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SISMICIDAD Y EFECTOS DE SITIO EN LA DELEGACIN LVARO OBREGN

Crdenas-Soto Martn1 y Reyes Pimentel Thalia1

RESUMEN La zona poniente de la ciudad de Mxico geotecnicamente esta clasificada como zona de terreno firme. Sin embargo, esto no parece ocurrir en el caso particular de algunas zonas dentro de la Delegacin lvaro Obregn (DAO), donde recientemente ha habido daos en viviendas, as como personas lesionadas debido a la inestabilidad del subsuelo. En esas zonas el peligro ssmico se incrementa debido a la sismicidad regional y local. En este estudio se han instalado arreglos triangulares de estaciones y realizado mediciones de vibracin ambiental a fin de evidenciar la sismicidad local de la regin y los efectos de sitio asociados.

ABSTRACT The western part of Mexico City is classified as firm soil. However, there are urban zones located on unstable soils with the consequence of damaged residences and injuries. In these zones the seismic hazard grows due to the regional and local seismicity. In this study, we have analyzed data of triangular seismic arrays and recorded seismic noise vibration in order to identify the local seismicity and the site effects.

INTRODUCCIN La Delegacin lvaro Obregn (DAO) se ubica al poniente de la Ciudad de Mxico, en las faldas de la Sierra de las Cruces. La mayor parte de la zona urbana de esta delegacin se encuentra dentro de la denominada zona de Lomas, y parte en la zona de Transicin. El relieve en la DAO es muy abrupto dividindose en tres zonas importantes: laderas montaosas, piedemonte y planicie lacustre (Lugo-Hubp et al., 1995), aunado a estas caractersticas, por los terrenos de la DAO existe un sistema de fallas (Mooser et al.1986), muchas de las cuales estn clasificadas como inactivas, sin embargo, la Red Ssmica del Valle de Mxico (RSVM) cuenta con una lista considerable de eventos localizados dentro de la DAO. La litologa de la DAO consiste de materiales de la Formacin Tarango (flujos piroclsticos, depsitos aluviales, paleosuelos, etc.) que datan del Pleistoceno; y que forman las laderas montaosas y un extenso piedemonte. Es debido a esta litologa que a principios del siglo XX se gener una explotacin de bancos material para la construccin cuya extraccin no fue sistemtica, generando sitios con cavernas y taludes que en muchos de los casos son actualmente inestables. Hoy en da, el desordenado crecimiento urbano sobre esos sitios ha causado hundimientos locales y falla de taludes. La mayor parte de la superficie de la DAO ha sido geotecnicamente clasificada como zona firme, y en menor proporcin en zona de transicin. Un estudio realizado con algunas de las escasas estaciones aceleromtricas que se encuentran en la zona de lomas muestra que existen efectos de sitio en el rango de 1 a 3 Hz (Montalvo et al. 2003). El peligro ssmico al que esta expuesto la zona urbana de la DAO es el mismo que amenaza la mancha urbana de la zona de lago. Se trata tanto de los sismos de subduccin (los cuales pueden generar movimiento ssmico energtico en frecuencias altas) y sismos de fallas locales o regionales como el de la potencial falla de Acambay. El riesgo ssmico asociado entonces es mayor, al considerar la densa cantidad de viviendas asentada en zonas inestables de esa demarcacin. 1 1 Departamento de Geofsica, Facultad de Ingeniera, UNAM. Circuito Interior S/N, Edificio Principal 04510 Coyoacn, Mxico D.F. Tel. (55) 5622-0851, Fax (55) 5550-0040 Email. martinc@servidor.unam.mx

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Es por ello, que la DAO a puesto inters especial en conocer el estado de la sismicidad y respuesta ssmica del subsuelo de aquellas zonas que estn expuestas a un mayor peligro. Mediante un convenio de colaboracin entre la Facultad de Ingeniera de la UNAM y la DAO, el Departamento de Geofsica de la Facultad de Ingeniera ha llevado a cabo estudios geofsicos para la caracterizacin del subsuelo. Parte de esos estudios han sido dirigidos al monitoreo ssmico y evaluacin de la respuesta ssmica del suelo. En este estudio presentamos los resultados obtenidos hasta el momento producto del registro del movimiento continuo del terreno mediante estaciones de banda ancha y mediciones de vibracin ambiental en colonias susceptibles de inestabilidades en el subsuelo.

DATOS El monitoreo de la sismicidad se llev a cabo en tres campaas de registro ssmico, y en cada una de stas se trato de registrar el movimiento del suelo en forma continua mediante tres estaciones ssmicas distribuidas en forma triangular. En la Figura 1 se muestra la distribucin de estaciones. Los equipos utilizados fueron sismgrafos de banda ancha triaxiales de manufactura Guralp System (sensores CMG-40 con registrador Reftek y CMG-6TD con registrador integrado), y sismgrafos experimentales del Instituto de Ingeniera de la UNAM, con una respuesta en frecuencia mayor a 4 Hz. Para ambos equipos se registro el movimiento del suelo a 100 muestras por segundo y se llev el control de tiempo mediante un sistema GPS. Las mediciones de vibracin ambiental (indicadas en la Figura 1) se realizaron con los equipos Guralp y con acelergrafos Altus K2 de Kinemetrics

Figura 1. Ubicacin de las estaciones ssmicas (estrellas) y puntos de medicin de vibracin ambiental (crculos negros). El registro del monitoreo ssmico se llev a cabo en arreglos triangulares. Los

colores azul, verde y rosa de los tringulos indican la secuencia en que fueron conformados esos arreglos.

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SISMICIDAD EN LA DELEGACIN LVARO OBREGN

Los eventos registrados en los arreglos de estaciones fueron clasificados en telessmicos, regionales, locales y no identificados, estos ltimos debido a que no se distingue los arribos de las ondas P y S. En la Figura 2 mostramos un ejemplo de un evento local (propio de la zona de la DAO). En la figura se indican los tiempos de arribo de las ondas P y S, cuya diferencia (ts-tp) es 3 s. En esa misma figura hemos graficado su espectro de amplitud de Fourier, el cual indican que este tipo de eventos son energticos en frecuencias mayores de 1 Hz. El nmero total de estos eventos que hemos identificado hasta el momento es de seis, a fin de resaltar la seal del ruido, para algunos eventos fue necesario filtrar los registros mediante un filtro Butterworth pasabanda, de dos polos. Hemos procedido a realizar una localizacin preeliminar de los epicentros con las diferencias de tiempo ts-tp de los componentes verticales, y las velocidades promedio de ondas P y S (en los primeros 7 km de profundidad) derivadas de un modelo compuesto de velocidades de la Cuenca de Mxico (Crdenas-Soto y Chvez-Garca, 2007). Para aquellos registros donde no se obtena un arribo confiable de las ondas P o S, realizamos un anlisis de polarizacin entre los arribos de las ondas P de los componentes horizontales, a fin de obtener la direccin del ngulo de incidencia (en el plano horizontal) del epicentro a la estacin. En la Figura 3 se indica la regin epicentral ms probable donde se generan los sismos. En esa misma figura se han graficado un enjambre de eventos ocurridos principalmente en febrero de 1981. Se trata de 14 eventos reportados por la Red Ssmica del Valle de Mxico (RSVM). La discrepancia entre la zona epicentral de este estudio, con las localizaciones de la RSVM se puede deber a que esta ltima es de una apertura mucho mayor. Se observa que la zona indicada en este estudio coincide con la traza de una de las fallas descritas por Mooser et al. (1986). Se trata de la falla Santa Fe-Contadero, en cuyas cercanas el SSN report, en junio y agosto de 1952, dos eventos en la Presa Tacubaya, en febrero de 1960 en la falla Contadero, y en febrero de 1979 en la falla Santa Fe. De estos datos no se tiene el clculo de la magnitud ni la profundidad a la que ocurrieron, debido a la escasez de estaciones en la enmarcarcin.

Figura 2. Ejemplo de los registros ssmicos de un sismo local la zona de la DAO, registrado en la estacin COCH (Figura 1). Se muestran los tres componentes del movimiento y sus correspondientes espectros de amplitud de Fourier. En los registros se ha indicado el arribo de las ondas P y S. En el componente vertical fue ms evidente indicar el arribo de la onda P mediante un filtrado de la seal.

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Figura 3. Imagen que muestra la regin epicentral de los eventos identificados en este estudio (ovlo rosa). En crculos azules se indica la localizacin de estaciones utilizadas en el estudio. Los crculos verdes son epicentros localizados en aos anteriores por la Red Ssmica del Valle de Mxico (RSVM).

Las lneas amarillas indican la traza de fallas identificadas por Mooser et al. (1986).

EVALUACIN DE EFECTOS DE SITIO

En el desarrollo del monitoreo ssmico se realizaron adicionalmente mediciones de vibracin ambiental orientadas a conocer los posibles efectos de sitio asociados a zonas inestables (asentamientos en zonas minadas). Este estudio se realiz en algunas calles de las colonias Barrio Norte, Arturo Martnez, Alfonso XIII y Golondrinas (Figura 1). El procedimiento para la evaluacin de los efectos se sitio fue mediante la tcnica de cocientes espectrales H/V. Para ello se realizaron mediciones de vibracin ambiental en ventanas de 5 y 10 min de duracin. Posteriormente, se calcularon los espectros de amplitud de Fourier para ventanas de 40 s de duracin no traslapadas y se procedi a realizar cocientes espectrales de los componentes horizontales entre el vertical con los espectros suavizados mediante una ventana triangular de 7 puntos. La evaluacin de los efectos de sitio fue complementada en cada una de las estaciones ssmicas, donde se utilizaron los registros de los eventos regionales y locales para el clculo de los cocientes espectrales.

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En la figura 4 se muestran los cocientes espectrales obtenidos. En esa figura se ha graficado el promedio de los cocientes horizontales (norte-sur entre vertical y este-oeste entre vertical) tanto para las estaciones ssmicas como para el sitio representativo de cada colonia. En los sitios de las colonias Arturo Martnez y Alfonso XIII no se observa algn efecto significativo. En el resto de los sitios se observan un efecto entre 1.5 y 6 Hz con amplitudes relativas del orden de 2. A fin de considerar la variabilidad de los cocientes espectrales, es importante mencionar las caractersticas del sitio donde se ubicaron las estaciones. En la colonia Arturo Martnez las mediciones se realizaron encima de una zona de minas previamente rellenas, por lo cual se infiere que no existen efectos locales. En el sitio de la colonia Barrio Norte y Golondrinas (GOLO) se tena conocimiento de que existan inestabilidades en el subsuelo, tal como minas en el subsuelo que no estaban formalmente rehabilitadas o se desconoca su estado. Las estaciones GIRA y PTON se ubicaron en laderas de barrancas; PTON se encontraba en un panten. En las estaciones BIBL y LUCI hay que considerar complementar realizar evaluaciones adicionales pues fueron los sitios con un nivel de ruido mayor, sin embergo, se observa que tanto BIBL y COCH tienen caractersticas similares, con un mximo consistente en baja frecuencia (0.8 Hz).

Figura 4. Cocientes espectrales H/V en las estaciones de registro ssmico y puntos de vibracin ambiental que se indican en la Figura 1. La curva representa el promedio de los cocientes de los componentes horizontales, los cuales son el resultado de varias ventanas del paquete de ondas

(eventos regionales y locales) en el caso de estaciones, y ventanas de 40 s de duracin para el caso de vibracin ambiental.

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CONCLUSIONES Hemos llevado un monitoreo ssmico continuo en los terrenos de la Delegacin lvaro Obregn (DAO) y realizado mediciones de vibracin ambiental en sitios indicados como inestables. Los resultados de este estudio muestran que dentro del sistema de Fallas de la Sierra de las Cruces existe la evidencia de la actividad tectnica de algunas de ellas. La evolucin de efectos de sitio muestra que de los nueve puntos de registro, slo dos no presentan efectos debido a la geologa local. El rango de frecuencias en el cual se presentan dichos efectos, 2 a 6 Hz, debera ser tomado en cuenta para fines de reglamentacin, pues al igual que la zona de lago de la ciudad de Mxico, esta zona poniente tambin esta expuesta a sismicidad regional y local, incrementndose as el riesgo ssmico de la parte urbana. Agradecimientos Este estudio fue posible gracias a un convenio de colaboracin entre la Facultad de Ingeniera y la Delegacin lvaro Obregn. Los equipos ssmicos fueron facilitados por La Coordinacin de Ingeniera Sismolgica del Instituto de Ingeniera y el Ing. Mario Simonett de la empresa Ampere. Parte de la instalacin de las estaciones fue gracias al apoyo de los Maestros Julio Cuenca y Miguel Rodrguez del Instituto de Ingeniera de la UNAM. Los datos de sismicidad fueron facilitados por el Dr. Luis Quintanar del Instituto de Geofsica de la UNAM.

REFERENCIAS Crdenas-Soto, Martn, Chvez-Garca, Francisco J., (2007). Earthquake ground motion in Mexico City: An analysis of data recorded at Roma Array, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 27, 475-486 Lugo-Hubp, J., Cordero-Estrada, M., Zamorano-Orozco, J.J., (1995). Relieve, Litologa y riesgos en la zona urbana de la Delegacin lvaro Obregn, Distrito Federal, Mxico. Mxico. Revista Mexicana de Ciencias Geolgicas, Vol. 12, 52-67 p. Montalvo Arrieta, J. C., Reinoso Angulo, E. y Snchez Sesma, F. J. (2003). Observations of strong ground motion at hill zone sites in Mxico City from recent earthquakes. Geofsica Internacional. 42, 205-217. Mooser, F., Tamez, Enrique, Santoyo, Enrique, Holgun, Ernesto y Gutirrez, C. E., (1986). Caractersticas geolgicas y geotcnicas del valle de Mxico, D.F., depto. Distrito federal, Comisin de vialidad y Transporte Urbano, 32 p.

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