informe final168.234.106.70/library/images/4/45/fodecyt_1999.42.pdf · 2016. 10. 11. · informe...

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: Ing. Omar Flores Beltetón. Investigador Asociado: Ing. Juan Pablo Ligorría Arroyo. Geólogo: Ing. José Escribá. Asesor Estimación Analítica: Ing. Miltón Matus Izaguirre. Técnico investigador: Rüdiger Escobar Wolf.

Realizado de Agosto de 2000 a Julio de 2001.

Guatemala, Julio de 2001.

2

Indice. Resumen 3 Introducción 3 Antecedentes 4 Objetivos 6 Hipótesis 6 Procedimiento 6 Estudio geológico 6 Perfiles de refracción sísmica 7 Respuesta analítica de sitio 7 Resultados 8 Estudio geológico 8 Perfiles de refracción sísmica 15 Respuesta analítica de sitio 18 Conclusiones 21 Recomendaciones 22 Bibliografía 23

3

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

4

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.”

5

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.

6

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

A Roca Sana, con velocidades sísmicas medidas Vs mayores a 1,500 m/s.

B Roca con velocidades sísmicas Vs entre 760 - 1500 m/s

C Suelo muy denso o roca suave, con velocidad Vs entre 360 - 760 m/s; con N mayor de 50 o Su mayor a 100 kPa.

D Suelo rígido con velocidad Vs entre 180 - 360 m/s; con N entre 15 – 50, o Su entre 50 – 100 kPa.

E Perfil de suelo con Vs menor a 180 m/s; ya sea con N menor a 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

7

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.

8

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

9

ejemplo corresponde al sitio G1: Campo Marte, Ciudad de Guatemala.

10

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 Depósitos Volcánicos del Terciario. Rocas entre sanas y medianamente

fracturadas, especialmente en las márgenes Este y Oeste del graben.

B’ Rocas Sedimentarias del Cretácico. Rocas de consolidación muy similar a la anterior, pero de origen sedimentario. Están presentes al margen Norte del Graben.

C Depósitos de Pómez Cuaternarios. Depósitos piroclásticos, principalmente formados de pómez, cenizas y arenas. Se presentan en casi toda la cubierta del Valle.

E Aluviones Fluviales Cuaternarios. Sedimentos aluviales de edad reciente, no consolidados, incluyendo gravas, arenas, limos y arcillas, derivados de los piroclastos presentes en la zona.

11

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

A Volcánicos Terciarios. Rocas volcánicas no diferenciadas, incluyendo andesitas, basaltos y riolitas; de consolidación generalmente sana.

B Volcánicos Cuaternarios. Estas rocas presentan una consolidación entre mediana y sana. Estan compuestos de coladas y domos de lava.

C Depósitos de Pómez Cuaternarios. Depósitos de pómez masivos proveniente de avalanchas de ceniza, generalmente rellenando depresiones pre-existentes.

E Aluvión Cuaternario. Depósitos aluviales que incluyen arenas, gravas, y pómez de orígen volcánico redepositados por acción del agua.

12

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 Descripción

B Depósitos Volcánicos del Terciario. Rocas volcánicas no diferenciadas, de edad terciaria. Estas rocas presentan una consolidación entre mediana y sana.

C 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.

D

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.

13

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 Descripción

B Depósitos de Basamento. Rocas cristalinas indiferenciadas que pueden incluir mármoles, gneiss, granodioritas, y granitos.

C

Depósitos Continentales del Terciario. Rocas sedimentarias interestratificadas con yeso, fracturadas, que incluyen limolitas calcáreas, grauwacas, brechas de calizas negras, areniscas y conglomerados.

C Depósitos Terciarios de Carácter Cristalino-Volcánico. Conglomerados con asociaciones clásticas de mármoles, debris graníticos, rocas metamórficas o serpentinita.

D Aluvión Cuaternario. Depósitos fluviales no diferenciados incluyendo grava, arena y arcilla, pómez y pómez retrabajada de espesor varible.

14

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 Descripción

C Depósitos Carbonáticos. Rocas carbonáticas que incluyen miembros dolomíticos, calcáreos, ademásde calizas de plataforma externa y con nódulos de pedernal y fosilíferas.

D Aluvión Cuaternario. Depósitos indiferenciados, de aluviones de llanura de inundación, arenas y arcillas.

15

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 Perfil Descripción

B Depósitos Volcánicos del Terciario. Rocas entre sanas y medianamente fracturadas, especialmente en la región Norte del Valle de Panchoy.

C Volcánicos Cuaternarios. Basaltos, andesitas y escoria de los conos volcánicos. Están presentes alrededor del cono del Volcán de Agua.

C 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.

D Aluviones Fluviales Cuaternarios. Sedimentos aluviales de edad reciente, medianamente consolidados, derivados de los piroclastos presentes en la zona.

16

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

Estrato 1 Estrato 2 Estrato 3 Sitio Long. Perfil (m) Prof. (m) VS (m/s) Prof. (m) VS (m/s) Prof. (m) VS (m/s)

Campo Marte 120 32 201 41 405 > 41 340

Colonia Lourdes 120 27 183 > 27 336 - -

Parque La Democracia 120 7 193 24 334 > 24 478

Cerro El Naranjo 120 5 202 16 468 > 16 685

Ciudad San Cristóbal 120 31 202 > 31 317 - -

Villa Canales 120 4 193 62 576 > 62 713

Perfiles Interpretados para Quetzaltenango


Estación de Radio 120 2 332 10 719 > 10 977

Campo de Aviación 120 5 127 18 283 > 18 404

Campos Morán

120 7 166 10 404 > 10 446

Sierra Santa Rita 60 2 419 > 2 517 - -

Llanos del Pinal 120 9 185 22 297 > 22 321

Cantón Chichuá 120 3 121 15 233 > 15 317

17

Perfiles Interpretados para Escuintla

Estrato 1 Estrato 2 Estrato 3 Sitio Long.

Perfil (m) Prof. (m) VS (m/s) Prof. (m) VS (m/s) Prof. (m) VS (m/s)

La Pista

120 8 492 27 1084 > 27 1241

Guacalate

120 4 299 21 1123 > 21 1426

Finca Colombia 120 5 337 25 992 > 25 1133

Finca Modelito 120 5 277 18 946 > 18 1394

San Luis I 120 6 244 41 863 > 41 1107

San Luis II 120 4 272 28 713 > 28 1486

Perfiles Interpretados para Zacapa



La Fragua

60 15 706 > 15 1618 - -

El Maguey 120 6 306 23 1004 > 23 1023

La Majada 120 6 281 > 6 356 - -

Barrio Nuevo 120 4 214 17 443 > 17 526

San Carlos 120 13 407 > 13 764 - -

Puente Negro 120 5 234 > 5 1076 - -

Perfiles Interpretados para Cobán



Cantón Las Casas 60 12 102 > 12 459 - -

Puente San Vicente 120 4 264 15 822 > 15 978

Camino a Sn Pedro Carchá 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

18

Respuesta 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 Quetzaltenango Campo Marte: G1 Estación de Radio: Q1

Colonia Lourdes: G2 Sierra Santa Rita: Q2 Cerro El Naranjo: G3 Campo de Aviación: Q3

Villa Canales: G4 Llano del Pinal: Q4 Parque La Democracia: G5 Campos Morán: Q5

Ciudad San Cristóbal: G6 Cantón Chicuá: Q6 Escuintla Zacapa

Finca San Luis I: E1 Barrio Nuevo: Z1 Finca San Luis II: E2 Puente Negro: Z2

Finca Colombia: E3 La Fragua: Z3 La Pista: E4 San Carlos: Z4

Guacalate: E5 El Maguey: Z5 Finca Modelito: E6 La Majada: Z6

Cobán Antigua Guatemala Chichoochoc: C1 Finca Margaritas y Retana: A1

Camino a San Pedro Carchá: C2 Finca Covadonga: A2 Aeropuerto: C3 Finca Bella Vista: A3

Residenciales Austria: C4 Finca El Desengaño: A4 Puente San Vicente: C5 Finca La Chácara: A5

Cantón Las Casas: C6 Santo Tomás Milpas Altas: A6

Perfiles Interpretados para Antigua Guatemala


Finca La Chacra 120 4 195 28 259 > 28 619

Finca El Desengaño 120 10 193 24 702 > 24 771

Margaritas y Retana 120 4 197 28 426 > 28 422

Finca Bellavista 120 8 231 > 8 703 - -

Finca Covadonga 120 3 214 20 280 > 20 350

Sto. Tomás Milpas Altas 120 3 175 > 3 214 - -

19

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 Quetzaltenango Escuintla

Sitio VS Tipo Sitio VS Tipo Sitio VS Tipo G1 201 D Q1 797 B E1 573 C G2 192 D Q2 509 C E2 603 C G3 437 C Q3 261 D E3 761 B G4 455 C Q4 256 D E4 829 B G5 301 D Q5 318 D E5 861 B G6 202 D Q6 243 D E6 743 C

Zacapa Cobán Antigua Guatemala

Sitio VS Tipo Sitio VS Tipo Sitio VS Tipo Z1 412 C C1 876 B A1 369 C Z2 673 C C2 487 C A2 290 D Z3 983 B C3 445 C A3 455 C Z4 554 C C4 418 C A4 377 C Z5 692 C C5 684 C A5 258 D Z6 338 D C6 191 D A6 209 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.

20

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.

21

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.

22

• 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

23

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

REPORTE FINACIERO PROYECTO 42-99

Rubro Autorizad

o Ejecutado 1) Servicios Personales $41,650.00 Investigador Principal ( O. Flores ) $5,125.00 Investigador Asociado ( J.P. Ligorría ) $8,125.00 Asesor Est. Analítica ( M. Matus ) $7,500.00 Técnico Investigador ( R. Escobar ) $10,000.00 Operador Eq. Refracción ( C. H. Arias ) $5,500.00

Guatemala Quetzaltenang

o Escuintla Zacapa Cobán Antigua Personal de Campo Lorenzo Poou $87.27 Enrique Macz Yat $87.27 Sergio F. López Alvarez $87.27 $87.27 Juan José Lemus Cruz $87.27 $87.27 Lorenzo Chim Ramos $87.27 Bartolo Sigfrido Chip $87.27 Alejandro Cordón Salguero $87.27

$785.43 $0.00 $174.54 $174.54 $87.27 $174.5

4 $174.54 2) Materiales y Suministros $2,500.00 Almadana ( Ferreteria EL ANGEL ) $100.00 3) Publicación de Resultados $4,000.00

25

4) Gastos No Previstos $2,000.00 Pinchazo $10.00 Peaje $31.00 5) Gastos Administrativos $6,325.00 6) Gastos de Transporte $2,500.00

Guatemala Quetzaltenang

o Escuintla Zacapa Cobán Antigua Gasolina ( 05/08/00 ) $85.00 Gasolina ( 20/08/00 ) $70.00 Gasolina ( 25/08/00 ) $163.00 Gasolina ( 27/08/00 ) $50.00 Gasolina ( 27/08/00 ) $50.00 Gasolina ( 29/10/00 ) $100.00 Gasolina ( 08/10/00 ) $120.00 Gasolina ( 19/11/00 ) $131.00 Gasolina ( 03/12/00 ) $155.00

Gasolina ( 10/12/00 ) $106.0

0

Gasolina ( 10/12/00 ) $150.0

0

Gasolina ( 17/12/00 ) $106.0

0

Gasolina ( 17/12/00 ) $100.0

0 Gasolina ( 21/01/01 ) $114.00 Gasolina ( 28/01/01 ) $61.00

$1,561.00 $85.00 $333.00 $220.00 $286.00 $462.0

0 $175.00

Quetzaltenang

o Cobán Antigua 7) Viáticos $10,080.00 Investigador Principal $400.00 $960.00 $320.00

26

Invetigador Asociado $350.00 $420.00 $280.00 Operador Eq. Refracción $350.00 $420.00 $240.00 Técnico Investigador $0.00 $480.00 $280.00 $4,500.00 $1,100.00 $2,280.00 $1,120.00 8) Servicios Básicos Comunicación $500.00 TOTAL $69,555.00 $43,237.43

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.

28

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 Rojo-Verde-Azul; overlay (suma, resta, multiplicación y división de los datos de la

29

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 opto-mecánico Resolución Espacial 30-120 m Rango Espectral 0.45-12.5 µm Número de Bandas 7 Resolución Temporal 16 días Tamaño de la Imágen 185 x 172 km Swath 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.

30

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

31

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.

32

Clasificación Preliminar de Unidades Geotécnicas en la Ciudad de Guatemala (Modificado de Ligorría y Atakan, 1997)

Tipo de Perfil Descripción

S1

Volcánicos del Terciario (Tv): En su mayoría compuestos por rocas cristalinas de origen volcánico, que poseen una velocidad de ondas de corte superior a los 750 m/s.

S2

Pómez Cuaternaria (Qp): Perfil de depósitos consolidados de material piroclástico, compuesto primordialmente por ceniza y pómez, com profundidades que exceden los 60 m.

S2*

Sedimentos de Transición: Perfil sedimentario de entre 5 y 50 metros de profundidad, que contiene capas de arenas entre medio- y suavemente consolidadas; sobrepuestas sobre pómez, depósitos de ceniza y gravas gruesas, con o sin capas intermedias de arcilla poco consolidada.

S3

Aluvión Cuaternario (Qa): Perfil caracterizado por una 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.

33

Clasificación Geotécnica de Respuesta Sísmica de Sitios (Building Safety Council, 1997)

Tipo de Unidad Descripción

A Roca Sana, con velocidades sísmicas medidas Vs mayores a 1,500 m/s.

B Roca con velocidades sísmicas Vs entre 760 - 1500 m/s

C Suelo muy denso o roca suave, con velocidad Vs entre 360 - 760 m/s; con N mayor de 50 o Su mayor a 100 kPa.

D Suelo rígido con velocidad Vs entre 180 - 360 m/s; con N entre 15 – 50, o Su entre 50 – 100 kPa.

E Perfil de suelo con Vs menor a 180 m/s; ya sea con N menor a 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.

34

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


B Depósitos Volcánicos del Terciario. Rocas entre sanas y medianamente fracturadas, especialmente en las márgenes Este y Oeste del graben.

B’ Rocas Sedimentarias del Cretácico. Rocas de consolidación muy similar a la anterior, pero de origen sedimentario. Están presentes al margen Norte del Graben.

C Depósitos de Pómez Cuaternarios. Depósitos piroclásticos, principalmente formados de pómez, cenizas y arenas. Se presentan en casi toda la cubierta del Valle.

E

Aluviones Fluviales Cuaternarios. Sedimentos aluviales de edad reciente, no consolidados, incluyendo gravas, arenas, limos y arcillas, derivados de los piroclastos presentes en la zona.

35

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

36

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


B Depósitos Volcánicos del Terciario. Rocas entre sanas y medianamente fracturadas, especialmente en la región Norte del Valle de Panchoy.

C Volcánicos Cuaternarios. Basaltos, andesitas y escoria de los conos volcánicos. Están presentes alrededor del cono del Volcán de Agua.

C

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.

D Aluviones Fluviales Cuaternarios. Sedimentos aluviales de edad reciente, medianamente consolidados, derivados de los piroclastos presentes en la zona.

37

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

38

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

39


B Depósitos Volcánicos del Terciario. Rocas volcánicas no diferenciadas, de edad terciaria. Estas rocas presentan una consolidación entre mediana y sana.

C 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.

D

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.

40

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


A Volcánicos Terciarios. Rocas volcánicas no diferenciadas, incluyendo andesitas, basaltos y riolitas; de consolidación generalmente sana.

B Volcánicos Cuaternarios. Estas rocas presentan una consolidación entre mediana y sana. Estan compuestos de coladas y domos de lava.

C Depósitos de Pómez Cuaternarios. Depósitos de pómez masivos proveniente de avalanchas de ceniza, generalmente rellenando depresiones pre-existentes.

E Aluvión Cuaternario. Depósitos aluviales que incluyen arenas, gravas, y pómez de orígen volcánico redepositados por acción del agua.

41

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

42

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 sedimentarios-carbonáticos 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


C Depósitos Carbonáticos. Rocas carbonáticas que incluyen miembros dolomíticos, calcáreos, ademásde calizas de plataforma externa y con nódulos de pedernal y fosilíferas.

D 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

43

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 cretácico-terciarios, 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

44

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


B Depósitos de Basamento. Rocas cristalinas indiferenciadas que pueden incluir mármoles, gneiss, granodioritas, y granitos.

C

Depósitos Continentales del Terciario. Rocas sedimentarias interestratificadas con yeso, fracturadas, que incluyen limolitas calcáreas, grauwacas, brechas de calizas negras, areniscas y conglomerados.

C Depósitos Terciarios de Carácter Cristalino-Volcánico. Conglomerados con asociaciones clásticas de mármoles, debris graníticos, rocas metamórficas o serpentinita.

D Aluvión Cuaternario. Depósitos fluviales no diferenciados incluyendo grava, arena y arcilla, pómez y pómez retrabajada de espesor varible.

45

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.

46

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 (EGEE-INDE) 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

47

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).

48

Figura AII.3. Tendido de geófonos en el trabajo de campo (sitio Esta-ción 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.

49

• 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.

50

Figura AII.7. Dromo-cronas 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:

Llanos de Pinal, Quetzaltenango.

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Geófonos 1-24 (cada 5 m)

Tiem

po (m

s)

51

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

Sitio Lat. (ºN) Long. (ºO) Elevación (MSNM) Descripción Geológica

Campo Marte 14º36’46” 90º29’27” 1410 Tefra interestratificada en capas de pómez, y sedimentos fluviolacustres.

Colonia Lourdes 14º32’30” 90º33’07” 1395 Depósitos de pómez ignimbrítico

cuaternario. Parque La

Democracia 14º38’17” 90º32’27” 1450 Tefra interestratificada en capas de pómez, y sedimentos fluviolacustres.

Cerro El Naranjo 14º39’34” 90º33’13” 1545 Tefra, pómez gris a blanco, paleosol

y volcánicos terciario. Ciudad San Cristóbal 14º34’58” 90º35’17” 1395 Tefra interestratificada en capas de

pómez, y sedimentos fluviolacustres. Villa

Canales 14º26’55” 90º31’58” 1190 Aluvión cuaternario.

Perfiles Interpretados Estrato 1 Estrato 2 Estrato 3 Sitio Long.


Campo Marte 120 32 201 41 405 > 41 340

Colonia Lourdes 120 27 183 > 27 336 - -

Parque La Democracia 120 7 193 24 334 > 24 478

Cerro El Naranjo 120 5 202 16 468 > 16 685

Ciudad San Cristóbal 120 31 202 > 31 317 - -

Villa Canales 120 4 193 62 576 > 62 713

52

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.



Finca La Chacra 14º33’32” 90º43’08” 1570 Aluvión cuaternario.

Finca El Desengaño 14º33’38” 90º44’25” 1530 Aluvión cuaternario.

Fincas Marga-ritas y Retana 14º33’22” 90º44’52” 1525 Depósitos de avalancha y piroclastos.

Finca Bellavista 14º31’51” 90º44’45” 1515 Aluvión cuaternario.

Finca Covadonga 14º31’22” 90º44’25” 1590 Tefra sobreyacente a rocas

volcánicas. Santo Tomás Milpas Altas 14º33’55” 90º40’18” 1950 Tefra, pómez gris-blanco y ceniza

gris-negra estratificada con paleosol.



Finca La Chacra 120 4 195 28 259 > 28 619

Finca El Desengaño 120 10 193 24 702 > 24 771

Margaritas y Retana 120 4 197 28 426 > 28 422

Finca Bellavista 120 8 231 > 8 703 - -

Finca Covadonga 120 3 214 20 280 > 20 350

Sto. Tomás Milpas Altas 120 3 175 > 3 214 - -

53

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.



La Pista 14º15’33” 90º47’07” 210 Depósito volcánicos terciarios.

Guacalate 14º16’28” 91º49’00” 270 Depósitos aluviales recientes.

Finca Colombia 14º16’05” 90º47’23” 260 Depósitos volcánicos

terciarios. Finca

Modelito 14º18’16” 90º47’53” 350 Sedimentos Fluviales.

San Luis I 14º17’37” 90º48’20” 330 Volcánicos terciarios de las tierras

altas. San Luis

II 14º15’01” 90º48’04” 320 Volcánicos terciarios de las tierras altas.



La Pista

120 8 492 27 1084 > 27 1241

Guacalate

120 4 299 21 1123 > 21 1426

Finca Colombia 120 5 337 25 992 > 25 1133

Finca Modelito 120 5 277 18 946 > 18 1394

San Luis I 120 6 244 41 863 > 41 1107

San Luis II 120 4 272 28 713 > 28 1486

54

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.



Estación de Radio 14º52’14” 91º23’29” 2380 Depósito Fluvial reciente.

Campo de Aviación 14º50’41” 91º30’08” 2350 Depósitos piroclásticos y pómez

ignimbrítico cuaternario.

Campos Morán 14º50’28” 91º31’04” 2370 Depósitos piroclásticos y pómez ignimbrítico cuaternario.

Sierra Santa Rita 14º51’44” 91º24’30” 2600 Rocas volcánicas terciarias no

diferenciadas Llanos del

Pinal 14º44’29” 91º31’07” 2420 Depósitos de avalancha y piroclastos.

Cantón Chichuá 14º44’16” 90º30’13” 2500 Coladas de lava recientes.



Estación de Radio 120 2 332 10 719 > 10 977

Campo de Aviación 120 5 127 18 283 > 18 404

Campos Morán

120 7 166 10 404 > 10 446

Sierra Santa Rita 60 2 419 > 2 517 - -

Llanos del Pinal 120 9 185 22 297 > 22 321

Cantón Chichuá 120 3 121 15 233 > 15 317

55

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.



Cantón Las Casas 15º27’27” 90º22’12” 1310 Arcilla Límnica.

Puente San Vicente 15º28’24” 90º23’26” 1315 Aluvión Cuaternario.

Camino a San Pedro Carchá 15º28’35” 90º20’23” 1310 Caliza Foraminífera.

Chichoochoc 15º27’27” 90º22’12” 1300 Suelo Café y Rojizo.

Aeropuerto 15º27’58” 90º24’21” 1320 Pómez y depósito pomáceo eólico, en parte redepositado.

Residenciales Austria 15º28’55” 90º22’17” 1350 Caliza Foraminífera.



Cantón Las Casas 60 12 102 > 12 459 - -

Puente San Vicente 120 4 264 15 822 > 15 978

Camino a Sn Pedro Carchá 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

56

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.



La Fragua 14º57’27” 89º33’21” 230 Rocas cristalinas de origen metamór-fico y migmatitas paleozóicas.

El Maguey 14º59’49” 89º30’23” 320 Diorita foliada.

La Majada 14º59’14” 89º31’20” 260 Aluvión Cuaternario.

Barrio Nuevo 14º58’45” 89º31’57” 220 Aluvión Cuaternario.

San Carlos 14º57’36” 89º31’12” 250 Aluvión Cuaternario.

Puente Negro 14º58’28” 89º33’42” 215 Aluvión Cuaternario.



La Fragua

60 15 706 > 15 1618 - -

El Maguey 120 6 306 23 1004 > 23 1023

La Majada 120 6 281 > 6 356 - -

Barrio Nuevo 120 4 214 17 443 > 17 526

San Carlos 120 13 407 > 13 764 - -

Puente Negro 120 5 234 > 5 1076 - -

57

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

58

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 Quetzaltenango

Campo Marte: G1 Estación de Radio: Q1 Colonia Lourdes: G2 Sierra Santa Rita: Q2 Cerro El Naranjo: G3 Campo de Aviación: Q3

Villa Canales: G4 Llano del Pinal: Q4 Parque La Democracia: G5 Campos Morán: Q5

Ciudad San Cristóbal: G6 Cantón Chicuá: Q6 Escuintla Zacapa

Finca San Luis I: E1 Barrio Nuevo: Z1 Finca San Luis II: E2 Puente Negro: Z2

Finca Colombia: E3 La Fragua: Z3 La Pista: E4 San Carlos: Z4

Guacalate: E5 El Maguey: Z5 Finca Modelito: E6 La Majada: Z6

Cobán Antigua Guatemala Chichoochoc: C1 Finca Margaritas y Retana: A1

Camino a San Pedro Carchá: C2 Finca Covadonga: A2 Aeropuerto: C3 Finca Bella Vista: A3

Residenciales Austria: C4 Finca El Desengaño: A4 Puente San Vicente: C5 Finca La Chácara: A5

Cantón Las Casas: C6 Santo Tomás Milpas Altas: A6 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 (ATC-3). 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.

59

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 Quetzaltenango Escuintla

Sitio VS Tipo Sitio VS Tipo Sitio VS Tipo G1 201 D Q1 797 B E1 573 C G2 192 D Q2 509 C E2 603 C G3 437 C Q3 261 D E3 761 B G4 455 C Q4 256 D E4 829 B G5 301 D Q5 318 D E5 861 B G6 202 D Q6 243 D E6 743 C

Zacapa Cobán Antigua Guatemala

Sitio VS Tipo Sitio VS Tipo Sitio VS Tipo Z1 412 C C1 876 B A1 369 C Z2 673 C C2 487 C A2 290 D Z3 983 B C3 445 C A3 455 C Z4 554 C C4 418 C A4 377 C Z5 692 C C5 684 C A5 258 D Z6 338 D C6 191 D A6 209 D

Estudio Analítico de Respuesta de Sitio.

60

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 Pseudo-Velocidad Relativa para Lecho Rocoso (continua) y Superficie (discontinua). El ejemplo corresponde al sitio G1: Campo Marte, Ciudad de Guatemala.

61

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.

62

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.

63

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.

informe final168.234.106.70/library/images/4/45/fodecyt_1999.42.pdf · 2016. 10. 11. · informe...

Documents