cuenta la importancia de la orientación de las ondas en la evaluación de la respuesta sísmica en un área.

“La tesis consiste en identificar el comportamiento del suelo cuando éste se somete a las vibraciones generadas por la liberación de energía sísmica. Lo que hicimos fue aprovechar los registros de eventos que había de diferentes años almacenados en múltiples estaciones distribuidas en distintos puntos altos y bajos de la ciudad. A partir de esto, desarrollamos una herramienta matemática que permite analizar esta información a través de distintas técnicas geofísicas, como la transformada de Fourier y algebraicas como los vectores propios y de polarización”, detalla David Leonardo Molina Salazar, egresado de la UNAL Medellín.

Para este estudio se usaron los datos sísmicos recolectados por acelerógrafos del Sistema de Alerta Temprana de Medellín y el Valle de Aburrá (SIATA), desde el 22 de noviembre de 1996 hasta el 10 de marzo de 2023. La periodicidad del muestreo de las estaciones fue de 200 muestras por segundo (200Hz), cada sismo se capturó teniendo en cuenta tres componentes perpendiculares: Norte-Sur, Este-Oeste y vertical.

Durante este lapso se identificaron 544 sismos con magnitudes entre 1,3 y 6,0 en la escala de Richter, distribuidos en 35 estaciones, para un total de 4.619 registros. Para la investigación, se consideró la información de sismos con magnitudes iguales o superiores a 4,7 en la escala de Richter; es decir, se analizaron 1.607 registros distribuidos en 180 eventos sísmicos, los cuales se revisaron manualmente, quedando finalmente una muestra de 536 registros limpios.

Según Molina Salazar, la idea era analizar datos que permitieran tener estadísticas, por lo que el límite se estableció bajo el criterio de señales limpias y una cantidad suficiente de información para su análisis.

“Contando todos los eventos y todas las estaciones, había más de 4.000 registros, incluyendo sismos de magnitud inferior a 4,0 y algunos de más de 6,0. Con el profesor Gaspar nos dimos a la tarea de establecer un rango para identificar señales más claras, porque no todos los registros captaban claramente las señales de las ondas principales y las secundarias de los eventos, otros tenían mucho ruido. Este filtro nos permitió hacer el análisis y, dentro del desarrollo de la herramienta numérica, la selección de los datos fue completamente manual identificando, a partir de un criterio visual, los registros idóneos”, agrega el ingeniero civil de la Universidad Francisco de Paula Santander.

En el marco de la investigación se desarrolló una herramienta numérica que se puede replicar en cualquier otro lugar del país, siempre y cuando se cuente con los datos requeridos para este análisis. Así mismo, esta permite indagar por otro tipo de características que puedan llegar a influir en la dirección de la energía sísmica como el efecto de las fallas que se encuentran cercanas o si algún sismo, por ejemplo, que afectó al Valle Aburrá proveniente de Santander impacta de la misma manera a ciudades que están en el Norte o en los Llanos Orientales.

Por su parte, el coordinador del trabajo de grado, Gaspar Monsalve Mejía, indica que actualmente si bien la normativa obliga a suponer unas direcciones de sismos y unos valores para estas direcciones, esto se hace aún de manera muy empírica.

“A pesar de que nosotros desarrollamos una metodología muy robusta, sigue siendo un análisis empírico que permite tener un mayor entendimiento de cómo pueden llegar a ser estos comportamientos en el suelo y eso aplica directamente a la gestión de desarrollo territorial al igual que la gestión del riesgo. Sobre todo, es importante saber cómo va a responder el territorio y los suelos ante los movimientos sísmicos. Por eso es necesario explorar las amplitudes de estos movimientos, sus frecuencias entendidas como la velocidad con la que el suelo oscila y la direccionalidad de estos movimientos que fue lo explorado en esta tesis”, manifiesta Gaspar Monsalve, profesor titular del Departamento de Geociencias y Medio Ambiente de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional.

De acuerdo con el docente, desde la instalación de la Red Acelerográfica en Medellín, también llamada Red de Movimientos Fuertes, se tenía la idea de conocer con precisión cómo vibran los suelos en el área metropolitana del Valle de Aburrá y poder usar ese conocimiento para la gestión del riesgo.

“Estos son pequeños pasos en un momento en el que ya tenemos los suficientes datos para poder hacer análisis, tenían que pasar años para recolectar información que fuera estadísticamente suficiente y hacer algún diagnóstico para conocer cómo es que vibra nuestro suelo y cómo estas vibraciones van variando de lugar a lugar aquí”, indica el profesor Monsalve, ingeniero geólogo y doctor en Geofísica.

Los resultados

Aunque fueron muy pocas las estaciones que mantuvieron un patrón específico, durante el estudio se observó que en algunos casos donde la composición del suelo era similar, explica Leonardo Molina, se encontraron algunos patrones donde aumentaba un poco la pendiente, con la que, además, se alineaba la distribución de las ondas en algunos eventos.

“También observamos que en algunas estaciones en donde los suelos eran un poco más rígidos, digamos que no importaba la dirección de la fuente o la dirección de la pendiente, la rigidez del suelo tenía la predominancia en esa direccionalidad. Nos encontramos en algunas estaciones que los suelos eran mucho más susceptibles a la dirección de la fuente sísmica y se alineaban, en algunos casos, de forma muy paralela con esta dirección”, expone el Magíster en Ingeniería Geotecnia de la UNAL Medellín.

Debido a estos hallazgos, los investigadores afirman que no hay un patrón específico de dirección de la energía o la onda sísmica, sino una combinación de características que van a dominar el comportamiento del suelo.

“Aquí es cuando nosotros hacemos énfasis en que, a pesar de la investigación haber tenido un desarrollo muy exhaustivo y hacerse un análisis muy detallado, todavía falta mucho por explorar. Hay que hacer análisis específicos, correlacionar esto con las propiedades básicas del suelo, entre otras cosas”, puntualiza Molina, autor del estudio.

Ambos científicos destacan que el trabajo desarrollado permitió entender de manera más visual el comportamiento del suelo y los resultados abren una nueva línea de conocimiento en el país sobre este tema.

“Desde la ingeniería civil, los aportes principales de esta investigación es la identificación en este tipo de suelos de la energía y si esta va a preferir tomar alguna dirección, eso puede tener un efecto bastante importante en el diseño estructural de cualquier tipo de infraestructura civil”, resalta el egresado.

La tesis indica que en contextos como el del Valle de Aburrá donde hay un conocimiento detallado de su geología y un historial de actividad sísmica, estas tecnologías se convierten en aliadas clave para la seguridad y la planificación urbana. La investigación aporta una mayor comprensión teórica de la interacción entre la geología, la topografía y la respuesta sísmica, abriendo caminos para modelos predictivos en ingeniería sísmica y mitigación de riesgos. Esta comprensión es especialmente relevante en la planificación del diseño estructural, debido a que proporciona datos esenciales para el desarrollo de infraestructuras sismorresistentes.

Además, los hallazgos del estudio destacan la importancia de considerar de manera integrada la configuración topográfica y la rigidez del suelo para una evaluación precisa de la respuesta sísmica. En ese sentido, proporciona herramientas prácticas para mejorar la prevención y mitigación de desastres naturales, señalando la necesidad de incorporar estos conocimientos en la práctica profesional y la formulación de políticas públicas en la región.

(FIN/JRDP)

10 de febrero de 2025