Mapa de mesozonación sísmica de Cataluña 1:250.000

Cuando se produce un sismo, el comportamiento del suelo puede ser muy diferente en función de las características geomecánicas de los materiales que lo forman. En aquellos casos en que el suelo está compuesto de materiales blandos y / o poco consolidados se pueden producir amplificaciones de las ondas sísmicas, tal como se puede ver en la figura 1, produciendo daños en edificios incluso en zonas muy alejadas del epicentro. También se han observado incrementos de la amplitud y duración del movimiento del suelo cuando las ondas sísmicas se propagan por determinadas geometrías del subsuelo o en relieves topográficos. En la mayoría de terremotos destructivos de los últimos años como Michocán 1985 (México), Loma Prieta 1989 (California, Estados Unidos), Kobe 1995 (Japón), Izmit 1999 (Turquía), Aquila 2009 (Italia), el Maule 2010 (Chile) y Tohoku 2011 (Japón) se ha podido comprobar la importancia de la amplificación del movimiento sísmico debido a efectos de suelo en la distribución de los daños. Hay que tener en cuenta este fenómeno de amplificación en la planificación territorial, en el diseño antisísmico de estructuras (normas de construcción sismorresistente) y también en la evaluación de la seguridad sísmica de edificios ya construidos.

Figura 1. Esquema del efecto de amplificación del movimiento del terreno donde se observa el aumento de la amplitud de las ondas sísmicas que se produce en sedimentos blandos respecto al movimiento del suelo en roca dura.

El Mapa de mesozonació sísmica de Catalunya 1:250.000 (2018) presenta la amplificación sísmica en función del terreno para todo el territorio.

La leyenda del mapa se basa en una clasificación del terreno (de A a E) inspirada en la normativa europea de construcción sismorresistente, llamada Eurocódigo 8 (CEN, 2004). La clasificación de los suelos de la mesozonació sísmica de Cataluña tiene en cuenta la resistencia del terreno superficial, su espesor y el contraste con la resistencia del terreno subyacente, factores que permiten estimar los efectos de amplificación de las ondas sísmicas. En el mapa se describe el proceso de realización del mismo, con indicaciones de cuáles son las características mecánicas de cada clase de terreno y los diferentes espesores considerados. Se muestra también la caracterización de la amplificación sísmica de cada clase de suelo, tanto en términos de grados de intensidad macrosísmica como de espectros de respuesta en aceleración utilizados en el cálculo de estructuras.

Clasificación del terreno

Classificació del terreny segons la Mesozonació sísmica de Catalunya

Clases de terreno

• Clase A: terrenos en el cuales aflora la roca bien consolidada o que está recubierta de un espesor de material más blando inferior a 5 m.
• Clase B: terrenos formados por arena o grava muy densas, arcillas muy rígidas o rocas sedimentarias con un grado de consolidación medio, con un espesor inferior a 100 m y con recubrimiento inferior a 20 m de terrenos blandos o muy blandos. Por debajo de estos materiales se encuentra un substrato rocoso bien consolidado.
• Clase B’: terrenos formados por depósitos de arenas o gravas muy densas, arcillas muy rígidas o rocas sedimentarias con un grado de consolidación medio y con un espesor superior a 100 m.
• Clase C: terrenos formados por depósitos de arena o gravas densas y arcillas rígidas con espesores que oscilan de 20 a 100 m y que recubren un substrato rocoso.
• Clase D: terrenos formados por depósitos de arenas finas y limos poco densos o arcillas de blandas a medianamente rígidas de un espesor que oscila entre 20 y 100 m y que recubren un substrato rocoso.
• Clase E: terrenos formados por depósitos de arenas finas y limos poco densos o arcillas de blandas a medianamente rígidas de un espesor que oscila entre 5 y 20 m y que reubren un substrato rocoso bien consolidado (clase A).

Mapa de mesozonació sísmica de Catalunya a escala 1:250.000 (versió reduïda) (Edició 1a v2, 2020; Descàrrega GeoPDF 15 MB)

Proceso de realización

El mapa se ha realizado a partir de una modificación de la clasificació del Eurocódigo 8 (CEN, 2004) adaptada a las particularidades de Cataluña. En primer lugar, se han asignado características litológicas a las unidades del Mapa geológico de Cataluña 1:50.000 del ICGC partiendo de la clasificación geomecánica de superficie propuesta por Fleta et al. (1998), completada por Saula (2011) y revisada en función de los datos geotécnicos disponibles. Posteriormente, se han asignado espesores a las unidades cuaternarias y neógenas. Finalmente, se ha cruzado toda la información con el objetivo de clasificar los terrenos según las clases contempladas en la mesozonación sísmica de Cataluña (IGC, 2013).

Este mapa se ha realizado en el marco del Plan Especial de Emergencias Sísmicas de Cataluña (SISMICAT) en el cual el ICGC ha trabajado activamente desde su implementación.

Asignación de las características mecánicas a las unidades litológicas

Las unidades del Mapa geológico de Cataluña 1:50.000 se han clasificat en 4 grupos en función del rango de velocidades de propagación de las ondas de cizalla. Para la caraceritzación litológica de cada unidad se ha realizado una revisión siguiendo criterios geotécnicos. Se han utilizado correlaciones de la velocidad V_s con los del Standard Penetration Test  SPT (N₃₀) y de resistencia al corte no drenado (C_u) (Tabla 1).

Tabla 1. Clasificació geomecánica a partir de los valores de las velocidades de propagación de las ondas de cizalla, correlacionados con valores de SPT y valores de resistencia al corte no drenado (Cu).

A continuación se definen las clasificaciones litológicas:

• HR - Roca dura: granitos, pizarras, calizas, areniscas, etc. Rocas generalmente de edad paleozoica, mesozoica o terciaria paleocena.
• SR - Roca blanda y suelo rígido: areniscas y limolitas con grado de consolidación bajo o arcillas muy rígidas. Generalmente de edad terciaria neógena o cuaternaria pleistocena.
• SS - Suelo blando: depósitos de arcillas, arenas y gravas densas y arcillas ligeramente carbonatadas. Generalmente de edad cuaternaria paleocena.
• VSS - Suelo muy blando: depósitos de arenas, limos y arcillas recientes de ambientes deltaicos. Generalmente de edades cuaternaria holocena.

Caracterización del espesor de las capas

En la determinación del espesor de las diferentes capas que forman la estructura vertical del terreno se han tomado como referencia los cuatro intervalos de espesor.

Tabla 2. Rango de espesores considerados.

La asignación de los intervalos de espesor de las capas se ha realizado a partir de datos bibliográficos y de datos de sondeos, considerando el tipo de depósitos y su localización.

Clasificación de los suelos

El cruce de la información proveniente de la clasificación litológica obtenida a partir de las ondas de cizalla (V_s) y del espesor de las capas, ha dado como resultado una columna de suelo representativa con un máximo de 3 capas (figura 2).

En el Mapa de mesozonación sísmica de Cataluña 1:250.000 se ha modificado la clasificación propuesta por el Eurocódigo 8 (EC8) teniendo en cuenta los resultados de los trabajos llevados a cabo en el proyecte SISPYR (IGC, 2013), obteniendo 6 clases de terreno. Esta clasificación de la mesozonació sísmica no tiene en cuenta las clases S1 y S2 consideradas en el EC8, ya que no están presentes en el territorio; e introduce la clase B’, que incluye las rocas blandas con una potencia superior a los 100 m. La figura 2 muestra los esquemas de las columnas litológicas de las diferentes clases de terrenos de la mesozonación sísmica de Cataluña.

Figura 2. Esquema de las columnas litológicas asociadas a cada clase de terreno en la mesozonación sísmica de Cataluña.

Amplificación del movimiento sísmico del suelo

Esta amplificación se muestra en términos de espectros de respuesta en aceleración y de incrementos de intensidad macrosísmica.

a) Espectros elásticos de respuesta en aceleración normalizados

Los espectros de respuesta en aceleración se pueden obtener con la siguiente formulación propuesta en el Eurocódigo 8:

donde:

Sae (T) = espectro elástico de respuesta en aceleración normalizado

T = período de vibración de un sistema lineal de un grado de libertad

S = factor de amplificación correspondiente a cada clase de suelo

η = factor de corrección por amortiguamiento (1.0 si el amortiguamiento es del 5%)

ξ = porcentaje de amortiguamiento

T_B, T_C i T_D = constantes que controlan la forma del espectro de respuesta

Se ha caracterizado el efecto de amplificación de las diferentes clases de suelos propuestos por la Mesozonación sísmica de Cataluña mediante espectros elásticos de respuesta en acceleración con un 5% de amortiguamiento. La tabla 3 muestra los diferentes parámetros que definen la forma del espectro para cada clase de suelo. Estos espectros (figura 3) estan normalizados respecto al valor máximo de acceleración del terreno (PGA) y se basan en la definición de los espectros tipo 2 del EC8 modificados durante los trabajos llevados a cabo en el proyecto SISPYR (IGC, 2012b).

Tabla 3. Valores propuestos de los parámetros de los espectros elásticos de respuesta en aceleración normalizados. S: factor de amplificación; Tb-Tc períodos que definen la parte plana del espectro; Td: período que indica el cambio de pendiente de la curva.

Figura 3. Espectros de respuesta en aceleración normalizats para las diferentes clases de terreno de la Mesozonación sísmica de Cataluña.

Para obtener el espectro elástico de respuesta en aceleración de un emplazamiento habrá que determinar en el mapa la clase de terreno y escalarlo al valor de PGA correspondiente a roca dura asociado al emplazamiento o municipio estudiado. Los valores de PGA se obtienen a partir de un análisis de peligrosidad regional calculado para a un suelo de referencia tipo A con una velocidad de ondas de cizalla superior de 800 m/s (CEN, 2004), como por ejemplo el realizado en Cataluña el año 2008 (ICGC-GEOTER, 2008), siempre que estos valores de PGA sean iguales o superiores a los recomendados por la Norma Sismorresistente actual (NCSE-02, 2002).

 

b) Incrementos de intensidad macrosísmica (∆I)

En la tabla 4 se proponen los incrementos de intensidad macrosísmica respecto a la intensidad en roca para cada clase de terreno de la mesozonación sísmica de Cataluña, seún los resultados del proyecto SISPYR (IGC, 2012a; IGC, 2012b) y el estudio de Macau (2008).

Tabla 4. Incrementos de intensidad para las diferentes clases de terrenos de la Mesozonación sísmica de Cataluña según IGC (2012) y Macau (2008).

Mapas de mesozonación sísmica y peligrosidad sísmica

En este apartado se presentan una serie de mapas donde las isolíneas de los valores máximos de aceleración (PGA, en g) obtenidos en la última actualización del mapa de peligrosidad sísmica de España (Martínez Solares et al., 2017) se superponen al Mapa de mesozonació sísmica de Cataluña. Se presentan dos mapas de toda Cataluña donde se muestran las isolíneas del PGA correspondientes a los periodos de retorno de 475 (10% de probabilidad de superación en 50 años) y 975 años (5% de probabilidad de superación en 50 años). También se muestran ventanas de detalle para 7 zonas de Cataluña con los PGA correspondientes al periodo de retorno de 475 años. Los valores de PGA que se muestran deben servir de base para la nueva Norma de construcción sismorresistente española.

Mapas de isolíneas de los valores máximos de aceleración (PGA, en g) correspondientes a los períodos de retorno de 475 (10% de probabilidad excedencia en 50 años) y 975 años (5% en 50 años)

Detalle del mapa en la zona de la Garrotxa

Estos mapas aportan información sobre características geológicas y parámetros físicos del terreno, y son de utilidad para los estudios de riesgo sísmico a escala municipal. La clasificación de suelos de la mesozonación representa una primera estimación de los efectos de suelo, muy útil en caso de no disponer de estudios más detallados. Esta primera aproximación permite incluir los posibles efectos de suelo en escenarios de daño sísmico tanto en un ámbito regional como inframunicipal. De esta manera se pueden identificar las zonas que podrían quedar más afectadas a causa de un terremoto y contribuir a la redacción de planes de planificación urbana y de actuación en caso de una emergencia sísmica.

Referencias

CEN (2004). Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 1: General rules, seismic actions amb rules for buildings. European Committee for Standardization, EN 1998-1:2004.

Fleta, J.; Estruch, I. i Goula, X. (1998). Geotechnical characterization for the regional assessment of seismic risk in Catalonia. Procs. 4th Meeting of the Environmental and Engineering Geophysical Society, pp. 699-702. Barcelona.

ICGC-GEOTER (2008). Càlcul probabilista de la perillositat sísmica a Catalunya en acceleracions espectrals. Document GTB/IGC/0508-001. Institut Geològic de Catalunya.

IGC (2012a). Microzonació sísmica de nivell avançat a l’àrea urbana de Girona. SYSPIR, Informe ICGC.GA-009/12, 67 pp.

IGC (2012b). Shake-Map: Site effect corrections. Institut Geològic de Catalunya, Informe ICGC.GS-021/12, 182 pp. http://bit.ly/2rycRMA, Darrera consulta: 23/octubre/2018.

IGC (2013). Mapa de Mesozonació sísmica de Catalunya (1:100 000), adaptat a la classificació EC8 (versió 2013), Institut Geològic de Catalunya, Informe ICGC.GS-001/13, 148 pp.

Macau, A. (2008). Microzonación sísmica. Contribución a los estudios de peligrosidad sísmica a escala local en zonas rurales y urbanas. Tesi Doctoral, Universitat Politècnica de Catalunya, 328 pp.

Martinez Solares, J. M.; Cabañas, L.; Benito, M. B.; Rivas, A.; Gaspar, J. M.; Ruíz, S. i Rodríguez, O. (2017). Actualización de mapas de peligrosidad sísmica de España 2012, Centro Nacional de Información Geográfica i Instituto Geográfico Nacional, Madrid, Espanya, https://bit.ly/2Ao1IVb, Darrera consulta: 23/octubre/2018.

NCSE-02 (2002). Real Decreto 997/2002, de 27 de septiembre, por el que se aprueba la norma de construcción sismorresistente: parte general y edificación (NCSR-02). Ministerio de Fomento. Fecha de publicación: 11-10-2002. BOE: 244-2002, pp. 35898-35966.

Saula, E. (2011). Mapa de propietats geomecàniques per a la consideració de l’amplificació del moviment sísmic del sòl a escala 1/250 000. Institut Geològic de Catalunya, Informe ICGC.CG-030/10, 74 pp.