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INFORME FINAL
ZONIFICACIÓN SÍSMICA URBANA EN GUATEMALA.
FASE I: Identificación de Unidades Geológicas y su
Respuesta Sísmica Analítica
Unidad ejecutora:
Centro de Estudios Superiores en Energía y Minas.
Facultad de ingeniería.
Universidad de San Carlos de Guatemala.
Investigador Principal:
Investigador Asociado:
Geólogo:
Asesor Estimación Analítica:
Técnico investigador:
Ing. Omar Flores Beltetón.
Ing. Juan Pablo Ligorría Arroyo.
Ing. José Escribá.
Ing. Miltón Matus Izaguirre.
Rüdiger Escobar Wolf.
Realizado de Agosto de 2000 a Julio de 2001.
Guatemala, Julio de 2001.
Indice.
Resumen
Introducción
Antecedentes
Objetivos
Hipótesis
Procedimiento
Estudio geológico
Perfiles de refracción sísmica
Respuesta analítica de sitio
Resultados
Estudio geológico
Perfiles de refracción sísmica
Respuesta analítica de sitio
Conclusiones
Recomendaciones
Bibliografía
3
3
4
6
6
6
6
7
7
8
8
15
18
21
22
23
2
Resumen.
El presente informe documenta un estudio de zonificación sísmica en seis áreas
urbanas, en la República de Guatemala: Ciudad de Guatemala, Quetzaltenango,
Escuintla, Zacapa, Cobán y Antigua Guatemala. Para cada área estudiada se
consideraron seis sitios de ensayo, cuya selección se realizó considerando las
características geológicas regionales en y alrededor de cada una de las ciudades.
En cada sitio de ensayo se investigaron las condiciones geológicas locales, y las
características mecánicas y de estratificación del suelo. Para la estimación de los
perfiles de suelo y sus características se realizaron perfiles de refracción
sísmica. Finalmente, se estimó analíticamente la respuesta sísmica en todas las
localidades investigadas.
La estimación analítica de respuesta sísmica de sitio implica los cálculos del
comportamiento del suelo ante el movimiento sísmico. Para el efecto, se utiliza
la información de estratificación y propiedades mecánicas del suelo, junto con
registros sísmicos reales, para luego aplicar el programa de simulación numérica
Shake. El producto final de esta simulación es una colección de espectros de
respuesta del suelo, para cada uno de los sismos modelados, en cada uno de los
sitios considerados. Del catálogo de gráficas obtenido, se hizo un resumen de las
principales características de amplificación de los suelos, en cada ciudad.
En este reporte se presenta la descripción detallada de la metodología empleada,
un resumen de los resultados de cada etapa, las conclusiones y recomendaciones
del trabajo de investigación.
Introducción.
Guatemala ha sufrido repetidas veces el efecto destructor de los sismos, y
reducir el riesgo sísmico en el País, debería ser un objetivo de prioridad
nacional. Una parte muy importante dentro de cualquier programa de reducción
de riesgo sísmico, es el estudio de zonificación sísmica.
Para evitar y reducir los daños que los sismos puedan causar, se debe conocer a
fondo los distintos factores que influyen en dichos efectos dañinos. Para el
efecto se pueden considerar muchos aspectos, algunos, propios de las obras
civiles y otros del movimiento sísmico mismo. Las características del
movimiento sísmico, dependen también de muchas variables; pero en el caso de
la evaluación del riesgo, es vital conocer las características del movimiento en el
lugar en que se encuentra la estructura expuesta al fenómeno.
Al estudiar el comportamiento del suelo durante sismos deben considerarse
varios factores como: la fuente sísmica, la trayectoria por la que viajan las ondas
a través de la roca y las condiciones en el sitio donde estas llegan. Este último
factor, puede ser afectado drásticamente por las condiciones de la capa de suelo
que se encuentra sobre el lecho rocoso. El análisis de la respuesta de esta capa
de suelo es la que corresponde al estudio descrito en el presente reporte.
La forma en la que el suelo responde al movimiento sísmico depende de sus
características mecánicas y de su estratificación. Estas características son únicas
para cada sitio. Sin embargo, se puede argumentar que para todos los puntos
3
dentro de una zona con características geotécnicas razonablemente similares, el
comportamiento del movimiento sísmico en superficie será similar.
Conociendo las características locales, se puede hacer una modelo del
comportamiento del suelo ante un sismo, empleando los métodos numéricos
adecuados. De esta forma se pueden derivar conclusiones aplicables a
zonificaciones sísmicas. El presente reporte describe el estudio realizado para
crear un modelo analítico, usando una herramienta analítica traducida a una
solución numérica, por medio del programa de computo SHAKE.
Para crear los modelos usando el programa SHAKE, fue necesario conocer las
velocidades de onda de corte, profundidad y espesor de los estratos en cada uno
de los sitios investigados. En algunos sitios, también se asumieron los pesos
específicos de los materiales presentes. Esta información se obtuvo realizando
perfiles de refracción sísmica, una técnica geofísica ampliamente utilizada para
conocer la estructura del suelo y sus propiedades mecánicas.
Antecedentes
El reciente desarrollo urbano infraestructural en Guatemala ha desencadenado
una tendencia de construcción que carece de directrices de planificación. La
devastadora experiencia sufrida por la ocurrencia de distintos desastres
naturales, pone de manifiesto la necesidad de implementar actividades
destinadas a la mitigación de desastres. Por ejemplo los daños ocasionados por
el terremoto del 4 de febrero de 1976, ascendieron más allá de los US$ 1.1
billones, que en aquel entonces, represento el 18% del producto nacional bruto
(Espinosa, 1976). Las lecciones aprendidas por este terremoto no forman parte
de ningún código de construcción popular ni tampoco guían la planificación
urbana de ninguna población de este país.
El reciente desarrollo de técnicas de estudio del fenómeno sísmico, ofrece
opciones fáciles para conocer la respuesta dinámica de localidades al paso de
ondas sísmicas. La disponibilidad de dichas herramientas de análisis y su
implementación a bajo costo, justifican seguir los pasos necesarios para estimar
la respuesta sísmica analítica en distintas zonas urbanas del país.
En 1993, el ingeniero Milton R. Matus Izaguirre, afiliado a la Escuela de
Ingeniería Civil de la Universidad del Valle de Guatemala, realizó la primera
estimación de la respuesta sísmica en la Ciudad de Guatemala (Matus 1994).
Este estudio fue realizado en el Instituto Noruego de Geotécnia -NGI-, en el
marco del proyecto Reduction of Natural Disaster in Central America. Los
resultados obtenidos de esta investigación, ofrecen una primera aproximación al
problema de estimar la respuesta sísmica analítica de suelos durante terremotos,
en la Ciudad de Guatemala. Entre las recomendaciones del informe final del
estudio de Matus (1994) resaltan las necesidades siguientes (traducción libre):
“Establecer las propiedades dinámicas ingenieríles de la cobertura de
ceniza volcánica para la incertidumbre en los parámetros de respuesta
de estas unidades. Reunir la información de prospección sísmica
registrada en el pasado, para establecer y mejorar las actuales
estimaciones de perfiles de ondas de corte en perfiles de suelo.”
4
En 1994-95, el Ingeniero Juan Pablo Ligorria A., como parte de estudios de
Posgrado realizados en la Universidad de Bergen -UiB- Noruega, instaló equipo
de registro sísmico en cuatro localidades de la Ciudad de Guatemala, con el
objeto de estimar empíricamente la respuesta sísmica de las distintas unidades
que cubren la ciudad (Ligorria y Atakan, 1997) El estudio del Ingeniero
Ligorria resultó en estimaciones espectrales que coincidían en diversos aspectos
con los resultados del estudio de Matus (1994). Una de las conclusiones del
estudio realizado en UiB era la necesidad de conocer mejor las propiedades
geotécnicas de los distintos sitios evaluados en el estudio.
Siendo la Ciudad de Guatemala el foco de mayor importancia en el país y
considerando las implicaciones que una investigación a fondo de la respuesta
sísmica puede ofrecer, era necesario recalcar la necesidad de realizar la
investigación acá propuesta. Además, toda vez se implementó una estrategia de
trabajo para la identificación y análisis de las distintas unidades geotécnicas en
la Ciudad de Guatemala, se facilitó la realización de estudios similares en otras
zonas urbanas importantes en el interior del país.
Objetivos
El objetivo principal de este proyecto, fue la estimación analítica de la respuesta
sísmica de sitios característicos en las ciudades de Guatemala, Quetzaltenango,
Escuintla, Zacapa, Cobán y Antigua Guatemala. Para llegar al mismo, se
persiguieron tres objetivos básicos:
a) Identificación de las unidades geológicas que cubren las zonas urbanas
estudiadas, traduciendo dicha identificación en mapas básicos de
unidades geotécnicas. Estas unidades geotécnicas están clasificadas de
acuerdo a escalas internacionalmente aceptadas.
b) Estimación de los perfiles de suelo en seis sitios característicos en cada
zona urbana investigada. Estos perfiles son realizados en localidades
coincidentes con las unidades geológicas-geotécnicas previamente
identificadas.
c) Cálculo de la respuesta sísmica de sitio, por medio de la simulación
numérica del arribo de ondas sísmicas a los perfiles de suelo
previamente estimados. Agrupando los resultados en función tanto de las
características geotécnicas de los sitios investigados, como del resultado
de dicha simulación y de su distribución geográfica.
Hipótesis
Debido a las propiedades mecánicas del suelo, correspondiente a cada sitio en
particular dentro de las seis regiones urbanas analizadas (Ciudad de Guatemala,
Quetzaltenango, Escuintla, Zacapa, Cobán y Antigua Guatemala), se producen
distintos niveles de amplificación de las ondas sísmicas, respecto al lecho
rocoso. Estas amplificaciones se pueden correlacionar con los tipos de suelo
presentes en los lugares donde se realizaron los ensayos. De esta manera, es
factible identificar zonas potencialmente peligrosas dentro de dichos áreas
urbanas en Guatemala.
5
Procedimientos
Para alcanzar el objetivo del estudio se dividió el trabajo en 3 partes: i) Un
estudio geológico de las áreas urbanas consideradas, ii) Un estudio de
Refracción Sísmica en seis sitios característicos de cada una de las áreas
urbanas, y iii) Un estudio de respuesta analítica de sitio, aplicando la solución
numérica implementada en el programa de cómputo SHAKE. De este último
estudio se obtuvo un catálogo gráfico de espectros de amplificación del suelo.
Los detalles de cada una de las fases del proyecto están presentados en los
apéndices I, II y III de este informe. A continuación, se presenta un análisis
resumido sobre los resultados obtenidos en cada fase, haciendo énfasis en los
resultados de la última fase.
Estudio Geológico.
El objetivo del estudio geológico fue establecer la distribución de las unidades
geotécnicas en las áreas de estudio, para facilitar la conducción del estudio de
refracción sísmica y poder así interpretar los resultados del estudio analítico de
respuesta sísmica en función de estas unidades geotécnicas.
Se creó un sistema de información geográfica con la información geotécnica
generada, y a partir de este se crearon modelos de elevación digital del terreno.
La información topográfica y geológica se obtuvo de los mapas escala 1:50,000
publicados por el Instituto Geográfico Nacional, bibliografía diversa existente, y
de la interpretación de imágenes Landsat TM, disponibles para el proyecto. La
información geológica así obtenida se enmarcó dentro de la geología regional de
las distintas cuencas estudiadas.
En base a esta información geológica se relacinaron las unidades identificadas
con la clasificación geotécnica del Building Safety Council, 1997 (UBC-97) del
National Earthquake Reduction Program de Estados Unidos. La clasificación
UBC-97 aplicada fue la siguiente:
Clasificación Geotécnica de Respuesta Sísmica de Sitios
(Building Safety Council, 1997)
Tipo de Unidad
Descripción
Roca Sana, con velocidades sísmicas medidas Vs mayores a
A
1,500 m/s.
B
Roca con velocidades sísmicas Vs entre 760 - 1500 m/s
Suelo muy denso o roca suave, con velocidad Vs entre 360 C
760 m/s; con N mayor de 50 o Su mayor a 100 kPa.
Suelo rígido con velocidad Vs entre 180 - 360 m/s; con N
D
entre 15 – 50, o Su entre 50 – 100 kPa.
Perfil de suelo con Vs menor a 180 m/s; ya sea con N menor a
E
15, Su menor a 50 kPa. O, cualquier perfil con mas de 3 m de
arcilla suave.
N = Prueba Standard de Penetración
Su = Resistencia a Corte
6
Perfiles de Refracción Sísmica.
Para poder realizar el estudio analítico de respuesta sísmica, es necesario
conocer las características mecánicas del suelo, particularmente: velocidad de
propagación de onda de corte, espesor y profundidad de los estratos de suelo, y
peso específico de los materiales que forman cada uno de los estratos. Para
alcanzar este objetivo se realizaron perfiles de refracción sísmica.
Se utilizó un sismógrafo digital portátil, de 24 canales, marca ABEM Terralock,
modelo Mark III. El espaciamiento entre geófonos fue de 5 metros. La longitud
de los arreglos de geófonos fue 120 metros en la mayoría de los casos, aún en
algunos sitios, por razones de espacio, se realizaron perfiles de 60 metros. Para
cada perfil se utilizaron siete puntos de disparo, cuatro a los extremos y tres
dentro del tendido de geófonos. A partir del registro de los tiempos de arribo de
onda compresional, se obtuvieron datos interpretables como perfiles de
distribución de velocidades sísmicas a profundidad.
Los datos de profundidad y velocidad de onda obtenidos para cada punto de
ubicación de cada uno de los 24 (o 12) geófonos, se redujeron a un valor
estadístico representativo: la mediana. De esta forma se obtuvieron perfiles
verticales del suelo. La velocidad de propagación de onda de corte se obtuvo de
la relación entre velocidad de onda de compresión y de corte. Se asumió un
módulo de Poisson de 0.32 y se consideró el medio elástico.
Respuesta analítica de sitio.
Para conocer los niveles de amplificación dinámica de los suelos, se evaluó la
respuesta del suelo durante movimientos sísmicos en los seis sitios
seleccionados para cada una de las seis áreas urbanas. Para estos se utilizó la
herramienta numérica implementada en el programa SHAKE, (Selnes, 1987).
Dicho modelado se llevó a cabo simulando el arribo de cinco registros de
sismos reales a los perfiles preparados para el efecto.
Los parámetros del suelo utilizados para correr SHAKE fueron los obtenidos
mediante los perfiles de refracción sísmica. El peso específico se estimo en
relación a la velocidad de propagación de onda de corte y en los valores
reportados en la literatura. Las variaciones de amortiguamiento y módulo de
rigidez a cortante versus la deformación unitaria cíclica de corte están basadas
en las recomendaciones de Seed e Idriss (1970).
Para la definición de los perfiles de suelo investigados, se aplicó la clasificación
de las unidades geotécnicas, propuesta por el Building Safety Council, 1997, del
National Earthquake Reduction Program de Estados Unidos. Para el efecto, se
tomó en cuenta la velocidad promedio de propagación, de la onda de corte, en
los primeros 30 metros de suelo. Con los datos preparados en el formato
adecuado, se corrió el programa SHAKE para obtener espectros de respuesta de
pseudo-velocidad relativa para el lecho rocoso y para la superficie (Figura 1),
relaciones espectrales superficie/lecho rocoso (Figura 2), y funciones de
amplificación dinámica contra Frecuencia o contra Período (Figura 3).
Por último se analizaron individualmente las características de amplificación
más notables de cada sitio; agrupando aquellos que poseen características
afines. Los resultados correspondientes se presentan más adelante.
7
Figura 1 Ejemplo del gráfico de Espectro de Pseudo-Velocidad Relativa
para Lecho Rocoso (continua) y Superficie (discontinua). El ejemplo
corresponde al sitio G1: Campo Marte, Ciudad de Guatemala.
Figura 2 Ejemplo del gráfico de relación espectral entre superficie y lecho
rocoso. El ejemplo corresponde al sitio G1: Campo Marte, Ciudad de
Guatemala.
Figura 3 Ejemplo del gráfico función de amplificación dinámica. El
8
ejemplo corresponde al sitio G1: Campo Marte, Ciudad de Guatemala.
9
Resultados
A continuación, se presentan en forma resumida los resultados de cada una de
las partes componentes de la investigación, los Apéndices I, II y III de este
informe contienen detalles de los mismos. En cada fase de estudio se presenta
una descripción del formato seguido para presentar los resultados.
Estudio Geológico.
El resultado del estudio geológico es una interpretación de la distribución
geográfica de las unidades geotécnicas identificadas para cada área urbana, y la
descripción geológica correspondiente la cual se presenta en una tabla resumida.
Ciudad de Guatemala
Figura 4. Distribución geográfica de las distintas unidades geotécnicas que cubren la Ciudad
de Guatemala y sus alrededores. Como referencia, también se muestra la red vial de la Ciudad.
Clasificación de Unidades Geotécnicas en la Ciudad de Guatemala
Tipo de Perfil
Descripción
B
B’
C
E
Depósitos Volcánicos del Terciario. Rocas entre sanas y medianamente
fracturadas, especialmente en las márgenes Este y Oeste del graben.
Rocas Sedimentarias del Cretácico. Rocas de consolidación muy similar
a la anterior, pero de origen sedimentario. Están presentes al margen
Norte del Graben.
Depósitos de Pómez Cuaternarios. Depósitos piroclásticos,
principalmente formados de pómez, cenizas y arenas. Se presentan en
casi toda la cubierta del Valle.
Aluviones Fluviales Cuaternarios. Sedimentos aluviales de edad
reciente, no consolidados, incluyendo gravas, arenas, limos y arcillas,
derivados de los piroclastos presentes en la zona.
10
Quetzaltenango
Figura 5. Distribución geográfica de las distintas unidades geotécnicas que cubren Quetzaltenango.
Como referencia, también se muestra la red vial de la Ciudad.
Clasificación de Unidades Geotécnicas en Quetzaltenango
Tipo de Perfil
Descripción
Volcánicos Terciarios. Rocas volcánicas no diferenciadas,
incluyendo andesitas, basaltos y riolitas; de consolidación
A
generalmente sana.
Volcánicos Cuaternarios. Estas rocas presentan una
consolidación entre mediana y sana. Estan compuestos de
B
coladas y domos de lava.
Depósitos de Pómez Cuaternarios. Depósitos de pómez
masivos proveniente de avalanchas de ceniza, generalmente
C
rellenando depresiones pre-existentes.
Aluvión Cuaternario. Depósitos aluviales que incluyen
arenas, gravas, y pómez de orígen volcánico redepositados
E
por acción del agua.
11
Escuintla
Figura 6 Distribución geográfica de las distintas unidades geotécnicas que cubren Escuintla. Como
referencia, también se muestra la red vial de la Ciudad.
Clasificación de Unidades Geotécnicas en Escuintla
Tipo de
Perfil
B
C
D
Descripción
Depósitos Volcánicos del Terciario. Rocas volcánicas no
diferenciadas, de edad terciaria. Estas rocas presentan una
consolidación entre mediana y sana.
Abanicos Laháricos y Fluviales. Depósitos cuaternarios
intemperizados derivados de corrientes rápidas de mezclas de
roca y agua hacia las faldas al sur del volcán de Agua.
Aludes Volcánicos Cuaternarios. Deslizamientos masivos
de rocas por acción de la fuerza de gravedad sobre terrenos
inestables, que se desintegran durante el movimiento en
fragmentos de un amplio rango de tamaños.
12
Zacapa
Figura 7 Distribución geográfica de las distintas unidades geotécnicas que cubren Zacapa. Como
referencia, también se muestra la red vial de la Ciudad.
Clasificación de Unidades Geotécnicas en Zacapa
Tipo de
Perfil
B
C
C
D
Descripción
Depósitos de Basamento. Rocas cristalinas indiferenciadas
que pueden incluir mármoles, gneiss, granodioritas, y
granitos.
Depósitos Continentales del Terciario. Rocas sedimentarias
interestratificadas con yeso, fracturadas, que incluyen
limolitas calcáreas, grauwacas, brechas de calizas negras,
areniscas y conglomerados.
Depósitos Terciarios de Carácter Cristalino-Volcánico.
Conglomerados con asociaciones clásticas de mármoles,
debris graníticos, rocas metamórficas o serpentinita.
Aluvión Cuaternario. Depósitos fluviales no diferenciados
incluyendo grava, arena y arcilla, pómez y pómez
retrabajada de espesor varible.
13
Cobán
Figura 8 Distribución geográfica de las distintas unidades geotécnicas que cubren Cobán.
Como referencia, también se muestra la red vial de la Ciudad.
Clasificación de Unidades Geotécnicas en Cobán.
Tipo de
Perfil
C
D
Descripción
Depósitos Carbonáticos. Rocas carbonáticas que incluyen
miembros dolomíticos, calcáreos, ademásde calizas de
plataforma externa y con nódulos de pedernal y fosilíferas.
Aluvión Cuaternario. Depósitos indiferenciados, de
aluviones de llanura de inundación, arenas y arcillas.
14
Antigua Guatemala
Figura 9 Distribución geográfica de las distintas unidades geotécnicas que cubren Antigua
Guatemala y sus alrededores. Como referencia, también se muestra la red vial de la Ciudad.
Clasificación de Unidades Geotécnicas en Antigua Guatemala
Tipo de
Descripción
Perfil
B
C
C
D
Depósitos Volcánicos del Terciario. Rocas entre sanas y
medianamente fracturadas, especialmente en la región Norte del
Valle de Panchoy.
Volcánicos Cuaternarios. Basaltos, andesitas y escoria de los
conos volcánicos. Están presentes alrededor del cono del Volcán
de Agua.
Abanicos Laháricos y Fluviales. Depósitos cuaternarios
intemperizados derivados de corrientes rápidas de mezclas de roca
y agua hacia las faldas occidentales del volcán de Agua.
Aluviones Fluviales Cuaternarios. Sedimentos aluviales de edad
reciente, medianamente consolidados, derivados de los piroclastos
presentes en la zona.
15
Perfiles de refracción sísmica.
Para cada área urbana, se presentan tabla de los perfiles interpretados de
profundidad contra velocidad de onda de corte (VS)
Perfiles Interpretados para Ciudad Guatemala
Sitio
Campo
Marte
Colonia
Lourdes
Parque La
Democracia
Cerro El
Naranjo
Ciudad San
Cristóbal
Villa
Canales
Long.
Perfil (m)
Estrato 1
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 2
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 3
Prof. (m)
VS (m/s)
120
32
201
41
405
> 41
340
120
27
183
> 27
336
-
-
120
7
193
24
334
> 24
478
120
5
202
16
468
> 16
685
120
31
202
> 31
317
-
-
120
4
193
62
576
> 62
713
Perfiles Interpretados para Quetzaltenango
Sitio
Estación de
Radio
Campo de
Aviación
Campos Morán
Sierra Santa
Rita
Llanos del
Pinal
Cantón
Chichuá
Long.
Perfil (m)
Estrato 1
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 2
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 3
Prof. (m)
VS (m/s)
120
2
332
10
719
> 10
977
120
5
127
18
283
> 18
404
120
7
166
10
404
> 10
446
60
2
419
>2
517
-
-
120
9
185
22
297
> 22
321
120
3
121
15
233
> 15
317
16
Perfiles Interpretados para Escuintla
Estrato 1
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 2
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 3
Prof. (m)
VS (m/s)
Sitio
Long.
Perfil (m)
La Pista
120
8
492
27
1084
> 27
1241
Guacalate
120
4
299
21
1123
> 21
1426
120
5
337
25
992
> 25
1133
120
5
277
18
946
> 18
1394
120
6
244
41
863
> 41
1107
120
4
272
28
713
> 28
1486
Finca
Colombia
Finca
Modelito
San Luis
I
San Luis
II
Perfiles Interpretados para Zacapa
Estrato 1
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 2
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 3
Prof. (m)
VS (m/s)
Sitio
Long.
Perfil (m)
La Fragua
60
15
706
> 15
1618
-
-
120
6
306
23
1004
> 23
1023
120
6
281
>6
356
-
-
120
4
214
17
443
> 17
526
120
13
407
> 13
764
-
-
120
5
234
>5
1076
-
-
El
Maguey
La
Majada
Barrio
Nuevo
San
Carlos
Puente
Negro
Perfiles Interpretados para Cobán
Sitio
Cantón Las
Casas
Puente San
Vicente
Camino a Sn
Pedro Carchá
Long.
Perfil (m)
Estrato 1
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 2
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 3
Prof. (m)
VS (m/s)
60
12
102
> 12
459
-
-
120
4
264
15
822
> 15
978
120
9
246
25
810
> 25
960
Chichoochoc
60
4
316
>4
1204
-
-
Aeropuerto
120
7
197
15
582
> 15
830
Residenciales
Austria
120
9
201
12
604
> 12
819
17
Perfiles Interpretados para Antigua Guatemala
Sitio
R Finca
e La Chacra
s Finca El
pDesengaño
Margaritas y
u Retana
e Finca
s Bellavista
t Finca
aCovadonga
Sto. Tomás
Milpas Altas
Long.
Perfil (m)
Estrato 1
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 2
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 3
Prof. (m)
VS (m/s)
120
4
195
28
259
> 28
619
120
10
193
24
702
> 24
771
120
4
197
28
426
> 28
422
120
8
231
>8
703
-
-
120
3
214
20
280
> 20
350
120
3
175
>3
214
-
-
Respuesta analítica de sitio.
El siguiente cuadro resume la nomenclatura utilizada para identificar todos los
sitios para los cuales fue estimada la respuesta sísmica analítica.
NOMENCLATURA DE SITIOS ESTUDIADOS
Ciudad Guatemala
Campo Marte:
Colonia Lourdes:
Cerro El Naranjo:
Villa Canales:
Parque La Democracia:
Ciudad San Cristóbal:
Escuintla
Finca San Luis I:
Finca San Luis II:
Finca Colombia:
La Pista:
Guacalate:
Finca Modelito:
Cobán
Chichoochoc:
Camino a San Pedro Carchá:
Aeropuerto:
Residenciales Austria:
Puente San Vicente:
Cantón Las Casas:
Quetzaltenango
Estación de Radio: Q1
Sierra Santa Rita: Q2
Campo de Aviación: Q3
Llano del Pinal: Q4
Campos Morán: Q5
Cantón Chicuá: Q6
Zacapa
Barrio Nuevo: Z1
Puente Negro: Z2
La Fragua: Z3
San Carlos: Z4
El Maguey: Z5
La Majada: Z6
Antigua Guatemala
Finca Margaritas y Retana: A1
Finca Covadonga: A2
Finca Bella Vista: A3
Finca El Desengaño: A4
Finca La Chácara: A5
Santo Tomás Milpas Altas: A6
G1
G2
G3
G4
G5
G6
E1
E2
E3
E4
E5
E6
C1
C2
C3
C4
C5
C6
18
Para cada sitio investigado, los resultados de la investigación de Refracción
Sísmica fueron traducidos en la nomenclatura UBC-97, dicha clasificación se
presenta en el siguiente cuadro.
Tipos de Perfiles de Suelos de Acuerdo a UBC-97 y NEHRP-97
(Valores Promedio de VS en m/s)
Ciudad Guatemala
Sitio
G1
G2
G3
G4
G5
G6
VS
201
192
437
455
301
202
Quetzaltenango
Tipo
D
D
C
C
D
D
Sitio
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Tipo
C
C
B
C
C
D
Sitio
C1
C2
C3
C4
C5
C6
VS
797
509
261
256
318
243
Zacapa
Sitio
Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
Z6
VS
412
673
983
554
692
338
Sitio
E1
E2
E3
E4
E5
E6
Tipo
B
C
C
C
C
D
Sitio
A1
A2
A3
A4
A5
A6
Cobán
VS
876
487
445
418
684
191
Escuintla
Tipo
B
C
D
D
D
D
VS
573
603
761
829
861
743
Tipo
C
C
B
B
B
C
Antigua Guatemala
VS
369
290
455
377
258
209
Tipo
C
D
C
C
D
D
A continuación, se resumen los resultados más relevantes para los sitios
estudiados. Estas observaciones han sido derivadas a partir de los gráficos
obtenidos de las estimaciones analíticas de respuesta de sitio. Por razones
didácticas, la siguiente discusión está centrada en las amplificaciones dinámicas
que la estimación analítica predice y expresada en función del período de
oscilación correspondiente.
Ciudad Guatemala
Campo de Marte (G1), Colonia Lourdes (G2) y Ciudad San Cristóbal (G6)
Las mayores amplificaciones, del orden de 4.0, ocurren en el rango de períodos
largos, entre 0.7 segundos y 2.0 segundos.
Cerro el Naranjo (G3) y Villa Canales (G4)
Las mayores amplificaciones, del orden de 3.50, ocurren en el rango de períodos
cortos, entre 0.1 segundos y 0.6 segundos.
Parque la Democracia (G5)
Las mayores amplificaciones, del orden de 3.5, ocurren en casi todo el rango de
períodos desde 0.1 segundos hasta 2.0 segundos.
Quetzaltenango
Estación de Radio(Q1) y Santa Rita (Q2)
No ocurren amplificaciones significativas. Se tienen factores entre 1.1 y 1.2 para
el rango de periodos muy cortos 0.1 y 0.2 segundos.
19
Campo de Aviación (Q3), Llanos del Pinal (Q4), Campos Morán (Q5), y Cantón
Chicuá (Q6)
Las mayores amplificaciones, del orden de 5.0, ocurren en el rango de períodos
cortos, desde 0.1 segundos hasta 0.7 segundos.
Escuintla
Finca San Luis I (E1)
Las mayores amplificaciones, del orden de 3.5, ocurren en el rango de períodos
cortos 0.1 segundos. Luego las amplitudes descienden gradualmente hasta 1.5
para el periodo de 0.6 segundos, y finalmente se mantiene constante en el rango
de periodos largos.
Finca San Luis II (E2)
Las mayores amplificaciones, del orden de 2.0, ocurren en el rango de períodos
cortos desde 0.1 segundos hasta 0.2 segundos. Luego, la amplitud espectral
desciende gradualmente hasta 1.3 para el periodo de 0.6 segundos, y finalmente
se mantiene constante en el rango de periodos largos.
Finca Colombia (E3), La Pista (E4), y Guacalate(E5)
Las amplificaciones estimadas, del orden de 1.8, ocurren en el rango de
períodos cortos de 0.1 segundos. La amplitud espectral se mantiene luego
constante en 1.3 para el rango de periodos desde 0.2 segundos hasta los períodos
largos.
Finca Modelito (E6)
Las mayores amplificaciones, del orden de 2.4, ocurren en el rango de períodos
cortos de 0.1 segundos, luego se mantiene constante en 1.3 para el rango de
periodos desde 0.2 segundos hasta los períodos largos.
Zacapa
Barrio Nuevo (Z1)
Las mayores amplitudes espectrales son del orden de 3.2, y ocurren en el rango
de períodos cortos desde 0.1 segundos hasta 0.4 segundos. La amplitud espectral
se mantiene luego constante, en 1.5 para el rango de periodos desde 0.5
segundos hasta los períodos largos.
Puente Negro (Z2)
Las mayores amplificaciones, del orden de 4.0, ocurren en el rango de períodos
cortos de 0.1 segundos, para luego mantenerse constantes, alrededor de 1.3, para
el rango de periodos desde 0.2 segundos hasta los períodos largos.
La Fragua (Z3) y El Maguey(Z5)
Las amplitudes espectrales más notables son del orden de 2.0, y ocurren en el
rango de períodos cortos de 0.1 segundos. Luego, la amplitud espectral se
mantiene constante, alrededor de 1.3, para el rango de periodos desde 0.2
segundos hasta los períodos largos.
San Carlos (Z4)
Se estimaron amplificaciones, del orden de 2.8, las cuales ocurren en el rango de
períodos cortos entre 0.1 segundos y 0.2 segundos. Luego, para el rango de
periodos desde 0.3 hasta 1.0 segundos, la amplitud se mantiene constante en 1.5.
20
La Majada (Z6)
Las mayores amplificaciones, del orden de 2.8, ocurren en el rango de períodos
cortos entre 0.1 segundos y 0.6 segundos. Luego, la amplitud espectral se
mantiene constante, en 1.2, para el rango de periodos desde 0.7 segundos hasta
los periodos largos.
Cobán
Chichoochoc (C1) y Puente San Vicente (C5)
No ocurren amplificaciones espectrales significativas. Se estimaron factores
entre 1.1 y 1.2, para el rango de periodos muy cortos, entre 0.1 y 0.3 segundos.
Camino a Carchá (C2), Aeropuerto (C3), y Residenciales Austria (C4)
Se estimaron amplificaciones, del orden de 4.5, las cuales ocurren en el rango de
períodos cortos entre 0.1 segundos y 0.3 segundos. El espectro desciende luego
gradualmente hasta 1.5 para el periodo de 0.6 segundos, y finalmente se
mantiene constante en el rango de periodos largos.
Cantón Las Casas (C6)
Las mayores amplificaciones, del orden de 3.7, ocurren en el rango de períodos
largos, entre 0.5 segundos y 1.5 segundos.
Antigua Guatemala
Finca Margaritas (A1)
Las mayores amplificaciones, del orden de 3.0, ocurren en el rango de períodos
cortos entre 0.1 segundos y 0.4 segundos. Para el periodo alrededor de 0.7
segundos, el espectro desciende gradualmente hasta 1.2, y finalmente se
mantiene constante en el rango de periodos largos.
Finca Covadonga (A2) , Finca La Chacara (A5)
Las amplificaciones más notables son del orden de 3.5, y ocurren en el rango de
períodos cortos entre 0.1 segundos y 0.7 segundos. A partir del período de 1.0
segundo las amplitudes descienden gradualmente desde 1.5.
Finca Bella Vista (A3) y Finca El Desengaño (A4)
Se estimaron amplificaciones, del orden de 4.2, las cuales ocurren en el rango de
períodos cortos entre 0.1 segundos y 0.4 segundos. Para el período de 0.6
segundos la amplificación llega hasta 1.5, luego de lo cual se mantiene
constante en el rango de periodos largos.
Santo Tomás Milpas Altas (A6)
Las mayores amplificaciones, del orden de 4.5, ocurren en el rango de períodos
cortos entre 0.1 segundos y 0.2 segundos. Luego para el periodo de 0.2
segundos, l amplitud espectral desciende gradualmente hasta 1.5. Finalmente se
mantiene constante en el rango de periodos largos.
Conclusiones
A partir de los casos particulares estimados para los distintos sitios investigados,
se pueden derivar las siguientes conclusiones generales.
21
•
•
•
•
•
•
Prácticamente, en todos los sitios investigados, se estimaron amplificaciones
del movimiento sísmico, llegando estas hasta cinco veces la amplitud del
movimiento estimada para el tope del lecho rocoso subyacente.
En las áreas donde predominan los depósitos volcánicos, las máximas
amplificaciones coinciden con los depósitos de tephra pómez y con los
aluviones recientes.
La variación de los valores de amplificación puede ser grande dentro de un
área relativamente pequeña. Por ejemplo, en el caso de la cuenca de
Quetzaltenango, las amplificaciones varían desde valores cercanos a 1 (i.e.
sin amplificación significativa), hasta valores mayores a 5.
En las áreas donde predominan litologías no volcánicas (e.g. Sedimentarias
o metámórficas), las máximas amplificaciones se dan en depósitos aluviales
y arcillosos.
En el área de la Ciudad de Guatemala, las amplificaciones en los sitios
estudiados varían poco (de 3.5 a 4), aún para distintas condiciones
geológicas.
Los periodos para los cuales ocurren las máximas amplificaciones, suelen
ser en periodos cortos a medios (0.1 a 0.6 seg.). Sin embargo, en algunos
sitios, ocurren amplificaciones apreciables para periodos largos, como en el
caso de Campo Marte, Colonia Lourdes y Ciudad San Cristóbal, en el área
de la Ciudad de Guatemala. En estos sitios, se estimaron amplificaciones de
valor 4, las cuales ocurren para periodos de 0.7 a 2 segundos.
Recomendaciones
Aunque los alcances de este proyecto han sido limitados, consideramos que los
resultados obtenidos representan un marco de referencia que podrá aplicarse
inmediatamente. Sin embargo, al producto obtenido pueden incorporarse una
serie de mejorías, las cuales se discuten a continuación. Además, es importante
indicar que los resultados obtenidos en este proyecto podrán servir de base para
estudios posteriores, algunos de los cuales se sugieren también a continuación.
1.- La información histórica de sucesos asociados a sismos en las distintas áreas
estudiadas sugiere que se han presentado intensidades anómalas en el pasado, lo
cual permite considerar que existen sitios que requieren evaluaciones
específicas (i.e. clasificación NEHRP F), o sea sitios en los que (BSC, 1997):
Existe una vulnerabilidad a fallos o colapsos bajo cargas sísmicas,
tales como licuefacciones, arcillas altamente sensibles, suelos
cementados susceptibles a colapso.
Arcillas o suelos con alto contenido orgánico o de espesores mayores
de 3 metros.
Arcillas de alta plasticidad, con espesores mayores a 8 metros.
Arcillas suaves o semi-rígidas de espesores considerables (> de 36 m).
2.- En la medida de lo posible, sería recomendable corroborar sobre el terreno,
la localización de las Unidades Geológicas en el estudio geológico llevado a
cabo en este proyecto. Para el efecto, dicho esfuerzo de mapeo podría auxiliarse
22
con las tecnologías disponibles en Sistemas de Información Geográfica,
Sistemas de Posicionamiento Geodésico, etc.
3.- Considerando la posibilidad de simplificar la nomenclatura de las unidades
geológicas que cubren áreas urbanas en Guatemala, y sobretodo la aplicabilidad
de dicha identificación, sería conveniente desarrollar un código de unidades de
respuesta de sitio, a nivel nacional.
4.- Utilizando la información recabada en este proyecto, y desarrollando la
misma metodología en otras ciudades, sería conveniente implementar la
metodología más conveniente para traducir estos resultados a un Sistema de
Información Geográfica aplicado al estudio y análisis del Riesgo Sísmico.
5.- Este proyecto investigó analíticamente la respuesta sísmica de sitios
característicos en varias áreas urbanas de Guatemala. Los resultados obtenidos
deben necesariamente ser confrontados con los resultados de una estimación
empírica de respuesta sísmica. Esto es, instaurar un sistema permanente de
corroboración de la respuesta sísmica de sitios, por medio de sismógrafos y/o
acelerógrafos, que verifiquen directamente las indicaciones obtenidas por el
presente estudio analítico.
6.- Sería conveniente, apoyar la interpretación de resultados acá obtenidos, con
información proveniente de otras fuentes. Por ejemplo, investigar registros
históricos de intensidades sísmicas en las ciudades bajo estudio.
7.- Evidentemente, luego de alcanzar resultados para las áreas urbanas acá
investigadas, se ha establecido una metodología simple para el desarrollo de este
proyecto en nuevas zonas de estudio. En Guatemala, existen todavía numerosas
cuencas con poblaciones considerables, que eventualmente se beneficiarán del
desarrollo de investigaciones de este tipo.
Bibliografía
23
REPORTE FINACIERO PROYECTO 42-99
Rubro
1) Servicios Personales
Investigador Principal ( O. Flores )
Investigador Asociado ( J.P. Ligorría )
Asesor Est. Analítica ( M. Matus )
Técnico Investigador ( R. Escobar )
Operador Eq. Refracción ( C. H. Arias
)
Autorizad
o
$41,650.00
Ejecutado
$5,125.00
$8,125.00
$7,500.00
$10,000.00
$5,500.00
Guatemala
Personal de Campo
Lorenzo Poou
Enrique Macz Yat
Sergio F. López Alvarez
Juan José Lemus Cruz
Lorenzo Chim Ramos
Bartolo Sigfrido Chip
Alejandro Cordón Salguero
Quetzaltenang
o
Escuintla
Zacapa
Cobán
Antigua
$87.27
$87.27
$87.27
$87.27
$87.27
$87.27
$87.27
$87.27
$87.27
$785.43
2) Materiales y Suministros
Almadana ( Ferreteria EL ANGEL )
$2,500.00
3) Publicación de Resultados
$4,000.00
$100.00
$0.00
$174.54
$174.54
$87.27
$174.5
4
$174.54
4) Gastos No Previstos
Pinchazo
Peaje
5) Gastos Administrativos
6) Gastos de Transporte
$2,000.00
$10.00
$31.00
$6,325.00
$2,500.00
Guatemala
$85.00
Gasolina ( 05/08/00 )
Gasolina ( 20/08/00 )
Gasolina ( 25/08/00 )
Gasolina ( 27/08/00 )
Gasolina ( 27/08/00 )
Gasolina ( 29/10/00 )
Gasolina ( 08/10/00 )
Gasolina ( 19/11/00 )
Gasolina ( 03/12/00 )
Quetzaltenang
o
Escuintla
Zacapa
Antigua
$70.00
$163.00
$50.00
$50.00
$100.00
$120.00
$131.00
$155.00
$106.0
0
$150.0
0
$106.0
0
$100.0
0
Gasolina ( 10/12/00 )
Gasolina ( 10/12/00 )
Gasolina ( 17/12/00 )
Gasolina ( 17/12/00 )
Gasolina ( 21/01/01 )
Gasolina ( 28/01/01 )
$114.00
$61.00
$1,561.00
7) Viáticos
Investigador Principal
Cobán
$85.00
$333.00
$220.00
Quetzaltenang
o
Cobán
Antigua
$400.00
$960.00
$320.00
$10,080.00
25
$286.00
$462.0
0
$175.00
Invetigador Asociado
Operador Eq. Refracción
Técnico Investigador
$4,500.00
8) Servicios Básicos Comunicación
TOTAL
$350.00
$350.00
$0.00
$1,100.00
$500.00
$69,555.00
$43,237.43
26
$420.00
$420.00
$480.00
$2,280.00
$280.00
$240.00
$280.00
$1,120.00
Apéndice I. Estudio Geológico
Introducción
Como parte de este proyecto de zonificación sísmica urbana, es necesario
establecer un marco de distribución espacial de los resultados obtenidos de la
interpretación de estudios de respuesta sísmica realizados. El estudio geológico,
que a continuación se resume, busca precisamente ofrecer ese marco de
referencia espacial, a partir del cual se puede iniciar el proceso de identificación
y posterior clasificación de los resultados obtenidos.
Este estudio geológico fue enfocado a la creación de una base de datos digitales,
los cuales se utilizaron para la integración de un Sistema de Información
Geográfica el cual permitió la integración rápida de datos, su interpretación y el
modelado resultante. La base de datos espacial incluye información sobre
topografía, poblados, hidrografía, carreteras y unidades geotécnicas, para las
seis zonas urbanas estudiadas: Ciudad de Guatemala, Antigua Guatemala,
Escuintla, Quetzaltenango, Cobán y Zacapa.
La descripción del estudio geológico presentada a continuación incluye
solamente las partes básicas del estudio realizado. Básicamente, se describen
acá la metodología seguida, la base de la interpretación, o sea la escala de
clasificación geológica de las coberturas en las zonas urbanas estudiadas, y la
interpretación resultante en las seis ciudades.
El estudio geológico base fue realizado gracias a la generosa contribución
financiera de la Agencia Estadounidense para el Desarrollo Internacional
(USAID), por mediación de la Coordinadora Nacional para la Reducción de
Desastres (CONRED) de Guatemala. El trabajo fue desarrollado por la empresa
PETROCOM, bajo la coordinación del Geólogo José L. Escribá M.
Objetivos y Metodología
Los objetivos específicos perseguidos por el estudio geológico fueron:
1. Identificar las principales unidades geológicas, de acuerdo a
estándares normalmente aceptados internacionalmente para la
respuesta sísmica de sitios, en las seis zonas urbanas objeto: Ciudad
de Guatemala, Antigua Guatemala, Escuintla, Quetzaltenango,
Zacapa y Cobán.
2. Aportar información básica para facilitar la posterior interpretación de los
otros dos elementos de investigación de campo realizados en el proyecto: a)
La realización de perfiles de refracción sísmica, y b) la estimación
analítica de la respuesta sísmica de las unidades geológicas
identificadas.
Para alcanzar estos objetivos, fueron necesarios varios pasos de investigación.
La mayoría de estos pasos fueron llevados a cabo con el objeto de reunir
información básica. Finalmente, esta información fue integrada en mapas de
distribución de unidades geotécnicas en las seis áreas urbanas estudiadas. La
metodología seguida, incluyó la secuencia descrita a continuación.
Modelos Digitales del Terreno.
El primer paso seguido fue la creación de mapas topográficos de las seis zonas
de estudio. Estos mapas fueron compilados en como modelos digitales de
elevación del terreno. La creación de estos modelos digitales de terreno (DTM)
se realizó para facilitar la comprensión de la distribución espacial de las
unidades geotécnicas y su relación con la geología subyacente. Para la creación
de los DTM se digitalizó la información contenida en los mapas topográficos
oficiales escala 1:50,000. Posteriormente, se procedió a la interpolación entre
las curvas digitalizadas para obtener superficies raster de la topografía. La
Figura AI.1 muestra el DTM de la Ciudad de Quetzaltenango y sus alrededores.
Figura AI.1 Modelo Digital del Terreno de la Ciudad de Quetzaltenango y sus
alrededores. Esta imagen se obtuvo a partir de la digitalización de mapas
topográficos escala 1:50,000 y una posterior interpolación de la información
digitalizada.
Análisis de Imágenes Landsat
Para la definición de unidades geotécnicas se utilizaron imágenes Landsat TM
(Tematic Mapper, por sus siglas en inglés), las cuales poseen las ventajas de: (i)
Permitir observar en una misma vista, una gran superficie de terreno; (ii)
Facilitar la correlación con las unidades geológicas descritas en la bibliografía;
y (iii) Favorecen la comprensión de la geología regional y local.
Estas imágenes son obtenidas por medio de un avanzado sensor diseñado para
obtener escenas de alta resolución, fidelidad geométrica y precisión
radiométrica.
El procesamiento de estas imágenes incluyó, entre otros, procedimientos de
georeferenciación (corrección a sistema de coordenadas reales); composición
(generación de imágenes a color de tres bandas, en sus componentes RojoVerde-Azul; overlay (suma, resta, multiplicación y división de los datos de la
28
imagen, en una base de pixel a pixel); análisis de componentes principales y;
transformación “espacio-color” (fusión de imágenes de alta resolución y
composiciones multiespectrales de baja resolución). Como resultado se
obtuvieron imágenes, en falso color, que permiten diferenciar grandes unidades
geológicas.
Las características de las imágenes utilizadas en el estudio geológico se
resumen en el siguiente cuadro:
Imágenes Landsat TM. Especificaciones Técnicas
Tipo
Resolución Espacial
Rango Espectral
Número de Bandas
Resolución Temporal
Tamaño de la Imágen
Swath
opto-mecánico
30-120 m
0.45-12.5 µm
7
16 días
185 x 172 km
185 km
La Figura AI.2 muestra un ejemplo de una de las imágenes landsat (radar)
procesadas en este estudio, y la Figura AI.3, muestra un ejemplo de la imagen
en falso color de la región que rodea a la Ciudad de Escuintla.
Figura AI.2. Ejemplo de una imagen tipo Radar, de la cadena volcánica
Guatemalteca.
29
Figura AI.3. Imagen landsat de la Ciudad de Escuintla y sus alrededores. Esta
imagen de satélite ha sido procesada para realzar las distintas litologías en la
zona, representadas por las distintas tonalidades en el terreno.
Finalmente, utilizando las imágenes a falso color, fueron trazados mapas de
unidades geológicas, en las seis ciudades. Tanto los mapas resultantes, como la
nomenclatura de los mismos es presentada más adelante en este apéndice.
Clasificación de Unidades Geotécnicas
Marco Geológico General
En Guatemala, interactúan tres placas tectónicas mayores (Coco, Caribe y
Norteamericana) cuyos movimientos relativos constituyen el motor de los
procesos geodinámicos, internos y externos, que repercuten en superficie.
De acuerdo, principalmente, a las formas del relieve (geomorfología), su
distribución en el espacio (estructura geológica) y la composición (litología) de
las rocas que lo forman, Guatemala puede subdividirse en cuatro provincias
geológicas, denominadas de sur a norte como: Planicie Costera del Pacífico,
Provincia Volcánica, Cordillera Central Guatemalteca y Tierras Bajas del Petén
(Bonis, S. 1969).
La Planicie Costera del Pacífico, corresponde a una franja de terreno de
aproximadamente 700 kilómetros de largo, que se extiende desde el Istmo de
Tehuantepec en México, hasta la localidad de Acajutla en El Salvador, limitada
en Guatemala por el Océano Pacífico, al sur, y por la Provincia Volcánica al
norte. Alcanza en su punto máximo los 70 km de ancho, y está construida en su
mayor parte por detritus acarreados en flujos de debris provenientes de las
30
tierras altas volcánicas. Las arenas y las gravas, mezcladas con cenizas de
pómez y depósitos laháricos, forman abanicos aluviales característicos.
La Provincia Volcánica forma parte de la cadena que partiendo del Volcán
Tacaná, en la frontera con México, se extiende hasta Costa Rica en una línea
paralela (casi recta) a la costa del Pacífico de 1,100 kilómetros de largo y una
anchura, en Guatemala, de 25 kilómetros. Las elevaciones varían entre los
2,000 y los 4,200 metros, ésta última correspondiente al Volcán Tajumulco que
representa el pico más alto de Centroamérica (Bonis, S. 1969) . Los depósitos
generados por la cadena volcánica, constituyen principalmente unidades
ignimbríticas, volcanoclásticas y depósitos de lahar, comprenden una zona
ancha que se ubica en el margen sur de la Cordillera. Los depósitos más
recientes (Cuaternario), son fundamentalmente andesitas piroxénicas como
ceniza, ignimbritas y piroclastos que se depositan hacia el sur de la cadena
volcánica. Así como, pómez dacítica que se deposita hacia el norte en zonas
bajas por acción de los vientos de costa afuera. Obsidiana rhyolítica en domos y
flujos basálticos alrededor de conos cineríticos también fueron emplazados.
La Cordillera Central Guatemalteca forma parte del sistema de cordilleras que
se extienden desde México hasta las Islas de la Bahía en Honduras, y consiste
en un cinturón eugeosinclinal de rocas sedimentarias paleozoicas
(principalmente grauwacas) que han sido metamorfizadas desde facies de
esquistos verdes a slatys y fillitas, acompañadas de diabasas y basalto. El grado
se incrementa hacia el norte, para producir esquistos, gneisses y amfibolitas.
Esta zona esta directamente asociada al fallamiento de transcurrencia (strike
slip), conocida como Motagua-Polochic, el cual se sobreimpone y corta las
rocas antiguas correspondientes a la Placa del Caribe. La expresión superficial
implica valles profundos sobre los que se localizan los ríos Motagua y Polochic.
Las Tierras Bajas del Petén forman parte de la Península de Yucatán y se
extienden en su mayor parte, como una gran planicie (aproximadamente a 200
metros sobre el nivel del mar) a partir del borde norte de la Cordillera Central
Guatemalteca. Las rocas que la forman están constituidas principalmente por
carbonatos depositados en ambiente de plataforma, de edad cretácica, que
aunado al clima de la región, imprimen un marcado carácter kárstico. Otros
materiales que se encuentran corresponden a clásticos terciarios y aluviones
cuaternarios. En su parte media, hacia el este, en dirección a la frontera con
Belice, dicha Provincia presenta relieves (altitudes superiores a los 800 metros)
de rocas paleozoicas-mesozoicas que forman parte de las llamadas Montañas
Mayas (Escribá, J. et al, 1996).
Unidades Geotécnicas
Para la definición inicial de las Unidades Geológicas se tomó como base la
división establecida en el Código de Construcción Unificado (UBC por sus
siglas en inglés) de Estados Unidos, modificada para la Ciudad de Guatemala
por Ligorría y Atakan (1997). La siguiente tabla, presenta dicha clasificación
inicial.
31
Clasificación Preliminar de Unidades Geotécnicas en la Ciudad de
Guatemala (Modificado de Ligorría y Atakan, 1997)
Tipo de Perfil
Descripción
Volcánicos del Terciario (Tv): En su mayoría compuestos por
S1
rocas cristalinas de origen volcánico, que poseen una
velocidad de ondas de corte superior a los 750 m/s.
Pómez Cuaternaria (Qp): Perfil de depósitos consolidados de
S2
material piroclástico, compuesto primordialmente por ceniza y
pómez, com profundidades que exceden los 60 m.
Sedimentos de Transición: Perfil sedimentario de entre 5 y 50
metros de profundidad, que contiene capas de arenas entre
S2*
medio- y suavemente consolidadas; sobrepuestas sobre
pómez, depósitos de ceniza y gravas gruesas, con o sin capas
intermedias de arcilla poco consolidada.
Aluvión Cuaternario (Qa): Perfil caracterizado por una
S3
velocidad de corte menor a 150 m/s, compuesto de un aluvión
cuaternario con más de 15 metros de espesor.
Esta clasificación puede extrapolarse a las otras ciudades objeto del estudio:
Antigua Guatemala, Escuintla, Quetzaltenango, Zacapa y Cobán. Para los casos
de Antigua Guatemala, Escuintla y Quetzaltenango, en donde las características
geológicas, en orígen, estructura y litología son similares a la Ciudad de
Guatemala, la aplicación de la clasificación de Ligorría y Atakan (1997) es casi
directa. Sin embargo, en los casos de Zacapa y Cobán, donde la composición,
edad y orígen de los terrenos geológicos presentes, es totalmente diferente a lo
existente en la Provincia Volcánica; la aplicación de dicha clasificación no es
tan directa. Sin embargo, es importante hacer notar que el objetivo principal de
este estudio es la estimación de respuesta sísmica de sitios. Por lo tanto, al
conocer el grado de “consolidación” de los materiales presentes, la
identificación se pueden clasificar las unidades geotécnicas.
Toda vez fueron identificados los distintos tipos de coberturas geotécnicas, y la
distribución espacial de dichos terrenos, se aplicó una clasificación más
actualizada de los mismos. Esta última clasificación es la propuesta por el
Programa Nacional para la Reducción de Amenazas Sísmicas (NEHRP por sus
siglas en inglés). Esta escala, además de ser más simple y completa, ha sido
aprobada por distintas escuelas académico-profesionales a nivel mundial. Sin
embargo, las principales ventajas de esta clasificación son: (i) Que relaciona
casi directamente las velocidades de propagación de ondas sísmicas de corte
(Vs); y (ii) Que se basan en características granulométricas y/o de consolidación
de los terrenos (e.g. Prueba Standard de Penetración), y no necesariamente en
composición litológica de los mismos. Esta última ventaja, hace de dicha escala,
especialmente accesible para NO-especialistas en Geología, sino más bien
ingenieros geotécnicos. La siguiente tabla resume la clasificación propuesta por
NEHRP.
32
Clasificación Geotécnica de Respuesta Sísmica de Sitios
(Building Safety Council, 1997)
Tipo de Unidad
Descripción
Roca Sana, con velocidades sísmicas medidas Vs mayores a
A
1,500 m/s.
B
Roca con velocidades sísmicas Vs entre 760 - 1500 m/s
Suelo muy denso o roca suave, con velocidad Vs entre 360 C
760 m/s; con N mayor de 50 o Su mayor a 100 kPa.
Suelo rígido con velocidad Vs entre 180 - 360 m/s; con N
D
entre 15 – 50, o Su entre 50 – 100 kPa.
Perfil de suelo con Vs menor a 180 m/s; ya sea con N menor a
E
15, Su menor a 50 kPa. O, cualquier perfil con mas de 3 m de
arcilla suave.
N = Prueba Standard de Penetración
Su = Resistencia a Corte
Interpretación
A continuación, se presentan los resultados obtenidos en las 6 ciudades objetivo
de este proyecto. En cada ciudad, se describe de manera resumida la condición
geológica del sitio donde esta localidad está ubicada. Seguido de lo cual se
proporciona una descripción de las características geológicas de las distintas
unidades identificadas. Esta descripción concluye en una clasificación, según la
escala NEHRP, de dichas unidades. Finalmente, se presenta para cada Ciudad y
sus vecindades inmediatas, un mapa de la distribución geográfica de estas
unidades.
Ciudad de Guatemala
La Ciudad de Guatemala, se asienta sobre un graben estructural, controlado
fundamentalmente por el sistema de fallamiento de Motagua-Polochic. Este
valle formado por este graben está limitado al oeste por la zona de fallas de
Mixco; al este por la zona de fallas de Santa Catarina; al sur por el volcán de
Pacaya y la caldera de Amatitlán; y, al norte por rocas cretácicas principalmente
calizas y granitos. Dentro de los límites definidos, se pueden distinguir las
siguientes unidades geotécnicas, y con base en los mapas geológicos existentes.
• Aluviones Fluviales Cuaternarios.
Estos son sedimentos aluviales Holocénicos no consolidados, incluyendo
gravas, arenas, limos y arcillas, derivados de los piroclastos y lavas formando
lentes elongados de espesores de hasta 25 metros. Los principales afloramientos
se presentan en el delta del río Villalobos en el Lago de Amatitlán, el cual
representa la mayor acumulación de sedimentos aluviales; casco urbano de Villa
Canales; caserío El Frutal. También se encuentran presentes en el cauce del río
Las Vacas, aunque por ser este un cauce más joven y de un caudal menor, tanto
sus espesores como su distribución espacial son menores que su homónimo del
río Villalobos. Debido a sus condiciones de reciente depositación a estos
terrenos se les ha asignado la clasificación E.
• Depósitos de Pómez Cuaternarios.
33
Formados por piroclásticos depositados por caída o flujo, fundamentalmente
pómez, cenizas y arenas. Estas tefras forman mantos o unidades continuas de
espesor muy constante y que no varía con la elevación topográfica. Forman
capas entre 0.5 y 10 metros de espesor, los cuales varían poco entre cada
unidad. En general, estas unidades representan la principal cubierta sedimentaria
del Valle. De hecho, el relleno piroclástico presenta espesores que varían entre 5
y 250 metros. En cuanto a los puntos de afloramientos, se puede decir que casi
cualquier punto dentro de los límites del Graben del Valle de Guatemala.
Considerando sus condiciones generales de consolidación a esta unidad
geotécnica se le ha asignado la clasificación C.
• Depósitos Volcánicos del Terciario.
Estas son rocas de composición y formación muy variada: lavas andesíticas,
basálticas, tobas soldadas vítricas y no vítricas. Estas rocas han sido afectadas
considerablemente por la tectónica desarrollada (Terciario-Cuaternario) que dio
lugar al fracturamiento que se observa en ellas. Esta unidad aflora en las
márgenes oriental y occidental del Graben del Valle de Guatemala: Choacorral,
Buena Vista, Labor de Castilla; zonas elevadas dentro del graben: Cerro El
Naranjo, Cerro Gordo. Estas unidades son rocas de consolidación sana, por lo
que se les asigna la clasificación B. Una variedad muy similar de consolidación,
pero de distinto origen geológico, lo constituyen las rocas sedimentarias de edad
Cretácica, presentes al Norte del Graben, las cuales han sido identificadas como
unidades tipo B’.
El siguiente cuadro resume las características petrológicas de las unidades
identificadas en la Ciudad de Guatemala y su clasificación NEHRP
correspondiente. La figura AI.4 representa la distribución geográfica de dichas
unidades.
Clasificación de Unidades Geotécnicas en la Ciudad de Guatemala
Tipo de
Perfil
B
B’
C
E
Descripción
Depósitos Volcánicos del Terciario. Rocas entre sanas y
medianamente fracturadas, especialmente en las márgenes
Este y Oeste del graben.
Rocas Sedimentarias del Cretácico. Rocas de consolidación
muy similar a la anterior, pero de origen sedimentario. Están
presentes al margen Norte del Graben.
Depósitos de Pómez Cuaternarios. Depósitos piroclásticos,
principalmente formados de pómez, cenizas y arenas. Se
presentan en casi toda la cubierta del Valle.
Aluviones Fluviales Cuaternarios. Sedimentos aluviales de
edad reciente, no consolidados, incluyendo gravas, arenas,
limos y arcillas, derivados de los piroclastos presentes en la
zona.
34
Figura AI.4. Distribución geográfica de las distintas unidades geotécnicas que cubren la Ciudad de
Guatemala y sus alrededores. Como referencia, también se muestra la red vial de la Ciudad.
Antigua Guatemala
El valle de Panchoy, donde se encuentra ubicada Antigua Guatemala, es una
depresión lateral a un costado del Volcán de Agua. La composición de los
sedimentos que rellenan este valle es muy similar al de la Ciudad de Guatemala;
ya que ambos valles se encuentran dentro de la cadena volcánica guatemalteca.
Las principales cubiertas geológicas sobre la ciudad Antigua Guatemala, y sus
alrededores, se describen a continuación.
• Volcánicos Cuaternarios.
Compuestos principalmente de basaltos, andesitas y escoria de los conos
volcánicos, sus conos parasíticos y cenizas intercaladas entre los flujos de lava.
Esta unidad geotécnica aflora principalmente alrededor del poblado de Santa
María de Jesús, y sobretodo en los alrededores del volcán de Agua, del cual se
origina esta esta unidad. Debido a sus condiciones de consolidación reciente, a
esta unidad se le ha asignado la clasificación C.
• Abanicos Laháricos y Fluviales.
Compuestos fundamentalmente de depósitos cuaternarios intemperizados de
flujo gravimétrico, depositados por corrientes rápidas de mezclas de roca y agua
(derivadas de lluvias intensas) sobre las faldas al occidente del volcán de Agua.
Los principales afloramientos son evidentes en Alotenango, Ciudad Vieja. El
grado de consolidación, y la edad de estos depósitos es muy similar al de los
35
volcánicos cuaternarios descritos en el párrafo anterior; debido a lo cual a esta
unidad también se le ha asignado la clasificación geotécnica C.
• Aluviones Fluviales Cuaternarios.
Estos son depósitos aluviales muy similares a los aluviones cuaternarios en el
delta del río Villalobos, identificados al Sur de la Cd. de Guatemala. En este
caso, sin embargo, son depósitos acarreados por el río Pensativos. Estos
depósitos aluviales poseen composición principalmente volcánica. Su
distribución representa la principal cobertura del casco urbano de Antigua,
Jocotenango, San Antonio Aguas Calientes, San Pedro Las Huertas.
Considerando su grado de consolidación, a la vez de sus espesores, a esta
unidad se le asignó la clasificación geotécnica D.
• Depósitos Volcánicos del Terciario.
Estos depósitos son muy similares en composición a los depósitos cuaternarios
alrededor del Volcán de Agua. En este caso, y debido a su mayor edad
geológica, los depósitos terciarios poseen una consolidación mayor. Su
distribución superficial es la cobertura dominante hacia el norte de Antigua
Guatemala, principalmente hacia los poblados de San Cristóbal El Alto, San
Miguel Milpas Altas, Santa Lucía Milpas Altas. Tomando en cuenta el grado de
consolidación mayor de esta unidad, se la ha asignado la clasificación
geotécnica B.
El siguiente cuadro resume las características petrológicas de las unidades
identificadas en Antigua Guatemala y su clasificación NEHRP correspondiente.
La figura AI.5 representa la distribución geográfica de dichas unidades.
Clasificación de Unidades Geotécnicas en Antigua Guatemala
Tipo de
Perfil
B
C
C
D
Descripción
Depósitos Volcánicos del Terciario. Rocas entre sanas y
medianamente fracturadas, especialmente en la región Norte
del Valle de Panchoy.
Volcánicos Cuaternarios. Basaltos, andesitas y escoria de
los conos volcánicos. Están presentes alrededor del cono del
Volcán de Agua.
Abanicos Laháricos y Fluviales. Depósitos cuaternarios
intemperizados derivados de corrientes rápidas de mezclas
de roca y agua hacia las faldas occidentales del volcán de
Agua.
Aluviones Fluviales Cuaternarios. Sedimentos aluviales de
edad reciente, medianamente consolidados, derivados de los
piroclastos presentes en la zona.
36
Figura AI.5. Distribución geográfica de las distintas unidades geotécnicas que cubren la Ciudad de
Antigua Guatemala y sus alrededores. Como referencia, también se muestra la red vial de la Ciudad.
Escuintla
La Ciudad de Escuintla está situada en el abanico aluvial al sur del Volcán de
Agua. Por lo tanto, el origen de los sedimentos que cubren el área urbana de
Escuintla y sus alrededores es muy similar a la de Antigua Guatemala y de
alguna manera a la Cd. de Guatemala. Las principales unidades geológicas que
cubren Escuintla son tres, su correspondiente identificación y la clasificación
geotécnica asignada se describe a continuación.
• Depósitos Volcánicos del Terciario.
Rocas volcánicas no diferenciadas, de composición muy variada; incluyendo
andesitas, basaltos, y escasamente algunas tobas soldadas. Estas rocas presentan
una consolidación entre mediana y sana. Estas rocas poseen una consolidación y
composición muy similar a los depósitos de similar edad en la Cd. de
Guatemala. Por lo tanto, a estas unidades se les ha asignado clasificación
geotécnica B.
• Abanicos Laháricos y Fluviales.
Compuestos fundamentalmente de depósitos cuaternarios intemperizados de
flujo gravimétrico, depositados por corrientes rápidas de mezclas de roca y agua
(derivadas de lluvias intensas) sobre las faldas al sur del volcán de Agua. Esta
37
unidad es de la misma composición y consolidación que la unidad igualmente
identificada hacia el Suroeste de Antigua Guatemala. Entonces, a esta unidad se
le ha asignado la misma clasificación geotécnica: C.
• Aludes Volcánicos Cuaternarios.
Esta unidad esta conformada por deslizamientos o avalanchas masivas de rocas
por acción de la fuerza de gravedad sobre terrenos inestables, que se desintegran
durante el movimiento en fragmentos de rango de tamaño desde pequeñas
partículas, hasta enormes bloques de escala decamétrica. Estos se encuentran
aflorando en el casco urbano de Escuintla, Finca Monterrey, Hacienda Santa
Leonor, básicamente extendiéndose hacia el sureste del área considerada en el
estudio. A esta unidad se le ha asignado la clasificación geotécnica D.
La figura AI.6 representa la distribución geográfica de las tres unidades arriba
descritas.El cuadro presentado después resume las características geológicas de
las unidades identificadas en Escuintla y su correspondiente clasificación
NEHRP.
Figura AI.6. Distribución geográfica de las distintas unidades geotécnicas que cubren la Ciudad de
Escuintla. Como referencia, también se muestra la red vial de la Ciudad.
Clasificación de Unidades Geotécnicas en la Ciudad de Escuintla
38
Tipo de
Perfil
B
C
D
Descripción
Depósitos Volcánicos del Terciario. Rocas volcánicas no
diferenciadas, de edad terciaria. Estas rocas presentan una
consolidación entre mediana y sana.
Abanicos Laháricos y Fluviales. Depósitos cuaternarios
intemperizados derivados de corrientes rápidas de mezclas
de roca y agua hacia las faldas al sur del volcán de Agua.
Aludes Volcánicos Cuaternarios. Deslizamientos masivos
de rocas por acción de la fuerza de gravedad sobre terrenos
inestables, que se desintegran durante el movimiento en
fragmentos de un amplio rango de tamaños.
Quetzaltenango
Quetzaltenango se localiza dentro de la Provincia Volcánica, en el altiplano
guatemalteco, dentro de un valle formado por una antigua caldera volcánica.
Localmente, el basamento terciario que consiste de rocas plutónicas y
metamórficas subyace irregularmente las rocas volcánicas. Las rocas volcánicas
terciarias, afloran principalmente en la parte norte y este de la región de
Quetzaltenango. En la región que rodea “Xelaljú” se identifican una diversidad
de rocas volcánicas entre las que destacan las lavas Siete Cruces, lavas del
volcán de Zunil, lavas Santo Tomás, riolitas Chuimucubal, lavas de Almolonga
y El Galápago, lavas Pachamiyá y lavas Paxmux. Además, en la zona destacan
los sedimentos de origen volcánico (piroclastos), que están distribuidas en un
área extensa. Durante la sedimentación de los productos volcánicos hubo una
extrusión intermitente de lavas (andesíticas y silícicas) que se intercalan con
dichos piroclastos.
Los rasgos topográficos más notables en la región que rodea la Cd. de
Quetzaltenango son los volcanes del cuaternario reciente a medio, tales como
Siete Orejas y el Cerro quemado. Las principales unidades provenientes de estos
volcanes son las riolitas Chuimucubal, las lavas Siete Cruces, y notablemente
las lavas Almolonga, que están acumuladas desde el área de Zunil hasta el valle
de Almolonga y constituyen el basamento del volcán Cerro Quemado.
En este estudio, se definieron las siguientes unidades, tomando en cuenta tanto
las afinidades litológicas como las cronológicas.
• Aluvión Cuaternario.
Estos son depósitos aluviales que incluyen arenas, gravas, pómez de orígen
volcánico redepositados por acción del agua. Esta unidad aflora en el valle de
Almolonga, Curruchiche, Salcajá, y San José Chiquilajá. Los depósitos más
evidentes son aquellos que han sido acarreados alrededor del cauce del río
Samalá. Debido a su reciente depósito y su reducido grado de consolidación, a
esta unidad se le ha asignado la clasificación geotécnica E.
• Depósitos de Pómez Cuaternarios.
39
Esta unidad está representada por depósitos de pómez masivos, sueltos, en
arreglo caótico proveniente de avalanchas de ceniza, generalmente rellenando
depresiones pre-existentes. Se incluye la pómez (tipo ignimbrita) de San Carlos
Sijá, de Totonicapán, y del mismo Quetzaltenango. Los afloramientos están
presentes en la mayor parte del casco urbano de Quetzaltenango, La Esperanza,
y Olintepeque. Esta unidad es muy similar a la cobertura de pómez que cubre la
Cd. de Guatemala, por lo que se le ha asignado también la clasificación
geotécnica C.
• Volcánicos Cuaternarios.
Esta unidad está representada tanto por coladas que pasan gradualmente a
aluviones de planicie costera; principalmente relacionados al Volcán Siete
Orejas. Además, esta unidad es geotécnicamente muy similar a los domos de
lava, asociados al Volcán Cerro Quemado, al Sur de Quetzaltenango. Aunque el
origen de ambas unidades es distinto, a estas se le ha asignado la misma
clasificación geotécnica B.
• Volcánicos Terciarios.
Estas son rocas volcánicas no diferenciadas incluyendo andesitas, basaltos,
riolitas, tobas y conglomerados laháricos. Los principales afloramientos
representativos de esta unidad se presentan alrededor de San Andrés Xecul y
Chajabal. A pesar de que esta unidad es muy similar a su equivalente de la
misma edad en la Cd. de Guatemala, su consolidación es generalmente de mejor
calidad, razón por la cual se la ha asignado la clasificación geotécnica A.
El siguiente cuadro resume las características petrológicas de las unidades
identificadas en Quetzaltenango y su clasificación NEHRP correspondiente. La
figura AI.7 representa la distribución geográfica correspondiente.
Clasificación de Unidades Geotécnicas en la Ciudad de Quetzaltenango
Tipo de
Perfil
A
B
C
E
Descripción
Volcánicos Terciarios. Rocas volcánicas no diferenciadas,
incluyendo andesitas, basaltos y riolitas; de consolidación
generalmente sana.
Volcánicos Cuaternarios. Estas rocas presentan una
consolidación entre mediana y sana. Estan compuestos de
coladas y domos de lava.
Depósitos de Pómez Cuaternarios. Depósitos de pómez
masivos proveniente de avalanchas de ceniza, generalmente
rellenando depresiones pre-existentes.
Aluvión Cuaternario. Depósitos aluviales que incluyen
arenas, gravas, y pómez de orígen volcánico redepositados
por acción del agua.
40
Figura AI.7. Distribución geográfica de las distintas unidades geotécnicas que cubren la Ciudad de
Quetzaltenango. Como referencia, también se muestra la red vial de la Ciudad.
Cobán
A diferencia de las otras ciudades estudiadas, la Ciudad de Cobán se encuentra
en un ambiente geológico sedimentario. El relieve que domina el valle donde de
Cobán y sus alrededores es típicamente kárstico, derivado de la acción del clima
sobre la litología y la estructura geológica dominante. Para fines de este
estudio, se han diferenciado dos unidades, tomando en cuenta principalmente la
diferencia en edad de los materiales aflorantes, la litología y su consolidación.
• Aluvión Cuaternario.
Unidad de terrenos cuaternarios indiferenciados, que ocupan las zonas
topográficas más bajas y que incluyen depósitos aluviales de llanura de
inundación, arenas y arcillas. Esta unidad se encuentra aflorando en el casco
urbano de la Ciudad de Cobán, San Pedro Carchá, San Juan Chamelco y en los
márgenes de los ríos Chilax y Cahabón. Al igual que los aluviones identificados
en las otras ciudades investigadas, este posee una consolidación baja, por lo que
se le ha asignado la clasificación geotécnica D.
• Depósitos Carbonáticos.
Unidad de depósitos de edad cretácica de rocas carbonáticas, pertenecientes a
las Formaciones Cobán y Campur. La primera puede tener espesores de
alrededor de 1,000 metros y comprende rocas dolomíticas y calcáreas. Por su
41
parte, la formación Campur posee dos miembros, uno inferior constituido por
calizas de plataforma externa, y otro superior representado por calizas con
nódulos de pedernal y fósiles característicos. Estos depósitos sedimentarioscarbonáticos afloran por toda la zona en las afueras de los cascos urbanos, en las
carreteras que unen los poblados principales.
El siguiente cuadro resume las características petrológicas de las unidades
identificadas en Cobán y su clasificación NEHRP correspondiente. La figura
AI.8 representa la distribución geográfica correspondiente.
Clasificación de Unidades Geotécnicas en la Ciudad de Quetzaltenango
Tipo de
Perfil
C
D
Descripción
Depósitos Carbonáticos. Rocas carbonáticas que incluyen
miembros dolomíticos, calcáreos, ademásde calizas de
plataforma externa y con nódulos de pedernal y fosilíferas.
Aluvión Cuaternario. Depósitos indiferenciados, de
aluviones de llanura de inundación, arenas y arcillas.
Figura AI.8. Distribución geográfica de las distintas unidades geotécnicas que cubren la
Ciudad de Cobán. Como referencia, también se muestra la red vial de la Ciudad.
Zacapa
42
La Ciudad de Zacapa se localiza en la zona próxima a la falla de Motagua, sobre
el plano aluvial del río Grande. Las unidades geológicas de la zona, son de alto
contraste petrológico y cronológico. Existe, sin embargo, una dominante
presencia de rocas metamórficas presentes en el área que rodea dicha zona de
contacto tectónico. En la clasificación llevada a cabo, se han incluido unidades
fuera del caso urbano con el propósito de aportar más información en esta zona,
de alta densidad poblacional.
• Aluvión Cuaternario.
Depósitos de terrazas y abanicos fluviales no diferenciados incluyendo grava,
arena y arcilla, pómez y pómez retrabajada de espesor varible. Esta unidad
aflora en el casco urbano de Zacapa, Estanzuela, Río Hondo, Chispán,
Mirandilla, La Majada, La Pepesca y Jumuzna Arriba. Similarmente a los
aluviones identificados en otras zonas urbanas de este estudio, a esta unidad se
le ha asignado la clasificación geotécnica D.
• Depósitos Continentales del Terciario.
Serie de rocas sedimentarias interestratificadas, terrestres y volcánicas,
correspondientes a la formación Subinal. Esta formación consiste de limolitas
calcáreas y grauwacas de colores rojo y gris oliva. Localmente pueden
encontrarse yesos intercalados. Además, en el miembro Cachan, consiste en
mudstone-siltstone gris-marrón con estratos de brechas de calizas negras ricas
en fósiles ostrácodos. La unidad superior de la misma formación Sibinal,
consiste en una serie de areniscas y conglomerados rojos, de llanura de
inundación, típicas de secuencias fluviales. Los principales afloramientos se
presentan en Panaluya y Cachan. Esta unidad posee una consolidación media a
alta, lo cual induce a identificarla con la clasificación geotécnica C.
• Depósitos Terciarios de Carácter Cristalino-Volcánico.
Unidad correspondiente a la Formación Guastatoya, con preponderancia de
conglomerados. Las asociaciones clásticas son localmente dominadas por
mármoles, debris graníticos, rocas metamórficas o serpentinita. También son
abundantes las areniscas volcanoclásticas (tobas y piroclastos). Los principales
afloramientos se encuentran en los poblados de Manzanotes, Lámpara, y San
Pablo. La consolidación de esta unidad es similar a la anterior, por lo que se le
ha asignado la clasificación geotécnica C.
• Depósitos de Basamento.
Unidad de rocas cristalinas indiferenciadas que incluyen rocas del Complejo Las
Ovejas (Paleozoico) y del Batolito de Chiquimula (Cretácico Tardío Terciario). El Complejo Las Ovejas consiste fundamentalmente de gneiss
cuarzofeldespático, micaesquistos, mármoles y amfibolitas subordinadas. El
Batolito de Chiquimula es uno de una serie de grandes plutones cretácicoterciarios, consistentes de granodioritas, y granitos del Complejo Las Ovejas.
Los principales afloramientos se presentan en los caseríos de San Felipe El
Viejo, Cerro Miramundo, y el Maguey. Por su alto grado de consolidación, a
esta unidad se le ha asignado la clasificación geotécnica B.
La figura AI.9 representa la distribución geográfica de las cuatro unidades arriba
descritas. El cuadro presentado a continuación, resume las características
43
geológicas de las unidades identificadas en Zacapa y su correspondiente
clasificación NEHRP.
Figura AI.9. Distribución geográfica de las distintas unidades geotécnicas que cubren la Ciudad de
Zacapa. Como referencia, también se muestra la red vial de la Ciudad.
Clasificación de Unidades Geotécnicas en la Ciudad de Zacapa
Tipo de
Perfil
B
C
C
D
Descripción
Depósitos de Basamento. Rocas cristalinas indiferenciadas
que pueden incluir mármoles, gneiss, granodioritas, y
granitos.
Depósitos Continentales del Terciario. Rocas sedimentarias
interestratificadas con yeso, fracturadas, que incluyen
limolitas calcáreas, grauwacas, brechas de calizas negras,
areniscas y conglomerados.
Depósitos Terciarios de Carácter Cristalino-Volcánico.
Conglomerados con asociaciones clásticas de mármoles,
debris graníticos, rocas metamórficas o serpentinita.
Aluvión Cuaternario. Depósitos fluviales no diferenciados
incluyendo grava, arena y arcilla, pómez y pómez
retrabajada de espesor varible.
44
Recomendaciones
Tomando en consideración la información recabada en el presente estudio geológico y además
tomando en cuenta las implicaciones que tiene el mismo, se presenta el siguiente grupo de
recomendaciones:
• La información histórica de sucesos asociados a sismos en las distintas
áreas estudiadas sugiere que se han presentado intensidades anómalas, lo
cual permite considerar que existen sitios que requieren evaluaciones
específicas (i.e. clasificación NEHRP F), o sea sitios en los que (BSC,
1997):
Existe una vulnerabilidad a fallos o colapsos bajo cargas
sísmicas, tales como licuefacciones, arcillas altamente
sensibles, suelos cementados susceptibles a colapso.
Arcillas o suelos con alto contenido orgánico o de espesores
mayores de 3 metros.
Arcillas de alta plasticidad, con espesores mayores a 8 metros.
Arcillas suaves o semi-rígidas de espesores considerables (> de
36 m).
• En la medida de lo posible, sería recomendable corroborar sobre el
terreno, la localización de las Unidades definidas apoyados por
tecnología GPS.
• Desarrollar un código de unidades de respuesta de sitio, de base
nacional.
• Implementar, dada la base de datos generada,
un Sistema de
Información Geográfica aplicado al estudio del Riesgo Sísmico.
• Complementar la base de datos, con los resultados específicos del
registro de información sísmica.
• Apoyar la interpretación de resultados con información proveniente de
otras fuentes. Por ejemplo, con registros históricos de intensidades
sísmicas en las ciudades bajo estudio.
Apéndice II. Estudio de Refracción Sísmica
Introducción
El objetivo principal, de este proyecto de zonificación sísmica urbana, es la
estimación analítica de respuestas sísmicas de sitio. Una parte fundamental para
alcanzar dicho objetivo es el conocimiento a priori de los perfiles de suelo, a
través de los cuales, será calculada la respuesta analítica de respuestas sísmicas.
Para fines prácticos, estos perfiles de suelo son los primeros 20-40 metros de la
superficie terrestre, en los sitios investigados. La herramienta geofísica aplicada
para obtener los perfiles de suelo es el Método de Refracción Sísmica.
Este apéndice introduce el tema de Refracción Sísmica, explicando la
metodología de campo, su aplicación, interpretación, y los resultados obtenidos
al aplicar el método en las seis áreas urbanas objetivo de este proyecto: La
Ciudad de Guatemala, Antigua Guatemala, Escuintla, Quetzaltenango, Cobán y
Zacapa.
45
Para la escogencia los sitios, representativos de unidades geotécnicas que
cubren las seis áreas urbanas, en que se aplicó el Método de Refracción Sísmica,
se consideraron tres criterios:
a) Los resultados obtenidos del Estudio Geológico realizado en el marco de
este proyecto (ver Apéndice I),
b) Información tomada directamente de los mapas geológicos oficiales (Escala
1:50,000), y
c) La facilidad logística de acceso a los sitios donde se aplicó el Método de
Refracción Sísmica.
El apoyo financiero para la realización de la campaña de campo de Refracción Sísmica provino
principalmente de dos fuentes: La primera fue el Fondo Nacional de Ciencia y Tecnología
(FONACYT) que proporcionó los fondos para la contratación del personal de campo y los
gastos de viaje (i.e. alimentación, hospedaje, combustible) de los investigadores del proyecto.
La segunda fuente de fondos provino de la Agencia Sueca de Cooperación para la Investigación
y Educación (SAREC), la cual aportó los medios económicos para el arrendamiento del
indispensable equipo de Refracción Sísmica y el alquiler de los vehículos utilizados para
transportar personal y equipos durante toda la campaña. Finalmente, cabe mencionar que la
Empresa de Generación de Energía Eléctrica del Instituto Nacional de Electrificación (EGEEINDE) cedió el alquiler del equipo de Refracción Sísmica a una tarifa reducida, como una
concesión especial al CESEM-USAC.
El Método de Refracción Sísmica
Fundamentos Básicos
Este método de exploración geofísica, basa su aplicación en el efecto que sufre una onda
elástica al golpear, en su trayectoria, una discontinuidad en el subsuelo (conocido como interfaz,
donde existe un cambio marcado y abrupto de las propiedades mecánicas), produciendo así un
fenómeno de refracción. En el caso en el que este frente de ondas golpea la discontinuidad en un
ángulo crítico, se refracta a lo largo del interfaz, así como lo muestra el siguiente esquema
(Figura AII.1).
Figura AII.1. Diagrama simplificado de la disposición de un sistema de refracción
sísmica. Las ondas sísmicas generadas por la fuente de energía (líneas discontínuas) son
transmitidas por medio de los detectores o geófonos y luego registradas en un sistema
46
central. La información recopilada es traducida a una Dromocrona (arriba) la cual es
interpretada en términos de la distribución velocidades de ondas sísmicas en el subsuelo
(modificado de Redpath, 1973).
La refracción en cada interfase, depende del contraste de velocidades y del ángulo con el que el
frente de ondas llega a la frontera entre dos medios. El grado de refracción, es determinado por
la ley de Snell, que establece que (Figura AII.2):
Sen α / Sen β = V1 / V2
donde
α = Angulo de Incidencia
β = Angulo de Refracción
V1 = Velocidad del Medio Superior (desde donde proviene la onda
sísmica).
V2 = Velocidad del Medio Emergente (hacia donde se propaga la onda
sísmica).
Cuando β es 90 grados, Sen α = V1 / V2
La refracción a lo largo del, y paralela al, interfaz es de vital importancia en este método. Se
produce cuando la onda incidente golpea el interfaz en un ángulo crítico.
Figura AII.2. Aplicación de la Ley de Snell. Los frentes de ondas sísmicas están
representados por rayos (líneas rojas), que se propagan en dos medios con distintas
velocidades de propagación V1 y V2 (V2 >> V1). El rayo incidente arriba a la interfase
(linea celeste) con un ángulo α (medido respecto a la vertical, línea discontínua) y se
transmite con un ángulo β. Cuando α crece hasta llegar a α’, entonces β’ es 90 grados y
ocurre una refracción crítica
Trabajo de Campo
El procedimiento básico de campo en Refracción Sísmica, consiste en generar un frente de
ondas sísmicas de tal modo que estas logren refractarse en las distintas interfases que separan
estratos con propiedades de propagación (e.g. velocidades) elástica distintas. Dichos frentes de
ondas son registrados al resurgir a la superficie, por una serie de detectores o geófonos los
cuales están en un arreglo o tendido sobre la superficie del terreno (Figura AII.3).
47
Figura AII.3. Tendido de geófonos
en el trabajo de campo (sitio Estación de Radio, Quetzaltenango).
Los tendidos de geófonos realizados fueron de 24 canales de recepción separados 5 metros entre
si, en la mayoría de los casos, y cuando las condiciones logísticas así lo permitieron. Las fuentes
de energía para la emisión del frente de ondas fueron la caída de un peso de 75 libras, y el golpe
con un martillo. Los impactos se realizaron sobre una plancha de metal en contacto con el suelo
(Figura AII.4).
Figura AII.4. Se muestra el peso de 75 libras utilizado como fuente de
energía para generar ondas sísmicas (sitio Estación de Radio
Quetzaltenango).
Para fines de interpretación, el trabajo de campo exige la generación de ondas sísmicas en varios
puntos de disparo, para cada tendido de geófonos. Estos disparos son realizados en las
siguientes ubicaciones del tendido:
• Un disparo en el centro del tendido.
• Dos disparos en posiciones intermedias.
• Dos disparos en cada uno de los extremos del tendido, cuatro en total. Para cada
extremo: uno a 10 mts. del primer canal de recepción y el otro al extremo final de la
línea, a 60 mts del primer (último) canal.
El equipo utilizado en este trabajo, fue el siguiente (Figura AII.5):
• Un Sismógrafo Digital Portátil, ABEM Terraloc MK III, de 24 canales de registro
simultáneo. Con impresora de campo incorporada.
• Un cable de detección de explosión/impacto. Este cable es utilizado para detectar,
desde el Sismógrafo, el instante exacto en el que se realiza la fuente de energía, para de
esa manera inicializar el registro.
48
•
Una plancha de choque y almadana, utilizados para la generación de ondas sísmicas.
Figura AII.5. Fotografía del
equipo que se utilizó para el trabajo
de campo (Sitio La Pista,
Escuintla).
Procesamiento de Datos en Gabinete
La señal recibida por cada emisión de ondas, o disparo, es graficada instantáneamente,
registrándose de esta manera la respuesta del subsuelo a la estímulo de la fuente de energía
(Figura AII.6). El principal objetivo de esta metodología es la obtención del "tiempo de arribo"
del primer impulso, lo cual es graficado conforme a la distancia del detector con respecto a la
fuente. El trabajo de interpretación consiste, precisamente, en el análisis de dichas gráficas, las
cuales son representativas tanto del comportamiento de las ondas sísmicas en el subsuelo como
del arreglo geométrico que poseen los distintos canales de recepción. Estas curvas de relación
entre Tiempo y Distancia son denominadas "Dromocronas" (Figura AII.7).
Figura AII.6. Se presenta un
registro típico de Refracción
Sísmica. Las flechas indican el
tiempo de arribo de la onda
refractada. En este caso el
registro es de 12 canales y el
tiempo total de registos es de
100
milisegundos.
El
espaciamiento entre detectores
(geófonos) es de 5 metros. La
fuente de energía está más
próxima al canal de registro
hacia la izquierda y viaja de
izquierda a derecha.
49
Llanos de Pinal, Quetzaltenango.
350.0
Tiempo (ms)
300.0
250.0
200.0
150.0
100.0
50.0
Geófonos 1-24 (cada 5 m)
23
21
19
17
15
13
11
9
7
5
3
1
0.0
Figura AII.7. Dromocronas levantadas en el
sitio Llanos del Pinal,
Quetzaltenango
El trabajo de interpretación se realiza en dos fases. La primera, consiste en una revisión de la
calidad de las Dromocronas. Esta revisión busca identificar problemas en la recabación de los
datos y normalmente se realiza en el campo. La segunda fase, consiste en el análisis e
integración, en gabinete, de toda la información recabada en el campo. Todo esto se realiza bajo
la luz de un trabajo de cómputo minucioso y produce como resultado, las secciones o perfiles
con la configuración de los distintos estratos en el subsuelo.
La interpretación de gabinete, fue realizada utilizando la herramienta GREMIX®, marca
registrada de la casa Interpex Limited. El programa combina los fundamentos del Método de
Más-Menos de Hagedoorn (1959) junto con los principios del Método Recíproco Generalizado
de Palmer (1980). El uso de la licencia del software GREMIX®, fue posible por medio del
CESEM-USAC.
Los resultados interpretados por medio de GREMIX®, fueron resumidos en tablas de datos de
profundidad y velocidad de onda compresional (VP) de cada estrato. Los perfiles de Refracción
permitieron, sin embargo, obtener datos de profundidad para cada uno de los geófonos de
registro (i.e. 12 o 24 según el caso). Por tal razón, los datos de cada perfil fueron reducidos,
tomando como valor estadístico representativo, la mediana de los 24 (o 12) canales de registro.
Los datos requeridos para realizar la respuesta analítica de sitios, por medio del programa
SHAKE, son: profundidades, espesores de los estrados y la velocidad de onda de corte (VS) en
los mismos. Para convertir los datos de velocidad de onda sísmica de VP a VS, se procedió de la
siguiente manera.
Siendo la relación entre VP a VS:
VS = VP x [(0.5-σ)/(1-σ)]1/2
donde
σ es el módulo de Poisson, el cual, asumiendo un valor razonable para ambientes
superficiales de reducida consolidación (i.e. suelos), fue tomado como 0.32, de lo cual se
obtuvo:
VS = VP x 0.514496
Finalmente, los datos convertidos fueron a su vez integrados en perfiles del suelo. Los perfiles
finales fueron entonces aplicados para estimar la respuesta analítica del suelo, como se explica
en el Apéndice III.
Interpretación
A continuación se presentan los resultados obtenidos de la aplicación de la metodología descrita
arriba. Para cada una de las ciudades, se proveen dos cuadros que resumen los resultados
obtenidos:
50
a)
La identificación de los sitios donde se realizaron los perfiles de Refracción Sísmica, y una
breve descripción geológica de los mismos. Esta información geológica fue tomada
directamente de los mapas oficiales 1:50,000.
b) La interpretación de los perfiles sísmicos correspondientes, incluyendo la longitud en
superficie de los mismos.
Por razones de espacio, no se incluyen en este informe los datos recabados en el campo. Sin
embargo, el CESEM-USAC gustosamente proveerá un disco compacto con los mismos a
solicitud del lector interesado.
Ciudad de Guatemala
La Ciudad de Guatemala, se asienta sobre un graben estructural, controlado fundamentalmente
por el sistema de fallamiento de Motagua-Polochic. Este valle formado por este graben está
limitado al oeste por la zona de fallas de Mixco; al este por la zona de fallas de Santa Catarina;
al sur por el volcán de Pacaya y la caldera de Amatitlán; y, al norte por rocas cretácicas
principalmente calizas y granitos.
Sitios de Investigación
Elevación
Long. (ºO)
(MSNM)
Sitio
Lat. (ºN)
Campo Marte
14º36’46”
90º29’27”
1410
14º32’30”
90º33’07”
1395
14º38’17”
90º32’27”
1450
14º39’34”
90º33’13”
1545
14º34’58”
90º35’17”
1395
14º26’55”
90º31’58”
1190
Colonia
Lourdes
Parque La
Democracia
Cerro El
Naranjo
Ciudad San
Cristóbal
Villa
Canales
Sitio
Campo
Marte
Colonia
Lourdes
Parque La
Democracia
Cerro El
Naranjo
Ciudad San
Cristóbal
Villa
Canales
Long.
Perfil (m)
Descripción Geológica
Tefra interestratificada en capas de
pómez, y sedimentos fluviolacustres.
Depósitos de pómez ignimbrítico
cuaternario.
Tefra interestratificada en capas de
pómez, y sedimentos fluviolacustres.
Tefra, pómez gris a blanco, paleosol
y volcánicos terciario.
Tefra interestratificada en capas de
pómez, y sedimentos fluviolacustres.
Aluvión cuaternario.
Perfiles Interpretados
Estrato 1
Estrato 2
Prof. (m)
VS (m/s)
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 3
Prof. (m)
VS (m/s)
120
32
201
41
405
> 41
340
120
27
183
> 27
336
-
-
120
7
193
24
334
> 24
478
120
5
202
16
468
> 16
685
120
31
202
> 31
317
-
-
120
4
193
62
576
> 62
713
51
Antigua Guatemala
El valle de Panchoy, donde se encuentra ubicada Antigua Guatemala, es una depresión lateral a
un costado del Volcán de Agua. La composición de los sedimentos que rellenan este valle es
muy similar al de la Ciudad de Guatemala; ya que ambos valles se encuentran dentro de la
cadena volcánica guatemalteca.
Sitio
Finca
La Chacra
Finca
El Desengaño
Fincas Margaritas y Retana
Finca
Bellavista
Finca
Covadonga
Santo Tomás
Milpas Altas
Sitio
Finca
La Chacra
Finca El
Desengaño
Margaritas y
Retana
Finca
Bellavista
Finca
Covadonga
Sto. Tomás
Milpas Altas
Lat. (ºN)
Sitios de Investigación
Elevación
Long. (ºO)
(MSNM)
Descripción Geológica
14º33’32”
90º43’08”
1570
Aluvión cuaternario.
14º33’38”
90º44’25”
1530
Aluvión cuaternario.
14º33’22”
90º44’52”
1525
Depósitos de avalancha y piroclastos.
14º31’51”
90º44’45”
1515
Aluvión cuaternario.
14º31’22”
90º44’25”
1590
14º33’55”
90º40’18”
1950
Long.
Perfil (m)
Tefra sobreyacente a rocas
volcánicas.
Tefra, pómez gris-blanco y ceniza
gris-negra estratificada con paleosol.
Perfiles Interpretados
Estrato 1
Estrato 2
Prof. (m)
VS (m/s)
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 3
Prof. (m)
VS (m/s)
120
4
195
28
259
> 28
619
120
10
193
24
702
> 24
771
120
4
197
28
426
> 28
422
120
8
231
>8
703
-
-
120
3
214
20
280
> 20
350
120
3
175
>3
214
-
-
52
Escuintla
La Ciudad de Escuintla está situada en el abanico aluvial al sur del Volcán de Agua. Por lo
tanto, el origen de los sedimentos que cubren el área urbana de Escuintla y sus alrededores es
muy similar a la de Antigua Guatemala y de alguna manera a la Cd. de Guatemala.
Sitios de Investigación
Elevación
Long. (ºO)
(MSNM)
Sitio
Lat. (ºN)
La Pista
14º15’33”
90º47’07”
210
Guacalate
14º16’28”
91º49’00”
270
14º16’05”
90º47’23”
260
14º18’16”
90º47’53”
350
14º17’37”
90º48’20”
330
14º15’01”
90º48’04”
320
Finca
Colombia
Finca
Modelito
San Luis
I
San Luis
II
Descripción Geológica
Depósito volcánicos
terciarios.
Depósitos aluviales
recientes.
Depósitos volcánicos
terciarios.
Sedimentos Fluviales.
Volcánicos terciarios de las tierras
altas.
Volcánicos terciarios de las tierras
altas.
Perfiles Interpretados
Estrato 1
Estrato 2
Prof. (m)
VS (m/s)
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 3
Prof. (m)
VS (m/s)
Sitio
Long.
Perfil (m)
La Pista
120
8
492
27
1084
> 27
1241
Guacalate
120
4
299
21
1123
> 21
1426
120
5
337
25
992
> 25
1133
120
5
277
18
946
> 18
1394
120
6
244
41
863
> 41
1107
120
4
272
28
713
> 28
1486
Finca
Colombia
Finca
Modelito
San Luis
I
San Luis
II
53
Quetzaltenango
Quetzaltenango se localiza dentro de la Provincia Volcánica, en el altiplano guatemalteco,
dentro de un valle formado por una antigua caldera volcánica. Además, en la zona destacan los
sedimentos de origen volcánico (piroclastos), que están distribuidas en un área extensa. Durante
la sedimentación de los productos volcánicos hubo una extrusión intermitente de lavas
(andesíticas y silícicas) que se intercalan con dichos piroclastos. Los rasgos topográficos más
notables en la región que rodea la Cd. de Quetzaltenango son los volcanes del cuaternario
reciente a medio, tales como Siete Orejas y el Cerro Quemado.
Sitio
Estación de
Radio
Campo de
Aviación
Campos Morán
Sierra Santa
Rita
Llanos del
Pinal
Cantón
Chichuá
Sitio
Estación de
Radio
Campo de
Aviación
Campos Morán
Sierra Santa
Rita
Llanos del
Pinal
Cantón
Chichuá
Lat. (ºN)
Sitios de Investigación
Elevación
Long. (ºO)
(MSNM)
Descripción Geológica
14º52’14”
91º23’29”
2380
14º50’41”
91º30’08”
2350
14º50’28”
91º31’04”
2370
14º51’44”
91º24’30”
2600
14º44’29”
91º31’07”
2420
Depósitos de avalancha y piroclastos.
14º44’16”
90º30’13”
2500
Coladas de lava recientes.
Long.
Perfil (m)
Depósito Fluvial reciente.
Depósitos piroclásticos y pómez
ignimbrítico cuaternario.
Depósitos piroclásticos y pómez
ignimbrítico cuaternario.
Rocas volcánicas terciarias no
diferenciadas
Perfiles Interpretados
Estrato 1
Estrato 2
Prof. (m)
VS (m/s)
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 3
Prof. (m)
VS (m/s)
120
2
332
10
719
> 10
977
120
5
127
18
283
> 18
404
120
7
166
10
404
> 10
446
60
2
419
>2
517
-
-
120
9
185
22
297
> 22
321
120
3
121
15
233
> 15
317
54
Cobán
La Ciudad de Cobán se encuentra en un ambiente geológico sedimentario. El relieve que
domina el valle donde de Cobán y sus alrededores es típicamente kárstico, derivado de la acción
del clima sobre la litología y la estructura geológica dominante.
Sitio
Cantón Las
Casas
Puente San
Vicente
Camino a San
Pedro Carchá
Lat. (ºN)
Sitios de Investigación
Elevación
Long. (ºO)
(MSNM)
Descripción Geológica
15º27’27”
90º22’12”
1310
Arcilla Límnica.
15º28’24”
90º23’26”
1315
Aluvión Cuaternario.
15º28’35”
90º20’23”
1310
Caliza Foraminífera.
Chichoochoc
15º27’27”
90º22’12”
1300
Aeropuerto
15º27’58”
90º24’21”
1320
Residenciales
Austria
15º28’55”
90º22’17”
1350
Sitio
Cantón Las
Casas
Puente San
Vicente
Camino a Sn
Pedro Carchá
Long.
Perfil (m)
Suelo Café y
Rojizo.
Pómez y depósito pomáceo eólico,
en parte redepositado.
Caliza Foraminífera.
Perfiles Interpretados
Estrato 1
Estrato 2
Prof. (m)
VS (m/s)
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 3
Prof. (m)
VS (m/s)
60
12
102
> 12
459
-
-
120
4
264
15
822
> 15
978
120
9
246
25
810
> 25
960
Chichoochoc
60
4
316
>4
1204
-
-
Aeropuerto
120
7
197
15
582
> 15
830
Residenciales
Austria
120
9
201
12
604
> 12
819
55
Zacapa
La Ciudad de Zacapa se localiza en la zona próxima a la falla de Motagua, sobre el plano aluvial
del río Grande. Las unidades geológicas de la zona, son de alto contraste petrológico y
cronológico. Existe, sin embargo, una dominante presencia de rocas metamórficas presentes en
el área que rodea dicha zona de contacto tectónico.
Sitios de Investigación
Elevación
Long. (ºO)
(MSNM)
Sitio
Lat. (ºN)
La Fragua
14º57’27”
89º33’21”
230
Rocas cristalinas de origen metamórfico y migmatitas paleozóicas.
14º59’49”
89º30’23”
320
Diorita foliada.
14º59’14”
89º31’20”
260
Aluvión Cuaternario.
14º58’45”
89º31’57”
220
Aluvión Cuaternario.
14º57’36”
89º31’12”
250
Aluvión Cuaternario.
14º58’28”
89º33’42”
215
Aluvión Cuaternario.
El
Maguey
La
Majada
Barrio
Nuevo
San
Carlos
Puente
Negro
Descripción Geológica
Perfiles Interpretados
Estrato 1
Estrato 2
Prof. (m)
VS (m/s)
Prof. (m)
VS (m/s)
Estrato 3
Prof. (m)
VS (m/s)
Sitio
Long.
Perfil (m)
La Fragua
60
15
706
> 15
1618
-
-
120
6
306
23
1004
> 23
1023
120
6
281
>6
356
-
-
120
4
214
17
443
> 17
526
120
13
407
> 13
764
-
-
120
5
234
>5
1076
-
-
El
Maguey
La
Majada
Barrio
Nuevo
San
Carlos
Puente
Negro
56
Apéndice III. Respuesta Analítica de Sitio.
Introducción
En muchas partes del mundo se ha observado que luego de la ocurrencia de
sismos, los efectos de estos se ven aumentados por las condiciones locales del
suelo. De hecho, con frecuencia los mayores daños asociados a sismos ocurren
en depósitos suaves o sueltos de arcilla o arena, donde las sacudidas tienden a
ser mucho más intensas que en roca o suelo duro. Entonces, es prudente evaluar
las contribuciones a la amenaza sísmica por las condiciones locales.
En este trabajo se evalúan los efectos de respuesta del suelo, durante terremotos,
en 36 sitios distintos. Los sitios evaluados pertenecen a 6 ciudades de
Guatemala y la evaluación consiste en la simulación de los efectos bajo la
acción de dos clases de sismos: a) Dos sismos de menor magnitud o “pequeños”
y b) Tres sismos de magnitud mayor “fuertes”, usando procedimientos de
análisis lineales y no-lineales. Los efectos de estos sismos son simulados por
medio de acelerogramas registrados en otras partes del mundo.
Específicamente, se aplica el programa de computadora SHAKE(N), (Selnes,
1987, Norwegian Geotechnical Institute, Report No. 51508-23). Este programa
resuelve numéricamente la propagación de ondas sísmicas en depósitos de suelo
en el dominio de la frecuencia a través de la Transformada Rápida de Fourier
(FFT).
Parámetros de suelos.
Las propiedades de los suelos y datos de los depósitos que generalmente se usan
en los análisis de respuesta de sitio son:
• Módulo de rigidez a cortante a bajas deformaciones Gmax, o bien la
Velocidad de onda de corte VS,
• Densidad de masa de suelo,
• Profundidad al lecho rocoso o suelo duro,
• Amortiguamiento,
• Variación del amortiguamiento y módulo de cortante con la deformación
unitaria.
Las velocidades de onda de cortante fueron establecidas en campañas de
prospección sísmica, así como los espesores de las capas de suelos (Apéndice
II). En cuanto, a las densidades de masa, se hicieron estimaciones basados en
relaciones empíricas y de valores típicos reportados en la literatura.
Las variaciones de amortiguamiento y módulo de rigidez a cortante versus la
deformación unitaria ciclica de corte están basadas en las recomendaciones de
Seed e Idriss, 1970 (“Soil Moduli and damping factor for dynamic response
analyses”. University of California, Berkeley, College of Engineering, Report
EERC 70-10).
Movimientos fuertes del suelo.
Los historiales de aceleración aplicados fueron seleccionados de varias bases de
datos. Los cinco acelerogramas usados se escogieron basados en la aceleración
pico del suelo: 2 sismos moderados (~0.05g) y 3 sismos fuertes (~0.20g). Estos
registros poseían espectro de respuesta de pseudo-velocidad, duración, distancia
57
epicentral y similitudes geológicas. Además, estos acelerogramas fueron
seleccionados por ser registros en afloramientos rocosos, de tal forma que
pasaron por un proceso adicional de filtrado (deconvolución) entre afloramiento
rocoso y lecho rocoso debajo del perfil de suelo. Este proceso de filtrado
siempre resulta en una reducción del movimiento, para no mostrar efectos de
amplificación por efecto de sitio.
Sitios estudiados.
Las ciudades que fueron incluidas en este estudio son: Ciudad de Guatemala,
Quetzaltenango, Escuintla, Zacapa, Cobán, y Antigua Guatemala. En cada una
de estas ciudades se escogieron seis sitios, a los cuales se les asignó una letra y
un número para propósitos de manejo de base de datos, como se indica en la
siguiente tabla de sitios y sus códigos correspondientes:
NOMENCLATURA DE SITIOS ESTUDIADOS
Ciudad Guatemala
Campo Marte:
Colonia Lourdes:
Cerro El Naranjo:
Villa Canales:
Parque La Democracia:
Ciudad San Cristóbal:
Escuintla
Finca San Luis I:
Finca San Luis II:
Finca Colombia:
La Pista:
Guacalate:
Finca Modelito:
Cobán
Chichoochoc:
Camino a San Pedro Carchá:
Aeropuerto:
Residenciales Austria:
Puente San Vicente:
Cantón Las Casas:
Quetzaltenango
Estación de Radio: Q1
Sierra Santa Rita: Q2
Campo de Aviación: Q3
Llano del Pinal: Q4
Campos Morán: Q5
Cantón Chicuá: Q6
Zacapa
Barrio Nuevo: Z1
Puente Negro: Z2
La Fragua: Z3
San Carlos: Z4
El Maguey: Z5
La Majada: Z6
Antigua Guatemala
Finca Margaritas y Retana: A1
Finca Covadonga: A2
Finca Bella Vista: A3
Finca El Desengaño: A4
Finca La Chácara: A5
Santo Tomás Milpas Altas: A6
G1
G2
G3
G4
G5
G6
E1
E2
E3
E4
E5
E6
C1
C2
C3
C4
C5
C6
Coeficientes de sitio y sistema de clasificación.
Los procedimientos para tomar en cuenta los efectos de geología y condiciones
de suelo local en el diseño sísmico de edificios han variado en el tiempo
conforme más estudios y registros reales se llevan a cabo. El 1978 se propuso en
los códigos Norteamericanos el uso de tres categorías de sitio S1, S2 y S3 (ATC3). Posteriormente en 1988 se agregó el tipo S4. Estas categorías de sitio eran
definidas por descripciones que tomaban en cuenta la rigidez y los espesores de
suelo.
58
Los sismos de México 1985 y Loma Prieta 1989, así como otras observaciones
y estudios mostraron la necesidad de mejorar el procedimiento de caracterizar
los sitios. Esto derivó en varias actividades, principalmente un Taller en Los
Angeles (1992), del cual surgieron las recomendaciones para nuevas categorías
de sitio y nuevos coeficientes que ya están plasmadas en las Provisiones
NEHRP 1994, NEHRP 1997, y UBC 1997.
El nuevo sistema de clasificación del sitio está basado en las definiciones de 5
clases de sitio (letras A a la E). Cada uno los sitios se define a su vez en
términos de una velocidad de onda de corte (VS) promedio, representativa de
una profundidad de 30 metros. En caso de no disponer de la VS, otras
propiedades del suelo pueden usarse; como la resistencia de penetración
estándar o resistencia de corte no-drenado. Existe una sexta clase, F, que se
define para aquellos sitios que requieren una evaluación específica. En el
Apéndice I (Estudio Geológico), se presenta una tabla descriptiva de la
clasificación UBC-97.
Como ya fue indicado en los apéndices I y II, los sitios investigados en todas las
áreas urbanas fueron seleccionados acorde a su ubicación en las distintas
unidades geológicas investigadas. Sin embargo, los datos de velocidad
registrados in situ, y su correspondiente velocidad promedio para un espesor de
30 metros puede indicar un tipo de suelo distinto a lo sugerido por la geología
regional. De todas formas, confiamos que los sitios investigados pueden ser
representativos de una variedad de situaciones en las distintas áreas urbanas, a
pesar de que las clasificaciones particulares no corresponden con su entorno.
Los resultados del procedimiento de clasificar cada sitio se muestran en la
siguiente tabla:
Tipos de Perfiles de Suelos de Acuerdo a UBC-97 y NEHRP-97
(Valores Promedio de VS en m/s)
Ciudad Guatemala
Sitio
G1
G2
G3
G4
G5
G6
VS
201
192
437
455
301
202
Quetzaltenango
Tipo
D
D
C
C
D
D
Sitio
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Tipo
C
C
B
C
C
D
Sitio
C1
C2
C3
C4
C5
C6
VS
797
509
261
256
318
243
Zacapa
Sitio
Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
Z6
VS
412
673
983
554
692
338
Sitio
E1
E2
E3
E4
E5
E6
Tipo
B
C
C
C
C
D
Sitio
A1
A2
A3
A4
A5
A6
Cobán
VS
876
487
445
418
684
191
Estudio Analítico de Respuesta de Sitio.
59
Escuintla
Tipo
B
C
D
D
D
D
VS
573
603
761
829
861
743
Tipo
C
C
B
B
B
C
Antigua Guatemala
VS
369
290
455
377
258
209
Tipo
C
D
C
C
D
D
El propósito de las simulaciones analíticas es establecer factores que ajusten la
aceleración pico y el espectro de respuesta del sitio rocoso de referencia
dependiendo de las condiciones de cada sitio.
Habiendo preparado los datos de entrada, tanto de suelos como de
aceleraciones, se hicieron las corridas en una computadora personal (PC), a cada
uno de los 36 sitios le fue aplicado los 5 sismos, totalizando 180 análisis.
Para cada sitio se obtuvieron espectros de respuesta de pseudo-velocidad
relativa para el lecho rocoso y para la superficie, para cada sismo y cada sitio
(Figura AIII.1). También se estimaron relaciones espectrales superficie/lecho
rocoso, y estas relaciones espectrales fueron a su vez agrupadas en estimaciones
a partir de sismos “pequeños” y sismos “grandes” (Figura AIII.2). Además,
fueron preparados gráficos de función de amplificación dinámica contra
Frecuencia o contra Período (Figura AIII.3).
Por razones de espacio, no se incluyen en este informe todos los gráficos
preparados en este estudio analítico. Sin embargo, el CESEM-USAC
gustosamente proveerá un disco compacto con los mismos a solicitud del lector
interesado.
A continuación, se resumen los resultados más relevantes para los sitios
estudiados. Estas observaciones han sido derivadas a partir de los gráficos
obtenidos de las estimaciones analíticas de respuesta de sitio. Por razones
didácticas, la siguiente discusión está centrada en las amplificaciones dinámicas
que la estimación analítica predice y expresada en función del período de
oscilación correspondiente.
Figura AIII.1 Ejemplo del gráfico obtenido de Espectro de PseudoVelocidad Relativa para Lecho Rocoso (continua) y Superficie
(discontinua). El ejemplo corresponde al sitio G1: Campo Marte, Ciudad de
Guatemala.
60
Figura AIII.2 Ejemplo del gráfico obtenido de relación espectral entre
superficie y lecho rocoso. El ejemplo corresponde al sitio G1: Campo
Marte, Ciudad de Guatemala.
Figura AIII.3 Ejemplo del gráfico obtenido de función de amplificación
dinámica. El ejemplo corresponde al sitio G1: Campo Marte, Ciudad de
Guatemala.
Ciudad Guatemala
Campo de Marte (G1), Colonia Lourdes (G2) y Ciudad San Cristóbal (G6)
Las mayores amplificaciones, del orden de 4.0, ocurren en el rango de períodos
largos, entre 0.7 segundos y 2.0 segundos.
Cerro el Naranjo (G3) y Villa Canales (G4)
Las mayores amplificaciones, del orden de 3.50, ocurren en el rango de períodos
cortos, entre 0.1 segundos y 0.6 segundos.
Parque la Democracia (G5)
Las mayores amplificaciones, del orden de 3.5, ocurren en casi todo el rango de
períodos desde 0.1 segundos hasta 2.0 segundos.
61
Quetzaltenango
Estación de Radio(Q1) y Santa Rita (Q2)
No ocurren amplificaciones significativas. Se tienen factores entre 1.1 y 1.2 para
el rango de periodos muy cortos 0.1 y 0.2 segundos.
Campo de Aviación (Q3), Llanos del Pinal (Q4), Campos Morán (Q5), y Cantón
Chicuá (Q6)
Las mayores amplificaciones, del orden de 5.0, ocurren en el rango de períodos
cortos, desde 0.1 segundos hasta 0.7 segundos.
Escuintla
Finca San Luis I (E1)
Las mayores amplificaciones, del orden de 3.5, ocurren en el rango de períodos
cortos 0.1 segundos. Luego las amplitudes descienden gradualmente hasta 1.5
para el periodo de 0.6 segundos, y finalmente se mantiene constante en el rango
de periodos largos.
Finca San Luis II (E2)
Las mayores amplificaciones, del orden de 2.0, ocurren en el rango de períodos
cortos desde 0.1 segundos hasta 0.2 segundos. Luego, la amplitud espectral
desciende gradualmente hasta 1.3 para el periodo de 0.6 segundos, y finalmente
se mantiene constante en el rango de periodos largos.
Finca Colombia (E3), La Pista (E4), y Guacalate(E5)
Las amplificaciones estimadas, del orden de 1.8, ocurren en el rango de
períodos cortos de 0.1 segundos. La amplitud espectral se mantiene luego
constante en 1.3 para el rango de periodos desde 0.2 segundos hasta los períodos
largos.
Finca Modelito (E6)
Las mayores amplificaciones, del orden de 2.4, ocurren en el rango de períodos
cortos de 0.1 segundos, luego se mantiene constante en 1.3 para el rango de
periodos desde 0.2 segundos hasta los períodos largos.
Zacapa
Barrio Nuevo (Z1)
Las mayores amplitudes espectrales son del orden de 3.2, y ocurren en el rango
de períodos cortos desde 0.1 segundos hasta 0.4 segundos. La amplitud espectral
se mantiene luego constante, en 1.5 para el rango de periodos desde 0.5
segundos hasta los períodos largos.
Puente Negro (Z2)
Las mayores amplificaciones, del orden de 4.0, ocurren en el rango de períodos
cortos de 0.1 segundos, para luego mantenerse constantes, alrededor de 1.3, para
el rango de periodos desde 0.2 segundos hasta los períodos largos.
La Fragua (Z3) y El Maguey(Z5)
Las amplitudes espectrales más notables son del orden de 2.0, y ocurren en el
rango de períodos cortos de 0.1 segundos. Luego, la amplitud espectral se
mantiene constante, alrededor de 1.3, para el rango de periodos desde 0.2
segundos hasta los períodos largos.
62
San Carlos (Z4)
Se estimaron amplificaciones, del orden de 2.8, las cuales ocurren en el rango de
períodos cortos entre 0.1 segundos y 0.2 segundos. Luego, para el rango de
periodos desde 0.3 hasta 1.0 segundos, la amplitud se mantiene constante en 1.5.
La Majada (Z6)
Las mayores amplificaciones, del orden de 2.8, ocurren en el rango de períodos
cortos entre 0.1 segundos y 0.6 segundos. Luego, la amplitud espectral se
mantiene constante, en 1.2, para el rango de periodos desde 0.7 segundos hasta
los periodos largos.
Cobán
Chichoochoc (C1) y Puente San Vicente (C5)
No ocurren amplificaciones espectrales significativas. Se estimaron factores
entre 1.1 y 1.2, para el rango de periodos muy cortos, entre 0.1 y 0.3 segundos.
Camino a Carchá (C2), Aeropuerto (C3), y Residenciales Austria (C4)
Se estimaron amplificaciones, del orden de 4.5, las cuales ocurren en el rango de
períodos cortos entre 0.1 segundos y 0.3 segundos. El espectro desciende luego
gradualmente hasta 1.5 para el periodo de 0.6 segundos, y finalmente se
mantiene constante en el rango de periodos largos.
Cantón Las Casas (C6)
Las mayores amplificaciones, del orden de 3.7, ocurren en el rango de períodos
largos, entre 0.5 segundos y 1.5 segundos.
Antigua Guatemala
Finca Margaritas (A1)
Las mayores amplificaciones, del orden de 3.0, ocurren en el rango de períodos
cortos entre 0.1 segundos y 0.4 segundos. Para el periodo alrededor de 0.7
segundos, el espectro desciende gradualmente hasta 1.2, y finalmente se
mantiene constante en el rango de periodos largos.
Finca Covadonga (A2) , Finca La Chacara (A5)
Las amplificaciones más notables son del orden de 3.5, y ocurren en el rango de
períodos cortos entre 0.1 segundos y 0.7 segundos. A partir del período de 1.0
segundo las amplitudes descienden gradualmente desde 1.5.
Finca Bella Vista (A3) y Finca El Desengaño (A4)
Se estimaron amplificaciones, del orden de 4.2, las cuales ocurren en el rango de
períodos cortos entre 0.1 segundos y 0.4 segundos. Para el período de 0.6
segundos la amplificación llega hasta 1.5, luego de lo cual se mantiene
constante en el rango de periodos largos.
Santo Tomás Milpas Altas (A6)
Las mayores amplificaciones, del orden de 4.5, ocurren en el rango de períodos
cortos entre 0.1 segundos y 0.2 segundos. Luego para el periodo de 0.2
segundos, l amplitud espectral desciende gradualmente hasta 1.5. Finalmente se
mantiene constante en el rango de periodos largos.
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