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INTRODUCCIÓN
El 30 de noviembre del 2016, a las 18:25 hora local; se generó un sismo localizado a 4,4 km al noroeste de Capellades de Alvarado, Cartago, Costa Rica (Figura 1), su magnitud fue de Mw = 5,4 y presentó importantes repercusiones en las comunidades más cercanas al epicentro, destacando entre ellas Capellades, Juan Viñas, Pacayas y Santa Cruz de Turrialba, donde se reportaron desde cortes en el suministro eléctrico y de agua potable, hasta pequeñas grietas en estructuras (principalmente viviendas), deslizamientos puntuales y caída de objetos y fue sentido desde fuerte hasta leve en otros poblados del país, principalmente en el Valle Central y en las provincias de Guanacaste, Limón y Puntarenas.
Figura 1 Localización del epicentro del sismo de Capellades, indicado por un asterisco de color rojo. Los volcanes Turrialba, división geográfica.
Los reportes de la población, a través de la red social Facebook del Observatorio Vulcanológico y Sismológico de Costa Rica de la Universidad Nacional (OVSICORI-UNA), los informes de la Comisión Nacional de Prevención de Riesgos y Atención de Emergencias (CNE) e información periodística, permitieron generar una base de datos de las intensidades macrosísmicas que se registraron en diferentes puntos del país. Para ello, se utilizó la Escala de Intensidades de Mercalli Modificada (IMM), seguidamente la información fue procesada en un Sistema de Información Geográfica (SIG), lo que permitió observar los patrones espaciales que se registraron en el territorio nacional.
Asimismo, se realizó una recopilación de investigaciones sobre terremotos históricos que afectaron la región central de Costa Rica (el terremoto de Patillos de 1952, el terremoto de Piedras Negras de 1990 y el terremoto de Cinchona del 2009), los datos analizados correspondieron a las intensidades macrosísmicas de cada uno de los eventos sísmicos, lo que facilitó realizar un análisis espacio-temporal comparativo más robusto de los cuatro terremotos más recientes en el área de estudio.
ÁREA DE ESTUDIO
El área de estudio corresponde a la región central de Costa Rica, ubicada en el Cinturón Deformado del Centro de Costa Rica (CDCCR), en el que se localizan macizos volcánicos (Poás, Barva, Turrialba e Irazú) y se caracteriza por la presencia de fallas que han generado en el pasado importantes terremotos, entre los que destacan el de Patillos de 1952, el de Piedras Negras de 1990, el de Cinchona de 2009 y el más reciente el sismo de Capellades de 2016 (Figura 2).
Figura 2 En el margen inferior izquierdo se muestra la región central de Costa Rica, los sismos históricos mediante estrellas rojas y los volcanes por triángulos negros. En el margen superior derecho se aprecia la ubicación de Costa Rica en la zona de subducción conformada por las placas Coco y Caribe y la zona de triple contacto entre las placas Coco, Caribe y Nazca. Se aprecia además la ubicación de la región central del país dentro del Cinturón Deformado del Centro de Costa Rica.
CONTEXTO TECTÓNICO
Costa Rica se ubica en una zona de subducción (choque de placas Coco y Caribe) y en una de triple contacto entre las placas Coco, Caribe y Nazca lo que genera una importante sismicidad a lo largo de esta zona. Las condiciones tectónicas provocan que el arco magmático de Costa Rica, conformado por edificios volcánicos (>150 km3) entre los que destacan Poás, Turrialba e Irazú, estén cortados por fallas activas que pueden generar sismicidad tanto por procesos tectónicos, como por la interacción de los procesos volcánicos y tectónicos (Linkimer et al., 2018), debido a esto el área ha sido denominada Cinturón Deformado del Centro de Costa Rica (Montero, 2001).
Entre los macizos Turrialba e Irazú se localizan fallas neotectónicas de rumbo noroeste, sobresalen las denominadas Azul, Turrialba y Tucurrique, que pertenecen a los sistemas de Atirro y Río Sucio (Montero, 2003). En el volcán Turrialba se presentan fallas como Río Blanco (13 km de longitud), Blanquito (9 km de longitud) y la Alto Grande que forma un sistema con las anteriores (Montero y Alvarado, 1995) (Figura 3). La falla que originó el sismo de Capellades no fue mapeada anteriormente y consiste en una de tipo transcurrente dextral, casi vertical y rumbo 155°, con 8 km de largo y 4 km de ancho (Quintero-Quintero y Porras-Hernández, 2018).
El macizo Poás cubre un área aproximada de 300 km2 y se encuentra limitado en sus faldas sur y norte por las fallas inversas de Alajuela y San Miguel respectivamente, además, se han identificado varias fallas neotectónicas, entre las que destacan Carbonera y Ángel (Alvarado et al., 1988), esta última generó el terremoto de Cinchona del 8 de enero de 2009.
Figura 3 Principales estructuras tectónicas del centro del país identificadas a partir de Denyer et al. (2003), las fallas citadas en el texto aparecen señaladas en el mapa.
METODOLOGÍA
Esta investigación se llevó a cabo mediante la recopilación y sistematización de los datos macrosísmicos del sismo de Capellades del 30 de noviembre de 2016, información obtenida a través de los reportes realizados por la población en la red social Facebook del OVSICORI-UNA, informes técnicos de la CNE e informes periodísticos. Esta fue clasificada de acuerdo con la Escala de Intensidades de Mercalli modificada (IMM) (Tabla 1), la cual permite medir la intensidad de la sacudida del suelo desde el punto de vista humano y de la respuesta estructural a través de una escala cualitativa (Arrieta y Sosa, 2017).
Esta escala va desde I (no sentido) hasta XII (destrucción total), las valoraciones se determinan a partir de las descripciones realizadas, por ejemplo “vibración de las vajillas, vidrios de ventanas y puertas” (IMM=IV), “la gente huye hacia el exterior, daños considerables en las estructuras débiles o mal planeadas” (IMM=IV), hasta “puentes destruidos, anchas grietas en el terreno, hundimientos y derrumbes en terreno suave” (IMM=XI). Posterior a ello, se implementó un SIG (Arc Gis 10.1) para generar el mapa de intensidades macrosísmicas.
Además, se obtuvo la intensidad instrumental, calculada a partir de datos de las estaciones de baja y alta ganancia de la red sísmica del OVSICORI-UNA. La que generó el sismo se realizó por medio del paquete SHAKEMAP (Wald et al., 2005), el cual usa los datos hypocentrales, magnitud, aceleración y velocidad pico para la estimación de la intensidad instrumental. Tanto para el cálculo de la intensidad instrumental, así como los valores de aceleración y velocidad pico, SHAKEMAP realiza una extrapolación con base en ecuaciones empíricas. También, se usaron valores de la velocidad de onda corta de los primeros 30 m Vs30, aproximados en función de la topografía para estimar los valores de amplificación de las ondas sísmicas. Los resultados obtenidos son mostrados por medio de mapas que muestran los efectos de los sismos, los cuales se catalogan de leves a muy severos y se representan por medio de una escala de colores que va del color blanco, que significa que el evento no fue sentido, al color rojo intenso, que indica que se registraron daños severos; o en Escala Mercalli Modificada desde el I al XII. Con estos colores también se representan los valores de aceleración en porcentaje de la gravedad (%g) y los valores de velocidad pico en cm/s.
En cuanto a los terremotos históricos que han afectado la región central de Costa Rica se realizó una búsqueda y sistematización de artículos científicos e informes técnicos de los terremotos de Patillos de 1952, de Piedras Negras de 1990 y de Cinchona de 2009, cuya información correspondió a las intensidades macrosísmicas y las repercusiones sociales y ambientales, lo que permitió realizar una comparación de los efectos de estos eventos ocurridos en el área de estudio.
Tabla 1 Escala de Intensidades de Mercalli Modificada (IMM).
| Grado | Descripción |
|---|---|
| I. Muy débil | Detectada por instrumentos muy sensibles |
| II. Débil | Sentido únicamente por personas en reposo |
| III. Leve | Sentido en el interior de las edificaciones mediante vibraciones similares al paso de un camión. |
| IV. Moderado | Movimiento de objetos como platos, lámparas y otros. |
| V. Fuerte | Ruptura de platos, ventanas y otros. |
| VI. Bastante fuerte | Caída de acabados y daños estructurales menores. |
| VII. Muy fuerte | Daños considerables en edificios mal construidos. |
| VIII. Destructivo | Caída de paredes, chimeneas y otros. |
| IX. Ruinoso | Pánico generalizado, edificios bien construidos presentan daños considerables, tuberías rotas, además se pueden presentar procesos de licuefacción. |
| X. Desastroso | Destrucción de estructuras de madera y mampostería, grietas en el suelo, ruptura de tuberías e importantes deslizamientos. |
| XI. Muy desastroso | Solo permanecen muy pocas construcciones en pie, daños en puentes. |
| XII. Catastrófico | Daño total, presencia de ondas en la superficie, distorsión de líneas de nivel, objetos arrojados al aire. |
RESULTADOS
Intensidades macrosísmicas del sismo de Capellades del 30 de noviembre de 2016
De acuerdo con los datos analizados se obtuvo que las intensidades máximas calculadas (correspondientes a VII), se registraron en los poblados de Capellades, Juan Viñas, Pacayas y Santa Cruz de Turrialba (Figura 4). En estos poblados la CNE (2016) indicó que se dieron daños en 17 viviendas en el cantón de Pacayas, cinco en Turrialba, 13 en Oreamuno y 36 en Jiménez, así como afectaciones en los servicios básicos de electricidad, agua y telecomunicaciones, donde se vieron afectadas unas 4000 personas en Capellades de Alvarado.
La red vial presentó daños en tres rutas correspondientes a Pacayas - Turrialba, volcán Turrialba - San Rafael y Pacayas - San Martín, así como sobre la ruta 230, las rutas Santa Cruz de Turrialba, Alvarado, Jiménez y Oreamuno se vieron afectadas por deslizamientos puntuales sobre las vías (Solano et al., 2016).
Cartago, Paraíso, Orosí, La Unión, Tucurrique y Guápiles registraron una intensidad máxima de VI en la escala IMM, donde se reportaron caída de objetos. En San José, San Pedro de Montes de Oca, Tibás, La Guácima de Alajuela y Siquirres se registraron intensidades máximas entre IV y V, donde se reportó el sismo sentido como fuerte. Por su parte una intensidad máxima de III se registró en Quepos, Golfito y Nicoya donde fue perceptible de manera leve por la población.
La Tabla 2 muestra la asignación de las intensidades máximas de la Escala de Intensidad de Mercalli Modificada para cada uno de los poblados que presentó reportes por afectación por el sismo de Capellades del 30 de noviembre del 2016.
En cuanto al mecanismo focal con strike/dip/rake 155°/82°/174° obtenido usando modelaje de datos de onda sísmica indica una falla de corrimiento lateral derecho y casi vertical (Quintero-Quintero y PorrasHernández, 2018) (Figura 5).
Figura 4 Intensidades macrosísmicas del sismo de Capellades del 30 de noviembre del 2016, 18:25 hora local. El epicentro se muestra con una estrella roja.
Tabla 2 Intensidades máximas de la Escala de Intensidad de Mercalli Modificada y su distribución por los principales sitios reportados.
*PGA (%/g) según datos del Laboratorio de Ingeniería Sísmica del Instituto de Investigaciones en Ingeniería (INII-UCR, 2019).
Figura 5 Epicentros de los sismos localizados en la zona epicentral, desde el 01 diciembre hasta el 06 de diciembre 2016 (tomados del catálogo sísmico del OVSICORI-UNA) indicados por círculos de color negro, el epicentro del sismo principal se muestra por una estrella de color negro con su respectivo mecanismo focal. Los volcanes se indican por triángulos de color gris y algunos poblados por cuadrados de color turquesa.
Los datos instrumentales muestran intensidades a 45,5 km del epicentro, la aceleración máxima (PGA) máximas de V, con aceleración máxima PGA de 13,0%g es menor al 1%g y en Ochomogo de Cartago a 18,6 km en la zona epicentral. En Batán de Limón, sitio localizado del epicentro es de 1,95%g (Figura 6).
Figura 6 Aceleraciones pico para el sismo de Capellades del 30 de noviembre de 2016, indicadas por porcentaje de la gravedad (%g). El cálculo de la aceleración se realizó usando el paquete SHAKEMAP (Wald et al., 2005). Los triángulos de color rojo y amarillo corresponden a las estaciones sísmicas. La imagen superior derecha muestra un zoom de Batán de Limón, representado por una estrella verde, donde se registró un PGA menor a 1%g.
Figura 7 Mapa de intensidades mayores a VII en el centro de Costa Rica, considerando terremotos superficiales desde 1950 hasta el 2012 (Guendel, 1986). Las Intensidades en la Escala Mercalli Modificada (IMM) están mostradas por los numerales del VII al IX. Algunos de los sismos históricos, están asociadas a fallas inferidas o mapeadas en Montero (1999); Alvarado et al. (1988) y Denyer et al. (2003) y tienen entre 7 y 25 km de largo; con capacidad de generar sismos de magnitud entre Mw = 6,1y Mw = 6,8 (Wells y Coppersmith, 1994).
En la historia reciente, sismos importantes han ocurrido en la región central del país (Figura 8), entre los que destacan el terremoto de Patillos del 30 de diciembre de 1952, Ms = 5,9 (magnitud según Montero y Alvarado,1995), el terremoto de Piedras Negras del 22 de diciembre de 1990, Mw = 6,0; el sismo de Cinchona del 08 de enero de 2009, Mw = 6,1, ubicado en las faldas del volcán Poás; y el último el sismo de Capellades del 30 de noviembre de 2016, Mw = 5,4.
En la Tabla 3 se presenta un resumen comparativo de los cuatro terremotos estudiados, donde se muestra su magnitud, ubicación, IMM máxima observada, tipo de fallamiento y los principales efectos socioeconómicos y ambientales, siendo las pérdidas de vidas, daños y colapso de viviendas, así como de carreteras, los efectos más comunes.
Los datos expuestos indican que los sismos moderados a fuertes son recurrentes en la parte central del país, lo que, sumado al desarrollo de asentamientos humanos en terrenos con alta pendiente, característicos en el área de estudio, son factores que han potenciado los daños en la infraestructura, generando intensidades altas de hasta IX grados en la escala IMM. Sismos de magnitud fuerte han ocurrido con recurrencia de 40 años en la región central del país; pero se han dado otros esporádicos moderados que también han causado daños y que se presentan con un período de recurrencia de aproximadamente 20 años (Quintero-Quintero y Porras-Espinoza, 2018).
Figura 8 Ubicación de los epicentros de los cuatro terremotos más recientes que han afectado la región central de Costa Rica, se aprecia que tres de ellos tuvieron su origen cerca de estructuras volcánicas, tales como los volcanes Poás, Irazú y Turrialba.
Tabla 3 Resumen comparativo de la caracterización de los terremotos de Capellades, Cinchona, Piedras Negras y Patillos y su impacto social.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
La recopilación de información sobre los daños causados por el sismo de Capellades, del 30 de noviembre del 2016, 18:25 hora de Costa Rica; indica una intensidad máxima de VII en la Escala Mercalli Modificada; lo que señala que fue percibido muy fuerte por la población cercana a la zona epicentral y con posibilidades de causar daños moderados en estructuras de buen diseño; lo cual se constató con visitas de campo. Esta intensidad, a su vez, muestra una PGA empírico de hasta 232 cm/s2, la cual es el doble al observado que fue de 10%g.
La sismicidad histórica de Costa Rica muestra que los sismos de fallamiento superficial han sido de lo más destructivos; y en aquellos lugares en que las condiciones fisiográficas han cambiado muy poco con el tiempo, pero se cuenta con construcciones sin buen diseño o en sitios no aptos para su ubicación, se mostraron daños similares, ejemplo de ello el terremoto de Cinchona de 2009 y el sismo de Capellades de 2016; ambos ocurrieron en sitios con marcadas pendientes; en consecuencia, se destaca además que para el evento de Cinchona perecieron 27 personas; la mayoría producto de deslizamientos.
Para este sismo las estaciones sísmicas de baja ganancia a 22 km de distancia del epicentro indicaron aceleraciones de 17 a 22%g, algunas de ellas sobrepasaron el 30%g en la zona epicentral; lo que causó mayor daño que el de Capellades de 2016. Además de las construcciones civiles, el sector agropecuario, el turismo y el paisaje se vieron afectados; lo que conlleva a que la economía local producto del turismo y comercio se vea mermada al quedar los caminos incomunicados y por la poca afluencia del público a los sitios turísticos.
Los deslizamientos pueden causar daños en un tiempo posterior, esto porque quedan depositados en el fondo de los ríos y durante la época lluviosa son llevados río abajo generando flujos de lodo, o como se conoce popularmente cabezas de agua, las cuales pueden afectar la infraestructura y las poblaciones expuestas río abajo, ejemplo de ello fueron los flujos de lodo que viajaron por el río Sarapiquí producto del terremoto de Cinchona, afectando comunidades en la parte baja.
Para disminuir las condiciones de riesgo es necesario que las construcciones modernas sean supervisadas por los profesionales en ingeniería, ya que en Costa Rica las estructuras deben de ser capaces de soportar intensidades hasta de IX grados en la escala IMM, asimismo es de importancia que se dé una regulación asertiva en los usos del suelo por parte de los gobiernos locales, principalmente en aquellas áreas con condiciones de desarrollo urbano. Por tanto, se rescata que los mapas de intensidades de los terremotos son una herramienta que permiten zonificar sísmicamente áreas.
CONCLUSIONES
Terremotos históricos de moderados a fuertes registrados en la región central de Costa Rica como el de Patillos, Piedras Negras, Cinchona y Capellades han sido disparadores de deslizamientos; eventos favorecidos por las condiciones topográficas, caracterizadas por marcadas pendientes, alta humedad y composición principalmente volcánica.
En la región central del país los asentamientos humanos se han desarrollado en lugares no aptos para la construcción, lo que conlleva que sismos de moderados a fuertes causen daños a la infraestructura y muertes, la mayoría por deslizamientos. No se necesita amplificaciones del suelo de bastante amplitud para que estos eventos causen daños en el paisaje y en las construcciones civiles; en el caso en estudio aceleraciones máximas entre 10 a 30%g causaron destrucción y fallecidos.
Las áreas donde han ocurrido los últimos cuatro sismos importantes de la región central del país se localizan en sitios con marcadas pendientes, por tanto no son óptimos para soportar aceleraciones de 20 a 50%g, por tanto la concentración de poblaciones en estos espacios puede conllevar a la pérdida de vidas humanas, máxime si el evento ocurre en el momento en que se da la concentración de personas, como fue el caso de Cinchona en 2009; por lo que es necesario incluir en los planes de ordenamiento territorial zonificaciones sísmicas que a su vez contribuyan a impulsar el cumplimiento de reglamentos para la construcción, lo que representa una importante contribución en materia de gestión de riesgo.
Las redes sociales son una fuente importante de información que permiten generar a partir de los reportes de la población datos macrosísmicos en un tiempo corto después de ocurrido un evento, lo que representa una contribución en el campo de la sismología y en la gestión de riesgos, principalmente durante los procesos de atención de emergencias.
