INGENIERÍA ESTRUCTURAL Los sismos de Turquía del 6 de febrero de 2023

Una visión general

Se presenta una reseña e interpretación preliminar de la información disponible sobre los sismos del 6 de febrero de 2023 ocurridos en Turquía. Los registros de aceleración y daños reportados tanto en Turquía como en Siria rebasaron las expectativas previstas en los códigos de Turquía y Siria, aun cuando recientemente se hicieron adecuaciones al primero. Los decesos, colapsos y daños se cuentan en decenas de miles. El sismo conocido como de Kahramanmaraş y sus réplicas son ya el desastre natural más grande en la historia reciente de ambos países.

Por la madrugada (4:17, hora local) del 6 de febrero de 2023, un sismo de magnitud de momento Mw 7.8-7.7 –de acuerdo con la Agencia de Gestión de Desastres y Emergencias (AFAD) de Turquía–, seguido de una réplica de Mw 7.5, azotó las zonas centro y este de Turquía y el noroeste de Siria. Los daños ocasionados incluyen decenas de miles de edificios y estructuras colapsados y más de 50 mil muertes. Sin duda, el terremoto dejará huella indeleble en la sociedad de los países afectados y traerá a la práctica profesional del orbe enseñanzas en todos los ámbitos de la ingeniería sísmica y el manejo de riesgos.

Los sismos de Kahramanmaraş y la réplica de Elbistan

La tectónica de la región de Anatolia y Siria es compleja y es la causa fundamental de la alta sismicidad. Aun cuando existen debates científicos sobre la colisión y los movimientos relativos entre las placas Arábiga, Euroasiática y de Anatolia, es claro que la primera se desplaza hacia el noroeste con respecto a la de Anatolia a una velocidad cercana a los 10 mm/año y esta última se desplaza hacia el oeste con una velocidad aproxima-

TEMA DE PORTADA da de 20 a 30 mm/año con respecto a la Euroasiática (Bletery et al., 2020). La sismicidad ocasionada por la dinámica entre las placas mencionadas tiene en su catálogo terremotos que han marcado la historia de esa zona; tan solo en la segunda mitad del siglo XX poco

Los sismos de Turquía del 6 de febrero de 2023 más de 10 temblores de magnitud superior a 7 ocurrieron allí, siendo el de Izmit de 1999 el que más efectos catastróficos provocó: la muerte de más de 17 mil personas y costosas pérdidas materiales.

Los sismos del 6 de febrero ocurrieron en el Sistema de Fallas de Anatolia Oriental (véase figura 1), una de las fronteras entre las placas Arábiga y de Anatolia; en ambos casos fueron de tipo transcurrente. Las magnitudes estimadas por la AFAD fueron 7.7 y 7.5 para el sismo principal de Kahramanmaraş y la réplica de Elbistan, respectivamente. Sin embargo, otras agencias internacionales, como el Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS, sus siglas en inglés), proponen una magnitud de 7.8 para el evento principal, la cual será adoptada en este documento. Las réplicas reportadas hasta el 24 de febrero de 2023 ascendieron a 9,136, algunas de las cuales siguieron causando daños y colapsos y han ayudado a delinear la superficie de falla de los sismos de mayor magnitud (véase figura 1).

La intensidad del movimiento fue tal que, a pesar de la distancia del epicentro del terremoto respecto a la costa, se disparó una alerta de tsunami 15 minutos después del tiempo de origen. Los valores esperados de las amplitudes de altura de ola, que potencialmente podían afectar a las estructuras costeras, eran superiores a 0.5 m. A la fecha no se reportan daños directamente asociados al tsunami, y los registros de las boyas desplegadas a lo largo de la costa de Turquía tienen valores pequeños. Sin embargo, están en curso diversas evaluaciones sobre su impacto.

Intensidades sísmicas

La severidad del movimiento ocasionado por el sismo y sus réplicas quedó de manifiesto en los registros de aceleración y los informes de intensidad macrosísmica e instrumentales distribuidos y reportados por agencias locales y globales. Recientemente, Turquía instaló una de las redes de mayor cobertura en el mundo: poco más de 1,100 nuevas estaciones forman parte de la columna vertebral de monitoreo acelerométrico de ese país. Como referencia, México, con un territorio de casi el doble de área, tenía poco más de 600 estaciones sísmicas reportadas en un diagnóstico elaborado por el Instituto de Ingeniería de la UNAM en 2012, y no ha habido cambios sustanciales en el monitoreo sísmico nacional desde entonces. En contraste, la Red Sismológica Nacional de Siria está compuesta por tan solo 27 estaciones distribuidas por todo el país y, lamentablemente, los conflictos sociales que actualmente vive el país han impedido que datos instrumentales fehacientes estén disponibles desde 2012 hasta la fecha.

Gracias a la red sísmica turca mencionada, se dispone de datos instrumentales en las inmediaciones de la falla (BSARA-AFAD). Las aceleraciones máximas observadas debidas al sismo de Kahramanmaraş son cercanas a 1.3 veces la aceleración de la gravedad en regiones próximas a la ruptura (véase figura 2); inicial- la se muestra en los puntos de color gris para las estaciones reportadas por AFAD. Las líneas negras continua y discontinua representan el valor esperado ± una desviación estándar de la ecuación de predicción de movimiento de Boore et al. 2 014. mente algunas agencias reportaron valores superiores a 1.5 g, pero en las revisiones de la AFAD e instituciones turcas se eliminó dicha información por considerarse errónea.

Es común presentar las aceleraciones máximas observadas como función de la distancia. Aquí utilizamos la distancia Joyner-Boore (Rjb), la cual representa la distancia más cercana entre el sitio y la proyección superficial del plano de ruptura del sismo, comparada con los valores esperados en sitios rocosos previamente empleados en los cálculos de peligro, para tener una referencia del desempeño de dichas estimaciones y la severidad de los efectos de sitio. En general, se observa (véase figura 2) que hay una dispersión muy importante con respecto al movimiento en roca, que es un primer indicador de la importancia de los efectos de sitio, debidos a la topografía o a materiales de baja velocidad de propagación de ondas S presentes en la zona.

La distribución de las aceleraciones, de acuerdo con la estimación hecha por el sistema Shakemap del USGS, ilustra el impacto potencial en estructuras, ya que las aceleraciones superiores a 0.1 g (véanse figuras 3 y 4, región amarilla y roja en el mapa) tienen una correlación alta con el nivel de daño apreciable en estructuras. En los mapas, que contienen información disponible poco después de los sismos, es posible identificar vastas regiones donde el daño esperado va de ligero a extremo; cubre parte del norte de Siria en el caso del evento principal y se limita casi exclusivamente a Turquía en la réplica de Elbistan.

En cuanto a los registros observados, se aprecian el carácter bilateral de la ruptura, esto es, el temblor se propagó en dos direcciones: una noreste y otra suroeste

Los sismos de Turquía del 6 de febrero de 2023 con una duración cercana a 10 s, precede a un paquete (marcado como B) cuya duración es un poco mayor. Asimismo, el fenómeno de directividad, equivalente al efecto Doppler en la propagación del sonido, se puede observar en la estación 3115. La ruptura se fue propagando hacia el suroeste y fue generando una señal con pulsos de baja frecuencia y muy alargada. El movimiento observado en el campo cercano a la falla con los dos pulsos (A y B) mencionados y el efecto de directividad imponen solicitaciones adversas a las estructuras.

Daños del hipocentro, y el efecto de directividad en estaciones al suroeste. En algunos registros de aceleración es clara la aparición de dos pulsos, que en general se han interpretado como resultado de la presencia de asperezas o zonas donde el deslizamiento en la falla es muy grande y se rompieron en tiempos muy diferentes o están muy distantes. Un ejemplo de los registros con esta característica son los de las estaciones 4615 y 4624 para el sismo principal, ubicadas muy cerca del epicentro (véase figura 3). El primer pulso (marcado como A),

Figura 3. Mapa de intensidades del sismo Mw 7.8 de Kahramanmaraş y movimiento del terreno. El mapa superior muestra la aceleración pico de acuerdo con las estimaciones del sistema Shakemap del USGS, incluyendo el mecanismo focal. La escala del mapa de calor está dada en términos de la aceleración de la gravedad g=9.81 m/s2. Los triángulos son estaciones de la red AFAD de Turquía. En la parte inferior se muestra la componente norte de la aceleración de las estaciones mencionadas. En las aceleraciones de las estaciones 4615 y 4624 se marcan con A y B la posición de los pulsos causados por asperezas distantes.

Diversos informes y memorias fotográficas sobre la severidad de los efectos (BSARA-AFAD, 2023; Çetin et al., 2023) muestran cuantiosos daños en geoestructuras, viviendas e infraestructura en general. Expresiones del fenómeno de licuación de suelos en campo libre y cerca de las cimentaciones se observaron en diversas localidades (véase figura 5). En el caso de Turquía, el daño en edificios está presente en al menos 11 ciudades, de acuerdo con el Ministerio del Medio Ambiente, Urbanización y Cambio Climático. Además, 15 puentes fueron afectados, aunque rehabilitados inmediatamente, y solo un túnel ferroviario construido en el decenio de 1940 sufrió daños severos. En general, no se observaron daños mayores en puentes, túneles o presas. Respecto a los daños ocasionados por el sismo de Kahramanmaraş en Siria, lamentablemente no existen datos fidedignos sobre el número total de afectados y la tipología de estructuras dañadas. En un inicio, la Oficina para la Coordinación de Asuntos Humanitarios de la ONU reportó 769 muertos y casi 1,500 heridos en Alepo, Latakia, Hama, Idlib y Tartus; sin embargo, con el paso del tiempo la cifra de muertos ha aumentado. De acuerdo con agencias internacionales, como la Agencia para el Desarrollo Internacional de EUA, la estimación total en ambos países arroja un número no menor a 170 mil edificaciones colapsadas o con daños. Además de los mapas de intensidades, el uso de información satelital permite conocer la extensión del daño. Las estimaciones mencionadas, basadas en los cambios de imágenes satelitales previas y posteriores al sismo principal y la réplica mayor –procesadas por el Jet Propulsion Laboratory de la Agencia de Aeronáutica y del Espacio de EUA e instituciones asiáticas– ilustran en tonos del rojo al amarillo niveles de daños de severo a moderado (véase figura 5). La extensión del daño severo cubre decenas de centros urbanos tanto en Turquía como en Siria.

Reglamentación

La historia de grandes sismos con consecuencias catastróficas en la península de Anatolia y sus alrededores es larga. En la historia reciente de Turquía, el sismo de Erzincan de 1939, con una magnitud estimada de 7.8, ocasionó miles de pérdidas humanas y cuantiosos daños materiales. Este evento dio pie a la inclusión del diseño sismorresistente en la península de Anatolia en 1940 y 1942. La regulación tuvo subsecuentes modificaciones, pero las de 1968 y 1975 llevaron a Turquía a estándares internacionales, con la inclusión de prácticamente todos los avances en ingeniería sísmica del momento (Ilki y Celep, 2012). Después del sismo de Izmit de 1999, el gobierno de Turquía emprendió modificaciones en sus códigos e implementó un seguro obligatorio contra sismos para compartir el riesgo con la sociedad. Por el momento no hay información sobre el uso y manejo de ese recurso durante la emergencia. Por otra parte, en Siria el Sindicato de Ingenieros publicó su primer código en 1992, con actualizaciones hasta 2013 y la adopción del ASCE-7 y del International Building Code; sin embargo, como ya se ha mencionado, no hay posibilidad de hacer evaluaciones de su aplicación y supervisión, dadas las condiciones actuales.

Figura 4. Mapa de intensidades del sismo Mw 7.5 de Elbistan que presenta la aceleración pico de acuerdo con las estimaciones del sistema Shakemap del USGS, incluyendo el mecanismo focal. La escala del mapa está dada en términos de la aceleración de la gravedad g=9.81 m/s 2 .

El estudio del peligro sísmico, ingrediente fundamental para la definición de la demanda sísmica en forma de espectros de diseño con fines de construcción, en Turquía comenzó con la publicación de un mapa de peligro en 1940. La evolución del mapa ha seguido la tendencia mundial de incorporar la incertidumbre en los cálculos para después entregar un espectro de peligro uniforme y de diseño. La última versión del mapa se publicó y entró en vigor en 2018. A diferencia de nuestro país, tiene validez y es obligatorio para el diseño ante sismos en todo el territorio de Turquía.

La evaluación general del daño es una tarea en proceso en la que deben ser considerados diversos factores, como las deficiencias constructivas y la no aplicación del reglamento. Por el momento es posible evaluar el grado de preparación de las edificaciones que estaban construidas de acuerdo con el reglamento vigente. En una primera valoración, diversos grupos reportan espectros de respuesta muy superiores a los de diseño residencial, que corresponde a un periodo de retorno de 475 años, en muchos sitios. La estación 4615, ubicada cerca del epicentro (véanse figuras 3 y 6), ejemplifica los niveles de aceleración observados en la zona; el espectro de respuesta de los tres componentes del registro supera el de diseño correspondiente en prácti- u En el caso de Turquía, el daño en edificios está presente en al menos 11 ciudades, de acuerdo con el Ministerio del Medio Ambiente, Urbanización y Cambio Climático. Además, 15 puentes fueron afectados, aunque rehabilitados inmediatamente, y solo un túnel ferroviario construido en el decenio de 1940 sufrió daños severos. En general, no se observaron daños mayores en puentes, túneles o presas. Respecto a los daños ocasionados por el sismo de Kahramanmaraş en Siria, lamentablemente no existen datos fidedignos sobre el número total de afectados y la tipología de estructuras dañadas. u El estudio del peligro sísmico, ingrediente fundamental para la definición de la demanda sísmica en forma de espectros de diseño con fines de construcción, en Turquía comenzó con la publicación de un mapa de peligro en 1940. La evolución del mapa ha seguido la tendencia mundial de incorporar la incertidumbre en los cálculos para después entregar un espectro de peligro uniforme y de diseño. La última versión del mapa se publicó y entró en vigor en 2018. A diferencia de nuestro país, tiene validez y es obligatorio para el diseño ante sismos en todo el territorio de Turquía. camente todos los periodos de interés. Como referencia sobre los niveles del espectro de diseño comentados, en la figura 6 se incluye el espectro de diseño en roca más alto identificado en el programa PRODISIS del Manual de Diseño de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad. El espectro corresponde a un sitio en Oaxaca, y se tiene presente que el periodo de retorno (~170 años) y el régimen tectónico son diferentes a los considerados en Turquía. De manera preliminar, se puede decir que la demanda sísmica superó en muchos sitios las expectativas basadas en la información sismológica de que se disponía, lo que, aunado a problemas relacionados con la aplicación y supervisión del reglamento, explica el daño observado.

Figura 5. Daños reportados por la Middle East Technical University para el sismo de Kahramanmaraş y Elbistan. Los símbolos representan los daños geoestructurales. El ráster de fondo, en color amarillo-rojo, representa los daños obtenidos por el Jet Propulsion Lab de la Agencia de Aeronáutica y del Espacio de EUA. Las áreas de color rojo y amarillo representan las áreas dañadas obtenidas de imágenes satelitales del ALOS-2. La variación del color indica cambios significativos de la superficie del terreno después de los sismos de Turquía.

Conclusiones y comentarios

Los sismos de febrero de 2023 en el Sistema de Fallas de Anatolia Oriental han tenido un impacto sin precedentes en la historia reciente de Turquía y Siria. El número de decesos y daños sobrepasó las expectativas del gobierno turco, aun cuando algunos académicos habían estimado para un sismo similar un escenario muy adverso (Kelam et al., 2022). Asimismo, las autoridades locales habían promovido un seguro obligatorio contra sismo, y desde 2018 había entrado en vigor el reglamento sísmico. En el caso de Siria, la información disponible es escasa, muy probablemente por los conflictos que se viven, y no permite tener un panorama claro de las afectaciones.

El censo y las explicaciones sobre el origen, efectos y manejo de la emergencia ocasionada por los sismos de febrero en Turquía están en proceso. Diversos grupos de investigación locales e internacionales (por ejemplo, Çetin et al., 2023) dan cuenta de los primeros hallazgos y observaciones del desastre en la región. Sin duda, la información y los análisis subsecuentes servirán a la comunidad internacional para corregir, aprender y reforzar todos los aspectos relacionados con el riesgo sísmico y sus repercusiones en la sociedad.

Por el momento cabe preguntarse si nuestro país está preparado para un evento extremo. La respuesta requiere un diagnóstico serio y detallado considerando todos los aspectos técnicos, científicos y de manejo de riesgo, así como la participación de todos los actores relevantes –sismólogos, geólogos, ingenieros civiles y científicos sociales–. Los espectros de peligro y de diseño en México han tenido en cuenta la incertidumbre desde la introducción de los conceptos probabilistas en la ingeniería sísmica, pero sería importante revisar y actualizar una y otra vez dichas estimaciones para reducir, en lo posible, el impacto de los procesos que hoy no entendemos o que ignoramos, sin dejar de lado la supervisión de los aspectos constructivos y la aplicación de la normativa vigente

Figura 6. Registros de aceleración y espectro de respuesta y diseño en una estación cercana a la fuente. A la izquierda, en líneas continuas roja, azul y negra se muestran las componentes norte (N), este (E) y vertical (V), respectivamente, de la aceleración en la estación 4615 (véase figura 3). Los espectros de respuesta correspondientes a las señales de aceleración se comparan con el espectro de diseño para el sitio (línea continua verde) de acuerdo con el Código Sísmico de Estructuras de Turquía de 2018 y un espectro de diseño en roca (línea negra discontinua) para una estación en las zonas de mayor peligro sísmico en México, de acuerdo con el Manual de Diseño de Obras Civiles de la CFE.

Referencias

Bletery, Q., et al. (2020). Distribution of interseismic coupling along the North and East Anatolian Faults inferred from InSAR and GPS data. Geophysical Research Letters 47.

Ilki, A., y Z. Celep (2012). Earthquakes, existing buildings and seismic design codes in Turkey. Arabian Journal for Science and Engineering 37: 365-380.

Kelam, A., et al. (2022). An evaluation of seismic hazard and potential damage in Gaziantep, Turkey using sitespecific models for sources, velocity structure and building stock. Soil Dynamics and Earthquake Engineering 54: 107129.

Base de Datos y Sistema de Análisis de Registros Acelerométricos de Turquía, BSARA-AFAD (2023). Consultado el 24 de febrero de 2023: tadas.afad.gov.tr

Çetin, K. Ö., I. Makbule, C. Gizem y Ç. Elife, Eds. (2023). Preliminary reconnaissance report on February 6th, 2023, Pazarcik Mw=7.7 and Elbistan 7.6, Kahramanmaras-Turkiye earthquakes. Earthquake Engineering Research Center. Middle East Technical University.

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EFRAÍN OVANDO SHELLEY Investigador,

Instituto de Ingeniería, UNAM.