tohoku-presas-cap - Comité Argentino de Presas

COMITÉ ARGENTINO DE PRESAS
REGIONAL CUYO
EL SISMO DE TOHOKU, JAPON, DEL 11-MARZO-2011,
SUS PRINCIPALES EFECTOS Y EL COMPORTAMIENTO
DE LAS PRESAS DE EMBALSE.
1- INTRODUCCION
Pocos minutos antes de las 15hs del 11 de marzo del 2011 un potente sismo
con Magnitud Mw=9 ocurrió en el área marítima cercana a la costa nor-oriental de
la isla de Honshu, que es la principal del archipiélago de Japón, y afectó
principalmente a la Región de Tohoku por lo que ha sido denominado Sismo
Japón Tohoku 2011.
El epicentro se localizó en las aguas de la costa oriental del Japón, a
aproximadamente 120km hacia el Este de la ciudad de Sendai. El Sismo generó un
gran maremoto o tsunami, con olas gigantescas de mas de 12m que arrasaron a las
poblaciones costeras, destrozando casi todas sus construcciones e instalaciones de
infraestructura y provocando mas de 28000 víctimas entre muertos y
desaparecidos.
Fuera del área afectada por la inundación del maremoto, el movimiento del
terreno fue muy intenso alcanzando sus aceleraciones hasta 3g, y aunque los daños
en las construcciones y en las redes de infraestructura fueron importantes, no
ocurrieron colapsos generalizados y la cantidad de víctimas fue relativamente
reducida como consecuencia de las adecuadas previsiones sismorresistentes que se
habían aplicado y de la preparación de la población que se había realizado para su
comportamiento ante emergencias.
Especial mención corresponde a la Central Nuclear de Fukushima, que por
efecto del intenso movimiento durante el terremoto no recibió daños y pudo ser
puesta en cesación de generación. Sin embargo, la inundación del maremoto que
ocurrió pocos minutos después dejó fuera de servicio a sus sistemas auxiliares
para el control del estado de cesación de generación, originando un accidente que
se está en proceso de controlarlo pero que aún preocupa por los niveles
radiactivos existentes.
En relación a las Presas de Embalse, no ocurrieron colapsos ni grandes
daños, aunque falló un terraplén de estanque para riego de 1,5Hm 3 en el que no se
realizaban tareas de auscultación y verificación.
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2- ASPECTOS SISMO-TECTÓNICOS
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Según el ERI, Earthquake Research Institute - Tokyo University, la ruptura
se inició a las 14:46 hora local, en el foco a 38,3º de Latitud Norte, 142,4º de
Longitud Este y profundidad de 24km, distante aproximadamente 130km desde la
costa oriental del Japón. (Figura 1)
Este Gran Sismo es el resultado del efecto interplacas de la subducción de la
Placa del Pacífico Norte bajo la Placa Norteamericana. Según el ERI, la ruptura se
desarrolló en aproximadamente 160seg en un frente de casi 450km paralelo a la
traza de la línea de colisión interplacas, con rumbo 15º NE y en una extensión de
150km de la superficie de colisión que se profundiza hacia el oeste a 15º. (Figura
1). El máximo desplazamiento interplacas estimado es de algo mas de 15m.
Figura 1- Localización del Epicentro y de las réplicas principales del Gran Sismo de
Japón del 11-marzo-2011- Superficie de ruptura y líneas de isodesplazamientos según el
Earthquke Research Institute, Tokyo University. La línea roja en el borde costero indica
en donde las olas del maremoto superaron los 10m de altura, según IEDM de Kyoto
University.
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La Magnitud Mw=9, ERI, de este Sismo es mayor que la de Chile 2010 con
Mw=8,8, es igual a los de Kamchatka 1952 con Mw=9,0 y Sumatra 2004 con
Mw=9,0 y menor que los de Aleutianas 1957 con Mw=9,1, Alaska 1964 con
Mw=9,2 y Chile 1960 con 9,5. Por otra parte, en los bordes que subductan de la
Placa Pacífico Norte se localizaron las rupturas de estos grandes sismos de
Kamchatka 1952, Aleutianas 1957, Alaska 1964 y Japón 2011.
3- MAREMOTO
Como consecuencia del movimiento del fondo oceánico durante el sismo, se
generó un gran maremoto o tsunami, que pocos minutos después arrasó a la costa
nor-oriental japonesa, con gigantescas olas de mas de 12 metros de altura en el
área mas cercana al epicentro, Figura 1.
Figura 2- Las primeras olas del maremoto comienzan a superar a los muros de
contención, inundando a las zonas costeras. Informe de Tokai University
Se destaca que los mayores daños y la mayor parte de las víctimas fatales
fueron consecuencia del maremoto, las que al 1 de abril sumaron casi 28000
víctimas entre muertos y desaparecidos según el Boletín Nº 15 de IOC/UNESCO.
Sus gigantescas olas sobrepasaron a los muros de protección construidos en sus
líneas de costa, Figura 2, penetrando la correntada de la inundación varios cientos
de metros en las tierras adyacentes, arrastrando a embarcaciones que estaban en
sus puertos y, principalmente, ahogando a cientos de sus habitantes, destruyendo y
arrastrando a viviendas y construcciones de madera, a componentes de la
infraestructura y a todo tipo de vehículos, reduciéndolos a una mezcla de
escombros irreconocibles, que posteriormente al retirarse el agua de la inundación
dejaron a la vista extensos basurales, Figura 3.
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Figura 3- Estado de las zonas costeras después del retiro de la inundación del
maremoto- Las construcciones de hormigón armado resistieron el efecto del
maremoto- Informe de Tokai University, Shizuoka
El maremoto también se propagó por todo el Océano Pacífico hasta llegar a
las costas de Sudamérica con olas de menor altura que no ocasionaron daños ni
víctimas.
4- DAÑOS EN ÁREAS NO INUNDADAS POR EL MAREMOTO
El Sismo del 11-marzo-2011 generó intensidades que alcanzaron al
máximo de 7 de la Escala Japonesa de 1 a 7. Su distribución territorial está dada
en la Figura 4.
Figura 4- Sismo Japón el 11-marzo-2011-Intensidades Símicas según la Agencia
Meteorológica del Japón- JMA
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Sin embargo, por las adecuadas previsiones sismorresistentes empleadas, se
observó que la cantidad de los colapsos y daños graves causados en edificios
fueron menores a lo que podría esperarse en relación a la gran magnitud del Sismo
y a estas elevadas aceleraciones. En cambio, se observaron extensos efectos de
licuación de terrenos y también numerosas fallas de taludes de terraplenes y de
muros de contención, Figuras 5 y 6, que afectaron a rutas y vías férreas causando
la interrupción de las comunicaciones terrestres, entre las cuales está la línea
Tohoku del Shinkansen ó Tren Bala cuyos viaductos fueron afectados por los
daños en sus columnas de apoyo, Fig. 7.
Figura 5 – Efectos de licuación de suelos – Informe de Tokai University,
Figura 6 - Fallas de Talud de Terraplén y de Muro de Contención-
Informe de Tokai University, Shizuoka
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Figura 7- Efectos en columnas de apoyo de los viaductos de la línea Tohoku del
Shinkansen. Sin daños las que fueron reforzadas (Dr. Takahashi, Kyoto University)
También fueron afectadas las redes de electricidad, de gas, de suministro de
agua potable, de cloacas y de teléfonos y, entre otros, daños en grandes depósitos
de líquidos y de combustibles que derivaron en la ocurrencia de importantes
incendios. Figura 8
Figura 8- Incendios en el Puerto de Sendai - Informe de Tokai University
5- CENTRAL NUCLEAR DE FUKUSHIMA I
La inundación del maremoto también alcanzó a sectores de varios de los
reactores que integran la Central Atómica de Fukushima I, Figura 1. Al comenzar
el movimiento sísmico todos los reactores del área afectada por el sismo fueron
puestos inmediatamente en cesación de generación y de refrigeración en
emergencia para controlar al calor residual, de modo que inicialmente todo el
incidente estaba bajo control. Posteriormente, en la Central Nuclear Fukushima I,
la inundación que minutos después causó el maremoto afectó al suministro del
combustible de los motores diesel que accionaban las bombas de agua de los
circuitos de refrigeración y, en consecuencia, quedó fuera de control el
mantenimiento de la temperatura en algunos de sus reactores atómicos y con ello
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se generó un grave incidente que a la fecha aún requiere de tareas excepcionales
para controlar la temperatura de los reactores y así evitar el incremento y
dispersión de radiactividad ambiental con niveles dañinos para la vida humana.
Figura 9.
Figura 9- Tareas excepcionales para el control de la temperatura en los reactores de la
Central Nuclear de Fukushima I. - Informe de Tokai University
6- CINEMÁTICA DEL MOVIMIENTO DEL TERRENO
El Sismo del 11-marzo-2011 generó intensidades que alcanzaron al máximo
de 7 de la Escala Japonesa de 1 a 7, Figura 4. La cinemática de estos intensos
movimientos fueron captados por la densa red de acelerómetros instalados en todo
el territorio del Japón por el National Research Institute for Earth Science and
Disaster Prevention, NIED. En la Estación MYG004 de la red K-NET ubicada en
Tsukidate, Figura 10, se captó la aceleración máxima de 2700gal en su
componente N-S que es casi 3g.!!. En otras estaciones cercanas también las
máximas aceleraciones superaron el valor de 1g. En la Figura 10 están trazadas las
curvas de isoaceleración máxima en gal, destacándose que las mayores
aceleraciones se captaron en sectores cercanos al epicentro.
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Figura 10- Aceleraciones máximas captadas por la Red K-NET del NIED durante
el Gran Sismo del Japón del 11-marzo- 2011
Figura 11- Componente NS del Acelerograma captado en la Estación MYG004
ubicada en Tsukidate, de la Red-K-NET del NIED
En este acelerograma se observa su larga duración, mas de 2 minutos de la
parte mas intensa, y las llegadas de las ondas correspondientes a las sucesivas mas
importantes rupturas.
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Figura 12- Curvas 5% de los Espectros de Respuesta de las componentes N-S de la
aceleración obtenida en varias ubicaciones de la red K-NET del NIED durante el
sismo de Japón del 11-marzo-2011. Informe de Tokai University
En la Figura 12 están las curvas 5% de amortiguación de componentes NS
de acelerogramas obtenidos en varias ubicaciones. Se detecta que las componentes
de mayor amplitud del acelerograma de Tsukidate tienen reativamente cortos
periodos
7- EFECTOS EN LAS PRESAS DE EMBALSE
El Dr. Norihisa Matsumoto, miembro del Comité Japonés de Grandes
Presas, informó el 4 de abril al Dr. Martín Wieland, Presidente del Comité de
Aspectos Sísmicos de ICOLD, que en las numerosas presas de embalse ubicadas
en el área afectada por el Sismo y a pesar de la gran intensidad del movimiento en
ciertas áreas, no ocurrieron colapsos ni daños graves en alguna de las mas de 400
presas inspeccionadas al 31 de marzo, aunque en varias de ellas se observaron
daños menores o moderados como asentamientos del coronamiento, que no
pusieron en riesgo su seguridad ni afectaron su operación.
El Dr. Matsumoto detalla que solo colapsó el terraplén de cierre Fujinumaike
de 18,5m de altura que formaba un estanque para irrigación de 1,5Hm 3 y que
la crecida que causó esta rotura ocasionó 8 muertos aguas abajo. Al ocurrir el
terremoto, el estanque estaba en su máximo nivel y la rotura se produjo 20 a 25
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minutos después del movimiento, iniciándose por sobrepaso en su coronamiento a
lo que siguió la rápida formación de la brecha de rotura que generó la crecida. El
terraplén estaba ubicado en la Prefectura de Fukushima, a casi 75km de la costa y
a 240km del epicentro, Figura 1. No tenía instalados acelerómetros que hubieren
medido la agitación sísmica, por lo que se estima que la aceleración máxima
habría estado comprendida entre 0,2 y 0,7g. El estado de seguridad de este
terraplén no era inspeccionado por la Autoridad Nacional de Presas. Su
construcción comenzó en 1937, demorándose por causa de la Segunda Guerra
Mundial por lo que finalizó en 1949. Su sección era homogénea con talud de
aguas arriba entre 1:2,8 y 1:2,5 y de aguas abajo 1:2,5 y sus materiales parecen ser
predominantemente cohesivos. Completa su informe el Dr. Matsumoto detallando
que la longitud del coronamiento era de 133m, su ancho 6m y el aliviadero no
disponía de compuertas.
Figura 13 - Vista aérea desde aguas abajo de la ubicación que tenía el terraplén de cierre
Fujinuma-ike. Las flechas indican la dirección de la crecida causada por la rotura. Foto
del NILIM
En la Figura 13 se presenta una foto aérea desde aguas abajo del trayecto
que recorrió la crecida originada por la rotura del terraplén de cierre Fujinuma-ike.
Esta foto fue obtenidas por el National Institute for Land and Infraestructura
Management, NILIM, de Japón.
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8- COMENTARIOS
El Informe de la Tokai University de Shizuoka citado precedentemente
destaca entre otras consideraciones, que:
• Los sismológos habían anticipado un próximo posible sismo de solo magnitud
Mw=7,5 en la zona costera donde ocurrió este Gran Sismo del 11-marzo-2011
de Mw=9,0.
• Los sismólogos han destacado que no se disponía de informaciones históricas o
instrumentales de algún sismo que pudiere corresponder a la Magnitud del de
11-marzo-2011. Sin embargo, es oportuno recordar que entre las mismas placas
en que se ha desarrollado este Gran Sismo ya habían ocurrido sismos de
cercana magnitud en el siglo pasado que son los de Kamchatka en 1952,
Aleutianas en 1958 y Alaska en 1964, por lo debía tenerse en cuenta estos
antecedentes recientes.
• La infraestimación de la potencial magnitud del sismo de interplaca ha sido la
mas probable razón para que las olas del maremoto sobrepasaran a los muros
de protección construidos en sus líneas de costa, Figura 2, y que causó los
grandes daños y la gran cantidad de víctimas.
• Las construcciones de madera no sobrevivieron a los efectos del maremoto en
cambio las de hormigón armado se comportaron satisfactoriamente.
• Las elevadas aceleraciones máximas que se registraron en la zona cercana a la
ruptura son mayores a las estimaciones que resultan de los anteriores estudios
de atenuación.
A estas consideraciones debemos agregar que no obstante la intensidad del
movimiento, las presas se comportaron bien y para evitar el colapso ocurrido en el
terraplén de cierre Fujinuma-ike es necesario que se realicen las auscultaciones e
inspecciones que corresponden.
---oooOooo---
San Juan, Argentina, 8 de abril del 2011
Ing. Juan S. Carmona
Miembro Honorario del Comité Argentino de Presas
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