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CORRELACIÓN DE EVENTOS SÍSMICOS CON LA TEMPERATURA
AMBIENTAL, EN EL ÁREA METROPOLITANA DE BUCARAMANGA
FRANCYS DANIELA HERRERA CALA
UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA
ESCUELA DE INGENIERÍA Y ADMINISTRACIÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
BUCARAMANGA
2013
CORRELACIÓN DE EVENTOS SÍSMICOS CON LA TEMPERATURA
AMBIENTAL, EN EL ÁREA METROPOLITANA DE BUCARAMANGA
FRANCYS DANIELA HERRERA CALA
Trabajo de grado para optar al título de Ingeniera Civil
Director:
SAMUEL MONTERO VARGAS
Decano De Ingenierías.
UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA
ESCUELA DE INGENIERÍAS Y ADMINISTRACIÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
BUCARAMANGA
2013
3
NOTA DE ACEPTACIÓN
____________________________
____________________________
____________________________
____________________________
____________________________
____________________________
____________________________
Firma del presidente del jurado
____________________________
Firma del jurado
____________________________
Firma del jurado
Bucaramanga, marzo de 2013
4
A Dios que es el motor de mi vida, el único que me ha dado todo para seguir a adelante, para continuar a pesar de los obstáculos que se puedan presentar, y me ha llenado de su amor, gozo y paz. A él le dedico todos mis triunfos y mis sueños hechos realidad, por que Dios es el único digno de recibir toda gloria. A mis padres, los amo con todo mi corazón, Jorge Enrique Herrera y Gloria Cecilia Cala, que han luchado, que se han esforzado por sacarme adelante. No fue un tiempo fácil, pero de la mano de Dios todo es posible. Han sido un apoyo incondicional en toda mi carrera y siempre sus palabras con actitud positiva me han animado. A mi hermano, Fernando Herrera, que siempre me ha apoyado, en sus chistes y sus comentarios me ha sacado mas de una sonrisa cuando lo he necesitado. A mis familiares, a mis pastores, a mis líderes espirituales, a mis compañeros, mis amigos, y todas las personas que siempre estuvieron pendientes de mi proceso, apoyándome y cumpliendo conmigo mis sueños, los amo. De Dios he recibido lo mejor para mi vida, su amor, su compañía que es incondicional, el que nunca falla, el que siempre esta sin importar la condición, ese es el verdadero amor, a ese Dios que transformo mi vida y por el que hago todo y a quien le sirvo, es el amor de mi vida. De cada uno de ustedes he recibido tanto cariño y he aprendido que la vida es para disfrutarla, aprovecharla y sonreír siempre. “Mira que te mando que te esfuerces y seas valiente; no temas ni desmayes. Porque Jehová tu Dios estará contigo en dondequiera que vayas” Josué 1:7
Francys Daniela Herrera Cala
5
AGRADECIMIENTOS
Todo se lo agradezco a Dios, él me ha dado todo, la capacidad de hacer las cosas
con excelencia, y él fue quien puso a mí alrededor todas las personas que me
ayudaron y colaboraron en el proceso.
Agradezco al Ingeniero Samuel Montero, Decano de Ingenierías de la Universidad
Pontifica Bolivariana y director de mi proyecto de grado, quien con su
conocimiento y experiencia me aportó y me guio en esta pequeña travesía de mi
vida.
A la Doctora Marianela Luzardo, docente de la Universidad Pontificia Bolivariana,
quien me compartió parte de su conocimiento en estadística, me aconsejó y me
ayudó en todo lo que necesite.
Al Docente Diego Guzmán, por su colaboración para pedir la información
adecuada al IDEAM. A la Docente Claudia Retamoso, que siempre con sus
palabras y su sonrisa me brindo seguridad. Muchas gracias.
Al Instituto Colombiano de Geología y Minería (Ingeominas), y al Instituto de
Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), que fueron las
entidades que suministraron la información adecuada y necesaria para llevar a
cabo este proyecto.
En general a toda la Facultad de Ingeniería Civil y sus docentes, que compartieron
su conocimiento en las diferentes áreas, y sembraron en mi vida intelectual.
6
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN 28
1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 29
2. OBJETIVOS 31
2.1 OBJETIVO GENERAL 31
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 31
3. JUSTIFICACIÓN 32
4. ALCANCE 33
5. ESTADO DEL ARTE 35
6. MARCO TEÓRICO 39
6.1 ORÍGENES Y EVOLUCIÓN DE LA TIERRA 39
6.2 CONFORMACIÓN DE LA TIERRA 39
6.3 TECTÓNICA DE PLACAS 41
6.3.1 Origen de los sismos. 42
6.4 PROPAGACIÓN DE ONDAS SÍSMICAS 48
6.4.1 Tipos de ondas sísmicas. 48
6.5 CARACTERÍSTICAS DE LOS SISMOS 50
6.5.1 Foco y epicentro. 50
7
6.5.2 Magnitud, momento sísmico y energía liberada. 50
6.5.2.2 Magnitud. 51
6.5.2.2 Momento sísmico. 54
6.5.2.3 Energía liberada. 54
6.5.2.4 Réplicas y premoniciones. 55
6.5.3 Intensidad. 55
6.5.4 Duración. 57
6.5.5 Acelerogramas y aceleración máxima. 57
6.5.6 Sismogramas y determinación de epicentros 57
6.5.7 Ubicación del epicentro de un sismo 58
6.5.7 Maremotos. 61
6.5.8 Algo más acerca de los sismos. 62
6.6 SISMO TECTÓNICA DEL NOROCCIDENTE DE AMÉRICA DEL SUR 63
6.6.1 Ambiente de convergencia de placas. 63
6.6.1.1 Acreciones y saturas. 66
6.6.1.2 Sismotectónica regional 68
6.7 ENERGÍA 79
6.7.1 Energía potencial. 80
6.7.2 Energía cinética. 80
6.7.3 Energía calorífica. 80
6.7.4 Energía química. 81
6.7.5 Energía eléctrica. 81
6.7.6 Energía atómica. 81
6.7.7 Transformación de la energía. 82
6.8 NIDO SÍSMICO DE LA MESA DE LOS SANTOS 86
6.8.1 Localización. 86
6.8.2 Sismicidad. 88
6.8.3 Tectónica. 88
6.9 ESTACIONES METEOROLÓGICAS 82
6.9.1 Observaciones meteorológicas. 83
8
6.9.2 Métodos de medición en meteorología. 83
6.9.2.1 Hora de las observaciones. 83
6.9.2.2 Observadores meteorológicos. 84
6.9.3 Estaciones climatológicas. 85
6.9.3.1 Estación climatológica principal. 85
6.9.3.2 Supervisores e inspectores meteorológicos. 85
6.10 MÉTODOS ESTADÍSTICOS 92
6.10.1 Método de correlación de Pearson. 92
6.10.2 Regresión logística 94
7. METODOLOGÍA 95
7.1 RECOLECCIÓN DE DATOS 95
7.1.1 Datos de eventos sísmicos. 95
7.1.2 Datos de temperatura. 97
7.2 ORGANIZACIÓN DE DATOS 98
7.2.1 Datos de eventos sísmicos. 98
7.2.2 Datos de temperatura. 100
7.3 GRÁFICAS COMPARATIVAS 101
7.4 ANÁLISIS ESTADÍSTICO 102
7.4.1 Modo de presentación de los datos para correlación. 102
7.4.2 Modo de presentación de los datos para Regresión. 105
7.4.3 Correlación de datos. 109
7.4.4 Regresión logística. 116
7.5 ANÁLISIS COMPLEMENTARIOS REALIZADOS 120
7.5.1 Periodicidad de los sismos. 120
7.5.2 Gráfica del Nido Sísmico. 120
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS 123
8.1 GRÁFICAS ENERGÍA LIBERADA VS. TEMPERATURA 123
8.2 CORRELACIONES ENERGÍA LIBERADA Y TEMPERATURA 136
9
8.2.1 Correlación de la energía liberada semanal, con la temperatura media,
máxima y mínima de la misma semana. 136
8.2.2 Correlación de la energía liberada semanal, con la temperatura media,
máxima y mínima de la semana anterior. 138
8.2.3 Correlación de la energía liberada diaria, con la temperatura media,
máxima y mínima del día anterior. 139
8.2.4 Correlación de la energía liberada diaria, con la temperatura media,
máxima y mínima dos días anteriores. 141
8.2.5 Correlación de la energía liberada diaria, con la temperatura media,
máxima y mínima tres días anteriores. 142
8.3 REGRESIONES LOGÍSTICAS 144
8.3.1 Estación UIS. 144
8.3.2 Estación Llano Grande. 147
8.3.3 Estación Palonegro. 151
8.4 PERIODICIDAD DE LOS SISMOS 154
8.5 GRÁFICA HIPOCENTROS 155
9. CONCLUSIONES 159
10. RECOMENDACIONES 162
BIBLIOGRAFÍA 163
ANEXOS 167
10
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Intensidad de Mercalli modificada MM. 56
Tabla 2. Número de identificación de estaciones 103
Tabla 3. Numeración de rangos. 108
Tabla 4. Análisis estadístico descriptivo, datos semanales. 137
Tabla 5. Resultados de correlación semanal (n-0) 138
Tabla 6. Análisis estadístico descriptivo, datos semanales (n-1). 138
Tabla 7. Resultados de correlación semanal (n-1). 139
Tabla 8. Análisis estadístico descriptivo, datos diarios (n-1). 140
Tabla 9. Resultados de correlación diaria (n-1). 141
Tabla 10. Análisis estadístico descriptivo, datos diarios (n-2). 141
Tabla 11. Resultados de correlación diaria (n-2). 142
Tabla 12. Análisis estadístico descriptivo, datos diarios (n-3). 142
Tabla 13. Resultados de correlación diaria (n-3). 143
Tabla 14. Estadísticos descriptivos. 144
Tabla 15. Prueba de Hosmer y Lemeshow 144
Tabla 16. Variables de la ecuación. 145
Tabla 17. Resumen del modelo. 145
Tabla 18. Estadísticos descriptivos. 147
Tabla 19. Prueba de Hosmer y Lemeshow 148
Tabla 20. Variables de la ecuación. 148
Tabla 21. Resumen del modelo. 149
Tabla 22. Estadísticos descriptivos. 151
Tabla 23. Prueba de Hosmer y Lemeshow 151
Tabla 24. Variables de la ecuación. 152
Tabla 25. Resumen del modelo. 152
Tabla 26. Periodicidad de los eventos sísmicos. 155
11
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Mapa ubicación multiplete Nido Sísmico de Bucaramanga. 37
Figura 2. Sección transversal de la Tierra 40
Figura 3. Variación de la temperatura con la profundidad de la tierra y
fenómenos principales asociados. 40
Figura 4. Variación en la posición de los continentes. 41
Figura 5. Principales placas tectónicas. 43
Figura 6. Deformaciones de la corteza en la teoría de la recuperación elástica. 46
Figura 7. Tipos de fallas geológicas. 47
Figura 8. Tipos de unión triple entre placas. 48
Figura 9. Dirección de propagación de las ondas sísmicas y del medio transmisor.
49
Figura 10. Localización del hipocentro y el epicentro. 50
Figura 11. Sismograma. 58
Figura 12. Determinación del epicentro de un sismo. 59
Figura 13. Determinación de epicentros por el método de Omori 61
Figura 14. Tectónica del noroccidente de América del Sur. 64
Figura 15. Mapa sismotectónico del noroccidente de América del Sur. 65
Figura 16. Mapa de terrenos alóctonos en el noroccidente de Sur América. 67
Figura 17. Esquemas de la cronología de las acreciones sucesivas en los
alrededores de 6°N 68
Figura 18. Sismicidad en la zona de subducción del noroccidente de América del
Sur. 71
Figura 19. Sismos con M4, y ubicación de secciones transversales. 74
Figura 20. Proyección de los sismos sobre la sección A-A’ 74
Figura 21. Sismos ubicados entre A-A’ y B-B’, proyectados sobre B-B’ 75
12
Figura 22. Sismos ubicados entre B-B’ y C-C’, proyectados sobre C-C’ 75
Figura 23. Sismicidad a lo largo de la Falla Frontal de la Cordillera Oriental de
Colombia. 78
Figura 24. Mecanismos Focales. 79
Figura 25. Localización de epicentros en Colombia 87
Figura 26. a) Esquema tectónico actual de Suramérica. b) Corte a-a´ en latitud 7°N
89
Figura 27. Modelo esquemático en 3D del Nido Sísmico de Bucaramanga. 91
Figura 28. Graficas de correlación 93
Figura 29. Datos de entrada para generar información de sismos. 96
Figura 30. Ej. Organización de eventos sísmicos en Excel, parte de enero de 1998.
99
Figura 31. Ej. Organización de la temperatura en Excel, temperatura media,
Estación Llano Grande. 100
Figura 32. Ej. Tabulación de datos, temperatura y energía diaria (n-1) 103
Figura 33. Ej. Tabulación de datos, temperatura y energía semanal (n-1) 103
Figura 34. Ej. Hoja de cálculo datos para regresión, estación Llano Grande 107
Figura 35. Ej. Tabulación de datos para regresión, estación UIS. 109
Figura 36. Ventana de Inicio del Software SPSS V.21. 110
Figura 37. Selección de archivo. 110
Figura 38. Apertura de origen de datos de Excel. 111
Figura 39. Selección de la hoja de Excel. 111
Figura 40. Software SPSS V.21 cargando datos de archivo. 112
Figura 41. Visualización de los archivos cargados en el Software SPSS. 112
Figura 42. Ventana de vista de variables para modificar característica. 113
Figura 43. Recuadro para asignar etiqueta a las estaciones. 113
Figura 44. Modo de entrada para etiquetar estaciones. 114
Figura 45. Visualización de etiquetas hechas. 114
Figura 46. Procedimiento para asignar modo de presentación de resultados. 115
Figura 47. Procedimiento para escoger parámetros a correlacionar. 115
13
Figura 48. Modo de presentación de resultados del Software SPSS v.21 116
Figura 49. Procedimiento para asignar modo de presentación de resultados. 117
Figura 50. Procedimiento para seleccionar casos. 118
Figura 51. Procedimiento para asignar condicional. 118
Figura 52. Asignación de variable dependiente e independiente. 119
Figura 53. Opciones para realizar regresión. 119
Figura 54. Modo de generación de resultados. 120
Figura 55. Gráfica energía diaria histórica (1993-2003). 123
Figura 56. Gráfica temperatura media diaria, estación UIS. 124
Figura 57. Gráfica temperatura máxima diaria, estación UIS. 125
Figura 58. Gráfica temperatura mínima diaria, estación UIS. 125
Figura 59. Gráfica energía diaria histórica (1993-2011). 126
Figura 60. Gráfica temperatura media diaria, estación Llano Grande. 127
Figura 61. Gráfica temperatura máxima diaria, estación Llano Grande. 127
Figura 62. Gráfica temperatura mínima diaria, estación Llano Grande. 128
Figura 63. Gráfica energía diaria histórica (1993-2012). 128
Figura 64. Gráfica temperatura media diaria, estación Palonegro. 129
Figura 65. Gráfica temperatura máxima diaria, estación Palonegro. 129
Figura 66. Gráfica temperatura mínima diaria, estación Palonegro. 130
Figura 67. Gráfica energía semanal histórica (1993-2003). 130
Figura 68. Gráfica temperatura media semanal, estación UIS. 131
Figura 69. Gráfica temperatura máxima semanal, estación UIS. 131
Figura 70. Gráfica temperatura mínima semanal, estación UIS. 132
Figura 71. Gráfica energía semanal histórica (1993-2011). 132
Figura 72. Gráfica temperatura media semanal, estación Llano Grande. 133
Figura 73. Gráfica temperatura máxima semanal, estación Llano Grande. 133
Figura 74. Gráfica temperatura mínima semanal, estación Llano Grande. 134
Figura 75. Gráfica energía semanal histórica (1993-2012). 134
Figura 76. Gráfica temperatura media semanal, estación Palonegro. 135
Figura 77. Gráfica temperatura máxima semanal, estación Palonegro. 135
14
Figura 78. Gráfica temperatura mínima semanal, estación Palonegro. 136
Figura 79. Gráfica modelo regresión logística UIS, temperatura máxima. 146
Figura 80. Gráfica modelo regresión logística UIS, temperatura mínima. 147
Figura 81. Gráfica modelo regresión logística Llano Grande, temperatura media.
150
Figura 82. Gráfica modelo regresión logística Llano Grande, temperatura máxima.
150
Figura 83. Gráfica modelo regresión logística Palonegro, temperatura media. 153
Figura 84. Gráfica modelo regresión logística Palonegro, temperatura máxima. 154
Figura 85. Vista oblicua y frontal de los hipocentros. 156
Figura 86. Vista superior de los hipocentros 157
Figura 87. Planos de concentración de eventos sísmicos. 158
15
LISTA DE ANEXOS
Anexo 1. Registro Sismos – Mesa de los Santos
Anexo 2. Temperatura media, máxima y mínima por estaciones
Anexo 3. Correlación sismo y temperatura
Anexo 4. Hoja de calculo datos para regresión
Anexo 5. Regresión logística
Anexo 6. Hoja de calculo datos hipocentros
Anexo 7. Archivos de rangos – grafico hipocentros
Anexo 8. Grafica 3D Nido Sísmico Mesa de los Santos
Anexo 9. Periodicidad de los eventos sísmicos
16
GLOSARIO
Los siguientes términos han sido tomados del glosario del Ingeominas1.
Acelerómetro: Instrumento que mide las aceleraciones producidas por un
movimiento. En sismología se utiliza principalmente para medir cuantitativamente
oscilaciones del suelo al paso de las ondas sísmicas por el punto de observación.
Acelerógrafo: Instrumento que registra las aceleraciones producidas por un
movimiento.
Acreción: Se utiliza para nombrar el crecimiento de un cuerpo por agregación de
cuerpos menores
Alóctono: Formado o generado en un lugar distinto al lugar donde se encuentra.
Cuando se habla de rocas o depósitos se refiere a los constituyentes que no han
sido formados in situ. El término alóctono es similar, en significado, al término
alogénico, el cual se refiere a los constituyentes más que a las formaciones en sí.
Antónimo: autóctono.
Amplitud: Máxima amplitud de la cresta de una onda sísmica
Basamento: 1. Masa de rocas formadas por material subyacente o más antiguo.
2. Nombre, por lo general, aplicado a las rocas ígneas o metamórficas que se
encuentran debajo de una secuencia sedimentaria. 3. Rocas ígneas y
metamórficas del Precámbrico, que pueden estar cubiertas por rocas más jóvenes.
1 COLOMBIA, INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍA Y MINERÍA. Glosario. [En Línea].
[Consultado 2 mar. 2012]. Disponible en <http://seisan.ingeominas.gov.co/RSNC/index.php/material-educativo/conceptos-basicos>.
17
Buzamiento: Ángulo de inclinación que forma un filón, estructura o capa rocosa
con un plano horizontal, medido perpendicularmente a la dirección o rumbo del
filón.
Cenozoico: En griego significa "animales nuevos", comenzó hace 65 millones de
años y se extiende hasta el presente. Es posterior al período Cretácico del
Mesozoico y comprende el Paleógeno, el Neógeno y el Cuaternario. Es la más
corta de las eras geológicas.
Centro de expansión: Extensa región donde dos placas están siendo apartadas
una de la otra. Nueva corteza se forma conforme la roca fundida se levanta hacia
arriba en la abertura dejada por las placas que se apartan.
Cinturón o Franja sísmica: Zona prolongada donde hay actividad sísmica.
Convección de calor: Es el transporte de energía térmica mediante la corriente
de fluidos, generada por diferencias de presión y densidad, los cuales se mueven
entre regiones de diferente temperatura
Corteza: La capa rocosa exterior y más delgada de la superficie de la Tierra, cuyo
espesor promedio es de 7 kilómetros bajo los océanos y de 70 kilómetros en el
área continental.
Deriva Continental: Teoría expuesta por Alfred Wegener en 1912, en la que se
formula que los continentes de la Tierra eran originalmente una masa de tierra que
se fue separando y sus componentes fueron migrando para formar los actuales
continentes, basándose en la geometría de encaje de los mismos.
Deslizamiento: Movimiento abrupto de suelo y/o rocas en una pendiente o flanco
de una montaña, en respuesta a la fuerza de gravedad. Los deslizamientos
18
pueden ser ocasionados por un terremoto, erupciones volcánicas cambios en las
propiedades físicas de las rocas o suelos, o procesos antrópicos. Los
deslizamientos bajo el mar pueden causar Tsunamis.
Discontinuidad de Mohorovicic (el Moho): Superficie de frontera o la
pronunciada discontinuidad de la velocidad sísmica, que separa la corteza
terrestre del manto superior.
Distancia Epicentral: Distancia entre un observador y el epicentro de un sismo,
medida sobre la superficie de la Tierra. Distancia medida o calculada sobre la
superficie de la Tierra entre un punto de observación y el epicentro de un sismo.
Distancia hipocentral: Distancia calculada entre el hipocentro sísmico (ubicación
de la fuente sísmica) y un punto sobre la superficie de la Tierra.
Epicentro: Punto exacto en la superficie que se localiza sobre el hipocentro de un
sismo, representación en superficie de la ubicación de la fuente sísmica
Escala Modificada de Mercalli: Es una escala compuesta por 12 niveles de
intensidad que van desde los movimientos imperceptibles hasta los fuertes y
destructores, y que son designados con números romanos.
Estación sismográfica o sismológica: Sitio en donde uno o más sismógrafos
son instalados con el fin de registrar ondas sísmicas.
Falla: Superficie de contacto entre dos bloques que se desplazan o han sido
desplazados en el pasado en forma diferencial uno con respecto al otro y que en
el momento de formación estaban unidos. Se pueden extender espacialmente por
varios cientos de km y en forma temporal por varios millones de años. Una falla
19
activa es aquella en la cual ha ocurrido desplazamiento en los últimos 2 millones
de años.
GAP: Región geográfica donde históricamente han ocurrido sismos destructores,
donde no ha vuelto a ocurrir sismos de magnitudes similares y muestran un nivel
de actividad sísmica por debajo de lo normal en las últimas decenas o centenas de
años. También es conocido como silencio sísmico, y se denomina una zona de
gran peligro ya que no se presenta constantemente liberación de energía.
Geófono: Aparato de escucha, amplificador y transmisor, para detectar los ruidos
subterráneos u ondas sonoras que se propagan por el suelo, particularmente las
ondas sísmicas.
Hipocentro o Foco: Punto en el interior de la Tierra, en el cual se da inicio a la
liberación de energía causada por la ruptura y generación de un sismo, este punto
indica la localización de la fuente sísmica.
Hora o tiempo origen: Corresponde al momento en que se produce la relajación
súbita de los esfuerzos, es decir, el momento en que se inicia la ruptura en el foco.
Esta puede ser referida a la hora local u hora estandarizada universal (UTC).
Hora de llegada: Momento en que una onda sísmica correspondiente a un evento
sísmico llega a la estación sismográfica donde es registrada por el sismógrafo.
Latitud, longitud del epicentro de un sismo: El epicentro de un sismo se
describe como la intersección de 2 coordenadas geográficas. Las coordenadas
geográficas son la latitud y la longitud, estas son tomadas desde la línea ecuatorial
y el meridiano de Greenwich, la latitud va desde el ecuador hasta los polos
geográficos de nuestro planeta, siendo positivo cuando nos dirigimos hacia el
norte y negativo cuando nos dirigimos hacia el sur. La longitud por su parte va
20
desde el meridiano de Greenwich, esta es una línea imaginaria trazada desde el
polo sur al polo norte que pase por la ciudad de Greenwich en Inglaterra, esta se
puede tomar como positiva si nos movemos hacia el ESTE o negativa si nos
movemos hacia el OESTE.
Intensidad: Medida de los efectos producidos por un sismo en personas,
animales, estructuras y terreno en un lugar particular. Los valores de Intensidad se
denotan con números romanos en la Escala de Intensidades de Mercalli
Modificada (Wood y Neumann, 1931). La intensidad no sólo depende de la fuerza
del sismo (magnitud) sino que también de la distancia epicentral, la geología local,
la naturaleza del terreno y el tipo de construcciones del lugar.
Intervalo de recurrencia: Tiempo aproximado entre los terremotos de una área
específica y activamente sísmica.
Isosistas o Línea de enlace sísmico: Línea que conecta puntos de la corteza
terrestre en donde la intensidad de los terremotos es la misma. Generalmente es
una curva cerrada alrededor del epicentro.
Límite de placa: Es el lugar donde dos o más placas están en contacto, existen
tres límites de placa: límites divergentes, límites convergentes y límites
transformantes.
Llegada o arribo: La aparición de la energía sísmica en diferentes tipos de ondas
elásticas en una estación sismológica.
Magnitud: Generalmente, el tamaño de los sismos se lo indica en términos de
magnitud la cual está relacionada con la energía liberada en la fuente sísmica. Es
un parámetro único que no depende de la distancia a la que se encuentre el
observador a diferencia de la Intensidad.
21
Magnitud Local (Ml): Este tipo de magnitud es conocida comúnmente como la
“Magnitud o Escala de Richter” y se indica como Ml y es una de las magnitudes
que reporta la Red Sismológica Nacional de Colombia. Para su cálculo, se mide la
amplitud de las mayores ondas registradas, usualmente las ondas S.
Magnitud de Momento (Mw): Es una de las escalas más recientes desarrollada
por Kanamori en 1977 y es una de las magnitudes que reporta la Red Sismológica
Nacional de Colombia. Está basada en el cálculo del momento sísmico (Mo) del
cual toma su nombre. El momento sísmico es una medida del tamaño de un sismo
basada en el área de la ruptura de la falla, el promedio del desplazamiento de la
misma y la fuerza necesaria para generar este movimiento. De esta forma el
momento sísmico, y por lo tanto la magnitud de momento, representa de forma
más directa y precisa la energía liberada en la fuente sísmica que otro tipo de
magnitudes y es comúnmente usada para sismos grandes ya que no tiene los
inconvenientes, para este tipo de sismos, que otras escalas de magnitud.
Manto: Capa de la tierra que se encuentra entre la corteza y el núcleo exterior de
la tierra. Tiene aproximadamente 2900 kilómetros de espesor y es la capa con
mayor volumen de la tierra (aproximadamente el 87% del volumen de la Tierra), se
divide en manto superior y manto inferior.
Mesozoico: Era que se extiende desde 250 hasta 65 millones de años. La palabra
mesozoico viene del griego que significa "vida media". Los períodos que
comprende son: Triásico, Jurásico y Cretácico.
Núcleo: La parte interna de la Tierra, se divide en núcleo interno y núcleo externo,
el núcleo interno es sólido y tiene un radio de aproximadamente 1300 kilómetros.
El núcleo externo es fluido y es de aproximadamente 2300 kilómetros de espesor,
compuestos principalmente por Hierro (Fe) y Níquel (Ni).
22
Obducción: Hace alusión al "choque de los continentes", es decir, representa un
conjunto de procesos que llevan a las "placas de corteza exclusivamente
continental" a colisionar, incrustándose una en otra y creciendo en extensión. La
Obducción hace crecer a los continentes como un mosaico, al adherirse diferentes
placas continentales a lo largo del tiempo.
Onda: Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en que se
produjo hacia el medio que rodea ese punto. Las ondas materiales (todas menos
las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse. El medio
elástico se deforma y se recupera vibrando al paso de la onda.
Ondas de cuerpo: Se les llama así a las ondas que se propagan a través del
interior de la tierra. Por ejemplo: las ondas P y S.
Onda expansiva o elástica: Las ondas sísmicas se comportan como ondas
elásticas las cuales son la propagación de perturbaciones temporales del campo
de esfuerzos que generan pequeños movimientos en un medio. Las ondas
sísmicas pueden ser generadas por movimientos sísmicos (naturales), o también
pueden ser generadas de forma artificial (explosiones).
Onda de Love: Son ondas superficiales que tienen un movimiento horizontal y
perpendicular a la dirección de propagación, son transversales o de corte a la
dirección de propagación.
Ondas P: Las ondas P (PRIMARIAS) son ondas longitudinales, lo cual significa
que el medio por el cual se propagan es alternadamente comprimido y dilatado en
la dirección de la propagación. Estas ondas viajan a una velocidad mayor que la
velocidad de las ondas S y pueden viajar a través de cualquier tipo de material.
23
Ondas S: Las ondas S (SECUNDARIAS) son ondas transversales o de corte, lo
cual significa que el medio de propagación es desplazado perpendicularmente a la
dirección de propagación, hacia un lado y hacia el otro. Las ondas S pueden viajar
únicamente a través de sólidos debido a que los líquidos no pueden soportar
esfuerzos de corte.
Ondas Rayleigh: Onda superficial que se mueve en forma retrógrada y elíptica.
Son ondas con velocidad muy baja y se sienten como un movimiento ondulado o
rodante.
Paleozoico: Primer era del Fanerozoico, que transcurre desde 540 hasta hace
250 millones de años. Comprende los períodos: Cámbrico, Ordovícico, Silúrico,
Devónico, Carbonífero y Pérmico.
Placa (tectónica): Divisiones de la litósfera de la Tierra, también llamadas placas
listosféricas, extensas y relativamente rígidas, que se mueven en relación con
otras placas de la litósfera. Las placas interactúan entre ellas en zonas
denominadas límites de placa convergentes, divergentes, y Transformantes.
Precámbrico: Tiempo geológico precedente al Cámbrico, que abarca los 4.500
millones de años que van desde la formación de la Tierra hasta hace 540 millones
de años
Precursores o Premonitorios: En ciertos casos es posible observar algunos
temblores pequeños con anterioridad al sismo principal. A éstos se les denomina
precursores. Sin embargo, éstos no suceden con la suficiente regularidad como
para ser utilizados a modo de predecir terremotos de mayor magnitud.
Réplicas: Después que se produce un sismo de gran magnitud, es posible
esperar la ocurrencia de muchos sismos de menor tamaño, en inmediaciones al
24
hipocentro del sismo principal. A estos pequeños sismos se les denomina réplicas
o sismos posteriores al sismo principal. Algunas series de réplicas duran largo
tiempo, incluso prolongarse por años. La zona que cubre los epicentros de las
réplicas se llama "área de réplicas".
Sismo: Corresponde al proceso de liberación de energía y generación
como posterior propagación de ondas por el interior de la Tierra. Al llegar a la
superficie de la Tierra, estas ondas son percibidas tanto por la población como
por estructuras (Dependiendo de la Magnitud, distancia epicentral, geología local,
profundidad y otros factores).
Sismógrafo: Instrumento que registra las ondas sísmicas.
Sismograma: Registro hecho por un sismógrafo.
Sismología: Rama de la geofísica que estudia los sismos y las propiedades
elásticas de la Tierra. Sus principales objetivos son: a) el estudio de la
propagación de las ondas sísmicas en el interior de la Tierra a fin de conocer su
estructura interna, b) el estudio de las causas que dan origen a eventos sísmicos y
c) la prevención de daños. La sismología incluye, entre otros fenómenos, el
estudio de maremotos y marejadas asociadas (tsunamis) y vibraciones asociadas
a erupciones volcánicas.
Sismólogo: Persona que aplica y estudia los principios y procedimientos
sismológicos en su trabajo.
Subducción: Deslizamiento del borde de una placa de la corteza terrestre por
debajo del borde de otra, en un límite convergente.
25
Tsunamis: Los terremotos muy grandes, cuyas zonas de ruptura están bajo el
mar o en las cercanías de la costa, producen cambios de elevación en la
superficie y el fondo oceánico. Estos cambios topográficos generan olas que se
propagan a partir del epicentro y que pueden alcanzar alturas de varias decenas
de metros sobre el nivel normal del mar. Estas olas se llaman "tsunamis", término
derivado del japonés que significa literalmente ola de bahía.
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RESUMEN GENERAL DE TRABAJO DE GRADO
TITULO: Correlación de eventos sísmicos con la temperatura ambiental, en el Área Metropolitana de Bucaramanga.
AUTOR: Francys Daniela Herrera Cala FACULTAD: Ingeniería Civil DIRECTOR: Samuel Montero Vargas
RESUMEN
Un tema particular que afecta y genera preocupación a la comunidad del Área Metropolitana de Bucaramanga, es el alto riesgo sísmico que ésta presenta por las diferentes fallas que se encuentran alrededor y en el interior de los municipios aledaños. Principalmente la falla de Santa Marta-Bucaramanga y el Nido Sísmico de la Mesa de los Santos. Este trabajo de grado, presenta una correlación de los eventos sísmicos exteriorizados en el Nido sísmico de la Mesa de los Santos, con la temperatura media, máxima y mínima del aire, para las estaciones meteorológicas con información climatológica disponible como lo son la estación de la UIS, Llano Grande y Palonegro, en los periodos de tiempo con los que cuenta cada una. En general, el rango de tiempo utilizado se contempló desde el día primero de Junio de 1993 hasta la fecha que limitaba cada estación. Los datos correspondientes a los eventos sísmicos fueron consultados en el catálogo de sismicidad de la Red Sismológica Nacional de Colombia (RSNC), disponible en línea y los de temperatura, directamente con el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM). Una vez se dispuso de la información necesaria para realizar el estudio, esta se organizó de forma adecuada para efectuar el análisis estadístico, basado en la correlación de Pearson, y la regresión logística. Los resultados de las correlaciones realizadas describen que si existe una correlación inversa entre estos dos parámetros, no fuerte, pero sí significativa estadísticamente, principalmente con la temperatura máxima registrada por la estación de Llano Grande. Respecto a los resultados de la regresión logística, se determinó la probabilidad de que se genere un evento sísmico cuando la temperatura disminuye en un grado, dado por un porcentaje que oscila entre el 10,7% y el 37,1%, para los diferentes modelos establecidos que representan dichas probabilidades. PALABRAS CLAVES: Evento sísmico, temperatura, correlación, Nido sísmico, regresión logística.
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GENERAL SUMMARY OF WORK OF GRADE
TITLE: Seismic event correlation with temperature, in the Bucaramanga´s Metropolitan Area.
WRITER: FRANCYS DANIELA HERRERA CALA FACULTY: Civil Engineering PROYECT MANAGER: Samuel Montero Vargas
ABSTRACT
A particular topic that affects and makes the Bucaramanga’s Metropolitan Area community preoccupied, is the high seismic risk presented by different faults that are around and in the near towns. Principally in the Santa Marta-Bucaramanga fault and in the Mesa de los Santos Seismic Nest. This thesis presents a correlation of the seismic events exteriorized in the Mesa de los Santos Seismic Nest, to the average, maximum, and minimum air temperature, for meteorological stations with climatologic information available as UIS station, Llano Grande and Palonegro, in the time periods that each one counts. In general, the time range utilized was contemplated from the first day of June in 1993 until the date that limited each station. The data correspondent to seismic data were consulted in the Seismic Catalog from the Colombian Seismic National Network (RSNC), available online and the temperature, directly with the Institute of Hydrology, Meteorology and Environmental Studies (IDEAM). Once available the required information to realize the study, this was organized in a proper way to make statistic analysis, based in the Pearson correlation, and logistic regression. The results of the made correlations describe that there is a correlation between these two parameters, not strong, but statistically significant, mainly with the maximum temperature registered by Llano Grande station. About the logistic regression results, it was determined the probability of the generation of a seismic event when the temperature falls in one degree Celsius, by a percentage that oscillates between 10,7% and 37,1%, for the different established models that represent those probabilities. KEY WORDS: Seismic event, temperature, correlation, Seismic nest, logistic regression.
28
INTRODUCCIÓN
El Área Metropolitana de Bucaramanga se encuentra ubicada en una zona de alto
riesgo sísmico, aproximadamente a 35 kilómetros de distancia de la Mesa de los
Santos, epicentro de una de las fallas con más actividad sísmica en el mundo.
Esto categoriza a Bucaramanga como la región sismoactiva con mayor producción
de sismos en Colombia, como lo afirma Elkin de Jesús Salcedo2.
Si bien es claro que no se han desarrollado investigaciones del comportamiento
que puede tener un evento sísmico ante un cambio de temperatura, respecto al
tema de sismicidad en la región, se han llevado a cabo diferentes estudios que
básicamente se enfocan en la convergencia de placas y el sistema de fallas que
presenta el llamado Nido Sísmico de Bucaramanga.
Con el fin de estudiar qué correlación puede tener la temperatura ambiental y los
eventos sísmicos, se propone este trabajo, que conlleve a determinar si existe
esta relación, mediante la recolección de datos correspondientes a los eventos
sísmicos de los últimos 20 años exteriorizados en el nido sísmico de la Mesa de
los Santos, y la temperatura ambiente del Área Metropolitana de Bucaramanga, y
su estudio mediante un análisis estadístico.
2 SALCEDO, Elkin de Jesús. Estudio de Sismicidad Histórica en la Región de Bucaramanga
(Colombia).[En Línea].[consultado 24 May. 2012]. Disponible en <http://www.accefyn.org.co/revista/Vol_23/87/233-248.pdf>
29
1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Teniendo en cuenta que el área metropolitana de Bucaramanga se encuentra en
una zona de alto riesgo sísmico, que su amenaza se origina en fallas como la falla
frontal de la cordillera oriental y el nido sísmico de la Mesa de los Santos, y que la
percepción de los habitantes de la región es que posterior a periodos de tiempo
con altas temperaturas ambientales ocurren eventos sísmicos de cierta magnitud,
se considera de gran conveniencia determinar si existe una correlación entre
estos.
Las deformaciones semielásticas que se dan en los alrededores de los contornos
de las placas que se chocan entre sí, son producidas por los movimientos entre
las placas tectónicas, por lo cual se almacena lentamente energía elástica dentro
de las franjas lindantes trastornadas, y no solo en estos límites, si no más adentro
de ellos, también se acumula energía. La densidad de la energía, no depende
únicamente de las deformaciones generadas, también influyen características
geométricas y mecánicas de los medios. Entonces, el sismo se origina cuando las
fuerzas de las placas debidas al movimiento, prevalecen a las que tratan de
conservar unidos los contactos de placas, las cuales se mueven una respecto a la
otra, de tal modo que se ocasiona una ruptura repentina en los contactos, con
gran parte de la energía elástica que había sido almacenada en las
deformaciones3.
La energía almacenada en los contornos de la placa, puede liberarse en forma de
ondas mecánicas, ruido o temperatura. Esa liberación en forma de temperatura,
3 SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica. 2 ed. Bogotá: Ediciones uniandes, 1995. P. 60 y
61
30
podría afectar la temperatura del ambiente en el entorno cercano, en periodos de
tiempo anteriores al sismo.
En relación a la predicción de sismos en Colombia, se han iniciado investigaciones
que permitan generar alertas tempranas ante esos sucesos, como la propuesta
desarrollada por el docente de la Universidad Nacional de Colombia (UN), basada
en los cambios electromagnéticos que presenta la ionosfera (capa superior de la
atmósfera) previo al acontecimiento sísmico4.
Determinar si existe la correlación planteada, podría utilizarse como un
mecanismo de predicción, para generar alertas tempranas, en el contexto del área
metropolitana de Bucaramanga.
4Agencia de noticias UN. Proponen método para predecir sismos. [En línea]. [Consultado 24 Jul.
2012]. Disponible en <http://www.agenciadenoticias.unal.edu.co/en/detalle/article/proponen-metodo-para-predecir-sismos.html>
31
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar la correlación entre los eventos sísmicos presentados en el área
metropolitana de Bucaramanga, generados en el Nido Sísmico de la Mesa de los
Santos y la temperatura media máxima y mínima del aire, de acuerdo con la
información disponible de los dos parámetros.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Recolectar información sobre los mecanismos de liberación de energía de los
sismos y el mecanismo de falla del Nido Sísmico de la Mesa de Los santos.
Realizar una investigación de los eventos sísmicos generados en el Nido
Sísmico de la Mesa de los Santos, calcular la energía liberada de éstos, y
acumularla diaria y semanalmente.
Indagar sobre las estaciones climatológicas ubicadas en el Área Metropolitana
de Bucaramanga, que tienen información de temperatura disponible,
recolectarla y organizarla estratégicamente.
Comparar gráficamente la energía liberada y la temperatura tanto diaria como
semanal.
Determinar por medio de un análisis estadístico denominado correlación de
Pearson, si existe una correlación entre los eventos sísmicos y la temperatura,
presentados en el Área Metropolitana de Bucaramanga.
32
3. JUSTIFICACIÓN
Según Fredy Ragua Casa, coordinador del Comité Local para Prevención y
Atención de Desastres (Clopad): “Por regla general, Bucaramanga y su área
metropolitana siempre ha sido una zona con alta actividad sísmica. Esto se debe a
que en este lugar convergen tres fallas geológicas y el nido sísmico de la Mesa de
los Santos, el segundo de mayor actividad en el mundo..”5, esta es una realidad,
que quizá la mayoría de gente conoce, además se escucha decir a la población,
en tiempos en los que las temperaturas son bastante altas, que va a temblar; lo
que principalmente llamó la atención de este estudio, y por lo cual este trabajo de
grado pretende determinar si dichas percepciones tienen fundamento y si existe
una correlación entre estos dos conceptos, sismo y temperatura.
Generalmente no se tiene un concepto claro de qué es un sismo, pero la mayoría
de veces podemos sentirlos, por lo cual, casi siempre, se refiere a estos cómo
diciendo que la tierra se ha movido, un concepto no tan errado, pero del cual se
debe tener claridad. Un sismo es una vibración generada en las diferentes capas
de la tierra y producida por liberación de energía que se causa al rozar o quebrar
un bloque de la corteza terrestre.
Uno de los mayores aportes que puede aportar la ciencia al bienestar de los
ciudadanos, es lograr evidenciar eventos premonitorios, que puedan alertar a los
sistemas de emergencia, y lograr salvar vidas. Sin pretender proponer un sistema
de predicción de sismos, se espera con este trabajo entender el fenómeno que
puntualmente ocurre en el Área Metropolitana de Bucaramanga, y que sirva de
insumo para posteriores trabajos de investigación.
5 DIEZ, Janna Melissa. Prevención en Bucaramanga. [En Línea]. [Consultado 4 abr. 2012].
Disponible en <http://interesesculturalesjanadiez.blogspot.com/2010/03/prevencion-en-bucaramanga.html>
33
4. ALCANCE
El Área Metropolitana de Bucaramanga, se encuentra ubicada en una zona de alto
riesgo sísmico, debido a su cercanía a diferentes fallas activas. Existe una
percepción de que estos eventos sísmicos de cierta magnitud se presentan justo
días después de altas temperaturas ambientales.
Teniendo en cuenta que hay ciertas fallas que generan los eventos registrados en
el Área Metropolitana de Bucaramanga, y que una de estas es el nido sísmico de
la Mesa de los Santos ubicado aproximadamente a 35 km del Área Metropolitana
de Bucaramanga, donde se registra una importante cantidad de sismos
mensualmente, el trabajo se enfocó en establecer una correlación entre la
temperatura del aire y los eventos de esa fuente sísmica.
El Instituto Colombiano de Geología y Minería (Ingeominas), cuenta con un
servicio geológico llamado Red sismológica Nacional de Colombia (RSNC), que se
encarga de informar sobre la ocurrencia de sismos, resuelve preguntas y además
cuenta con un catálogo de sismicidad que se encuentra disponible en la web6, y
del cual se tomaron los eventos sísmicos disponibles, considerados en la
investigación. Así mismo cuenta con una red de estaciones llamada Red Nacional
de Acelerógrafos de Colombia, la cual esta encargada de registrar los eventos
ocurridos en el territorio nacional7.
6 COLOMBIA, INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGIA Y MINERIA. Red Nacional Sismológica
de Colombia. [En Línea]. [Consultado 22 mar. 2012]. Disponible en <http://seisan.ingeominas.gov.co/RSNC/>. 7 COLOMBIA, INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGIA Y MINERIA. Red Nacional de
Acelerógrafos de Colombia. [En Línea]. [Consultado 22 mar. 2012]. Disponible en < http://seisan.ingeominas.gov.co/RNAC/>.
34
El catálogo de eventos sísmicos de la Mesa de los Santos proveniente del
Ingeominas, cuenta con información disponible a partir del primero de Junio de
1993. Ésta se clasificó por años para facilidad de la manipulación de datos, y se
hizo una conversión de magnitudes para posteriormente calcular la energía
liberada de cada uno de los sismos y luego acumularla diaria y semanalmente.
En relación con los datos de temperatura, se procesó la información proveniente
del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), para las
tres estaciones que cuentan con disponibilidad de este tipo de registro, en los
cuatro municipios del Área Metropolitana de Bucaramanga, como lo son: Estación
UIS, Llano Grande y Palonegro. La información suministrada se encontró limitada
por el tiempo hasta el cual el IDEAM disponía registros.
Los datos recolectados de los dos parámetros mencionados, fueron analizados
estadísticamente mediante el método de correlación de Pearson, de la siguiente
manera:
Correlación de la energía liberada semanal acumulada, con la temperatura
media, máxima y mínima de la misma semana.
Correlación de la energía liberada semanal acumulada, con la temperatura
media, máxima y mínima de la semana anterior.
Correlación de la energía liberada diaria, con la temperatura media, máxima y
mínima del día anterior.
Correlación de la energía liberada diaria, con la temperatura media, máxima y
mínima de dos días anteriores.
Correlación de la energía liberada diaria, con la temperatura media, máxima y
mínima de tres días anteriores.
35
5. ESTADO DEL ARTE
No se tienen registros de estudios en el Área Metropolitana de Bucaramanga, en
relación al tema que compete a este trabajo, teniendo en cuenta que es una
ciudad con alta actividad sísmica, y que además se generan eventualmente altas
temperaturas, en tiempos en los cuales ocasionalmente se registran eventos
sísmicos de cierta importancia.
Alrededor del mundo, hay gran cantidad de países en los que se han presentado
catástrofes por los eventos sísmicos de gran magnitud que se han generado, por
lo cual surge la pregunta, de si estos eventos podrían predecirse, y se buscan
indicios o parámetros con los cuales se logre predecir un evento sísmico.
En Pakistán e Irán, se han llevado a cabo investigaciones para correlacionar estos
parámetros y se han publicado los artículos “Effects of Temperature Increase on
Earthquake Frequency and Depth in Northern Pakistan” en el año 2010, por
Muhammad Usman, Mamoru Murata, Muhammad Zafar y Najeeb Ahmad Amir8, el
cual plantea un estudio para determinar la correlación que puede existir entre el
aumento de la temperatura y la frecuencia de los terremotos. La metodología
utilizada para llevar a cabo la investigación, fue en primera instancia, determinar el
área de estudio, y la duración de este, posteriormente un estudio de temperatura y
finalmente el estudio sismológico. La investigación mostró una relación positiva
entre el aumento de la temperatura, y la frecuencia de los terremotos en el norte
de Pakistán.
8 MUHAMMAD, Usman., et al. Effects of Temperature Increase on Earthquake Frequency and
Depth in Northern Pakistán. Vol. 1 (2011). [En línea]. [Consultado 28 Feb. 2012]. Disponible en <http://www.ipcbee.com/vol1/39-B078.pdf>
36
El otro artículo relacionado con el tema de investigación, es “Relation between
integral effect of sub-surface temperature variation (I) and seismic effects” en el
año 20099, en el que se introduce un parámetro, que refiere al efecto de las
variaciones de temperatura en la actividad sísmica, el cual parece tener una
relación directa, con la magnitud de los terremotos, y una relación inversa con la
distancia entre el foco del evento, y la estación de medida de la temperatura. Esta
suposición fue evaluada mediante diferentes ecuaciones, y rangos de magnitudes,
para lo cual el estudio arrojo esta lógica afirmativa.
En relación a investigaciones que se han llevado a cabo del Nido Sísmico de
Bucaramanga o de la Mesa de los Santos, en un estudio elaborado por Zhang Jian
Paul G. Richards y David Schaff, titulado “Wide-scale detection of earthquake
waveform doublets and further evidence for inner core super-rotation”, en donde se
evaluaron más de 100 dobletes en más de cinco zonas de subducción, y que
incluyó el Nido Sísmico de Bucaramanga. Presumiendo como doblete, un par de
terremotos que son repetitivos en la misma posición. Analizar éstos, resultarían de
gran importancia para estudiar la física de los terremotos, así como los cambios en
el núcleo interior. Se seleccionaron los eventos con magnitud de ondas internas
mb 4, y además afirma que en este nido se producen alrededor de ocho
terremotos cada año de magnitud mb 4.7.
En la región del Nido de Bucaramanga, se encontró un multiplete de 19 terremotos
localizados entre 6.5◦N a 7.2◦N y 73.4◦W a 72.7◦W, en la Figura 1, se observa la
situación, en donde los puntos rojos representan este multiplete y los azules los
datos que se tuvieron en encuentra en el estudio, el triangulo representa la
estación CHTO, desde la cual se usan ondas para encontrar los terremotos
repetitivos. También se revela en este estudio, que para dobletes registrados en
9 H, Jalal Kamali., et al. Relation between integral effect of sub-surface temperature
variation (I) and seismic effects. (2009). [En línea]. [Consultado 28 Feb. 2012]. Disponible en
<http://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/9/1815/2009/nhess-9-1815-2009.pdf>
37
Brasil, Islas Salomón, Bucaramanga, Australia y Tailandia, muestran un cambio
temporal muy poco o casi nulo en el interior del núcleo, cuyas rutas
correspondientes son casi paralelas al plano ecuatorial10.
Figura 1. Mapa ubicación multiplete Nido Sísmico de Bucaramanga.
Fuente: Jian, Zhang, Paul G. Richards, and David P. Schaff, 2008.
Estudios como este, y como diferentes autores en sus artículos expresan, el Nido
Sísmico de la Mesa de los Santos se encuentra catalogado como una de las
zonas de más actividad sísmica en el mundo, y por tal motivo se han generado
interrogantes e investigaciones que conlleven a determinar la situación que se
presenta en el interior de la tierra y el origen de este Nido Sísmico, como es el
caso de la investigación hecha por Calos E. Coral Gómez, llamada “ La
convergencia de placas en el Noroccidente Suramericano y el origen del Nido de
Bucaramanga”, quien se encargó de estudiar y evaluar diferentes hipótesis que se
10 Jian, Zhang, Paul G. Richards, and David P. Schaff. Wide-scale detection of earthquake
waveform doublets and further evidence for inner core super-rotation [En línea]. (2008). [Consultado 07 Mar. 2013]. Disponible en <http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=a9h&AN=33985000&lang=es&site=ehost-live>
38
han investigado a través del tiempo, nombra que quizá algunas se enfocaron en
una sola zona, que otras quedaron incompletas, concluye entonces que a pesar
de que el factor de calidad mecánica, y los altos valores de este son
características del material litosférico, y que éstos se encuentran presentes en el
Nido Sísmico de Bucaramanga, no necesariamente este demuestra una zona de
subducción de litosfera oceánica bajo el continente, sino que en un mejor
concepto, manifiesta posiblemente características más complejas en la región11.
Otra de las grandes conclusiones que obtuvo de los resultados de la investigación,
es que la sismicidad presentada en Santander por el nido, aparece en condiciones
de compresión subecuatoriales y que además esta se encuentra condicionada al
incremento de los esfuerzos tectónicos que se exteriorizan en el recodo de la
Cordillera Oriental al cambiar su sentido de orientación. Un bloque “blando” que se
encuentra presente en el manto de la Cordillera, ayuda que en el Nido de
Bucaramanga se concentren esfuerzo en el bloque “rígido”. Esta concentración de
esfuerzos, y el incremento de los mismos, parece tener su origen hacia el bloque
andino en la convergencia de placas listosféricas12.
11
CORAL, Carlos. La convergencia de placas en el Noroccidente Suramericano y el origen del Nido de Bucaramanga. Revista de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Vol. 17, No. 66 (Mayo, 1990); p. 521-529. [Consultado 07 Mar. 2013]. Disponible en <http://www.accefyn.org.co/revista/Volumen_17/66/521-529.pdf> 12
Ibid
39
6. MARCO TEÓRICO
6.1 ORÍGENES Y EVOLUCIÓN DE LA TIERRA
Para llegar a comprender como se originaban los sismos y estudiar mas a fondo la
conformación y las características de éstos, surgieron gran cantidad de teorías,
entre las cuales se encuentra la del Big Bang o gran explosión, que es sobre la
que actualmente se plantea el origen del universo para los astrónomos.
6.2 CONFORMACIÓN DE LA TIERRA
La tierra se encuentra conformada por diferentes capas o cascarones esféricos
que poseen diferentes características físico-químicas y espesores, como se puede
observar en la Figura 2. La temperatura de la tierra va desde un máximo en su
centro hasta un mínimo en su superficie, lo que conforma el gradiente térmico o de
temperaturas. Según Sarria “En términos generales, la temperatura del interior
terrestre puede estimar que varia entre la correspondiente a la superficie, unos
pocos grados centígrados, la del centro de la tierra, que puede ser un poco
superior a cuatro mil doscientos grados centígrados”13. En la Figura 3, se observa
el comportamiento de la temperatura interna de la tierra en función de su
profundidad, en donde se percibe que el manto puede llegar a tener temperaturas
hasta de 3800°C, el núcleo exterior hasta aproximadamente 4000°C y el interior
aumenta hasta un poco menos de los 4300°C.
13
Ibid., p.37.
40
Figura 2. Sección transversal de la Tierra
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
Figura 3. Variación de la temperatura con la profundidad de la tierra y
fenómenos principales asociados.
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
Manto superior
Zona de
transición
Zona de
transición
Zona de
transiciónNúcleo interior
Metal sólido
Corteza
Manto interior
Núcleo exterior
Metal líquido
15 400 900 2700 2883 4980 5120 6371
Profundidad (km)
1000 2000 3000 4000 5000 6000
MantoNúcleo exterior
líquido
Núcleo interior
sólido
Temperatura de la lava
Temperaturas requeridas para
desfases en velocidades de
ondas sísmicas
Geotérmica por debajo
de punto de fusión
Temperatura de fusión del hierro
Geotérmica por debajo
de punto de fusión
Núcleo de hierro se
solidifica
Geotérmica sobre punto
de fusión
Fusión de núcleo de
hierro
Se inicia fusión de
manto
1000
2000
3000
4000
5000
Tem
pe
ratu
ra t
err
estr
e(°
C)
Profundidad (km)
41
6.3 TECTÓNICA DE PLACAS
A lo largo de los años se ha estudiado la tectónica de placas por grandes
científicos, para llegar al conocimiento que se tiene actualmente. Los cambios que
ha sufrido la superficie terrestre desde su origen, por los desplazamientos que las
placas tectónicas que la conforman han tenido y seguirán teniendo14, se
denomina deriva continental, como se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Variación en la posición de los continentes.
Fuente: http://www.conevyt.org.mx/cursos/cursos/riquezas/recursos/revista/revista4.htm
14
Ibid., p.57.
225 millones de años
180 millones de años
135 millones de años
65 millones de años
Actualmente
42
En la Figura 5, se muestra un modelo actual de lo referente a las placas
tectónicas. En total son 22 placas, aunque en la imagen se refiere solo a las
placas principales. Se dice que la placa del pacífico, según Le Pichon, es la de
mayor área, y está claramente definida. Todas las placas permanecen en continuo
movimiento, y a una velocidad determinada en cm/año; la dirección en la que su
mueven las placas y el que estas tengan contacto entre si, es lo que genera
actividad sísmica15.
Se puede observar claramente en la imagen, que para el territorio Colombiano, las
placas que están afectando la zona son: La placa de Nazca, la paca Caribe y a
placa de Sur América.
6.3.1 Origen de los sismos. Los sismos son generados por los movimientos
relativos de las placas tectónicas que chocan entre si, y generan deformaciones
semielásticas, al presentarse este fenómeno, se hace que se acumule energía
elástica lentamente dentro de las franjas deformadas que conformas los limites y
aun mas adentro de estos, también se acumula energía. La densidad de la
energía no depende únicamente de las deformaciones, sino que las características
geométricas y la mecánica de los medios, también hacen parte de la cantidad de
energía que se acumula por unidad de volumen. Entonces, un sismo se origina,
cuando las fuerzas de las placas, debidas al movimiento, prevalecen a las que
tratan de conservar unidos los contactos de placas, las cuales se mueven una
respecto a la otra, de tal modo que se ocasiona una ruptura repentina en los
contactos, con gran parte de la energía elástica que había sido almacenada en las
deformaciones16.
15
Ibid., p.60 16
Ibid., p.60 y 61
43
Figura 5. Principales placas tectónicas.
Fuente:http://ciclosolar24.blogspot.com/2011/01/que-pasa-con-las-placas-tectonicas.html
Sin importar el sentido del desplazamiento que tienen las placas, siempre existirán
grandes fuerzas de fricción actuando, estas fuerzas son muy grandes, ya que las
masas que producen dichos desplazamientos son enormes y se genera un
intercambio de energía potencial y cinética. El desplazamiento entre placas es
relativo, y este se produce en periodos de tiempo aproximadamente aleatorios. En
los momentos en que no hay movimiento, se esta generando una deformación
interna entre los bloques que actúan, hasta que se pierde el equilibrio y se genera
un movimiento relativo de un bloque respecto al otro17.
El contacto entre las placas que se encuentra en acción, involucra una situación
de múltiples fuerzas que intervienen, como fuerzas de fricción, cohesión y fuerzas
cortantes, derivado de las dificultades del medio, y la situación poder ser mas
compleja cuando hay presencia de agua en aproximadamente los primeros 10
17
Ibid., p.61.
44
kilómetros de la corteza terrestre. El contacto entre placas no es tan simple como
la superficie que une a dos cuerpos, sino como si una superficie penetrara a la
otra, es decir una especie de superposición entre los cuerpos, lo que indica una
especie de volumen de contacto. Además no necesariamente esta superficie de
contacto es plana, pueden encontrarse superficies curvas, en donde el estado de
esfuerzos es más complejo18.
El movimiento de las placas se da en un rango de velocidad muy baja, entre los 10
y 120 mm/año. El resultado de estos desplazamientos, lento pero constante, se ve
reflejado quizá en centenares o millares de años. Cuando las fuerzas de empuje
superan a las de cohesión y fricción que se encuentran en los límites de los
bloques en movimiento, la energía acumulada lentamente se libera de forma
repentina, y esta se disipa mediante ondas que son portantes de energía elástica.
Entonces se dice que ha ocurrido un sismo19.
Existen diferentes ambientes tectónicos en los que se produce un sismo, como se
nombran a continuación20:
Zonas de subducción: son llamados sismos de interplaca, ya que en el choque
entre dos placas, una se desliza por encima de la otra, y el material formado
por las dorsales marinas, lo hace desaparecer la placa inferior.
Zona de Benioff de la placa subducida: esta es un complemento de la
subducción nombrada anteriormente. Esta falla tiene la particularidad de que
cuando se penetra en el interior terrestre, lo hace con un buzamiento que
depende de las condiciones regionales; esta inclinación varía desde unos diez
a quince grados, hasta llegar a superar los cuarenta y cinco grados.
18
Ibid., p.62. 19
Ibid., p.62. 20
Ibid., p.63.
45
Fallamientos geológicos activos en el interior de una placa tectónica: son
sismos muy frecuentes, generados en zonas de debilidad, en donde los
esfuerzos son liberados ocasionalmente.
Sismos intraplaca: son generados en el interior de la placa, lejanos de los
contornos y zonas de falla. Posiblemente originados por la acumulación de
esfuerzos residuales en procesos cinemáticos anteriores, y que al liberarse
producen un sismo. Esta modalidad de sismo puede afectar ciudades que se
han construido sin tener en cuenta esta actividad sísmica.
Actividad volcánica: por lo general no ocasiona sismos de magnitudes altas,
aunque en caso de una erupción muy grande, podría producir daños en zonas
aledañas.
Actividad humana: son las originadas por explosión de bombas atómicas,
cargas de dinamita o por derrumbes en actividad minera.
Las fallas geológicas se presentan en la interacción de dos bloques que cuando se
desplazan horizontalmente, casi paralelas, pero en sentido contrario; como se
muestra en la Figura 6. El material comprendido en la zona de falla en la línea cd,
tiene una cohesión perteneciente a la de la roca, además de la compresión
ejercida por el empuje de las fuerzas que deslizan las placas, también actúa la
componente horizontal del esfuerzo debido al peso. La línea ab que siempre
permanecerá recta y continua cuando no han actuado las fuerzas F, pero en el
momento en que estas fuerzas comienzan a actuar, esta línea empieza a
ondularse y se produce otro campo con otras deformaciones; la intensidad de este
campo está asociada a la curvatura que se forma, y aumenta gradualmente con el
tiempo. Las fuerzas actuantes en este campo son de cohesión y fricción, y son
totalmente opuestas a las fuerzas F. En el momento en que estas fuerzas se
igualan, se denomina el equilibrio límite, y cuando aumenta en un mínimo la fuerza
46
F, se libera la energía que fue acumulada quizá en muchos años, en unos cuantos
segundos21.
El sismo se origina en el momento en que ocurre la ruptura, y su fuerza es
proporcional al tiempo que duro almacenándose esta energía. En ese instante la
línea ab, se hace discontinua y se divide en dos líneas rectas; la distancia a la que
estas se encuentran separadas se denomina, desplazamiento de falla, y la
longitud de la línea fracturada, es la longitud de ruptura22.
Hay otros tipos de falla, como los que se muestran en la Figura 7, y que al igual
que las anteriores, dan origen a los sismos.
Figura 6. Deformaciones de la corteza en la teoría de la recuperación
elástica.
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
Los tipos de uniones entre placas dependen de las características que las
conforman. Hay uniones como la dorsal-dorsal-dorsal (DDD), fosa-fosa-fosa (FFF)
y dorsal-fosa-falla (DFf), como se puede evidenciar en la Figura 8, y de la cual se
deduce que para los casos en que se disponga de la información apropiada, se
podría esclarecer la situación de una unión triple. En territorio Colombiano, la
21
Ibid., p.66 y 67 22
Ibid., p.67.
(c)
a
bc
da
bc
da
bc
dA
B
F
F
A B
A
B
(a) (b)
47
placa Caribe, es uno de aquellos casos que presenta ambigüedades, y es por esto
que resulta complejo el estudio de ésta23.
Figura 7. Tipos de fallas geológicas.
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
23
Ibid., p.76.
Bloque
descendente
Bloque
ascendenteNORMAL
NORMAL LATERAL
IZQUIERDA
LATERAL IZQUIERDA O
DE DESGARRE
INVERSA INVERSA LATERAL
IZQUIERDA
Bloque de soporte
BuzamientoBloque colgante
Plano de falla
48
Figura 8. Tipos de unión triple entre placas.
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
6.4 PROPAGACIÓN DE ONDAS SÍSMICAS
Como se ha mencionado anteriormente, la energía que se ha acumulado durante
un periodo de tiempo en las zonas de convergencia o los diferentes movimientos
de las placas, es liberada súbitamente y esta debe ser disipada para que el medio
pueda retornar a su condición de equilibrio. Según Sarria: “La disipación se
produce por el desplazamiento del estado de esfuerzos liberados y obedece a los
fenómenos de fricción y de debilitamiento de la intensidad enérgica al aumentar el
área por la cual pasa la misma cantidad de energía, a medida que las ondas se
alejan de la fuente que las originó”24.
6.4.1 Tipos de ondas sísmicas. Para que una construcción se vea afectada por
un sismo, no necesariamente éste debió ser generado en un sitio muy cercano a
esta, sino que en el momento en que se genera un sismo, su energía se disipa por
24
Ibid., p.85.
C
A B
C
C
C
C
BB
B
A
A
A
Unión DDD
Unión DFf
Unión FFF
Subducción
Unión FFD
A B
49
medio de ondas que se propagan por el subsuelo, y estas afectan directamente la
cimentación de la estructura25.
Existen dos tipos de ondas sísmicas, las ondas internas que se propagan en lo
profundo de los solidos, como son las ondas longitudinales P y transversales o de
cortante llamadas ondas S; y las ondas superficiales que se transmiten por la
superficie o en los contactos en donde se generan cambios bruscos de rigidez en
el medio, y éstos pueden resultar en el interior del solido, como lo son las ondas
de Rayleigh R con trayectorias elípticas y las ondas Love, L semejantes a las
ondas S como se muestra en la Figura 9.
En la transmisión de los esfuerzos de las ondas sísmicas, existen dos velocidades
muy definidas. Una es la velocidad a la que se transmite el estado de esfuerzos
mediante las ondas, que es muy superior a la velocidad de movimiento de las
partículas del medio por que se transmite los esfuerzos26.
Figura 9. Dirección de propagación de las ondas sísmicas y del medio
transmisor.
Fuente: http://www.funvisis.gob.ve/glosario.php
25
Ibid., p.86. 26
Ibid., p.86.
50
6.5 CARACTERÍSTICAS DE LOS SISMOS
Así como se estudia a fondo los mecanismos de falla de los sismos, hay
características de ellos que a simple vista son simples, pero que son de gran
importancia en el estudio de la ingeniera sísmica.
6.5.1 Foco y epicentro. La liberación de energía elástica acumulada que se da
súbitamente y origina un sismo, requiere de dos conceptos para asignarle una
ubicación; estos son el foco y el epicentro. El foco o hipocentro, es la región en
donde se inicia la liberación de energía y el epicentro es la proyección de este en
la superficie terrestre27, ver Figura 10.
Figura 10. Localización del hipocentro y el epicentro.
Fuente:http://seisan.ingeominas.gov.co/RSNC/index.php/material-educativo/conceptos-basicos
6.5.2 Magnitud, momento sísmico y energía liberada. La magnitud es una
medida que permite comparar un sismo con otros, y está relacionada con la
cantidad de energía liberada. Los conceptos de magnitud, momento sísmico y
energía liberada, están muy ligados entre si, y son de gran importancia en la
ingeniería sísmica28.
27
Ibid., p.123. 28
Ibid., p.124.
51
6.5.2.2 Magnitud. Este concepto fue introducido por C.F. Richter, en el año
1935, con el fin de comparar la energía liberada entre eventos sísmicos. A pesar
de que los expertos en sismología han manifestado inconformidades y limitaciones
con este concepto, sigue siendo el mas utilizado para caracterizar la energía
liberada. La magnitud la expreso Richter mediante la ecuación29:
( ⁄ ) ( ) (4.1)
En donde:
M Magnitud.
A Amplitud de la deformación del medio en el cual esta colocado el geófono del
sismógrafo. Se da en milésimas de milímetro. Se toma la amplitud del registro y no
del terreno.
T Periodo de la onda, [s].
Distancia epicentral del foco, [Grados].
h Profundidad del foco, [km].
Cs Factor de corrección de la estación sismológica.
Cr Factor de corrección regional, varía en forma más o menos compleja.
La magnitud es única para cada sismo y se representa teóricamente por un
número, en relación a la ecuación 4.1, este valor no tiene algún límite, aunque por
lo general no excede el valor de ocho o un poco más. Además hay diferentes
escalas para la evaluación de la magnitud, dependientes de las diferentes ondas
que salen de la fuente sísmica. Estas son las escalas utilizadas en la actualidad30:
Magnitud local ML, fue de las primeras concepciones propuesta por Richter en
1935, enfocado a los eventos presentados en el sur de California. Se define
como el logaritmo de la máxima amplitud medida del sismo en cuestión,
29
Ibid., p.124. 30
Ibid., p.126.
52
captado en un sismógrafo de torsión Wood-Anderson con un periodo natural de
0,8 segundos, magnificación de 2.8 y coeficiente de amortiguamiento de 80%,
estando localizado el sismógrafo a 100 kilómetros del epicentro del evento
telúrico. Para los eventos con distancias diferentes a los 100 kilómetros
estimados, se evalúa en función de la variación de la amplitud con la distancia.
La magnitud Ms, magnitud de ondas superficiales, fue propuesta por
Gutenbergh y Richter en el año 1945. Esta magnitud es una de las más
utilizadas en la actualidad, y es válida para evaluar diferentes distancias
epicentrales y sismógrafos. Esta magnitud puede calcularse con la conocida
fórmula de Praga, para ondas superficiales con periodos del orden de 20
segundos.
( ⁄ ) ( ) (4.2)
Teniendo en cuenta que:
A Amplitud espectral a 20 segundos de la componente horizontal de la onda
Rayleigh medida en el terreno, [micrones].
Distancia epicentral, [Grados].
Gutenbergh desarrolló una magnitud basada en la amplitud de ondas internas con
periodos de más o menos un segundo. Esta magnitud es conocida como mb o Mb,
y las siguientes dos expresiones, permiten correlacionar esta magnitud con Ms o
ML31.
(4.3)
(4.4)
31
Ibid., p.126.
53
Se han desarrollado algunas expresiones para otras regiones, para América del
Sur se encontró la siguiente32:
(4.5)
Mientras tanto para toda Sur América la correcta es:
(4.6)
De acuerdo a Boore, los sismos que se ajustan a la teoría de la recuperación
elástica, que son muy grandes, se pueden presentar errores en la escala de
magnitud, ya que se registra la amplitud correspondiente a un área de ruptura,
entonces hay disminución de las ondas lejanas respecto al sismógrafo33.
Genera confusión en relación a la magnitud, el hecho de que el personal
encargado de hacer las lecturas de las amplitudes, registra aquella de la primera
onda de llegada, cuando teóricamente, debe ser la amplitud máxima registrada.
Entonces aparece la magnitud de Kanamori, Mw, que fue desarrollada midiendo el
menor efecto de saturación, y surgió la ecuación de momento sísmico, que como
su nombre lo indica, se basa en el momento sísmico M0, cantidad que resulta no
saturable, si se tienen en cuenta periodos lo suficientemente largos, y esta dada
por la relación34:
⁄ (4.7)
32
Ibid., p.127. 33
BOORE, David M. Introduction to Seismology. Citado por SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica. 2 ed. Bogotá: Ediciones uniandes, 1995. P. 59. 34
SARRIA. Op. cit., p.127
54
6.5.2.2 Momento sísmico. Se puede usar la teoría del rebote elástico para
desarrollar la medida muy útil del tamaño de un sismo, dado por la siguiente
ecuación35:
(4.8)
Donde:
M0 Momento sísmico.
Resistencia a la rotura del material a lo largo de la falla.
Área de ruptura
Cantidad promedio de deslizamiento.
El momento sísmico puede ser correlacionado con la magnitud Mw, y puede ser
estimado con los registros geológicos de terremotos históricos o de grandes
periodos de componentes de un sismograma36.
6.5.2.3 Energía liberada. Le energía liberada en un evento sísmico, es un tema
que se ha estudiado por diferentes especialistas en sismología. Richter, encontró
una forma de hallar este parámetro en función de la magnitud del sismo, Dada
por37:
(4.9)
Expresión en la cual:
E: Energía liberada [Ergios].
Ms: Magnitud de ondas superficiales.
35
KRAMER, Steven L. Geotechnical Earthquake Engineering. II. Series. United Estates of America: Meg Weist, 1996. P 42. 36
Ibid., p.42. 37
SARRIA. Op. cit., p.132
55
Un sismo libera una gran cantidad de energía, esta se puede comparar con la
explosión de una bomba nuclear; esto explica un poco la capacidad de destrucción
de un sismo, ya que la energía acumulada durante una gran cantidad de tiempo,
se libera repentinamente en unos cuantos segundos. Podría pensarse, que si esta
energía se liberara en periodos de tiempo más largos, los efectos no serian tan
significativos38.
6.5.2.4 Réplicas y premoniciones. Las replicas son sismos que se dan en menor
magnitud, después de la ocurrencia del sismo principal, y se dan de modo que se
reacomode el campo de esfuerzos que liberó la energía y produjo el sismo. Las
replicas suelen suceder cuando el foco del sismo es relativamente superficial o de
profundidad intermedia, quizá igual o un poco menos a los sesenta kilómetros.
Éstas se dan en los días o meses posteriores al evento principal, y se presentan
en gran cantidad con magnitudes menores, y probablemente disminuya la
magnitud de estas en función del tiempo. Las premoniciones por el contrario, son
sucesos que ocurren antes del sismo principal, y con magnitud menor. De este
parámetro no hay información muy verídica que permita establecer
generalidades39.
6.5.3 Intensidad. La intensidad es entendida como el efecto que se produce en
diferentes zonas, ante un mismo evento sísmico, de modo que si en diferentes
lugares hay un sensor, la intensidad es el efecto que tiene el sismo en cada parte
y es sentida de forma diferente por operarios de las estaciones, de acuerdo a la
distancia respecto al origen del sismo. Entonces la intensidad de un sismo, varía
en función de la posición en donde se evalúa el efecto del movimiento telúrico.
Generalmente se confunden los conceptos de intensidad y magnitud, y es muy
importante diferenciarlas; la magnitud es una medida de la cantidad de energía
liberada, y la intensidad procura medir el efecto del sismo. De este modo para un
38
Ibid., p.133. 39
Ibid., p.133.
56
sismo determinado hay una sola magnitud, mientras que intensidades serán
muchas de acuerdo a la posición del observador40.
Actualmente se usa la escala de Mercalli modificada MM, propuesta por Mercalli-
Cancani y modificada más adelante por Wood-Newman, Tabla 1. Es muy probable
que un grupo de personas en un mismo sitio asigne un grado diferente, así que es
muy subjetivo, de acuerdo con el evaluador.
Tabla 1. Intensidad de Mercalli modificada MM.
Intensidad Calificación Descripción de los efectos
I Despreciable Detectado solo por instrumentos.
II Sensible Sentido por poca gente, oscilación de objetos
colgados.
III Ligero Vibraciones pequeñas.
IV Moderado Se siente en interiores y se presentan ruidos por
objetos decorativos.
V Algo fuerte Sentido por la mayoría, genera un poco de pánico
y daños menores.
VI Fuerte Provoca daños en construcciones no sismo-
resistentes
VII Muy fuerte
Pánico, la gente corre. Se dañan estructuras
diseñadas con calidad y grandes daños en cada
de adobe y tierra.
VIII Destructor Construcciones con daños graves
IX Ruinoso
Gravedad de daños en construcciones de calidad.
Destrucción casi total de construcciones no sismo-
resistentes
X Desastroso Solo se salvan construcciones diseñadas con
normas sismo-resistentes
XI Desastroso Pánico total. Destrucción casi total. Grietas en el
suelo
XII Catastrófico Destrucción total
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
40
Ibid., p.134.
57
6.5.4 Duración. La duración de un sismo es un factor de gran importancia, ya que
juegan un papel importante en la capacidad de destrucción que éste puede tener.
Es muy subjetiva la duración de un evento sísmico, ya que si se examinan los
sismogramas, puede durar considerables minutos o incluso horas. Pero en el
campo de la construcción de la ingeniería civil, se analiza la duración de la parte
mas intensa del sismo41.
6.5.5 Acelerogramas y aceleración máxima. Se denomina acelerograma a un
registro de aceleraciones del terreno provocadas por alguna masa, comúnmente
un sismo. Estas aceleraciones son medidas por un acelerógrafo, que es un
instrumento diseñado especialmente para que en zonas de frecuencias altas,
proporcione el espectro de respuesta, de donde resulta la aceleración. Es muy
importante en la ingeniera civil, que se tenga cierto conocimiento sobre las
aceleración que un evento telúrico podría tener en la localización del proyecto, ya
que una aceleración añadida a una masa produce una fuerza, ésta genera
deformación y la deformación un esfuerzo, y depende de la magnitud de este, si
es muy grande, se pueden destruir y colapsar las construcciones42.
6.5.6 Sismogramas y determinación de epicentros. Sismograma es el registro
gráfico logrado por un instrumento que detecta y registra las ondas sísmicas por el
lugar en donde este se encuentra ubicado, ese instrumento se conoce con el
nombre de sismógrafo. En un sismograma, se pueden identificar los tiempos en
los que llegan las diferentes ondas, o llamados de otro modo, fases. En la
ingeniería sísmica, las fases más importantes son las de llegada de las ondas P, S
y las de superficie. A continuación en la Figura 11, se muestra un ejemplo de
sismograma43.
41
Ibid., p.137. 42
Ibid., p.138. 43
Ibid., p.150.
58
Figura 11. Sismograma.
Fuente: http://climaya.com/2012/02/sismograma-de-evento-5-8-en-costa-rica-lunes-13-de-febrero-
455am/
Los sismogramas son registrados por lo general en tres métodos: en papel
ahumado con una aguja que deja la huella al respaldo, también en papel corriente
mediante agujas entintadas que marcan o en papel fotográfico en el cual un haz
de luz deja la huella. Actualmente el registro digital ha aumentado, y esto permite
un rango dinámico absolutamente superior al que se obtiene del registro
analógico. Este tipo de instrumentos permite registrar grandes y pequeños sismos,
o que tenga la función de sismógrafo y acelerógrafo el mismo equipo, conocido
como un geófono de banda ancha44.
6.5.7 Ubicación del epicentro de un sismo. El método para determinar el
epicentro de un evento sísmico, aplica una ecuación dependiente de tres
estaciones en las que se tome el tiempo de llegada de la onda P, cada uno
44
Ibid., p.151.
59
llamado t1, t2 y t3, suponiendo que t3 es mayor que t2 y este mayor que t145,
como se muestra en la Figura 12.
Figura 12. Determinación del epicentro de un sismo.
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
En el caso en que únicamente se conocen los tiempos de llegada de las ondas P,
se realiza un proceso sencillo, en donde se conocen las coordenadas de dos
estaciones, y estas se usan como centro de circunferencia, cuyo radio depende de
los tiempo de llegada de cada una de estas y el tiempo de la estación que no se
conocen coordenadas. Por ejemplo si se tienen las coordenadas de las
estaciones 2 y 3, entonces los radios serian: ( ) y ( ),
teniendo en cuenta que es la velocidad de la onda P. Entonces el epicentro del
sismo corresponde al centro de un círculo nuevo generado a partir de la
intersección de tres puntos así46:
1 Estación 1.
2 Tangente al círculo con centro en la estación 2.
3 Tangente al círculo con centro en la estación 3.
45
Ibid., p.151. 46
Ibid., p.152.
1
2 3
Epicentro
Estación
sismológica No.2
Estación
sismológica No.3
Estación
sismológica No.1
60
Este punto puede ser conocido planteando una ecuación, que pasa por tres
puntos conocidos, dos ubicados en sus respectivos círculos y el otro punto con
coordenadas conocidas. Si se tienen más de tres estaciones, entonces se realiza
la ecuación combinando los datos, y se generarían diferentes respuestas muy
cercanas entre sí. En caso en donde cada una de las estaciones tome los tiempos
de llegada de las ondas P y S, se emplea la fórmula de Omori, para la cual se
conocen las fases de P y S, estas se restan entre sí, en segundos, y a cada fase
le corresponde una distancia D al foco. De este modo se obtiene47:
( ⁄ ) ( ⁄ ) (4.10)
Sabiendo que y son la velocidad de las ondas S y P respectivamente, en la
estación.
De la ecuación 4.9 se deduce la fórmula de Omori, despejando la distancia focal
48:
[
( )⁄ ] ( ) (4.11)
De esta ecuación se deduce la velocidad equivalente, correspondiente al primer
paréntesis, en donde se tienen las tres dimensiones de una velocidad. Teniendo
las coordenadas de cada una de las estaciones, ubicadas como el centro, se
trazan círculos de radio , conocida la velocidad equivalente, y el epicentro será el
ubicado sobre la proyección de una semiesfera con radio , por la intersección de
dos círculos propios de dos estaciones, se pasa una línea recta sobre la cual
quedara el epicentro. Si se tienen tres estaciones, entonces será la intersección de
47
Ibid., p.152. 48
Ibid., p.152.
61
estos tres círculos el epicentro, ver Figura 13. Cuando se tienen más de tres
estaciones, se realiza el mismo procedimiento, y el epicentro se encuentra en un
punto muy cercano a los diferentes interceptos que se presentan de los círculos49.
Figura 13. Determinación de epicentros por el método de Omori
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
Determinar el foco es un tema un poco mas complejo, es un asunto en el espacio
y como mínimo implica de cuatro estaciones sismológicas. Actualmente existen
variedad de software que localizan epicentros y focos de varias estaciones,
aplicando ajustes de mínimos cuadrados, que cuentan con gran precisión y de una
manera muy rápida50.
6.5.7 Maremotos. Los maremotos son los sismos generados en el lecho oceánico
debido a un temblor, que ocasiona grandes olas en el mar. Este fenómeno, por su
condición de estar relacionado con los mares, ha provocado grandes afectaciones,
principalmente en países del Océano Pacífico, como Perú, Chile, Colombia, Japón
y Estados Unidos. En general, la energía que porta este tipo de eventos, cuando
49
Ibid., p.152. 50
Ibid., p.153.
EstaciónEstación
Estación
Epicentro
62
ha sido originado por un sismo, es baja en comparación con la del sismo que lo
produjo; Hay una ecuación que evalúa la rapidez de propagación de un maremoto,
mar adentro, dada por51:
( ) ⁄ (4.12)
Dado que:
Velocidad de propagación de la onda
Aceleración de la gravedad
Profundidad del medio del agua
En la ocurrencia de maremotos, se da que en las costas en donde la profundidad
del mar es pequeña, la ola es alta, y en donde la profundidad es alta, las olas son
pequeñas, es decir que la onda generada es inversamente proporcional a la
profundidad52.
6.5.8 Algo más acerca de los sismos. Se han dado cantidad de especulaciones
acerca de los diferentes y posibles fenómenos que pueden avisar la ocurrencia de
un sismo, algunos de estos se mencionan a continuación53:
Predicción de eventos sísmicos por medio de animales domésticos, que
expresan un comportamiento extraño, con nervios, antes de la ocurrencia de
un sismo grande. Se ha comenzado a realizar estudios, observando el
comportamiento de los animales, para obtener un sistema de prevención
sísmica.
Los sonidos que se producen en la tierra antes de que se inicie el temblor,
aunque hay diferentes puntos de vista sobre el tema que han llegado a ser
51
Ibid., p.154. 52
Ibid., p.154. 53
Ibid., p.155.
63
polémica, parece ser que el tema es indiscutible con que si se oyen estos
ruidos. Sarria nombra que él puede asegurar que esto es verdad, ya que en
algunos sismos a mediados de la década de 1940-1950, en Popayán,
Colombia, produjeron un ruido sordo y fuerte. Estos ruidos pueden ser
provocados por las ondas P, que llegan antes que las S y suavemente.
Otros fenómenos que se especulan por muchas personas que han observado,
es la aparición de chispas y luces en las rocas, colores en las nubes y
tempestades, antes de la ocurrencia de un evento sísmico.
6.6 SISMO TECTÓNICA DEL NOROCCIDENTE DE AMÉRICA DEL SUR
Uno de los escenarios sismotectónicos de mas interés y que resulta complicado,
es el Noroccidente de América del Sur por la interacción de las tres placas
tectónicas: la Nazca, Sur América y Caribe. Se han desarrollado estudios para
determinar los límites de la placa Caribe, pero aún no se han determinado, a pesar
de que han surgido hipótesis, de que se sitúa a lo largo del flanco oriental de la
Cordillera Oriental Colombiana, y otros por la costa del Mar Caribe. Este tema ha
sido un poco difícil de estudiar, por lo cual a continuación se presentan algunos
aspectos informativos54.
6.6.1 Ambiente de convergencia de placas. En territorio colombiano convergen
tres placas tectónicas, nombradas anteriormente, y se visualiza en la Figura 14. El
desplazamiento y la velocidad de las placas por lo general son55:
Placa Nazca: Se desplaza en dirección occidente-oriente, con una velocidad
relativa promedio de alrededor de 60mm/año.
54
Ibid., p.163. 55
Ibid., p.163.
64
Placa Sur América: se desplaza en dirección oriente-occidente, con una
velocidad relativa aproximada de 10 a 20 mm/año.
Placa Caribe: se desplaza en dirección occidente-oriente, con una velocidad
relativamente menor. Estos desplazamientos relativos involucran esfuerzos de
compresión, tracción y cortante en la región.
Como resultado del campo de esfuerzos generado por la convergencia de estas
placas, se presentan flexiones y cortes en las placas, que se exteriorizan en
algunas fallas geológicas conocidas, y algunas que tal vez no se han descubierto
del todo.
Figura 14. Tectónica del noroccidente de América del Sur.
Fuente: http://geored.ingeominas.gov.co/images/pdf/Trenkamp_etal.pdf -
En la Figura 15, se observan los epicentros de sismos con rangos de
profundidades mayores y menores a los 70 km, volcanes, fallas geológicas activas
o probablemente activas y el tipo de fallas, y todo eso consecuencia de la
65
interacción entre placas. Cada uno de los puntos en un evento presentado en el
pasado, y las líneas indican las fallas y su actividad. La energía sísmica
acumulada es manifestada en los sismos y las fallas. Una de las zonas más
activas es la del territorio Andino, al cual pertenecen tres cordilleras, la occidental,
la central que es la mas antigua, y la más reciente, la oriental56.
Figura 15. Mapa sismotectónico del noroccidente de América del Sur.
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
56
Ibid., p.164.
66
6.6.1.1 Acreciones y saturas. Como consecuencia de la interacción de placas, se
presentan cambios en su conformación. En los últimos años, se ha empleado un
nuevo concepto de lo que se denominan terrenos, que se encuentran
conformados por bloques denominados materiales alóctonos, es decir que se
originó en un lugar antiguo, y se ha ido transportando por algún agente geológico,
estos han sido derivados de diferentes regiones, y se han ido acomodando a
medida que se desplazan en donde encuentran masas de mayor tamaño a las
cuales se acrecionan; esto es lo que conforma los bloques autóctonos. De la
acreción quedan huellas, que son llamadas saturas, que hoy en día pueden ser
investigadas por medio de estudios especializados en el tema57.
De acuerdo con Restrepo y Toussaint, en las referencias 7.8 y 7.9, citadas por
Sarria en el capítulo 7, la zona más oriental del territorio del noroccidente de
América del Sur, tiene basamento continental autóctono, en cambio la occidental
tiene basamento marino alóctono. Este suceso lleva a pensar a estos autores, que
el territorio analizado se encuentra conformado por un mosaico de bloques
exóticos acrecionados al Escudo Guayanés, en distintos periodos geológicos que
hace que tanto en basamento oceánico occidental como el continental oriental,
sean alóctonos. Estos mismos autores postularon que las acreciones ocurrían en
los periodos siguientes. En la Figura 16, se observa la posición relativa de los
bloques descritos58.
El bloque autóctono, asociado con el escudo a finales del Precámbrico, abarca
los Llanos Orientales, el Macizo de Garzón, Caquetá, la Macarena y
Amazonas.
57
Ibid., p.165 y 166. 58
Ibid., p.166 y 167.
67
El terreno Chibcha (Ch), comprende la Cordillera Oriental, el Macizo de
Santander, el costado SE de la Sierra Nevada de Santa Marta y el limite E de
la Cordillera Central y tiene basamento continental.
El Terreno de Tahamí (Ta), de este hace parte la zona norte de la Cordillera
Central, y tiene basamento continental.
El Terreno Calima (Ca), posee basamento oceánico, y de este forman parte
gran parte de la Cordillera Occidental y la Central. Se encuentra unido al
Terreno Tahamí por obducción y subducción.
Terreno Cuna (Cu), abarca la Serranía de Baudó, la Cuenca del Atrato y el
borde noreste de la cordillera Occidental. Tiene basamento oceánico.
Figura 16. Mapa de terrenos alóctonos en el noroccidente de Sur América.
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
68
En la Figura 17, se muestra un esquema de lo concerniente a la cronología de las
acreciones anteriormente mencionadas.
Figura 17. Esquemas de la cronología de las acreciones sucesivas en los
alrededores de 6°N
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
6.6.1.2 Sismotectónica regional
a) Movimiento de placas
El territorio andino se encuentra conformado por los bloques de acreción
mencionados en el anterior ítem, como consecuencia de la convergencia de
69
placas que se presenta en la zona, esto por su parte, genera que esta porción del
Andino Colombiano se encuentre sometido a una compresión, conformada por la
acción y la dirección del desplazamiento de las tres placas59.
En la Figura 14, se puede observar la complejidad que se presenta en la costa del
Océano Pacifico; según Turcotte, la rotación de la placa Nazca tiene una velocidad
angular de 0.84°/M año, en un plano ubicado en las coordenadas 59.1°N y -
94.8°E. Es notorio que esta placa se suaviza en su esquina nororiental. No es
claro, si en esta esquina actúa la placa Nazca, o si esta presenta un fractura que
concibe una nueva placa mas pequeña y con dirección de desplazamiento muy
similar a la Nazca. Esta placa no oficial se conoce como la placa Malpelo. Es claro
que aún no se tiene clara esta situación, que solo estudios muy puntuales de la
sismicidad regional, con un análisis de perfiles de reflexión y refracción
adecuados, podrían aclararlo60.
b) Sismicidad en la zona de subducción
En las Figuras 15 y 18, se visualiza la amenaza sísmica en la zona de subducción.
En la Figura 18 en la parte a) específicamente, se pueden observar dos
panoramas, uno que contempla todos los sismos, y otro, en la parte b) que
muestra solo los eventos con magnitud Ms mayor o igual a 5. Realizar un análisis
sobre esta zona, podría llevar ha indicar algunos aspectos que den credibilidad al
modelo de la placa Nazca, que se extiende casi hasta Panamá por todo su
costado nororiental. Hay dos observaciones interesantes en la parte b), una es
que los sismos de magnitud mayor o igual a 5, pueden generarse con facilidad en
la zona de subducción, y son relativamente numerosos los eventos presentados
en frontera colombiana con ecuador, y lo otro es que la mayoría se concentra en la
59
Ibid., p.168 60
Ibid., p.168 y 169.
70
zona sur de esta fosa. Para analizar un poco más la situación, se dividirá en dos
segmentos: sur-central y norte61.
Segmento sur
Este fragmento, se encuentra ubicado en la zona de subducción en la frontera
colombo-ecuatoriana, aproximadamente 1°N hasta las afueras de la latitud 5.5°N.
en la Figura 18, se muestra una especie de línea imaginaria que va desde el p
unto ubicado en la coordenada 79°W, 3°N, hasta 77.5°W, 6.5°N, que a manera de
hipótesis, podría decirse que esta línea imaginaria es sensiblemente paralelo a
esta parte de la zona de subducción. Cabe resaltar que la dirección de la línea
imaginaria mencionada anteriormente, es similar a la de la Cordillera Oriental y por
lo tanto a la falla frontal de la Cordillera Oriental62.
Segmento Norte
La parte norte de la zona de subducción, se encuentra ubicado aproximadamente
desde la latitud 6.5°N, hasta 7.4°N. En el extremo norte se encuentra con la
continuación de la Fosa de Centroamérica, que al Sur de Panamá, se convierte en
una falla que se desplaza en sentido lateral hacia la izquierda. Esta división tiene
un cambio de dirección que podría provocar una gran distorsión de la placa
subducida a la latitud cercana a los 6.5°N63.
En este segmento norte, en su extremo norte, la zona de subducción esta
dominada por una falla de componente lateral izquierdo, que presenta
desplazamientos relativos de unos 54mm/año. De esta actividad posiblemente, se
debe el alto riesgo sísmico que se presenta en la región colindante Colombia-
Panamá64.
61
Ibid., p.169 62
Ibid., p.169. 63
Ibid., p.171. 64
Ibid., p.171.
71
Figura 18. Sismicidad en la zona de subducción del noroccidente de América
del Sur.
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
72
c) Concentraciones de epicentros
Observando la Figura 15, es visible que hay zonas en las que son notables las
concentraciones de los epicentros, como en la línea que limita a Colombia y
Panamá, hacia el sur de la costa del Océano Pacífico, en la región que se conoce
como el Antiguo Caldas, en donde también se encuentra una gran concentración
de volcanes, como El Ruiz. Al nororiente, en el departamento de Santander se
visualiza una concentración alta de eventos sísmicos, y a esta se le denomina el
nido sísmico de Bucaramanga. Según Rivera, este nido esta concentrado en un
volumen en forma aproximada a un cubo de más o menos 10 kilómetros de lado, y
la profundidad a la que se originan los eventos se encuentra alrededor de los 150
kilómetros. Este nido esta compuesto por varias fallas geológicas, en una región
quebrada y presenta alrededor de veinte eventos diarios, con magnitudes
relativamente bajas, siendo la máxima presentada inferior a 6.565.
d) Sismicidad en la Zona de Benioff
La zona de Benioff en un escenario de convergencia de placas, puede ser
establecida graficando la profundidad de los sismos, a lo largo de secciones
transversales. Este caso es conveniente y se pueden obtener buenos resultados,
cuando la información sea abundante y apropiada. Un ejemplo puede observase
en la Figura 19, en donde se han ubicado los sismos de igual o mayor magnitud a
4, en una zona cercana a la costa del Océano Pacifico. En la Figura 19 se
muestran tres secciones transversales, en las Figuras 20, 21 y 22 las secciones
pertenecientes a cada una de ellas, sobre las cuales se han proyectado los sismos
en la sección A.A’, los ubicados entre la sección A-A’ y B-B’, pero proyectados
sobre la sección B-B’, y por último los ocurridos entre las secciones B-B’ y C-C’,
proyectados sobre la sección C-C’. Se puede observar la distribución de los datos
en función de la profundidad, en donde se diferencia la zona de Benioff de la placa
65
Ibid., p.172.
73
subducida. La línea punteada en cada uno de los casos representados, muestra la
posible ubicación de la placa66.
A pesar de que puedan ocurrir errores en la información para la elaboración de
este análisis, las tres secciones son similares entre sí, lo que podría llevar a
pensar que existe una tendencia, que radica en que hay una dispersión en los
eventos, pero es relativamente consistente, lo que haría pensar que la placa varia
en su posición, pero su ángulo puede ser representativo por los focos de los
sismos. Si esta suposición fuera acertada, entonces se visualizaría el ángulo de
buzamiento algo parecido al determinado en la sección A-A’67.
En realidad, aunque se puedan hacer muchas especulaciones y suposiciones
sobre el tema, la información actualmente disponible, no permite llegar a dar
conclusiones válidas sobre la posición de la placa subducida. Pero bien es cierto
que la placa Nazca esta por debajo de la placa de Sur América, con buzamientos
que varían en relación a la latitud. En observaciones generales acerca de las
figuras indicadas, se puede decir que68:
La zona de Benioff, conformada por la parte plana e inclinada de la placa
subducida, tiene un grado de importancia alto en su sismicidad.
Aproximadamente en una latitud entre los 7.5°N y 8°N hacia el norte, esta
nombrada zona de Benioff no se identifica claramente, lo que llevaría a pensar
que en esta ubicación desaparece la placa o que se deslice por debajo de la
Sur América.
Es importante resaltar, que también por alrededor de esas latitudes nombradas
anteriormente, tienden a desaparecer las cordilleras Central y Occidental,
66
Ibid., p.172. 67
Ibid., p.175. 68
Ibid., p.175.
74
entonces esto implicaría una relación regional entre los sismos ocasionados en
grandes profundidades y la presencia de cordilleras.
Figura 19. Sismos con M4, y ubicación de secciones transversales.
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
Figura 20. Proyección de los sismos sobre la sección A-A’
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
75
Figura 21. Sismos ubicados entre A-A’ y B-B’, proyectados sobre B-B’
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
Figura 22. Sismos ubicados entre B-B’ y C-C’, proyectados sobre C-C’
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
76
e) Principales fallas geológicas activas
La concentración de los epicentros nombrados con anterioridad se le adiciona el
hecho de existir una cantidad de fallas geológicas, algunas de ellas activas o
sobre las cuales hay indicios de que se presente actividad. Generalmente estas
fallas se encuentran limitadas por la zona de subducción y la falla frontal de la
Cordillera Oriental. La gran mayoría de las fallas geológicas se presentan en
dirección Norte-Sur, en donde algunas son referencia de separación para los
bloques de acreción. En la Figura 14, se observan las diferentes fallas, de las
cuales las dos más importantes para la región es la Romeral y la falla frontal de la
Cordillera Oriental, o como algunos autores la nombran falla de Guaicaramo.
Estas fallas son consideradas las más importantes, además de conformar parte
del componente sísmico en el territorio colombiano, también se debe a los
siguientes aspectos69:
La falla Romeral recorre de norte a sur a Colombia, en una longitud de más de
mil kilómetros, y algunas partes de su longitud, presenta anchos tramos de
varios kilómetros, de donde se desprenden cantidad de ramificaciones, en
donde en algunos de ellos se han presentado eventos sísmicos que han
producido grandes perdidas. Esta falla presenta movimientos muy variables,
dado que en algunas zonas de esta son de tipo normal o de compresión,
mientras que en otras partes se da desplazamiento horizontal. Al parecer es
muy probable que el bloque andino se desplace a lo largo de esta falla hacia el
norte.
Esta falla no ha sido estudiada en gran magnitud, los análisis que se han
llevado a cabo han sido principalmente en contextos de proyectos de ingeniería
hidroeléctrica. Algunos de los estudios que se han ejecutado en el país, indican
que la amenaza sísmica de esta falla decrece en su tramo norte, cerca a la
frontera con Ecuador, o un poco más hacia el norte en su tramo central,
respecto a lo que podría llegar a presentarse en la zona más hacia el sur.
69
Ibid., p.177, 179 y 180.
77
Aunque no se puede decir que es una falla de alta actividad sísmica, por que
no presenta gran actividad, ni por sus manifestaciones morfológicas, pero es
indiscutible que se encuentra actualmente en movimiento, aunque sea lento.
La importancia de la falla Frontal de la Cordillera Oriental radica en que separa
al Territorio Andino de grandes planicies del Escudo Guayanés, o más
conocido como los Llanos. Algunas personas interesadas en el tema, como los
nombra Alberto Sarria en esta fracción, consideran que esta falla puede ser un
posible límite suroriental de la placa Caribe. Para especular sobre el tema, se
basan en el estudio de los mecanismos focales, la morfología regional y la
sismicidad presentada a lo largo de la falla, como se puede apreciar en la
Figura 23.
Sobre la falla Frontal de la Cordillera Oriental, hacia el sur de esta, se han
exteriorizado varios sismos que han sido de gran magnitud y que generaron
daños significativos en sus zonas aledañas, además la profundidad a la cual e
han presentado ha sido de alrededor de los 60 kilómetros. Al norte de esta
falla, se puede decir que la sismicidad es intermedia relativamente en lo que
confiere a la falla, los sismos registrados en esta zona han sido de magnitudes
inferiores a seis. El centro se caracteriza por ser de sismicidad entre moderada
y baja, referente a la magnitud. Esto muestra que la sismotectónica de la falla
puede ser dividida en los tres tramos mencionados.
Aunque las dos fallas mencionadas anteriormente son de gran importancia, no son
las únicas que presentan amenaza sísmica. Fallas como la de Santa Marta-
Bucaramanga, que tiene una longitud de 500 km, y que alrededor y en el interior
de esta se exteriorizan otras fallas más pequeñas, son de gran importancia en el
estudio de la ingeniería sísmica a nivel regional70l.
70
Ibid., p.180.
78
Figura 23. Sismicidad a lo largo de la Falla Frontal de la Cordillera Oriental de
Colombia.
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
f) Mecanismos focales
De los mecanismos focales no hay un estudio sistemático a nivel regional, que
permita ajustar un poco más a la realidad la compleja situación que implican las
tres fallas que convergen. En la Figura 24, se presentan los mecanismos focales
presentados por Pennington. Cabe resaltar que no se puede generalizar sobre el
tema, ya que la información disponible es muy escasa, y si en un futuro la
información necesitada para realizar un estudio más a fondo, se podría llegar a
interpretar las zonas regionales de importancia de forma adecuada71.
71
Ibid., p.180 y 181.
79
Figura 24. Mecanismos Focales.
Fuente: SARRIA MOLINA, Alberto. Ingeniería Sísmica.
6.7 ENERGÍA
Una definición de energía dada por científicos dice que la energía es la capacidad
de producir movimiento, y hasta el momento no se ha encontrado alguna forma de
materia que carezca de movimiento. Todo movimiento es producido por la energía
en cualquiera de sus manifestaciones, y como todo lo que conforma el universo se
encuentra en movimiento, todo posee energía72.
Entonces, es posible pensar que el universo es un gran haz de energía. El calor y
la luz solar, son una de las representaciones de energía; el movimiento de la
Tierra alrededor del sol, es otra de esas formas en se ve la energía73.
En la geología y los procesos que esta conlleva, el movimiento del agua de los
ríos, la energía en forma de erosión esculpe la tierra; a través de la deformación
72
LEET, L. Don; JUDSON, Sheldon. FUNDAMENTOS DE GEOLOGÍA FÍSICA. Materia y energía. México: Editorial Limusa S.A., 1982, p 24. 73
Ibid., p.24.
80
de rocas, funda montañas y mediante la ruptura de rocas origina terremotos. La
energía se manifiesta en diferentes formas, como en energía potencial, cinética,
calorífica, química, eléctrica y atómica74.
6.7.1 Energía potencial. Es la energía que se almacena, esperando su utilización.
Recursos naturales como el carbón, el petróleo y el gas natural, son
continuamente buscados y explotados por que su energía potencial puede ser
liberada efectivamente y trabajarse. El agua que cae de las nubes, tiene energía
potencial que se libera en el momento en que cae75.
6.7.2 Energía cinética. La energía cinética es una energía de movimiento, se
describe diciendo que todo objeto que se mueve, posee energía cinética. La
cantidad de energía que puede tener un objeto, depende de la masa de este y de
la velocidad con que se este moviendo76.
6.7.3 Energía calorífica. Es una de las manifestaciones de la energía cinética
presente en los átomos, ya que estos se encuentran en continuo movimiento,
vibran en puntos fijos en los sólidos y se mueven casi libremente en los líquidos y
gases; todos esos movimientos son los que producen el calor77.
Una propiedad del calor es la temperatura, que no es más que un número
arbitrario que representa la actividad de los átomos e indica el nivel de energía
calorífica. Otra propiedad del calor es la cantidad de calor, que se mide en
calorías, y depende de la temperatura y del número de átomos que la producen78.
74
Ibid., p. 24 y 25. 75
Ibid., p. 25. 76
Ibid., p. 25. 77
Ibid., p. 26. 78
Ibid., p. 26.
81
A través de la energía calorífica se aplican muchas de las formas de energía que
necesita el hombre. Este tipo de energía también se ha involucrado en los
procesos de formación de la tierra y la alteración de estos a lo largo de la historia.
6.7.4 Energía química. La unidad mas pequeña de un elemento es el átomo, de
un compuesto es la molécula. En el momento en que los átomos de los elementos
se combinan para formar compuestos, o los resultantes se combinan para formas
otros compuestos, es un fenómeno evolutivo llamado proceso químico, y la
energía liberara o absorbida en el proceso se denomina energía química. Esta
energía es la que liga a los átomos para constituir moléculas, en términos
generales es la energía necesaria para formar compuestos, y se producen en el
momento en que los átomos pierden o ganan electrones79.
6.7.5 Energía eléctrica. Electrones suelos, desde el punto de vista que no están
ligados a un núcleo determinado, esto es todo lo que rodea a los seres humanos.
Estos electrones se mueven a grandes velocidades a través de metales, y se ha
llegado a concentrarlos y controlarles su movimiento. La energía eléctrica que es
tan usada por el ser humano, es un flujo de electrones llamado corriente
eléctrica80.
6.7.6 Energía atómica. Es la energía que mantiene unidos los núcleos de un
átomo. Se cree que la energía solar es originada por reacciones atómicas en que
los núcleos de helio se forman a partir de núcleos de hidrógeno. Se ha
determinado que la masa de un núcleo atómico es menor que la masa total delas
partículas separadas que lo forman, esto se da por que cuando se forma el núcleo,
parte de la masa de sus partículas se transforma en energía, que se irradia al
exterior. La cantidad de energía que se libera en estos casos es demasiado
79
Ibid., p. 26. 80
Ibid., p. 27.
82
grande, más que la que la energía que se puede liberar por cualquier otro tipo de
reacción81.
El sol cada segundo esta enviando al espacio millones de veces mas energía que
la almacenada en todos los campos de carbón, petróleo y gas natural, pero es
muy difícil reproducir el método por que se libera esta energía82.
6.7.7 Transformación de la energía. La energía puede ser transformada de una
forma a otra. De hecho, el universo entero se debe a diferentes transformaciones
de energía, es decir si no se transforma energía, no existe nada. Sin importar el
mecanismo de liberación de energía, esta es la misma antes y después de su
liberación. La energía no puede ser creada ni destruida, es lo que se conoce como
la ley de la conservación de la energía83.
Todos los procesos geológicos tienen lugar a transformaciones de energía.
Cuando un líquido se convierte en estado sólido y forma una roca, y después esta
roca se convierte en otra clase de roca, esto es transformación de energía, lo que
ocurre también durante la formación de carbón, petróleo y gas84.
6.9 ESTACIONES METEOROLÓGICAS
Todo lo correspondiente a las estaciones meteorológicas, es proveniente del
Manual del observador, por el Instituto De Hidrología, Meteorología y Estudios
Ambientales. Medellín, Dic. 2001.
81
Ibid., p. 27. 82
Ibid., p. 27. 83
Ibid., p. 27. 84
Ibid., p. 27.
83
6.9.1 Observaciones meteorológicas. Con el fin de conocer el estado de la
atmósfera de un lugar y en un momento determinado, y para describir y explicar el
clima de una región, los meteorólogos estudian la atmosfera, obteniendo
información de la superficie terrestre y de la atmósfera que se encuentra situada
por encima de ella.
6.9.2 Métodos de medición en meteorología. Los sentidos del ser humano, la
vista principalmente, hacen un gran número de observaciones, por ejemplo, la
cantidad y el tipo de nubes presentes en el cielo. A esto se le denomina
apreciación visual y las observaciones reciben el nombre de observaciones
sensoriales.
Como los sentidos no son suficientes para determinar o medir un fenómeno
meteorológico, se recurre a instrumentos. Para determinar la temperatura del aire
se hace necesario un termómetro. Las observaciones de este se llaman
observaciones instrumentales y el método lectura instrumental.
De la observación, resulta un valor numérico, o la descripción y clasificación de un
fenómeno. Estas observaciones se realizan en estaciones meteorológicas, en las
cuales se encuentran todos los instrumentos necesarios. En general, una red
meteorológica es el conjunto de estaciones meteorológicas, en las cuales se
observa, se miden y/o registran los diferentes fenómenos meteorológicos.
6.9.2.1 Hora de las observaciones. Se denomina hora oficial de observación a la
que es fijada por el IDEAM, para realizar todo tipo de observaciones
meteorológicas. Para las estaciones climatológicas los horarios establecidos son:
7:00 a.m., 1:00 p.m. y 7:00 p.m. (Hora legal Colombiana).
Es muy importante efectuar estas observaciones rápidamente y en lo posible
dentro de los diez minutos antes de la hora oficial de observación. De lo contrario
84
casi siempre las observaciones hechas por fuera de este rango, suelen ser
inútiles.
6.9.2.2 Observadores meteorológicos. Hay observadores voluntarios de las
estaciones meteorológicas, y son un grupo de personas, a quienes se les
encomiendan (sin ser funcionarios del IDEAM), las labores de observación y
mantenimiento básico de una estación. Y desempeñan las siguientes actividades:
Mantener los instrumentos en buen estado de funcionamiento.
Cambiar oportunamente las gráficas de los instrumentos registradores, y
efectuar la marcación de tiempo en las mismas, para los casos establecidos.
Realizar las observaciones meteorológicas con la debida precisión, sin
interrupción en la forma, periodos y horarios establecidos.
Transcribir en forma exacta, clara y completa, las observaciones en los
formularios.
Codificar y transmitir la información meteorológica si en la estación o cercana a
ella, existe el equipo de comunicación adecuado.
Enviar a las oficinas del IDEAM la información original, dentro de los primeros
cinc días de cada mes.
Anotar en los formularios cualquier daño que se haya presentado y dar aviso
oportuno al IDEAM.
Guardar adecuadamente la papelería y elementos de trabajo.
También existen observadores regulares, que son aquellos funcionarios del
IDEAM u otras entidades en convenio, que han sido designadas para operar
estaciones meteorológicas. Además de las funciones anteriores, deben cuidar de
la limpieza del jardín meteorológico y realizar resúmenes mensuales.
85
6.9.3 Estaciones climatológicas. Son aquellas en las cuales se obtienen datos
meteorológicos de una calidad y duración que permiten describir o explicar el
clima de una región.
Dependiendo del propósito para el cual se han instalado las estaciones
meteorológicas, estas se dividen en dos grandes tipos: Principales y Ordinarias.
Estación climatológica principal
Es la estación en la cual se hacen observaciones de precipitación, temperatura del
aire, temperaturas máxima y mínima a 2 metros, humedad, viento, radiación, brillo
solar, evaporación, temperaturas extremas del tanque de evaporación, cantidad de
nubes y fenómenos especiales. La mayoría de estos parámetros son obtenidos de
instrumentos registradores.
6.9.3.1 Estación climatológica principal. Es la estación en la cual se hacen
observaciones de temperatura del aire y precipitación, primordialmente. Poseen
muy poco instrumental registrador. En algunos casos estas poseen instrumentos
adicionales como tanque de evaporación, heliógrafo y anemómetro.
6.9.3.2 Supervisores e inspectores meteorológicos. Son funcionarios del
IDEAM, que tienen la función de visitar con frecuencia las estaciones, con el fin de
ayudar a garantizar la calidad de las observaciones y el correcto funcionamiento
de los instrumentos y la estación en general. Tiene como objetivos las visitas de
los supervisores e inspectores:
Registrar el estado de la estación y cualquier cambio o hecho especial que
debe constar en la historia de la misma.
Determinar la existencia de todos los errores instrumentales, de instalación y
otros defectos, y tomar las medidas necesarias para corregirlos.
Revisar las técnicas de observación y comprobar que las instrucciones dadas
fueron entendidas y aplicadas correctamente.
86
Verificar preliminarmente la calidad de la información meteorológica, detectar y
eliminar las fuentes de errores de observación.
Comprobar que los observadores cumplen correctamente con las tareas
asignadas.
Dar el mantenimiento adecuado a las estructuras, al equipo y en general al
jardín meteorológico.
Instruir y alentar al observador meteorológico.
Suministrar oportunamente la papelería e insumos requeridos para la buena
marcha de la estación.
Retirar periódicamente la información meteorológica.
Retirar el instrumental dañado y el que debe ser enviado al laboratorio para su
calibración.
6.8 NIDO SÍSMICO DE LA MESA DE LOS SANTOS
En Colombia y como se ha mencionado en el capítulo anterior, hay una gran
variedad de fallas geológicas que generan continuamente movimientos telúricos.
Como se afirma generalmente, el Nido Sísmico de Bucaramanga o de la Mesa de
los Santos, como también es llamado, catalogado como una zona de sismicidad
alta, es el segundo en el mundo en donde más eventos sísmicos se presentan.
6.8.1 Localización. El Nido Sísmico de la Mesa de los Santos, se encuentra
ubicado en el Municipio de la Mesa de los Santos, Santander. Su área está
comprendida entre los municipios de Cepitá, Umpalá y Los Santos85.
85
COLOMBIA. MUNICIPIO LOS SANTOS. Esquema de ordenamiento territorial. [En lineal].
[Consultado Mar. 05. 2013]. Disponible en <http://lossantos-santander.gov.co/apc-aa-
files/38366633363761366233646564663361/c._Geolog_a_1.pdf>
87
Figura 25. Localización de epicentros en Colombia
:
Fuente: http://www.geociencias.unam.mx/~bole/eboletin/sismos_col_mex.pdf
Los movimientos sísmicos que este genera, son sentidos y afectan principalmente
el Área Metropolitana de Bucaramanga. En la Figura 25, se muestra una
concentración de los epicentros de los sismos para Colombia en general,
enfatizando en la ubicación del Nido sísmico de Bucaramanga (NSB).
Los eventos originados en el Nido Sísmico de Bucaramanga, se generan a una
profundidad de entre los 100 a 160 kilómetros86, y aproximadamente en una latitud
de 7°N y longitud de 73,1°W.
86
LONDOÑO, John; BOHORQUEZ, Olga; OSPINA, Luisa. Tomografía sísmica 3D del sector de Cúcuta, Colombia. [En línea]. Vol.32, No.1 (2010). [Consultado 07 Feb. 2013]. Disponible en <http://www.scielo.org.co/pdf/boge/v32n1/v32n1a06.pdf>
88
6.8.2 Sismicidad. El Nido Sísmico de la Mesa de los Santos es la zona del país
que presenta mayor actividad sísmica. Diariamente, según la Red Sismológica
Nacional de Colombia, que se encarga del registro de los eventos presentados a
nivel nacional. En la zona del país en donde mas concentración de eventos
sísmicos se registra en el país, en promedio 5 sismos diarios87.
La mayoría de los sismos que ocurren en este nido, son de profundidad
intermedia, en los rangos descritos anteriormente, y por lo general no están
asociados a sismos destructores, y con magnitudes inferiores a los 6,5 grados en
la escala de Richter.
6.8.3 Tectónica. Colombia es un país en el cual convergen tres placas tectónicas
de gran importancia, la placa de Nazca, la placa Caribe y la placa de Sur América,
las cuales son responsables de la actividad sísmica en Colombia, son las dos
primeras mencionadas, junto con las fallas que limitan al bloque Andino88.
Como se nombró anteriormente, el Nido Sísmico de la Mesa de los Santos es el
que presenta más cantidad de eventos en el país, y además el segundo en el
mundo con más actividad sísmica, al igual que Indokush en Afganistán y Brancha
en Rumania, hacia los Montes Cárpatos89.
En el momento en que interactúan la placa Caribe con el Bloque Chocó, se genera
una especie de traslape sobre la placa Nazca a lo largo de la latitud 7°N, similar a
la zona de traslape coherente con la Zona de Trinchera del Sur de Panamá, que
corre hasta el límite norte en donde continua la Cordillera de los Andes,
87
Red Sismológica Nacional de Colombia-RSNC. Ingeominas. Preguntas frecuentes. Disponible en <http://www.ingeominas.gov.co/Servicios-de-informacion-al-ciudadano/Preguntas-y-Respuestas-Frecuentes/Red-Sismologica-Nacional-de-Colombia-RSNC.aspx?page=2> 88
COLOMBIA. MUNICIPIO LOS SANTOS. Op. Cit. 89
VARGAS, Carlos. Propagación de ondas sísmica y atenuación de coda en el territorio Colombiano. Tesis Doctoral. [En línea]. [Consultado Mar. 03 2013]. Disponible en <http://www.minas.upm.es/fundacion/jgs/images/pdf/Xconvocatoria/CAVargas.pdf>
89
produciendo una deflexión hacia el nororiente. Muy precisamente, hacia el oriente,
se contemplan los efectos que han sido derivados del traslape por la flotabilidad
de la placa Caribe, y llevando a promover una colisión frontal con la placa de
América del sur, que se flexiona y forma su ángulo de subducción, como así lo
insinúa el Nido Sísmico de Bucaramanga. Este gran dominio de la subducción que
ocurren y son notorios en el territorio, son bastante diversos y complejos90.
Figura 26. a) Esquema tectónico actual de Suramérica. b) Corte a-a´ en
latitud 7°N
Fuente: http://lossantos-santander.gov.co/apc-aa-
files/38366633363761366233646564663361/c._Geolog_a_1.pdf
90
Ibid., p.114
90
En la Figura 26, se muestra el esquema tectónico en el Noreste de América del
Sur, a continuación se explica cada una de las siglas utilizadas:
BPA: Bloque de Panamá
BC: Bloque Chocó
PC: Placa Caribe
PN: Placa Nazca
MLC: Manto litosférico continental
CO: Cordillera Occidental
SFR: Sistema de Fallas de Romeral
CC: Cordillera Central
VM: Valle del Magdalena
COr: Cordillera Oriental
En el bloque (a) de la Figura 27, se visualiza el BP adherido con el BC, que
colisiona con Ameriza del Sur. Este proceso hace que se produzcan esfuerzos
compresivos en dirección N-S a NW-SE en el extremo sur del Bloque Chocó. En el
bloque (b) representa el corte perteneciente a la línea a-a’, donde se aprecia el
traslape de la PC sobre la PN y la flexión de la PC, como producto de la colisión
con el MLC91.
Es muy importante resaltar de esta imagen, la interacción nombrada en el párrafo
anterior entre la placa Caribe con el Bloque Chocó, y el respetivo traslape
generado sobre la placa Nazca a lo largo de la latitud 7°N aproximadamente. Este
traslape es que lo generaría una mayor flotabilidad de la placa caribe, provocando
así una colisión mas frontal, de esta placa, con la de América del Sur, de este
modo que el ángulo se subducción es marcado y este sería el fenómeno natural
que produciría la sismicidad del Nido Sísmico de la Mesa de los Santos (señalado
91
Ibid., p.146.
91
por la estrella), que puede ser visualizado en la parte b de la Figura 26, donde se
presentan una sección en profundidad de los descrito92.
Una tomografía en 3D que fue realizada por Londoño, Bohórquez y Ospina,
muestra un modelo esquemático de la estructura interna de lo que se produce en
el Nido Sísmico de la Mesa de los Santos. Este modelo se construyó con
información sismológica, geofísica, geológica, estructural y tectónica disponible.
En la Figura 27, se visualizan unas elipses que representan fuentes sismogénicas,
también se ve un corte superpuesto que se realizo de Este a Oeste en una latitud
de 7.78° y otro de Norte a Sur por la longitud 72.9°. La placa Caribe al parecer
presenta un plano se subducción en forma similar a una herradura, y tiene un
ángulo de subducción de 45°. Hacia el Oeste se ubica el Nido de Bucaramanga,
que como se ha mencionado, se propone como el producto de la subducción
producida por la placa Caribe bajo la placa de América del Sur93.
Figura 27. Modelo esquemático en 3D del Nido Sísmico de Bucaramanga.
Fuente: http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S0120-02832010000100006&script=sci_arttext
92
Ibid., p.147. 93
LONDOÑO, John; BOHORQUEZ, Olga; OSPINA, Luisa. Op. Cit.
92
6.10 MÉTODOS ESTADÍSTICOS
6.10.1 Método de correlación de Pearson. El concepto de correlación,
básicamente se refiere a una medida de asociación entre dos variables, que
generalmente es simbolizada con la letra r.
El coeficiente de correlación de Pearson, es un índice que mide el grado de
correlación que existe entre distintas variables relacionadas linealmente, teniendo
en cuenta que estas son cuantitativas. Cuando se habla de relacionadas
linealmente, quiere decir que pueden existir variables fuertemente relacionadas,
pero no precisamente de forma lineal. El coeficiente de correlación de Pearson es
un índice que es de fácil ejecución e interpretación94.
Los valores que definen la correlación existente entre dos variables, van desde +1
a -1, pasando por cero, que indica la ausencia de correlación. Los límites
nombrados inicialmente, informan la existencia de una correlación, que
dependiendo de su signo es proporcional o inversamente proporcional,
respectivamente. De lo anterior, se define lo siguiente95:
Para realizar una gráfica de las variables, se ubica la variable independiente en las
abscisas y la dependiente en las ordenadas. En la Figura 28, sección a) se
muestra la grafica que representa una correlación positiva, es decir a medida que
los valores de la variable independiente aumentan, los dependientes también. Por
el contrario en b) se muestra una relación inversa. En c) y d), se observa una
correlación positiva y otra negativa, respectivamente, en las cuales existe
94
COEFICIENTE DE CORRELACIÓN LINEAL DE PEARSON. [En línea]. [Consultado Mar. 05 2013]. Disponible en http://personal.us.es/vararey/adatos2/correlacion.pdf 95
SEMINARIO DE ESTADÍSTICA APLICADA A LA EDUCACIÓN. [En línea]. [Consultado Mar. 05 2013]. Disponible en <http://semestedu.blogspot.com/2012/06/metodo-de-correlacion-pearson.html>
93
correlación pero no son perfectas. Y contrario a las situaciones descritas, en e) no
se encuentra ningún grado de correlación entre las variables de estudio96.
La expresión mediante la cual se calcula una correlación por el método de
Pearson, esta dada por la ecuación 4.13.
∑ ∑ ∑
√[ ∑ (∑ ) ][ ∑ (∑ ) ] (4.13)
Figura 28. Graficas de correlación
Fuente: http://personal.us.es/vararey/adatos2/correlacion.pdf
96
COEFICIENTE DE CORRELACIÓN LINEAL DE PEARSON. Op. Cit.
a) Correlación lineal positiva perfecta
b) Correlación lineal negativa perfecta
c) Correlación lineal positiva
d) Correlación lineal negativa
e) No existe correlación
94
6.10.2 Regresión logística. La regresión logística es un modelo estadístico que
permite un análisis bivariado o multivariado, tanto de uso explicativo como
predictivo. Su empleo resulta útil, cuando se tiene un variable dependiente
dicotómica, que es un atributo cuya ausencia o presencia se ha determinado con
los valores de cero y uno, respectivamente, y un conjunto de m variables
predictoras o independientes, que se pueden manejar de manera cuantitativa o
categóricas.
Este análisis tiene como propósito predecir la probabilidad de que ocurra un
evento o pase algo, y determinar que variables pesan más, para aumentar o
disminuir la probabilidad de que suceda este evento
Ésta regresión parte de la hipótesis de que los datos siguen el siguiente modelo:
(
) (4.14)
Si se llama:
(4.15)
Entonces:
(
) (4.16)
Donde p es la probabilidad de que el suceso ocurra, entonces se tiene que:
(
) (4.17)
(
) (4.18)
(
) (4.19)
95
7. METODOLOGÍA
Para el desarrollo de la investigación, se llevaron a cabo cuatro pasos principales,
que se mencionan y se explican a continuación:
7.1 RECOLECCIÓN DE DATOS
El primer paso para cumplir con los objetivos de esta investigación, es la
recolección de datos, que se llevó a cabo con el apoyo de dos entidades
estatales, encargadas del estudio y el registro de los dos parámetros a analizar.
Los sismos registrados en el nido sísmico de la Mesa de los Santos, y la
temperatura registrada en los distintos municipios del Área Metropolitana de
Bucaramanga.
7.1.1 Datos de eventos sísmicos. Los datos de los eventos sísmicos necesarios
para el desarrollo de este proyecto, fueron tomados del Instituto Colombiano de
Geología y Minería (Ingeominas), el cual cuenta con un servicio geológico llamado
Red sismológica Nacional de Colombia (RSNC), que se encarga de informar sobre
la ocurrencia de sismos, resuelve preguntas y además cuenta con un catálogo de
sismicidad que se encuentra disponible en la web97, y del cual se tomaron los
eventos sísmicos disponibles, registrados en el municipio de la Mesa de los
Santos.
97
COLOMBIA, INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGIA Y MINERIA. Red Nacional Sismológica de Colombia. [En Línea]. [Consultado 22 mar. 2012]. Disponible en <http://seisan.ingeominas.gov.co/RSNC/>.
96
Inicialmente se planteó utilizar un registro de datos de 20 años, que fue limitado
por la información disponible, ya que para el municipio de la Mesa de los Santos el
Ingeominas cuenta con un acumulado desde el primero de Junio del año mil
novecientos noventa y tres (01-06-1993), fecha desde la cual se tuvo en cuenta
los datos de los eventos sísmicos y la temperatura.
La consulta de los datos se realizó por medio de la página web del Instituto
Colombiano de Geología y Minería (Ingeominas), en donde se Ingresó a la Red
Sismológica, y luego en el catálogo de sismicidad; directamente en el siguiente
link: <http://seisan.ingeominas.gov.co/RSNC/index.php/consultas>, en el cual
aparece un recuadro de consulta y se registró la información a solicitar, como lo
indica la Figura 29.
Figura 29. Datos de entrada para generar información de sismos.
Una vez ingresados los datos, se realiza la consulta y se abre una nueva ventana
en donde se visualizan el registro de los sismos solicitados. Este catálogo da la
97
opción de exportar a Excel, este procedimiento fue realizado con el fin de
continuar con la manipulación de los datos.
7.1.2 Datos de temperatura. En relación con los datos de temperatura, la
información fue suministrada por el Instituto de Hidrología, Meteorología y
Estudios Ambientales (IDEAM), para las estaciones que disponían de los datos
necesarios para el estudio.
En un principio se pretendió estudiar una estación por cada uno de los Municipios
del Área Metropolitana de Bucaramanga, lo cual fue inalcanzable, ya que en todos
los municipios, el IDEAM no cuenta con una estación climatológica, de tal modo
que las estaciones disponibles y utilizadas fueron: Estación Aeropuerto Palonegro,
Estación UIS y Estación Llano grande-
Una vez se investigó cuales municipios disponían de estación climatológica, se
acudió al IDEAM para el suministro de la información, directamente en la oficina,
ubicada en la Avenida Quebrada Seca 30 – 12, piso 2,Bucaramanga, Santander, y
en donde finalmente se obtuvo los siguientes datos de cada estación:
Estación Aeropuerto Palonegro (Cod.23195130): Temperatura media, máxima
y mínima diaria, desde el 01/06/1993 hasta 31/10/2012.
Estación UIS (Cod.23195040): Temperatura media, máxima y mínima diaria,
desde el 01/06/1993 hasta 25/03/2003.
Estación Llano grande (Cod.23195110): Temperatura media y mínima diaria,
desde el 01/06/1993 hasta 30/09/2011 y temperatura máxima diaria desde el
01/06/1993 hasta 09/01/2010.
98
Nota: La información registrada por cada una de las estaciones en el rango de
tiempo disponible no se encontraba completa, es decir, que hay años o días
intermedios en los que no se encontró registro de temperatura.
7.2 ORGANIZACIÓN DE DATOS
7.2.1 Datos de eventos sísmicos. Una vez los datos se exportaron a Excel, se
continuó con la organización de estos, para mejor manipulación e interpretación de
los mismos, y dar continuidad al análisis estadístico.
Como primer paso se separó el registro acumulado de los eventos sísmicos por
años en hojas independientes en Excel, posteriormente y considerando que hay
días en los que se presentan múltiples eventos sísmicos, se agruparon las fechas
para una mejor visualización de los datos.
Teniendo en cuenta que el parámetro de los sismos a correlacionar con la
temperatura, es la energía liberada por los eventos presentados diariamente, se
realizó una conversión de magnitud del sismo a la energía liberada por el mismo
en función de su magnitud. Se llevó a cabo una investigación de la ecuación que
permite evaluar estos dos parámetros, y se encontró que Richter, fue quien
descubrió que se podía obtener una expresión para la energía liberada, a partir de
la magnitud, dada por la ecuación 4.9.
Debido a que la información disponible de la magnitud de los sismos, dada por el
Ingeominas se encuentra en escala de Magnitud Local ML, se utilizaron las
siguientes ecuaciones que permiten convertir la magnitud local ML a magnitud de
ondas superficiales MS, por medio de la magnitud de ondas de cuerpo Mb.
Ecuaciones 4.3 y 4.5.
99
Con el cálculo de la energía liberada por cada uno de los eventos símicos, se
continuó con la acumulación de la energía liberada diariamente, para los días en
los cuales se presentan múltiples eventos, y como también se quiso analizar el
efecto semanal, entonces se acumuló la energía liberada semanalmente. Las
semanas no fueron agrupadas según calendario, sino que se distribuyeron de
igual manera cada año, contando con 52 semanas y uno o dos días restantes (dos
días en los años bisiestos), que se acumularon en la última semana del año.
De este modo, y con respecto a los procedimientos descritos con anterioridad, se
elaboró una tabla en Excel para cada año, como se muestra en la Figura 30. Ver
Anexo 1. Registro sismos - Mesa de los Santos
Figura 30. Ej. Organización de eventos sísmicos en Excel, parte de enero de
1998.
Fecha Hora UTC Magnitud Magnitud Magnitud
dd/mm/aaaa hh:mm:ss Ml Mb Ms
02/01/1998 1:19:10 3.5 4.4 3.7 1.88E+17 1.88E+10 1.88E+10
05/01/1998 0:57:04 3.3 4.2 3.4 8.78E+16 8.78E+09 8.78E+09
07/01/1998 8:10:24 2.9 3.9 3.0 1.88E+16 1.88E+09 1.88E+09
08/01/1998 0:43:02 3.3 4.2 3.4 8.78E+16 8.78E+09 8.78E+09
10/01/1998 21:17:13 3.2 4.2 3.3 5.98E+16 5.98E+09 5.98E+09
1:03:31 3.5 4.4 3.7 1.88E+17 1.88E+10
13:31:28 4.3 5.0 4.5 3.83E+18 3.83E+11
2:08:03 4.2 4.9 4.4 2.64E+18 2.64E+11
17:32:05 4.3 5.0 4.5 3.83E+18 3.83E+11
1:27:41 4.0 4.7 4.2 1.25E+18 1.25E+11
9:23:52 5.0 5.5 5.3 5.06E+19 5.06E+12
15/01/1998 13:44:39 3.5 4.4 3.7 1.88E+17 1.88E+10 1.88E+10
16/01/1998 21:14:48 3.6 4.5 3.8 2.76E+17 2.76E+10 2.76E+10
0:37:49 2.9 3.9 3.0 1.88E+16 1.88E+09
19:17:10 2.8 3.9 2.9 1.28E+16 1.28E+09
18/01/1998 17:40:31 2.7 3.8 2.8 8.67E+15 8.67E+08 8.67E+08
19/01/1998 5:10:28 3.4 4.3 3.5 1.29E+17 1.29E+10 1.29E+10
20/01/1998 15:08:04 5.3 5.7 5.6 1.51E+20 1.51E+13 1.51E+13
4:08:34 1.9 3.2 1.8 3.73E+14 3.73E+07
12:31:28 2.3 3.5 2.3 1.81E+15 1.81E+08
22/01/1998 9:12:12 3.4 4.3 3.5 1.29E+17 1.29E+10 1.29E+10
0:33:28 3.3 4.2 3.4 8.78E+16 8.78E+09
9:41:41 4.8 5.3 5.1 2.43E+19 2.43E+12
27/01/1998 16:21:39 3.0 4.0 3.1 2.77E+16 2.77E+09 2.77E+09
2.95E+10
6.25E+12
1.51E+13
2.46E+12
Energia
(Ergios)
Energia
(Joules)
23/01/1998
21/01/1998
17/01/1998
14/01/1998
13/01/1998
11/01/1998
2.44E+12
4.02E+11
6.47E+11
5.19E+12
3.16E+09
2.19E+08
Energia
Diaria
Energia
Semanal
100
7.2.2 Datos de temperatura. Los registros de temperatura proporcionados por el
IDEAM, fueron entregados en formato de texto (Bloc de notas), y se importaron
desde Excel. Se organizaron por estaciones en hojas individuales, y también se
separaron de acuerdo al parámetro de temperatura (Medio, máximo o mínimo) de
cada estación.
Considerando el método como se dispusieron los eventos sísmicos, la
temperatura también se tabuló diaria y semanalmente, distribuidas las semanas
del mismo modo que los sismos y se calculó la temperatura semanal de la
siguiente manera:
Figura 31. Ej. Organización de la temperatura en Excel, temperatura media,
Estación Llano Grande.
101
La temperatura media semanal, se obtuvo del promedio de las temperaturas
medias diarias de los siete días, para cada una de las estaciones.
La temperatura máxima semanal, se obtuvo del promedio de las temperaturas
máximas diarias de los siete días, para cada una de las estaciones.
La temperatura mínima semanal, se obtuvo del promedio de las temperaturas
mínimas diarias de los siete días, para cada una de las estaciones.
En la Figura 31, se muestra una imagen de un ejemplo de como se llevó a cabo la
tabulación y disposición de los registros de temperatura, para proceder con el
análisis. Anexo 2. Temperatura media, máxima y mínima por estaciones
7.3 GRÁFICAS COMPARATIVAS
Terminada la organización de la información de los dos parámetros a evaluar en el
presente trabajo de grado, y con el fin hacer comparaciones, se procedió a realizar
las siguientes gráficas:
Energía liberada diaria, para cada año. [20]
Energía liberada semanal, para cada año. [20]
Energía liberada histórica diaria y semanal [2]
Temperatura media diaria, histórica, para cada estación. [3]
Temperatura máxima diaria, histórica, para cada estación. [3]
Temperatura mínima diaria, histórica, para cada estación. [3]
Temperatura máxima semanal, histórica, para cada estación. [3]
Temperatura media semanal, histórica, para cada estación. [3]
Temperatura mínima semanal, histórica, para cada estación. [3]
102
Estas gráficas se elaboraron en Excel, ubicando las fechas en el eje de las
abscisas, y el parámetro de temperatura (media, máxima o mínima) y la energía
liberada (diaria o semanal), en el eje de las ordenadas. Se seleccionaron los
parámetros, y se insertaron en una gráfica de barras. Ver Anexo 1. Registro
sismos - Mesa de los Santos.
Las gráficas de la energía liberada (diaria y semanal) para cada año, se hicieron a
manera de visualización del comportamiento anual, mientras que las gráficas
históricas tanto de temperatura como de energía, se realizaron con el fin de
comparar el comportamiento entre ellas. En el mismo Anexo nombrado
anteriormente, se puede observar en las últimas hojas, la comparación de la
energía liberada, separada diaria y semanal, con cada una de las temperaturas
para cada estación.
7.4 ANÁLISIS ESTADÍSTICO
El estudio estadístico, quizá uno de los procedimientos más importantes y el que
definiría los resultados de este proyecto, fue realizado mediante el Software SPSS
v.21, disponible en los laboratorios de la Universidad Pontificia Bolivariana. La
información se dispuso y se organizó de forma adecuada, para que pudiera ser
procesada en el software, como se muestra a continuación.
7.4.1 Modo de presentación de los datos para correlación. Los datos fueron
procesados en hojas de Excel diferentes, de acuerdo con los datos que se fueran
a correlacionar, en una tabla en donde se registró: Fecha – Estación –
Temperatura media – Temperatura máxima – Temperatura mínima – energía,
como se muestra en las Figuras 32 y 33. Ver Anexo 3. Correlación Sismo y
Temperatura
103
Figura 32. Ej. Tabulación de datos, temperatura y energía diaria (n-1)
Figura 33. Ej. Tabulación de datos, temperatura y energía semanal (n-1)
A las estaciones se les fue asignada la siguiente numeración, con el fin de
identificarlas:
Tabla 2. Número de identificación de estaciones
No. Estación
1 E. UIS
2 E. LLANO GRANDE
3 E. PALONEGRO
104
Debido a que los datos de los eventos sísmicos suministrados por el Ingeominas,
se encontraban únicamente las fechas en las cuales se presentó algún evento, y
por el contrario en la temperatura todos los días estaban tabulados,
independientemente de que fuera medida o no la temperatura en el día, se tuvo
que organizar la información, de tal modo que las fechas entre la energía liberada
y la temperatura coincidieran, insertando las celdas y completando las fechas
faltantes. Para los registros semanales se tomó el inicio y el fin de la semana
como se describió en el numeral 5.2.1, y en los casos en que no se encontró
alguna semana, ésta se incluyo.
Los datos se organizaron inicialmente de la forma anteriormente nombrada,
haciendo que coincidieran las fechas tanto de los sismos como la temperatura,
pero el análisis no se llevó a cabo de esta manera. Teniendo en cuenta que la
energía que se libera en un día, se ha ido acumulando, entonces se pretendió
correlacionar la energía liberada con la temperatura de días anteriores, del
siguiente modo:
Energía liberada del día en cuestión, con la temperatura del día anterior, (n-1).
Energía liberada del día en cuestión, con la temperatura registrada dos días
antes (n-2).
Energía liberada del día en cuestión, con la temperatura registrada tres días
antes, (n-3).
Para conducir los datos a esta forma de presentación, se separaron por hojas
diferentes en Excel, cada uno de los desfases presentados, y como se disponía de
la coincidencia de fechas entre los dos parámetros, se corrían los datos de la
energía liberada una, dos o tres celdas hacia arriba, y se eliminaban los datos
sobrantes producto del desplazamiento de los datos.
Es importante mencionar, que se eliminaron las celdas de los días en los cuales
no se presentaba sismo, es decir no había energía liberada, al igual que los días
105
en los cuales no se encontraba registro de temperatura en las tres modalidades,
es decir que si había por lo menos una de las tres temperaturas, no se eliminaba;
en conclusión, únicamente se tomaron los días en los cuales se contaban con
datos de los dos parámetros.
Como se mencionó para la energía liberada diaria, la energía semanal, también se
analizó con la temperatura presentada en la misma semana y con la temperatura
presentada en la semana anterior (n-1). El desfase se realizó como se menciono
anteriormente.
7.4.2 Modo de presentación de los datos para Regresión. Teniendo como
referencia que hay un registro de temperatura para cada día, desde la fecha
seleccionada para empezar el estudio, y uno o varios eventos sísmicos
presentados diariamente, cada uno de estos debía aparejarse con su respectiva
temperatura media, máxima y mínima.
Como se nombró en el procedimiento anterior, los registros de los eventos
sísmicos no tienen en cuenta el día que no hay sismo, es decir la fecha se omite,
mientras que la temperatura toma en cuenta todos los días, inclusive los días que
no fueron medidos. Este detalle, y el mencionado en el primer párrafo, hacía un
poco complicada la organización de los datos, así que lo primero que se realizó,
fue incorporar los días en los que no se presentaba ningún sismo, para que las
fechas coincidieran más adelante con las de la temperatura.
Por medio de la función de Excel llamada “INDICE”, se realizó este procedimiento,
de una manera fácil y relativamente rápida, de la siguiente manera:
Se ubicaron en una hoja de Excel los datos de temperatura media, máxima y
mínima diarias, y en otra hoja las magnitudes diarias.
106
En la hoja de las magnitudes, se insertaron cuatro columnas intermedias entre
la fecha y la magnitud, tres de estas que pertenecían a donde se ubicaron las
temperaturas. Ahí mismo, debajo de la primera fila en donde se ubican los
nombres de identificación, se insertó una fila, es decir la fila 2.
La columna restante se encontraba en la segunda columna o columna B, en la
celda B2, se puso la fecha del día anterior al primer día del registro de datos,
en este caso 31/05/1993.
En las celdas C2, D2 y E2, se pusieron los números: 1, 2 y 3, respectivamente.
En la celda B3, se realizó una sustracción entre la fecha puesta 31/05/1993 y el
primer día de evento 01/06/1993. Como esta operación seria arrastrada al
resto de celdas de la columna B hasta finalizar los datos, la celda B2 se puso
fija, y se arrastró la operación.
Al finalizar esto, se tenía una especie de matriz, que finalmente pertenecía a la
ubicación de los datos de temperatura ubicados en la otra hoja. Y se tenían las
celdas de las columnas C D y E, desocupadas a partir de la tercera fila.
Se ubicó entonces en la celda C3, y se insertó la función “INDICE”, lo primero
que se indica, son los valores de referencia, es decir, los valores de la hoja en
donde se encontraban las temperaturas, y se seleccionaron todos los datos.
Después se pone la ubicación de la fila y luego la columna. Como se tienen
tres registros de temperatura, entonces el valor de la columna se puso fijo,
mientras que el valor de la fila variable. Del mismo modo se realiza para las
otras dos columnas.
107
Inmediatamente se desplegaron las fórmulas hasta la última celda de cada
columna, esta función tomó los datos de temperatura, y los registros en forma
matricial en la hoja de trabajo.
En la Figura 34, se muestra un ejemplo de la hoja de cálculo, en donde se llevó a
cabo el procedimiento descrito con anterioridad. Cabe resaltar que esto se realizó
para las tres estaciones climatológicas evaluadas en este proyecto. Ver Anexo 4.
Hoja de Calculo datos para regresión
Posterior a esto, los resultados de cada una de las estaciones fueron pasados a
otra hoja de Excel en formato de “Valores”, para poder continuar con el proceso.
En relación con lo que se quería evaluar, que era la influencia de la temperatura
en los sismos grandes, es decir de magnitudes mayores o iguales a cuatro, se
separaron por rangos así: 4.0-4.4, 4.5-4.9, 5.0-5.4, 5.5-5.9 y de 6.0-6.5, pero sin
despreciar los sismos con magnitudes inferiores a estas.
Figura 34. Ej. Hoja de cálculo datos para regresión, estación Llano Grande
108
Se clasificó la variable dependiente, es decir la magnitud del sismo, como
dicotómica, con las siguientes características:
Uno “1” Si ocurre un sismo de magnitud i, para i= (4-4.4); (4.5-4.9); (5-5.4);
(5,5-5.9); (6.0-6.5).
Cero “0” Si el sismo es de magnitud menor a 3,9 grados
Entonces una vez se llevaron los datos a un archivo nuevo de Excel en formato
“Valores”, a los rangos establecidos se les asignó una numeración como se
presenta en la Tabla 3. Luego se separaron en Excel las estaciones por hojas
independientes, y por medio de filtros generaron los rangos requeridos.
Posteriormente, se hizo un condicional para cada uno de los rangos, en donde se
expresara que si la magnitud era mayor al mejor valor del rango, entonces se
pusiera uno “1”, y de lo contrario cero “0”. Como el Software SPSS, que fue el
utilizado para la ejecución de la regresión no permite formulas, entonces estos
datos se copiaron y se pegaron en formato “Valores” en otra columna, y se
procedió a eliminar las columnas de la magnitud y en donde se había realizado el
condicional. Esto se practicó en las tres estaciones. En la Figura 35, se muestra
un ejemplo de como finalmente quedaron los datos listos para realizar la
regresión. Ver Anexo 5. Regresión Logística.
Tabla 3. Numeración de rangos.
No. Rango
1 6.0-6.5
2 5.5-5.9
3 5.0-5.4
4 4.5-4.9
5 4.0-4.4
109
Figura 35. Ej. Tabulación de datos para regresión, estación UIS.
7.4.3 Correlación de datos. Teniendo en cuenta que la técnica estadística más
utilizada para conocer el grado de relación que existe entre dos variables se
denomina coeficiente de correlación, para este estudio se aplicó la metodología
del coeficiente de correlación de Pearson, y se llevo a cabo en el Programa SPSS
v.21.
A continuación se presenta un paso a paso, con un ejemplo para realizar la
correlación en el software:
En la Figura 36, se muestra una imagen de la entrada, cuando se abre el
programa. En este punto, se seleccionó la opción: “Más archivos”.
110
Figura 36. Ventana de Inicio del Software SPSS V.21.
Inmediatamente se abrió un recuadro, en el cual se escogió el archivo de Excel en
donde se habían guardado la tabulación de los datos para correlacionar. Figura
37.
Figura 37. Selección de archivo.
111
Para el archivo en cuestión, se realizaron varias hojas en Excel. En la Figura 38,
se muestra un nuevo recuadro para abrir los datos a analizar.
Figura 38. Apertura de origen de datos de Excel.
Se seleccionó entonces la hoja de Excel a la cual se le iba a realizar el análisis,
como se muestra en la Figura 39. De aquí en adelante, se realizó el mismo
procedimiento con todas las hojas existentes del archivo.
Figura 39. Selección de la hoja de Excel.
112
Figura 40. Software SPSS V.21 cargando datos de archivo.
Figura 41. Visualización de los archivos cargados en el Software SPSS.
En la vista de variables, se le asignó a cada estación su identificación, según
Tabla 2, seleccionando la cacilla ubicada en la columna de “Valores” y la fila de
“ESTACIÓN, para realizar la modificación, tal como se muestra en la Figura 42.
113
Figura 42. Ventana de vista de variables para modificar característica.
Figura 43. Recuadro para asignar etiqueta a las estaciones.
De acuerdo a la numeración dada para cada una de las estaciones, se ingresó el
valor que había tomado cada una y en la “etiqueta” se agregó el nombre
adecuado. Como se muestra en la Figura 44.
114
Figura 44. Modo de entrada para etiquetar estaciones.
Una vez se digitaron los datos de una de las estaciones, se le dio añadir, y se
procedió a realizar lo mismo con las otras dos estaciones. Figura 45.
Figura 45. Visualización de etiquetas hechas.
Para escoger el modo de presentación de los resultados por estaciones, se
ingresó en “Datos – Segmentar archivo”, allí apareció el recuadro que se muestra
en la Figura 46, se seleccionó “ESTACIÓN”, se añadió con la flecha, se escogió la
opción de “Organizar los resultados por grupos”, y aceptar.
115
Figura 46. Procedimiento para asignar modo de presentación de resultados.
Para realizar la correlación, se dirigió a “Analizar-Correlaciones-Bivariadas”, de ahí
se generó el recuadro que se presenta en la Figura 47, en donde se seleccionaron
los parámetros que se iban a correlacionar, se señaló cada uno y se agregó por
medio de la flecha.
Figura 47. Procedimiento para escoger parámetros a correlacionar.
116
Inmediatamente se dio aceptar, el programa realizó el análisis y generó los
resultados en cuadros por separado para cada estación, como se le había
indicado. Figura 48.
Figura 48. Modo de presentación de resultados del Software SPSS v.21
Estos cuadros de los resultados de las correlaciones permiten ser copiados en
Word, por lo que se realizó este procedimiento, con el fin de dejar únicamente las
casillas de interés. Esto por que si se observa la forma como el Software arroja las
correlaciones, él lo indica para todas las variables entre si, y las de interés son la
de la energía, con cada uno de los parámetros de temperatura.
7.4.4 Regresión logística. Dado que la regresión logística es un método
estadístico, utilizado para predecir la relación que tienen una variable dependiente,
en función de otra, este se realizó para conocer este resultado, entre la ocurrencia
de un sismo como variable dependiente, y la temperatura. Procedimiento que se
llevo a cabo en el Software SPSS v.21, coordinado por la Doctora Marianela
Luzardo.
117
El paso a paso del procedimiento efectuado, una vez los datos habían sido
adecuadamente organizados, fue el siguiente:
Los procedimientos de las Figuras de la 36 a 45, de las correlaciones, se hicieron
del mismo modo para las regresiones. Los valores para los rangos se asignaron
según la Tabla 3.
Posteriormente se procedió a segmentar los datos por el rango de las magnitudes
que se tomaron en cuenta. Ingresando en “Datos – Segmentar Archivo”, como se
muestra en la Figura 49.
Figura 49. Procedimiento para asignar modo de presentación de resultados.
Teniendo en cuenta que en las columnas de las temperaturas algunos datos
tenían valores en cero, se realizó un condicional ingresando en “Datos –
Seleccionar casos” en el recuadro de la Figura 50, se seleccionó la opción “Si se
satisface la condición” y posteriormente en “si la op…”. De aquí en adelante se
realizó el mismo procedimiento con los tres parámetros de temperatura de las tres
estaciones.
118
Figura 50. Procedimiento para seleccionar casos.
En la Figura 51, se ilustra la forma como se asignó el condicional, se escogió la
temperatura a la cual se le iba a realizar el análisis y se le fijó que fuera diferente
de cero.
Figura 51. Procedimiento para asignar condicional.
Después se procedió a realizar la regresión, ingresando a “Analizar – Regresión –
Regresión logística binaria” y se determinó la variable dependiente como “VAR”,
119
que correspondía a la variable dicotómica, y como independiente la temperatura
que fue condicionada.
Figura 52. Asignación de variable dependiente e independiente.
Se seleccionó opciones, en donde se generó el siguiente recuadro y se eligieron
las opciones que se muestran en la Figura 53.
Figura 53. Opciones para realizar regresión.
120
Después de selecciona continuar y aceptar, y se generaron los resultados, como
se observa en la Figura 54.
Figura 54. Modo de generación de resultados.
7.5 ANÁLISIS COMPLEMENTARIOS REALIZADOS
7.5.1 Periodicidad de los sismos. Con el fin de tener una perspectiva de cada
cuanto se presenta un evento generado en el nido sísmico de la Mesa de los
Santos, de acuerdo a su magnitud, se organizaron los eventos sísmicos en rangos
de magnitudes, y se estableció un promedio de la periodicidad en la que
acontecen estos sismos. Lo anterior se realizó restando las fechas en las cuales
se registra cada evento y se promediaron, en los respectivos rangos. Ver Anexo 9.
Periodicidad de los eventos sísmicos.
7.5.2 Gráfica del Nido Sísmico. Con el fin de comprender la mecánica del Nido
sísmico, se elaboró una gráfica de los hipocentros con los registros suministrados
121
por el Ingeominas y los valores correspondientes a la latitud, longitud y
profundidad de cada uno de los eventos registrados en el rango de tiempo
evaluado. Estos datos, fueron graficados para los sismos con magnitud mayor a 3,
y separados en rangos así; 3.0-3.4, 3.5-3.9, 4.0-4.4, 4.5-4.9, 5.0-5.4, 5.5-5.9, y
mayores o iguales a 6. El procedimiento se efectuó en el Software Mathematica 8
for Estudents, siguiendo los siguientes pasos:
Debido a que la latitud y la longitud se encontraban en unidades de grados (°),
y la profundidad en unidades de kilómetros (km), se convirtieron las dos
primeras, basados en que 1° equivale a ⁄ . Entonces el valor en grados
de la latitud se multiplica por el resultado de esta fracción, teniendo como
referencia que el radio de la tierra medio es de 6371km. Luego se le generó un
filtro en su magnitud, en donde se escogieron todos los sismos mayores o
iguales a 3 y se copiaron en una hoja nueva con formato “Valores”. Ver Anexo
6. Hoja de calculo datos hipocentros.
Dichos datos fueron copiados en libros de Excel separados, según los rangos
descritos con anterioridad, y se guardaron en formato “.xls”. Ver carpeta de
Anexo 7. Archivos de rangos - Gráfica Hipocentros
Los datos se importaron a través del Software Mathematica 8, por medio de la
función “Import”, de la siguiente forma: Import["Destino del archivo\
nombre.xls”]. Ejemplo: Import[“D:\Pc\Users\Dani\Desktop\Trabajo de
Grado\LIBRO\Graficas\Mathematica Sismos 3D\Grafica por magnitudes\3,0-
3,4.xls"]. Esto mismo se procedió a hacer con todos los archivos de los
diferentes rangos de magnitudes.
Importados los datos en Mathematica 8, se continuó con la gráfica de estos,
mediante la función “Graphics3D”, para que la gráfica no sea una superficie, si
122
no que se de en puntos, se utiliza la opción “Point”. Un ejemplo es: Graphics3D
[{Blue, Point [{{-8123.12, 755.014, -152.5}, {-8135.13, 756.57, -146.9}, {-
8131.91, 755.347, -154.5}}].
Nota: Los datos fueron ingresados en el software, y se obtuvo la gráfica deseada.
Para ampliar la información, Ver Anexo 8. Gráfica 3D Nido Sísmico Mesa de los
Santos
123
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS
8.1 GRÁFICAS ENERGÍA LIBERADA VS. TEMPERATURA
Se presentan a continuación las gráficas obtenidas de la información procesada y
tabulada en el Anexo 1. Registro sismos - Mesa de los Santos y el Anexo 2.
Temperatura media, máxima y mínima por estaciones.
En las gráficas de la energía liberada de los eventos sísmicos, con la los registros
de temperatura media, máxima y mínima, tanto diaria como semanal, se
observaron tendencias y comportamientos relevantes, que se señalan y se
comparan a continuación.
Figura 55. Gráfica energía diaria histórica (1993-2003).
En la Figura 58, se observa que en un periodo de tiempo que oscila entre Mayo de
1996 y Mayo de 1997, se presentan temperaturas mínimas significativamente mas
0.0E+00
5.0E+13
1.0E+14
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124
bajas, si se comparan con los años subsiguientes y posteriores, y dentro de este
rango de tiempo, el día 01/01/1997 se presentó un evento sísmico de magnitud
5,8, que libero 9,08x1013, en términos de energía liberada, bastante significativo.
También se puede observar que después de este periodo de temperaturas
mínimas bajas, el 11/06/1997, un evento de 6.2 grados de magnitud en la escala
de Richter, liberó una energía de 3,75x1014, como se visualiza en la Figura 55. Es
notorio, que en los periodos en los que la temperatura mínima tiene rangos altos,
la energía liberada por los sismos presentados, es relativamente baja, en
comparación con los mencionados anteriormente.
Figura 56. Gráfica temperatura media diaria, estación UIS.
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°C)
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125
Figura 57. Gráfica temperatura máxima diaria, estación UIS.
Figura 58. Gráfica temperatura mínima diaria, estación UIS.
En la Figura 56, de la temperatura máxima diaria de la estación UIS, se observa
que dentro del periodo mencionado anteriormente en que se presentan las
temperaturas mínimas mas bajas, también hay un periodo de tiempo en el que la
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126
temperatura máxima presenta valores bajos y justo después unos picos de
temperatura considerables.
En las Figuras de la 59 a la 62, se observan las gráficas de la energía liberada por
los sismos y la temperatura media máxima y mínima de la estación Llano Grande.
Es claro que en el momento en que ocurrió el evento que liberó más energía, no
se cuenta información disponible de temperatura.
De la Figura 63 a la 66, se presentan las gráficas correspondientes a energía
diaria liberada y los tres parámetros de temperatura evaluados de la estación
Palonegro. Se observa que en los periodos antes y después del evento sísmico
que liberó más energía, las temperaturas media, máxima y mínima son
relativamente altas
Respecto a las gráficas de la energía liberada semanal con la temperatura
semanal, se pueden visualizar comportamientos como los descritos anteriormente.
Figura 59. Gráfica energía diaria histórica (1993-2011).
0.0E+00
5.0E+13
1.0E+14
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2.0E+14
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Figura 60. Gráfica temperatura media diaria, estación Llano Grande.
Figura 61. Gráfica temperatura máxima diaria, estación Llano Grande.
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Figura 64. Gráfica temperatura media diaria, estación Palonegro.
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s)
Fecha (dd/mm/aaaa)
133
Figura 72. Gráfica temperatura media semanal, estación Llano Grande.
Figura 73. Gráfica temperatura máxima semanal, estación Llano Grande.
10.0
15.0
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ra(°
C)
Fecha (dd/mm/aaaa)
134
Figura 74. Gráfica temperatura mínima semanal, estación Llano Grande.
Figura 75. Gráfica energía semanal histórica (1993-2012).
10.0
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°C)
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5.00E+13
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1.50E+14
2.00E+14
2.50E+14
3.00E+14
3.50E+14
4.00E+14
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/10
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Fecha (dd/mm/aaaa)
135
Figura 76. Gráfica temperatura media semanal, estación Palonegro.
Figura 77. Gráfica temperatura máxima semanal, estación Palonegro.
10.0
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°C)
FEcha (dd/mm/aaaa)
136
Figura 78. Gráfica temperatura mínima semanal, estación Palonegro.
8.2 CORRELACIONES ENERGÍA LIBERADA Y TEMPERATURA
8.2.1 Correlación de la energía liberada semanal, con la temperatura media,
máxima y mínima de la misma semana. En las Tablas 4 y 6, se presentan los
resultados estadísticos que describen cada una de las variables que se tuvo en
cuenta en las correlaciones semanales para los diferentes rangos de tiempo. Se
observa claramente, que en los mínimos de la temperatura media y máxima, la
estación Llano Grande, cuenta con los valores más altos de temperatura, y
Palonegro los más bajos. Contrario a lo que sucede con los mínimos de la
temperatura mínima, en donde la estación Palonegro, tiene el registro más alto y
la UIS el más bajo. Este mismo suceso se ve en la media. En los máximos se
tiene que la estación Llano Grande en sus tres parámetros, tiene los registros más
altos y Palonegro los más bajos.
En cuanto a la energía, se observa que los resultados varían, esto se debe al
periodo de tiempo para el cual cada estación cuenta con información disponible, y
10.0
14.0
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pe
ratu
ra (
°C)
Fecha (dd/mm/aaaa)
137
que dentro del mismo hay días que no presentan registros de temperatura, por lo
cual estos datos no se tuvieron en cuenta. Se visualiza una diferencia entre las
dos tablas, que es ocasionada por el movimiento de los datos para correlación la
energía liberada con la temperatura de la semana anterior. La columna “N”, indica
el número de observaciones sobre la que se hizo cada análisis con que el
Software SPSS v.21, realizó el análisis.
Tabla 4. Análisis estadístico descriptivo, datos semanales.
ESTACIÓN N Mínimo Máximo Media Desv. típ.
Estación
UIS
ENERGÍA
SEMANAL 450 7,70E4 6,36E13 5,54E11 3,62E12
TEMP MEDIA 450 20,7 25,2 23,098 ,7456
TEMP MAX 450 24,1 31,4 28,086 ,9988
TEMP MIN 445 15,9 21,1 19,476 1,0841
Estación
Llano
Grande
ENERGÍA
SEMANAL 899 7,91E5 4,46E13 6,11E11 2,81E12
TEMP MEDIA 898 23,1 28,3 25,686 ,8566
TEMP MAX 635 27,3 33,8 30,769 1,0847
TEMP MIN 885 16,5 21,5 19,602 ,7514
Estación
Palonegro
ENERGÍA
SEMANAL 1000 7,70E4 6,36E13 6,60E11 3,53E12
TEMP MEDIA 1000 19,4 24,3 21,506 ,7654
TEMP MAX 1000 22,4 29,4 25,580 1,0000
TEMP MIN 1000 17,0 20,5 18,638 ,5989
En la Tabla 5, se observan los resultados de la correlación de la energía, con cada
uno de las temperaturas presentadas en la misma semana. Existe correlación
inversa con la estación llano grande, para la temperatura máxima, del 9,3%, y para
la temperatura mínima del 9,1%. No existe correlación con la temperatura media,
ni con las temperaturas de las otras estaciones.
138
Tabla 5. Resultados de correlación semanal (n-0)
ESTACIÓN TEMP MEDIA
TEMP MAX
TEMP MIN
Estación UIS
ENERGÍA SEMANAL
Correlación de Pearson
,019 ,070 ,033
Sig. (bilateral) ,684 ,138 ,492
N 450 450 445
Estación Llano Grande
ENERGÍA SEMANAL
Correlación de Pearson
-,031 -,093* -,091**
Sig. (bilateral) ,348 ,019 ,007
N 898 635 885
Estación Palonegro
ENERGÍA SEMANAL
Correlación de Pearson
,003 -,021 ,027
Sig. (bilateral) ,934 ,512 ,397
N 1000 1000 1000
**. La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral). *. La correlación es significante al nivel 0,05 (bilateral)
8.2.2 Correlación de la energía liberada semanal, con la temperatura media,
máxima y mínima de la semana anterior.
Tabla 6. Análisis estadístico descriptivo, datos semanales (n-1).
ESTACIÓN N Mínimo Máximo Media Desv. típ.
Estación UIS
ENERGÍA SEMANAL
449 7,70E4 6,37E13 5,55E11 3,62E12
TEMP MEDIA 449 20,7 25,2 23,097 ,7439
TEMP MAX 449 24,1 31,4 28,085 ,9996
TEMP MIN 444 15,9 21,1 19,476 1,0816
Estación Llano Grande
ENERGÍA SEMANAL
898 7,91E5 6,38E13 6,82E11 3,515E12
TEMP MEDIA 897 23,1 28,3 25,687 ,8573
TEMP MAX 635 27,3 33,8 30,767 1,0857
TEMP MIN 884 16,5 21,5 19,605 ,7521
Estación Palonegro
ENERGÍA SEMANAL
999 7,70E4 6,37E13 6,61E11 3,537E12
TEMP MEDIA 999 19,4 24,3 21,506 ,7648
TEMP MAX 999 22,4 29,4 25,579 ,9986
TEMP MIN 999 17,0 20,5 18,637 ,5978
139
En la Tabla 7, se contemplan los resultados generados por la correlación de la
energía liberada semanal, con los tres parámetros de temperatura de la semana
anterior. Las casillas resaltadas, indican las correlaciones que resultan
significativas de la energía con la temperatura de la estación Llano Grande. El
signo menos indica que la correlación es inversa es un 11,5% con la temperatura
máxima, y en un 8.8% con la temperatura mínima. No se observa ninguna
correlación con la temperatura media de ninguna de las estaciones, ni con la
temperatura máxima y mínima de las estaciones UIS y Palonegro.
Tabla 7. Resultados de correlación semanal (n-1).
ESTACIÓN TEMP MEDIA
TEMP MAX
TEMP MIN
Estación UIS ENERGÍA SEMANAL
Correlación de Pearson
,048 ,056 ,030
Sig. (bilateral) ,311 ,238 ,526
N 449 449 444
Estación Llano Grande
ENERGÍA SEMANAL
Correlación de Pearson
-,053 -,115** -,088**
Sig. (bilateral) ,113 ,004 ,009
N 897 635 884
Estación Palonegro
ENERGÍA SEMANAL
Correlación de Pearson
,007 -,035 ,061
Sig. (bilateral) ,823 ,271 ,052
N 999 999 999
**. La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral).
8.2.3 Correlación de la energía liberada diaria, con la temperatura media,
máxima y mínima del día anterior. En las tablas 8, 10 Y 12, se presentan los
análisis descriptivos de los datos que fueron evaluación para las correlaciones
diarias de la energía liberada, con la temperatura del día anterior (n-1), de dos
días anteriores (n-2) y tres días anteriores (n-3). En los tres casos, se presenta
para la mínima de la temperatura media y máxima, que es mayor en la estación
Llano Grande, y menor en la estación Palonegro, esto mismo se refleja en las
140
medias de los tres parámetros de temperatura, en los máximos la temperatura
media, y en la temperatura mínima específicamente para (n-3).
Para los mínimos de la temperatura mínima, ésta es mayor para la estación
Palonegro y menor para Llano Grande. En los máximos de la temperatura máxima
el valor más alto de temperatura se presenta en la estación Llano grande y el
mínimo en la estación UIS y en lo correspondiente a los máximos de la
temperatura mínima, para los casos de (n-1) y (n-2), es mayor en la estación UIS y
menor en la estación Palonegro.
Tabla 8. Análisis estadístico descriptivo, datos diarios (n-1).
ESTACIÓN N Mínimo Máximo Media Desv. típ.
Estación UIS
ENERGÍA 2498 1,62E4 3,75E14 5,13E11 8,16E12
TEMP MEDIA 2350 19,0 26,3 23,075 ,9922
TEMP MAX 2427 20,8 31,4 28,061 1,1828
TEMP MIN 2416 15,0 23,8 19,409 1,2157
Estación Llano Grande
ENERGÍA 5447 1,62E4 1,82E14 3,95E11 3,72E12
TEMP MEDIA 4701 21,1 29,8 25,687 1,1619
TEMP MAX 3546 22,4 39,2 30,784 1,5327
TEMP MIN 5222 14,0 23,6 19,605 1,1346
Estación Palonegro
ENERGÍA 6135 1,62E4 3,75E14 4,54E11 6,06E12
TEMP MEDIA 6128 18,0 25,3 21,494 1,0102
TEMP MAX 6126 19,6 31,6 25,577 1,4296
TEMP MIN 6115 15,8 21,6 18,623 ,7902
En la Tabla 9, se encuentran los resultados de la correlación hecha para un día
anterior de temperatura al de la energía liberada, en el cual no se encuentra
correlación significativa alguna entre los parámetros relacionados.
141
Tabla 9. Resultados de correlación diaria (n-1).
ESTACIÓN TEMP MEDIA
TEMP MAX
TEMP MIN
Estación UIS
ENERGÍA
Correlación de Pearson -,002 ,019 ,005
Sig. (bilateral) ,928 ,360 ,794
N 2350 2427 2416
Estación Llano Grande
ENERGÍA
Correlación de Pearson -,005 -,032 ,002
Sig. (bilateral) ,744 ,055 ,907
N 4701 3546 5222
Estación Palonegro
ENERGÍA
Correlación de Pearson ,002 -,007 ,007
Sig. (bilateral) ,864 ,610 ,600
N 6128 6126 6115
**. La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral).
8.2.4 Correlación de la energía liberada diaria, con la temperatura media,
máxima y mínima dos días anteriores.
Tabla 10. Análisis estadístico descriptivo, datos diarios (n-2).
ESTACIÓN N Mínimo Máximo Media Desv. típ.
Estación UIS
ENERGÍA 2500 1,62E4 3,75E14 5,13E11 8,16E12
TEMP MEDIA 2351 19,0 27,0 23,080 ,9962
TEMP MAX 2433 20,8 32,0 28,058 1,1978
TEMP MIN 2420 15,0 23,8 19,411 1,2215
Estación Llano Grande
ENERGÍA 5448 1,62E4 1,82E14 3,97E11 3,73E12
TEMP MEDIA 4714 21,1 29,8 25,694 1,1585
TEMP MAX 3551 22,4 39,2 30,791 1,5330
TEMP MIN 5219 14,0 23,6 19,611 1,1324
Estación Palonegro
ENERGÍA 6137 1,62E4 3,75E14 4,55E11 6,06E12
TEMP MEDIA 6129 17,4 25,7 21,497 1,0131
TEMP MAX 6127 19,6 32,2 25,580 1,4415
TEMP MIN 6120 15,8 21,5 18,628 ,7916
142
Tabla 11. Resultados de correlación diaria (n-2).
ESTACIÓN TEMP MEDIA
TEMP MAX
TEMP MIN
Estación UIS
ENERGÍA
Correlación de Pearson -,018 ,007 -,012
Sig. (bilateral) ,370 ,738 ,570
N 2351 2433 2420
Estación Llano Grande
ENERGÍA
Correlación de Pearson -,026 -,044** -,017
Sig. (bilateral) ,077 ,009 ,224
N 4714 3551 5219
Estación Palonegro
ENERGÍA
Correlación de Pearson -,007 -,025* -,004
Sig. (bilateral) ,567 ,049 ,784
N 6129 6127 6120
**. La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral). *. La correlación es significante al nivel 0,05 (bilateral).
Los resultados de la correlación realizada para dos días de temperatura anteriores
a la liberación de energía por el sismo, se presentan en la Tabla 11, donde se
observa que existe una correlación inversa entre la energía liberada y la
temperatura máxima del 4,4% para la estación Llano Grande, y del 2,5% para la
estación Palonegro. La temperatura de la estación UIS no presenta ninguna
correlación con la energía, ni con la temperatura media y mínima de las estaciones
Llano Grande y Palonegro.
8.2.5 Correlación de la energía liberada diaria, con la temperatura media,
máxima y mínima tres días anteriores.
Tabla 12. Análisis estadístico descriptivo, datos diarios (n-3).
ESTACIÓN N Mínimo Máximo Media Desv. típ.
Estación UIS
ENERGÍA 2498 1,62E4 3,75E14 5,13E11 8,16E12
TEMP MEDIA 2350 19,0 27,0 23,086 ,9868
TEMP MAX 2423 20,8 32,0 28,064 1,1813
TEMP MIN 2421 15,0 22,2 19,417 1,2154
143
Continuación Tabla 12. Análisis estadístico descriptivo, datos diarios (n-3).
Estación Llano Grande
ENERGÍA 5444 1,62E4 1,82E14 3,96E11 3,73E12
TEMP MEDIA 4716 21,1 29,8 25,698 1,1568
TEMP MAX 3545 22,4 39,2 30,794 1,5269
TEMP MIN 5218 14,0 23,6 19,609 1,1341
Estación Palonegro
ENERGÍA 6135 1,62E4 3,75E14 4,55E11 6,06E12
TEMP MEDIA 6128 17,4 25,7 21,504 1,0107
TEMP MAX 6124 19,6 32,2 25,585 1,4333
TEMP MIN 6117 15,8 21,6 18,627 ,7952
Tabla 13. Resultados de correlación diaria (n-3).
ESTACIÓN TEMP MEDIA
TEMP MAX
TEMP MIN
Estación UIS
ENERGÍA
Correlación de Pearson
-,013 ,006 -,010
Sig. (bilateral) ,519 ,757 ,612
N 2350 2423 2421
Estación Llano Grande
ENERGÍA
Correlación de Pearson
-,015 -,035* -,002
Sig. (bilateral) ,305 ,035 ,886
N 4716 3545 5218
Estación Palonegro
ENERGÍA
Correlación de Pearson
-,007 -,018 ,000
Sig. (bilateral) ,577 ,155 ,991
N 6128 6124 6117
**. La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral). *. La correlación es significante al nivel 0,05 (bilateral).
En la Tabla 13, se presentan los resultados de la energía liberada diaria, con la
temperatura de tres días anteriores, en donde se indica la correlación inversa que
hay entre la temperatura máxima de la estación Llano Grande y la energía
liberada, con un porcentaje del 3,5%. En lo referente a los otros parámetros de
temperatura de ésta y las otras dos estaciones, no presentan ninguna correlación
significativa.
144
8.3 REGRESIONES LOGÍSTICAS
8.3.1 Estación UIS. Para la Estación UIS, tal como se muestra en la Tabla 14, se
obtuvo que el mínimo de las temperaturas media, máxima y mínima fue de 19.0º,
20.8º y 15.0º C respectivamente, mientras que sus máximos fueron 27.0º, 32.0º y
23.8ºC. En este orden de ideas, el promedio de esta medida máxima, media y
mínima fue, de 22.07°, 28.07° y 19,38° centígrados.
Tabla 14. Estadísticos descriptivos.
N Mínimo Máximo Media Desv. típ.
TEMP MEDIA 33659 19,0 27,0 23,07 ,9997
TEMP MAX 34692 20,8 32,0 28,07 1,1656
TEMP MIN 34739 15,0 23,8 19,38 1,2253
A continuación, se presentan los resultados de la prueba de Hosmer y Lemeshow,
que indica los modelos adecuados, cuando la Sig>0,05.
Tabla 15. Prueba de Hosmer y Lemeshow
RANGO Chi cuadrado gl Sig.
TEMP MEDIA
6.0-6.4 10,024 8 ,263
5.5-5.9 11,247 8 ,188
5.0-5.4 24,669 8 ,002
4.5-4.9 16,452 8 ,036
4.0-4.4 10,652 8 ,222
TEMP MAX
6.0-6.4 18,189 8 ,020
5.5-5.9 14,411 8 ,072
5.0-5.4 16,618 8 ,034
4.5-4.9 8,590 8 ,378
4.0-4.4 4,005 8 ,857
TEMP MIN
6.0-6.4 9,061 8 ,337
5.5-5.9 7,459 8 ,488
5.0-5.4 21,178 8 ,007
4.5-4.9 39,755 8 ,000
4.0-4.4 15,343 8 ,053
145
Los modelos estadísticamente significativos, según la prueba anterior, fueron los
resaltados en la Tabla 15, para cada una de las temperaturas que se tuvo en
cuenta como variable independiente, en el caso en que el mismo rango de sismos
pertenezca a dos modelos aceptados, se escoge el de mayor significación. En la
Tabla 16, se presentan los resultados de estos modelos. El resultado de los
porcentajes se la de la siguiente forma: [( ( )) ].
Tabla 16. Variables de la ecuación.
RANGO B E.T. Wald gl Sig. Exp(B) I.C. 95% para EXP(B)
Inferior Superior
TEMP MAX 4.5-4.9 -,157 ,004 1606,405 1 ,000 ,855 ,848 ,861
4.0-4.4 -,113 ,002 2656,172 1 ,000 ,893 ,889 ,897
TEMP MIN 6.0-6.4 -,463 ,052 78,962 1 ,000 ,629 ,568 ,697
5.5-5.9 -,362 ,020 325,511 1 ,000 ,697 ,670 ,725
En los resultados se observa que el riesgo de que ocurra un movimiento telúrico
con magnitud entre 6.0-6.4 y 5.5-5.9, cuando la temperatura mínima se incrementa
en un grado, disminuye en un 37.1 y 30.3% respectivamente. En el caso de la
temperatura máxima, para los rangos de sismos entre 4.5-4.9 y 4.0-4.4, esta
probabilidad se reduce en 14.5 y 10.7% respectivamente.
Al analizar el ajuste de los datos al modelo, se aprecia en la Tabla 17, que bajo los
anteriores criterios, el modelo con mejor ajuste es el que involucra al modelo de la
temperatura mínima, con el rango de sismos entre 6.0-6.4.
Tabla 17. Resumen del modelo.
RANGO
-2 log de la verosimilitud
R cuadrado de Cox y Snell
R cuadrado de Nagelkerke
TEMP MAX
4.5-4.9 913,137d ,715 ,953
4.0-4.4 2317,119e ,649 ,866
TEMP MIN
6.0-6.4 20,488a ,749 ,999
5.5-5.9 109,983b ,746 ,995
146
Por lo tanto, se tienen cuatro modelos que representan la probabilidad de que se
produzcan movimientos telúricos entre 4.5-4.9 y 4.0-4.4, cuando se analiza con la
temperatura media, y con la temperatura mínima entre 6.0-6.4 y 5.5-5.9. En las
Figuras 78 y 79, se muestran las gráficas de los modelos.
( )
( )
( )
( )
Figura 79. Gráfica modelo regresión logística UIS, temperatura máxima.
0.00%
1.00%
2.00%
3.00%
4.00%
5.00%
6.00%
7.00%
8.00%
9.00%
10.00%
20.0 22.0 24.0 26.0 28.0 30.0 32.0 34.0
Pro
bab
ilid
ad (
%)
Temperatura (°C)
Regresion Logística UIS - Temp max
Tmax(4.5-4.9)
Tmax(4.0-4.4)
147
Figura 80. Gráfica modelo regresión logística UIS, temperatura mínima.
8.3.2 Estación Llano Grande. Se presenta en la Tabla 18, las estadísticas
básicas para cada una de las variables, apreciando que la temperatura máxima
fluctúa entre 22.4º y 39.2º, con un promedio de 30,74ºC aproximadamente, la
mínima oscila entre 14.0º y 23.6º C, promediando 19,31ºC; y la media varia entre
21.1° y 29.8°C, con una media de 25.69°C.
Tabla 18. Estadísticos descriptivos.
N Mínimo Máximo Media Desv. típ.
TEMP MEDIA 98195 21,1 29,8 25,69 1,1425
TEMP MAX 66703 22,4 39,2 30,74 1,5384
TEMP MIN 113793 14,0 23,6 19,66 1,1091
0.00%
0.05%
0.10%
0.15%
0.20%
0.25%
0.30%
0.35%
0.40%
0.45%
0.50%
14.0 16.0 18.0 20.0 22.0 24.0
Pro
bab
ilid
ad (
%)
Temperatura (°C)
Regresion Logística UIS - Temp min
Tmin(6.0-6.4)
Tmin(5.5-5.9)
148
Tabla 19. Prueba de Hosmer y Lemeshow
RANGO Chi cuadrado gl Sig.
TEMP MEDIA
6.0-6.4 16,714 8 ,033
5.5-5.9 5,077 8 ,749
5.0-5.4 7,391 8 ,495
4.5-4.9 20,504 8 ,009
4.0-4.4 20,239 8 ,009
TEMP MAX
6.0-6.4 19,864 8 ,011
5.5-5.9 7,766 8 ,457
5.0-5.4 16,074 8 ,041
4.5-4.9 14,656 8 ,066
4.0-4.4 8,585 8 ,379
TEMP MIN
6.0-6.4 34,742 8 ,000
5.5-5.9 11,104 8 ,196
5.0-5.4 14,948 8 ,060
4.5-4.9 42,786 8 ,000
4.0-4.4 40,890 8 ,000
Según los resultados de la Tabla 19, se presenta a continuación el resumen de
cada una de las variables que clasificaron para los diferentes modelos de
regresión que resultaron estadísticamente significativos.
Tabla 20. Variables de la ecuación.
RANGO B E.T. Wald gl Sig. Exp(B)
I.C. 95% para
EXP(B)
Inferior Superior
TEMP
MEDIA
5.5-5.9 -,290 ,011 651,194 1 ,000 ,748 ,732 ,765
5.0-5.4 -,242 ,006 1533,740 1 ,000 ,785 ,776 ,795
TEMP
MAX
4.5-4.9 -,160 ,003 2344,842 1 ,000 ,852 ,847 ,858
4.0-4.4 -,121 ,002 4237,246 1 ,000 ,886 ,883 ,889
De la Tabla 20, se aprecia que el riesgo de que ocurra un evento sísmico entre
4.5-4.9 y 4.0-4.4, cuando la temperatura máxima se incrementa en 1°, disminuye
en un 14.8 y 11.4% respectivamente. Este mismo riesgo se presenta entre rangos
149
de magnitudes de 5.5-5.9 y 5.0-5.4, para la temperatura media en un 25,2 y
21.5%, correspondientemente.
Con respecto al ajuste de los datos al modelo, se aprecia en la Tabla 21, que bajo
los tres criterios el modelo con mejor ajuste es que involucra a la temperatura
media con un rango de magnitud entre 5.5.-5.9.
Tabla 21. Resumen del modelo.
RANGO
-2 log de la verosimilitud
R cuadrado de Cox y Snell
R cuadrado de Nagelkerke
TEMP MEDIA
5.5-5.9 201,324b ,747 ,997
5.0-5.4 581,091c ,743 ,990
TEMP MAX 4.5-4.9 1172,094d ,727 ,969
4.0-4.4 3000,833e ,686 ,915
Luego, se tienen cuatro modelos que están representando la probabilidad de que
se produzcan movimientos telúricos entre 5.5-5.9 y 5.0-5.4, teniendo presente la
temperatura media, y entre 4.5-4.9 y 4.0-4.4, cuando está presente la temperatura
máxima. Las graficas de las Figuras 81 y 82, muestran los modelos anteriormente
mencionados.
( )
( )
( )
( )
150
Figura 81. Gráfica modelo regresión logística Llano Grande, temperatura
media.
Figura 82. Gráfica modelo regresión logística Llano Grande, temperatura
máxima.
0.00%
0.10%
0.20%
0.30%
0.40%
0.50%
0.60%
0.70%
20.0 22.0 24.0 26.0 28.0 30.0
Pro
bab
ilid
ad (
%)
Temperatura (°C)
Regresion Logística LLG - Temp media
Tmed(5.5-5.9)
Tmed(5.0-5.4)
0.00%
1.00%
2.00%
3.00%
4.00%
5.00%
6.00%
7.00%
20.0 25.0 30.0 35.0 40.0
Pro
bab
ilid
ad (
%)
Temperatura (°C)
Regresion Logística LLG - Temp max.
Tmax(4.5-4.9)
Tmax(4.0-4.4)
151
8.3.3 Estación Palonegro. Bajo la misma premisa se obtuvo que la temperatura
máxima fluctúa entre 19.6º y 32.2º, con un promedio aproximado de 25,61ºC; y la
mínima oscila entre 13.8º y 21.6º C, y la media es de 18.53ºC. Con respecto a la
temperatura media, se tiene que la mínima de esta categoría fue de 17.4°, la
máxima de 25.7° resultando el promedio en 21.42°, según la Tabla 22.
Tabla 22. Estadísticos descriptivos.
N Mínimo Máximo Media Desv. típ.
TEMP MEDIA 149385 17,4 25,7 21,42 ,9817
TEMP MAX 149375 19,6 32,2 25,61 1,4427
TEMP MIN 149396 13,8 21,6 18,53 ,7727
Tabla 23. Prueba de Hosmer y Lemeshow
RANGO Chi cuadrado gl Sig.
TEMP MEDIA
6.0-6.4 10,352 8 ,241
5.5-5.9 11,893 8 ,156
5.0-5.4 36,978 8 ,000
4.5-4.9 26,494 8 ,001
4.0-4.4 32,742 8 ,000
TEMP MAX
6.0-6.4 51,988 8 ,000
5.5-5.9 8,273 8 ,407
5.0-5.4 16,103 8 ,041
4.5-4.9 10,392 8 ,239
4.0-4.4 13,924 8 ,084
TEMP MIN
6.0-6.4 16,268 8 ,039
5.5-5.9 19,822 8 ,011
5.0-5.4 35,715 8 ,000
4.5-4.9 60,553 8 ,000
4.0-4.4 80,243 8 ,000
152
De los resultados de la Tabla 23, en cuanto a las variables que se encuentran en
los diferentes modelos de regresión que resultaron significativos, se tiene:
Tabla 24. Variables de la ecuación.
RANGO B E.T. Wald gl Sig. Exp(B)
I.C. 95% para EXP(B)
Inferior Superior
TEMP MEDIA
6.0-6.4 -,452 ,033 186,011 1 ,000 ,636 ,596 ,679
TEMP MAX
5.5-5.9 -,293 ,009 977,299 1 ,000 ,746 ,733 ,760
4.0-4.4 -,154 ,002 8605,760 1 ,000 ,857 ,854 ,860
De la Tabla 24, se aprecia que el riesgo de que se presente un sismo entre las
magnitudes 6.0-6.4 disminuye en un 36.4%, mientras que para la temperatura
máxima disminuye en un 25.4 y 14.3%, en los rangos de 5.5-5.9 y 4.0-4.4,
respectivamente.
Al observar el ajuste de los datos a los diferentes modelos expuestos
anteriormente, en la Tabla 25 se observa que bajo los tres criterios, el modelo con
mejor ajuste, corresponde al que involucra a la temperatura media entre las
magnitudes 6.0-6.4.
Tabla 25. Resumen del modelo.
RANGO
-2 log de la verosimilitud
R cuadrado de Cox y Snell
R cuadrado de Nagelkerke
TEMP MEDIA
6.0-6.4 43,254a ,750 1,00
TEMP MAX 5.5-5.9 303,148b ,747 ,997
4.0-4.4 5653,240e ,698 ,930
Por lo tanto, se tienen tres modelos que representan las probabilidades de que
se produzcan movimientos telúricos entre 6.0-6.4 cuando esta presente la
153
temperatura media, y con la temperatura máxima, entre 5.5-5.9 y 4.0-4.4. Las
graficas de los modelos adecuados, se presentan en las Figuras 83 y 84.
( )
( )
( )
Figura 83. Gráfica modelo regresión logística Palonegro, temperatura media.
0.00%
0.01%
0.01%
0.02%
0.02%
0.03%
0.03%
0.04%
0.04%
0.05%
17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 26.0
Pro
bab
ilid
ad (
%)
Temperatura (°C)
Regresion Logística PAL- Temp media
Tmed(6.0-6.4)
154
Figura 84. Gráfica modelo regresión logística Palonegro, temperatura
máxima.
8.4 PERIODICIDAD DE LOS SISMOS
En general en el Nido sísmico de la Mesa de los Santos todos los días se
presentan eventos sísmicos, independientemente de su magnitud. Como se
expuso en la metodología, el periodo medio corresponde al promedio de los
periodos de retorno de los sismos para determinado rango de magnitud. En la
tabla 26, se muestran los periodos medios para los cuales se presenta un evento
sísmico, teniendo en cuenta un rango de tiempo de casi 20 años, en donde se
observa que eventos de magnitud menor de tres, se presentan todos los días. Es
claro que a medida que aumenta la magnitud de sismo, disminuye la periodicidad
del mismo.
0.00%
0.50%
1.00%
1.50%
2.00%
2.50%
3.00%
3.50%
4.00%
4.50%
5.00%
18.0 20.0 22.0 24.0 26.0 28.0 30.0 32.0
Pro
bab
ilid
ad (
%)
Temperatura (°C)
Regresion Logística PAL- Temp max.
Tmax(5.5-5.9)
Tmax(4.0-4.4)
155
Tabla 26. Periodicidad de los eventos sísmicos.
Sismos (Magnitud) Periodo medio (Días)
Menores a 2.9 1
Entre 3.0 y 3.4 2
Entre 3.5 y 3.9 5
Entre 4.0 y 4.4 12
Entre 4.5 y 4.9 41
Entre 5.0 y 5.4 139
Entre 5.5 y 5.9 387
Entre 6.0 y 6.4 3616
8.5 GRÁFICA HIPOCENTROS
Como se expuso en la metodología, procesando las coordenadas geográficas y la
profundidad de los eventos sísmicos suministrados por el Ingeominas, se realizó
una gráfica en 3D en el Software Mathematica, en donde se obtuvieron las
gráficas que se presentan en este numeral.
Como bien se ha estudiado, el Nido Sísmico de la Mesa de los Santos, es uno de
los que presenta mayor amenaza sísmica en el mundo, precisamente por el modo
de falla que este presenta, y del que muchos investigadores han indagado, y aún
se presentan inquietudes del tema.
En las Figuras 85 y 86, se observan los hipocentros de los sismos exteriorizados
en el Nido Sísmico de la Mesa de los Santos, para magnitudes mayores a 3. Es
bastante claro, que estos eventos conforman una especie de masa elipsoidal,
concentrada a una profundidad de entre los 160 y 140 kilómetros, una latitud
aproximada entre los 6.75 y 6.90° [750-765 km], y con longitud en el rango de
73.04 a 73.19° [8120-8140 km], es decir en un diámetro aproximado de 20 km.
156
Figura 85. Vista oblicua y frontal de los hipocentros.
81358130
8125
Longitud
750
755
760
765
Latitud
180
160
140
120
Profundidad
750755760765
Latitud
813581308125
Longitud
180
160
140
120
Profundidad
157
Figura 86. Vista superior de los hipocentros
En una vista un poco mas inclinada, como se muestra en la Figura 87, se perciben
dos planos, uno a unos 150 kilómetros, en casi toda el área comprendida de latitud
y longitud, y otro a unos 180 kilómetros con un área menor. Se podría decir de
estos planos, que es en donde se genera la mayor concentración de los eventos
contemplados en la realización de la gráfica.
180160
140120
Profundidad813581308125
Longitud
750
755
760
765
Latitud
158
Figura 87. Planos de concentración de eventos sísmicos.
81358130
8125
Longitud
750755
760765
Latitud
180
160
140
120
Profundidad
159
9. CONCLUSIONES
o Del análisis estadístico correspondiente a las correlaciones de la energía
liberada por un sismo con la temperatura media, máxima y mínima, se
encontró que existe correlación no fuerte, pero sí significativa estadísticamente
para los siguientes casos:
En la energía liberada semanal con la temperatura máxima y mínima de la
misma semana, para la estación Llano Grande, se dio con un porcentaje
del 9.3 y 9.1%, respectivamente.
En la energía liberada semanal con la temperatura máxima y mínima, de
la estación Llano Grande, se presentó con un porcentaje del 11.5 y 8.8%,
respectivamente.
De las expresiones anteriores se concluye que la correlación de la energía
liberada es mayor cuando con la temperatura máxima de la semana anterior y
con la temperatura mínima de la misma semana.
No se presentó correlación alguna entre la energía diaria y los tres
parámetros de temperatura evaluados en el mismo día del sismo.
Con porcentajes del 4.4 y 2.5%, para la temperatura máxima de las
estaciones Llano Grande y Palonegro respectivamente, desfasados en
dos días a la liberación de energía, se encontró dicha correlación.
160
En la correlación entre la energía liberada y la temperatura máxima de tres
días anteriores, para la estación Llano Grande, se obtuvo con un
porcentaje del 3.5%.
De las dos últimas mencionadas se concluye que la correlación más fuerte de
la energía liberada se da con la temperatura máxima de la estación Llano
Grande presentada dos días anteriores al evento sísmico.
o De las regresiones logísticas realizadas para observar el comportamiento de
que se presente un evento sísmico de determinada magnitud ante un cambio
de temperatura se concluye que este riesgo disminuye en diferentes
porcentajes para cada rango, cuando el parámetro de temperatura evaluado
aumenta en 1°.
Referente a la estación de la UIS se presentaron modelos válidos para la
temperatura máxima y mínima, presentándose el mayor porcentaje con la
temperatura mínima, y para los eventos sísmicos de magnitud más alta.
Lo que podría ser un referente de más estudio, ya que podría decirse que
esto se debe a que la temperatura mínima es medida en la mañana, y no
se encuentra alterada o no depende de la nubosidad y los rayos solares.
De los resultados obtenidos para la estación Llano Grande, se concluye
que la mayor probabilidad de que se presente la situación descrita, se da
para la temperatura media, en los rangos de magnitud de sismo entre 5.0-
5.4 y 5.5-5.9, siendo el modelo con mejor ajuste se da para el último rango
mencionado.
En el caso de la estación Palonegro, al igual que la de Llano Grande, los
modelos estadísticamente significativos se presentan con la temperatura
161
media y máxima, siendo el mencionado primero el de mejor ajuste, para
los sismos con un rango de magnitud entre 6.0-6.4.
o A manera de conclusión general sobre los procedimientos estadísticos que se
realizaron en el presente trabajo de grado, es claro que este tipo de análisis
que contemplan valoraciones matemáticas, son de gran importancia para el
estudio del Nido Sísmico de la Mesa de los Santos, y teniendo como base que
para éste no se ha llevado a cabo ninguna investigación de este tipo.
o De la gráfica del Nido sísmico, se concluye que presenta una forma elipsoidal,
con un diámetro aproximado de 20 kilómetros, entre coordenadas 6.75 y 6.90°
de latitud, y 73.04 a 73.19° de longitud, comprendidas en una profundidad de
entre 160 y 140 kilómetros, lo que indica que el nido sísmico pertenece a una
masa con las características mencionadas.
o Respecto a la periodicidad de los eventos sísmicos, es claro que casi todos los
días se presenta uno o varios eventos de magnitud inferior a 2.9, y a medida
de aumenta la magnitud, aumenta el periodo de repetición del evento.
162
10. RECOMENDACIONES
o En la gráfica del Nido Sísmico de la Mesa de los santos se presentan dos
planos de concentración de falla aproximadamente a unos 150 y 180
kilómetros, es extraño este comportamiento, ya que sus hipocentros se
encuentran concentrados en forma elipsoidal. Seria de gran importancia
indagar un poco más acerca de estas concentraciones, ya que podrían ser
error de medición humana.
o En relación a los datos que se tuvieron como base para este estudio, podría
investigarse alguna otra fuente que disponga de información de temperatura,
como un complemento y generar comparaciones con los resultados obtenidos
en el presente proyecto.
163
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ANEXOS
(Ver documentos adjuntos en CD)