respuesta sÍsmica de bogotÁ ante la ocurrencia de un sismo superficial del borde llanero

RESPUESTA SÍSMICA DE BOGOTÁ ANTE LA OCURRENCIA DE UNSISMO SUPERFICIAL DEL BORDE LLANERO

María Luisa Bermúdez (1), Claudia Abril (2) y Carlos Lozano (3)(1) INGEOMINAS, Diagonal 53 No. 34 – 53, Bogotá.

(2) INGEOMINAS, Diagonal 53 No. 34 – 53, Bogotá.(3) INGEOMINAS, Diagonal 53 No. 34 – 53, Bogotá.

mlbermudez@ingeominas.gov.cocabril@ingoeminas.gov.co

clozano@ingeominas.gov.co

RESUMEN

El estudio de Microzonificación Sísmica de Bogotá - MZSB estableció que una de las principales fuentes sismogénicas dela ciudad era el Sistema de Fallas del Borde Llanero - SFBL, porque en el pasado ahí se generaron varios sismosdestructivos para la ciudad. Dado que en la época del estudio de MZSB no existía instrumentazción sismológica en laciudad, a partir de 1999 se instaló una red conformada por 30 acelerógrafos: 28 en superficie y 2 en profundidad, paradeterminar la respuesta sísmica ante la ocurrencia de sismos.

Se presenta el análisis de los registros de la Red de Acelerógrafos de Bogotá y de 3 estaciones de la Red Nacional deAcelerógrafos de Colombia del denominado sismo de Quetame del 24 de mayo de 2008, cuyo origen fue reportado a 40Kilómetros de Bogotá, con magnitud ML= 5.7 y profundidad superficial. Este sismo toma importancia por ser el primer sismooriginado en el SFBL que se registra en la ciudad con una nutrida instrumentación acelerográfica, lo cual permite conocer larespuesta sísmica de Bogotá ante un evento originado en una zona que históricamente ha generado sismos destructivos.

Los resultados muestran que las mayores aceleraciones se presentaron en la zona clasificada por la MZSB comoPiedemonte, donde se evidencia una complejidad de sus suelos por lo cual es adecuado mejorar la instrumentación en estezona. De igual forma, los análisis hechos se constituyen en información valiosa y obligada a considerar en la revisión queadelanta la Dirección de Prevención y Atención de Desastres de Bogotá -DPAE sobre los espectros de diseño propuestospor la MZSB, toda vez que se evidencia que hay diferentes tipos de respuesta en una zona, así como amplificaciones nocubiertas por los espectros de diseño vigentes.

Caqueza

Quetame

Villavicencio

Falla Naranjal

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

PGA(cm/s/s)

-75.00 -74.50 -74.00 -73.50 -73.00

4.50

5.00

5.50

6.00

6.50

-74.25 -74.20 -74.15 -74.10 -74.05 -74.00

Longitud (°)

Valores de PGA (cm/s/s)

4.50

4.55

4.60

4.65

4.70

4.75

4.80

Lat

itu

d(°

)

CBART

CBOSA

CESCA

CMARI

CSMOR

CTVCA

CUNMA

CVITE

CUSAL

CUSAQCBANC

CCITE

CEING

CJABO

CUAGR

CAVIA

CCORP

CFLOD

CNIÑOCTIEM

CTEJE

CCKEN

CFONT

CGRAL

CTIMI

CTUNA

CREACCBOG1

CBOG2

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

PGA(cm/s/s)

-74.25 -74.20 -74.15 -74.10 -74.05 -74.00

Longitud (°)

0.1 s < T < 0.49 s

4.50

4.55

4.60

4.65

4.70

4.75

4.80

Lat

itu

d(°

)

CBART

CBOSA

CESCA

CMARI

CSMOR

CTVCA

CUNMA

CVITE

CUSAL

CUSAQCBANC

CCITE

CEING

CJABO

CUAGR

CAVIA

CCORP

CFLOD

CNIÑOCTIEM

CTEJE

CCKEN

CFONT

CGRAL

CTIMI

CTUNA

CREACCBOG1

CBOG2

30405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260

AceleraciónEspectralMáxima(cm/s/s)

-74.25 -74.20 -74.15 -74.10 -74.05 -74.00

Longitud (°)

0.5 s < T < 0.99 s

4.50

4.55

4.60

4.65

4.70

4.75

4.80

Lat

itu

d(°

)

CBART

CBOSA

CESCA

CMARI

CSMOR

CTVCA

CUNMA

CVITE

CUSAL

CUSAQCBANC

CCITE

CEING

CJABO

CUAGR

CAVIA

CCORP

CFLOD

CNIÑOCTIEM

CTEJE

CCKEN

CFONT

CGRAL

CTIMI

CTUNA

CREACCBOG1

CBOG2

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

AceleraciónEspectralMáxima(cm/s/s)

-74.25 -74.20 -74.15 -74.10 -74.05 -74.00

Longitud (°)

1.0 s < T < 1.49 s

4.50

4.55

4.60

4.65

4.70

4.75

4.80

Lat

itud

(°)

CBART

CBOSA

CESCA

CMARI

CSMOR

CTVCA

CUNMA

CVITE

CUSAL

CUSAQCBANC

CCITE

CEING

CJABO

CUAGR

CAVIA

CCORP

CFLOD

CNIÑOCTIEM

CTEJE

CCKEN

CFONT

CGRAL

CTIMI

CTUNA

CREACCBOG1

CBOG2

101520253035404550556065707580859095100105110115120

AceleraciónEspectralMáxima(cm/s/s)

-74.25 -74.20 -74.15 -74.10 -74.05 -74.00

Longitud (°)

1.5 s < T < 2.0 s

4.50

4.55

4.60

4.65

4.70

4.75

4.80

Lat

itu

d(°

)

CBART

CBOSA

CESCA

CMARI

CSMOR

CTVCA

CUNMA

CVITE

CUSAL

CUSAQCBANC

CCITE

CEING

CJABO

CUAGR

CAVIA

CCORP

CFLOD

CNIÑOCTIEM

CTEJE

CCKEN

CFONT

CGRAL

CTIMI

CTUNA

CREACCBOG1

CBOG2

5101520253035404550556065707580859095100105110115120125

AceleraciónEspectralMáxima(cm/s/s)

-74.25 -74.20 -74.15 -74.10 -74.05 -74.00

Longitud (°)

2.0 s < T < 2.5 s

4.50

4.55

4.60

4.65

4.70

4.75

4.80

Lat

itud

(°)

CBART

CBOSA

CESCA

CMARI

CSMOR

CTVCA

CUNMA

CVITE

CUSAL

CUSAQCBANC

CCITE

CEING

CJABO

CUAGR

CAVIA

CCORP

CFLOD

CNIÑOCTIEM

CTEJE

CCKEN

CFONT

CGRAL

CTIMI

CTUNA

CREACCBOG1

CBOG2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

AceleraciónEspectralMáxima(cm/s/s)

1. ASPECTOS SISMOLÓGICOS

El 24 de mayo de 2008 a las 14:20:44.4 hora local, la Red Sismológica Nacional de Colombia – RSNC registró un eventosísmico. El epicentro se localizó a pocos kilómetros del municipio de Quetame (Cundinamarca), en las coordenadas 4.40 Ny longitud 73.81 W, profundidad superficial y Magnitud Richter ML= 5.7 (INGEOMINAS, 2008a). El Centro Nacional deInformación de Terremotos (NEIC) del Servicio Geológico de Estados Unidos al igual que el Proyecto Global CMT del Grupode Sismología de la Universidad de Harvard reportaron una magnitud de momento Mw= 5.9 (Figura 1).

El mismo 24 de mayo a las 12:00 y 12:08 hora local, en zonas cercanas del municipio de Quetame, la RSNC registró dossismos con magnitud local 2.9 y 4.1 respectivamente (INGEOMINAS, 2008b). Como estos sismos antecedieron el eventode las 14:20 y se localizaron cerca de la zona epicentral, pueden considerarse sismos precursores.

El mecanismo focal del sismo calculado por el Grupo de Sismología de la Universidad de Harvard determina una ruptura derumbo lateral derecho. En el Mapa Geológico de la Cuenca Hidrográfica del río Negro – Guayuriba presentado por De laEspriella y Cortés (1985) y Cortés y De la Espriella (1990) muestra un esquema tectónico en el que se traza la falla Naranjalde orientación general N15ºE, con un plano vertical que pasa sobre el epicentro del sismo principal, por lo cualINGEOMINAS (2008a) acoge como hipótesis de trabajo el esquema estructural de dicho mapa, porque permite asociar elevento sísmico con el trazo de una falla geológica con expresión en el relieve

⁰

⁰

(Figura 2 ).

2. SISMICIDAD HISTÓRICA Y AMENAZA SÍSMICA

La región epicentral del sismo de Quetame, ha sido afectada por otros eventos sísmicos, tales como los ocurridos en 1743,1917, 1966 y 1988 (Figura 3). En los estudios de sismicidad histórica adelantados por INGEOMINAS (2006, 2007, 2008c y2008d), para estos cuatro sismos se realizó la evaluación de intensidades con la escala EMS- 98 encontrándose valoresmáximos de intensidad de VIII, IX, VII y VI respectivamente (Tabla 1).

Los daños producidos por algunos de estos sismos dejan en evidencia los graves efectos que sobre Bogotá puedengenerar sismos cercanos a ella, provenientes del Sistema de Fallas del Borde Llanero y de profundidad superficial. Estossismos produjeron daños notables sobre las construcciones y efectos en el medio ambiente, lo cual es un indicio de laamenaza sísmica de la zona. Esto queda reflejado en el Estudio General de Amenaza Sísmica de Colombia (AIS,INGEOMINAS y UNIANDES, 1996), donde la región epicentral del sismo del 24 de mayo de 2008 se encuentra en una zonade amenaza sísmica alta, con valores esperados de aceleración pico efectiva Aa entre 0.25g y 0.40 g en un sustratorocoso.

3. INSTRUMENTACIÓN DE MOVIMIENTOS FUERTES Y REGISTROS SÍSMICOS EN COLOMBIA

El sismo de Quetame fue registrado en 26 estaciones de la RNAC: 17 en roca y 9 en suelo, ubicadas a distanciashipocentrales que varían entre 9 km. y 429 km. La aceleración máxima obtenida en la estación Quetame (CQUET) a 9 kmdel hipocentro fue de 605,6 gales. En la se muestra la distribución de las aceleraciones máximas obtenidas en lasestaciones de acelerógrafos a nivel nacional, ubicadas sobre roca. Nótese el gran valor de aceleración obtenido cerca de lafuente, el cual disminuye con la distancia. En este mapa es posible observar un patrón de atenuación en dirección NE-SW,que coincide con el mecanismo de falla propuesto por la Universidad de Harvard para este sismo.

Figura 4

4. ACELERACIONES MÁXIMAS REGISTRADAS EN BOGOTÁ Y EFECTOS DE LA GEOLOGÍA

La muestra la ubicación de las estaciones de acelerógrafosen Bogotá y la distribución de las aceleraciones máximas registradasen ellas: 27 estaciones de la Red de Bogotá y 3 estaciones de la RedNacional. Las máximas aceleraciones registradas se obtuvierondentro de las zonas 1 (Cerros) y 2 (Piedemonte), propuestas por elestudio de Microzonificación Sísmica de Santa Fe de Bogotá – MZSB(INGEOMINAS, Universidad de los Andes, 1997). Para la Zona deCerros los máximos valores registrados estuvieron en las estacionesCBOG2 (72,59 gales), CMARI (58,38 gales) y CUNMA (48,90 gales).En la Zona de Piedemonte el valor máximo registrado se obtuvo en laestación CUSAQ (48,92 gales). Ninguna de las aceleracionesregistradas superó los valores propuestos por los espectros de diseñode la MZSB.

Se observó que la diferencia de geología sobre la cual se encuentrandos estaciones de la Zona de Piedemonte a una altura aproximada de2560 m.s.n.m, originó que los valores de aceleración registrados por laestación CUSAQ (48,93 gales) fueron tres veces mayor a losregistrados en la estación CUSAL (16,82 gales). Según la descripcióngeológica tomada del estudio de MZSB, la estación CUSAQ estácolocada sobre un complejo de conos a diferencia de la estaciónCUSAL, que se ubica sobre coluvión.

Figura 5

Las Figuras 6, 7, 8, 9 y 10 muestran losmáximos valores de aceleración espectralregistrados en las estaciones de la red deacelerógrafos de Bogotá para diferentesperíodos de vibración. Si relacionamos losperíodos de estudio con el períodofundamental de una edificación así:Período estructural = Número de pisos / 10;observamos que las construcciones demenos de 5 pisos ubicadas en la franjacentro-norte de las zonas de Cerros yPiedemonte fueron las que experimentaronlos mayores valores de aceleración (Figura6). Para edificaciones más altas, entre 6 y10 pisos, fue en la franja sur de la zona deCerros donde se experimentaron mayoresvalores de aceleración para dichasestructuras (Figura 7).

5. RESPUESTA SÍSMICA DE BOGOTÁ

Figura 1. Localización del sismo de Quetame del 24de mayo de 2008 y su mecanismo de falla (rojo). Encolor amarillo, localización de dos sismosprecursores.

Figura 2. Mapa estructural de la zona epicentral, modificado deDe la Espriella y Cortés (1985) y Cortés y De la Espriella (1990). Enamarillo se resalta la falla Naranjal, posible generadora del sismode Quetame.

Figura 3. Localización de eventos sísmicos que hangenerado graves daños en Bogotá.

Tabla 1. Principales sismos que han afectado a Bogotá con losmáximos valores de Intensidad registrados en la ciudad y algunadescripción de los daños.

Figura 4. Mapa de isoaceleraciones de algunas estaciones sobreroca de la Red Nacional de acelerógrafos, obtenidas debido alsismo de Quetame.

Registros de acaleración del Sismo de Quetanme en la estación delmunicipio de Quetame (CQUET).

Figura 5. Mapa de isoaceleraciones máximasregistradas en las estaciones de acelerógrafosde Bogotá, obtenidas debido al sismo deQuetame.

Figura 6. Mapa de isoaceleraciones espectrales máximas obtenidas en Bogotá para el sismo de Quetame.

6. DURACIÓN SIGNIFICANTE EN BOGOTÁ

Se calculó la Intensidad de Arias y la Duración Significante de los registros obtenidos cerca del epicentro y en diferentespuntos de Bogotá para conocer el daño potencial del sismo en estudio y la relación entre la duración de los registros y la fasede máxima energía del movimiento . De estos resultados se concluye que el gran potencial de daño que generó elsismo de Quetame en dicha ciudad, disminuyó en Bogotá a pesar de que los suelos y rocas de la ciudad experimentarondurante períodos de tiempo mucho más largos, el paso de las ondas sísmicas que generan más daño.

(Tabla 2)

Tabla 2. Valores de Intensidad de Arias y Duración Significante calculados para los registros del sismo de Quetame, en dichapoblación y en 5 sitios de Bogotá.

BIBLIOGRAFÍA

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

AIS, INGEOMINAS, UNIANDES (1996). Estudio General deAmenaza Sísmica de Colombia. 252p.Cortés, R. y De la Espriella, R. (1990).Apuntes sobre la tectónica del valle de Río Negro al oriente de Cundinamarca. GeologíaColombiana No. 17, pp. 133 – 142, Bogotá.De la Espriella, R. y Cortés, R. (1985). Observaciones sobre el Cuaternario en el valle del río Negro – Guayariba y el PiedemonteLlanero al oriente de Bogotá. Geología Colombiana No. 14, pp 39 – 47, Bogotá.INGEOMINAS y Universidad de losAndes (1997). Microzonificación Sísmica de Santa Fe de Bogotá. Informe Interno INGEOMINAS.Bogotá.INGEOMINAS (2006). Informe Final. Sismo deAgosto 31 de 1917. Informe Interno, Bogotá.INGEOMINAS (2007). Informe Final. Sismo de Octubre 18 de 1743. Informe Interno, Bogotá.INGEOMINAS (2008a). El sismo de Quetame del 24 de mayo de 2008.Aspectos sismológicos y evaluación preliminar de daños.Informe Preliminar No. 2. Bogotá, Junio de 2008.INGEOMINAS (2008b). Boletín de Sismos, Mayo de 2008. Volumen 16, No.5INGEOMINAS (2008c). Informe Final. Sismo de Septiembre 4 de 1966. Informe Interno, Bogotá.INGEOMINAS (2008d). Informe Final. Sismo de Marzo 19 de 1988. Informe Interno, Bogotá.NEIC - National Earthquake Information Center. . Consultada en abril de 2009.Universidad de Harvard, Global CMT Catalog Search. . Consultada en abril de 2009.

http://neic.usgs.gov/neis/epic/epic_circ.htmlhttp://www.globalcmt.org/CMTsearch.html

Instituto Colombianode Geología y Minería

REPÚBLICA DE COLOMBIAINGEOMINAS

XII CONGRESOCOLOMBIANODE GEOLOGÍA