Evaluación integral de la amplificación del movimiento del suelo en suelos estratificados con diferentes configuraciones y tipos de capas

Por qué importa el suelo bajo nuestros pies en un terremoto

Cuando ocurre un terremoto, dos edificios vecinos pueden experimentar sacudidas muy distintas, incluso si están a la misma distancia de la falla. El secreto suele radicar no tanto en los edificios como en las capas de suelo que tienen debajo. Este estudio explora cómo diferentes disposiciones de arena y arcilla en los primeros 30 metros del terreno pueden amplificar o atenuar los movimientos sísmicos, ofreciendo ideas relevantes para todo, desde los códigos de construcción hasta la planificación urbana.

Cómo viajan las ondas sísmicas a través del suelo

Al subir desde la roca firme, las ondas sísmicas atraviesan capas de suelo que pueden ser blandas o rígidas, gruesas o delgadas. Estas capas actúan un poco como lentes para el sonido, modificando la intensidad y el ritmo de la sacudida. Los suelos blandos tienden a vibrar más lentamente pero con movimientos mayores; los suelos más rígidos responden más rápido pero por lo general con movimientos menores. Cuando el ritmo de vibración de la columna de suelo se sincroniza con el de las ondas entrantes, puede producirse resonancia, aumentando considerablemente la sacudida en la superficie. Comprender estas interacciones es el núcleo de la ingeniería sísmica moderna.

Ocho maneras de apilar arena y arcilla

Para desenmarañar el papel de la estratificación, los investigadores construyeron ocho modelos simplificados del terreno, cada uno de 30 metros de profundidad. Algunos estaban compuestos enteramente de arena o completamente de arcilla. Otros mezclaban los dos materiales en diferentes proporciones y órdenes: arcilla sobre arena, arena sobre arcilla, capas blandas delgadas sobre capas rígidas gruesas, y el reverso. Usando un programa informático especializado, simularon cómo ondas sísmicas fuertes, registradas en sitios rocosos de todo el mundo, se propagarían por cada una de estas columnas de suelo idealizadas en tres niveles de sacudida: leve (0,10 g), moderada (0,25 g) y fuerte (0,50 g). Para cada caso calcularon cuánto creció o disminuyó el movimiento al viajar desde la roca madre hasta la superficie.

Qué disposiciones del suelo amplifican más la sacudida

Las simulaciones muestran que lo que importa no es solo cuánto arena o arcilla hay en total, sino qué material está cerca de la superficie y qué espesor tiene esa capa superior. Los perfiles con arcilla en la superficie produjeron de forma consistente una amplificación mayor y sacudidas de período más largo (más lentas), porque la arcilla es más blanda y pierde rigidez con mayor facilidad al deformarse. En contraste, cuando capas gruesas de arena quedaban en la parte superior, el terreno tendía a amplificar movimientos de período más corto (más rápidos) pero con aumentos globales menores. El efecto más dramático apareció cuando una capa relativamente delgada de arcilla reposaba sobre una capa mucho más gruesa de arena. En esa disposición, la sacudida en ciertos períodos se multiplicó por casi seis veces respecto al movimiento de entrada en la roca, mucho más que en cualquier otro perfil.

Dónde el suelo reduce silenciosamente la sacudida

El estudio también encontró que el suelo no siempre empeora la sacudida. En ciertos rangos de período de vibración, algunas combinaciones de capas en realidad redujeron el movimiento respecto a la roca subyacente, un comportamiento conocido como desamplificación. Estas “zonas de calma” dependieron en gran medida de cómo estaban apiladas las capas. Los perfiles con arena gruesa en la superficie mostraron bandas amplias de movimiento reducido, mientras que un perfil totalmente de arena no calmó la sacudida de manera significativa. Un perfil grueso de arcilla, por su parte, tendió a reducir el movimiento en un amplio rango de períodos más cortos, pero seguía permitiendo una fuerte amplificación en períodos más largos, que son especialmente relevantes para estructuras altas.

Qué hace la sacudida más fuerte a la respuesta del suelo

A medida que la intensidad de los terremotos simulados aumentó de baja a alta, los suelos se comportaron menos como resortes ideales y más como materiales reales y no lineales. Las capas de arcilla, especialmente las cercanas a la superficie, se ablandaron notablemente bajo sacudidas fuertes, alargando el período natural de vibración del suelo y desplazando los picos de amplificación hacia movimientos más lentos. Las capas de arena más rígida también mostraron cambios, pero principalmente mediante un aumento del amortiguamiento que redujo los picos más altos en niveles fuertes de sacudida. En general, muchos perfiles de suelo amplificaron más en sacudidas moderadas, con algunos factores máximos decreciendo nuevamente en el nivel más alto debido a esta pérdida interna de energía.

Qué implica esto para edificios y ciudades más seguras

Para no especialistas, la conclusión clave es que el orden vertical y el espesor de las capas de suelo bajo un emplazamiento pueden ser más importantes que etiquetas generales como “suelo blando” o “rígido”. Una capa blanda delgada sobre material más rígido puede ser especialmente peligrosa, mientras que una capa rígida gruesa en la superficie puede ayudar a controlar la amplificación. Los autores concluyen que investigaciones precisas y específicas del sitio sobre la estratificación cercana a la superficie son cruciales para estimaciones realistas del peligro sísmico y un diseño seguro. En lugar de fiarse de descripciones medias del suelo, ingenieros y planificadores deben conocer con precisión cómo están apiladas la arena y la arcilla bajo sus pies si quieren construir estructuras que resistan mejor los futuros terremotos.

Cita: Ziar, A., Basari, E. Comprehensive assessment of ground motion amplification in stratified soils with different layer configurations and types. Sci Rep 16, 5223 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35581-8

Palabras clave: amplificación del suelo, temblor sísmico, capas de arena y arcilla, respuesta del sitio, peligro sísmico