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Resumen
La Falla Aeropuerto se localiza en la parte este de la
ciudad de Managua, es una zona de falla sísmicamente
activa, se orientación N-S y se extiende con una
longitud aproximadamente de 16.2 km. La zona
de Falla Aeropuerto representa un peligro sísmico
para la Ciudad Capital, que históricamente ha sido
destruida por terremotos de magnitud moderada (Ms
6-6.2) causados por la ruptura de fallas geológicas,
dejando efectos devastadores en las construcciones
y provocando la pérdida de vidas humanas por el
colapso total de viviendas y edicaciones.
Con el n de evaluar el riesgo sísmico de la Falla
Aeropuerto se llevó a cabo una investigación para
estudio del suelo donde se aplicaron métodos
geofísicos de exploración sísmica, tales como; Análisis
Multicanal de Ondas Superciales (MASW), mediciones
de microtremores utilizando las técnicas de SPAC
y Nakamura. La combinación de estos métodos
proporciona información para la caracterización
sísmica del suelo.
En el presente estudio tiene como objetivo estudiar
las condiciones y características sísmicas de los suelos
en el margen este de Managua especícamente en la
zona de falla geológica del aeropuerto. Los resultados
de estudio son de gran importancia para la prevención
de desastres por terremotos, la planicación del
territorio y aportan información para la reducción del
riesgo sísmico en la parte este de la Ciudad Capital.
Palabras claves
Amenaza sísmica, métodos sísmicos, falla Aeropuerto,
terremotos.
Peligro Sísmico de la falla geológica
Aeropuerto, Margen este de la
ciudad de Managua, Nicaragua
Seismic hazard on the Airport geological fault, East part of Managua city,
Nicaragua
©
Copyright 2019. Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua, Managua (UNAN-Managua)
Todos los derechos reservados
Xochilt Zambrana
Docente - Investigador
Departamento de Tecnología, Facultad de Ciencias e
Ingenierías, Docente Titular
https://orcid.org/0000-0002-2224-9742
xza-86@hotmail.com
Fecha de recibido: 23/09/2019 Fecha de dictaminado: 01/10/2019
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Abstract
The Airport seismic fault is located in the eastern part
of the city of Managua; it is a seismically active fault
zone, N-S orientation and extends approximately 16.2
km long. The Airport Failure zone represents a seismic
danger for the Capital City, which has historically been
destroyed by earthquakes of moderate magnitude (Ms
6-6.2) caused by the breakdown of geological faults,
leaving devastating eects on the constructions and
causing the loss of human lives by the total collapse of
homes and buildings.
In order to evaluate the seismic risk of the Airport
Fault, an investigation was carried out to study the
soil where geophysical methods of seismic exploration
were applied, such as; Multichannel Surface Wave
Analysis (MASW), microtremors measurements using
SPAC and Nakamura techniques. The combination of
these methods provide information for the seismic
characterization of the soil.
In the present study, the objective is to study the
conditions and seismic characteristics of the soils
in the eastern margin of Managua, specically in
the geological fault zone of the Airport. The study
results are of great importance for earthquake
disaster prevention and territory planning and provide
information for the reduction of seismic risk in the
eastern part of the Capital City.
Keywords
Seismic hazard, seismic methods, Airport fault,
earthquakes.
Introducción
Los terremotos son los peligros geológicos más
destructivos que a través de la historia han ocasionado
daños a la infraestructura y han dejando cuantiosas
pérdidas de vidas humanas afectando la economía de
un país. Estos eventos geológicos se producen por la
sacudida violenta del suelo producido por la liberación
de energía acumulada durante un periodo de tiempo.
Los terremotos más comunes y más destructivos a
nivel mundial se han producido por la ruptura de fallas
geológicas. También pueden ocurrir eventos sísmicos
por otras causas por ejemplo, la interacción de las
placas tectónicas o por actividad volcánica.
Cuando un terremoto ocurre el nivel de daños
ocasionados en un área determinada no solo
depende de los parámetros tales como la localización,
profundidad y magnitud, también los daños pueden
ocurrir en dependencia de las características del suelo
que es el medio a través del cual se libera la energía
del terremoto a través de las ondas sísmicas que viajan
desde la fuente de ruptura hasta la supercie de la
tierra.
Una forma de conocer las características físicas-
dinámicas del suelo es a partir de estudios sísmicos
que permiten estimar el modelo y el movimiento del
suelo ante un evento sísmico. Los modelos del suelo
(Vs) son una de las herramientas más importantes para
la estimación y predicción del movimiento sísmico y
brindan información de parámetros, tales como,
velocidad con la que se mueve el terreno, la geometría
y los tipos de suelos presente en un área determinada,
cuya información es de gran interés en el campo de la
ingeniería y para la planicación urbana.
En este estudio se estimaron modelos sísmicos del
suelo alrededor de la Falla Geológica Aeropuerto,
Managua, Nicaragua, cuyos modelos son gran
importancia para la reducción del riesgo sísmico y la
prevención desastres por terremotos en áreas urbanas
y con alto grado de amenaza sísmica.
Proyección social de estudio
La universidad tiene un modelo de investigación
cientíca integrador de paradigmas universales;
un mejoramiento humano y profesional desde una
concepción de la educación para la vida; programas de
proyección y extensión social, todo ello en un marco
de cooperación genuina, equidad, compromiso y
justicia social y en armonía con el medioambiente.
Las investigaciones académicas aporten información
valiosa para resolver los problemas y enfrentar los
desafíos de nuestro país en temáticas de los riesgos
y desastres naturales que han dejado cuantiosas
pérdidas económicas y de vida humana a lo largo de
la historia.
El estudio de peligro sísmico en la Falla Aeropuerto
es una herramienta indispensable para conocer el
comportamiento de los terremotos que afectan la
ciudad de Managua y con ello aplicar medidas de
prevención para evitar tragedias, como la que se vivió
hace 46 años, durante el sismo del 23 de diciembre de
1972. Los sismos van a seguir ocurriendo en Managua,
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pero en la medida en que mejoremos el control
de calidad de las construcciones y conozcamos las
características de los suelos, vamos a tener una mejor
percepción de la amenaza y del riesgo, además la
sociedad que se apoye en la ciencia en la investigación
cientíca, para prevenir los desastres por terremotos y
proteger a la población.
Objetivo del estudio
El objetivo del estudio es caracterizar el peligro sísmico
de Falla del Aeropuerto, Managua, Nicaragua y aportar
información útil sobre las propiedades de los suelos del
sitio de investigación. Conocer de las características
sísmicas de los suelos es de gran importancia para
estimar los efectos secundarios que podrían ocurrir
durante un sismo originado por la falla geológica
tales como la amplicación del movimiento sísmico
del suelo durante el sismo, daños en las edicaciones
y viviendas, pérdida de rigidez del terreno. Los
métodos de investigación utilizados en este estudio
son herramienta importante para la exploración del
sitio y aportan información para prevenir y mitigar los
desastres por terremotos y reducir el riesgo sísmico en
la ciudad de Managua.
Referentes conceptuales o marco teórico
Fallas Geológicas de Managua
Managua por su contexto geológico se considera como
una estructura tectónica activa y de peligro sísmico
para las 937489 personas que habitan en la ciudad
capital (INEDE, 2008). Está estructura geológica está
denida por las siguientes fallas principales: La Falla
Punta Huete en su margen NW y la Falla Cofradía en su
anco Este y en el anco W es delimitado por la Falla
Nejapa, en la cual se localizan 25 estructuras volcánicas
antiguas y el volcán Apoyeque y la Falla Mateare una de
las fallas geológicas más extensas del país. En el límite
sur de Managua se localiza el Complejo Volcánico de
Masaya uno de los volcanes más activo de Nicaragua.
La falla Aeropuerto es localizada en el margen este
de Managua y amenaza latentemente a la ciudad
metropolitana (Figura 1).
Históricamente numerosos eventos sísmicos
superciales de magnitud moderada han ocurrido en
la de Ciudad de Managua y sus alrededores en los años
de 1931 y 1972, con magnitud (Ms 6-6.2), originados por
Figura 1. Mapas de Fallas geológicas de Managua (representadas por las líneas rojas) y principales estructuras volcánicas. La falla geológica del Aeropuerto
se localiza en el margen de la ciudad capital.
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la ruptura de fallas geológicas y han causado daños el
área urbana dejando cuantiosas pérdidas económicas
y de vidas humanas. Es de gran importancia realizar
estudios geológicos que permitan caracterizar las
fallas geológicas en Managua y reducir los impactos
que pueden provocar los terremotos en la ciudad
capital.
Área de estudio: Falla Geológica del
Aeropuerto.
El área de investigación comprende la Falla geológica
del Aeropuerto localizada en el margen este la ciudad
de Managua (Figura 2). La Falla de Aeropuerto forma
el límite oeste de la denominada estructura geológica
conocida como Graben de Aeropuerto, una depresión
tectónica activa que ha sido rellenada por sedimentos
y depósitos volcánicos.
La Falla Geológica del Aeropuerto presenta una
longitud de 16.2 km y una dirección promedio de N3oE.
Según investigaciones por Cowan et al., 2002, esta
falla geológica es sísmicamente activa y su penúltimo
evento sísmico se estima que ocurrió hace 2000 años.
El sitio de estudio corresponde una zona de alto
riesgo sísmico por la cual se considera necesaria y
pertinente esta investigación. En esta zona se está
dando el crecimiento demográco y desordenado de
la población y se están desarrollando asentamientos
humanos espontáneos y urbanizaciones que no
cumplen con los códigos y normas de construcción, y
estos se encuentran localizadas sobre una zona de falla
activa, la cual pudiera ocasionar eventos sísmicos en el
futuro provocando el colapso de viviendas y causando
la pérdida de vida humana.
Figura 2. Mapa de localización del área de estudio: a) Ciudad de Managua, Capital de Nicaragua, b) Mediciones de campo en la zona de falla Aeropuerto
(representadas por los puntos, estrellas y triángulos).
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Material y método
La investigación fue realizada mediante la aplicación de tres tipos método utilizados para la caracterización del
suelo; 1) Método de Análisis Multicanal de Ondas Superciales MASW, 2) Método SPAC y 3) Método de Relación
Espectral H/V. La combinación de estas técnicas proporciona mejor información de las características sísmicas
del sitio.
Método Sísmico de Análisis Multicanal de Ondas Superciales (MASW).
Es una técnica de exploración sísmica introducida por Park et al. (1999), la cual se basa en el estudio de la
propagación de ondas sísmicas en el suelo producidas por una fuente articial. Este método requiere de una
fuente que genere ondas superciales, como el golpe de un martillo o la caída libre de un peso. El objetivo es
generar un pulso de onda que será detectado en supercie por un arreglo lineal de sensores que transmitirán
la señal eléctrica generada por las vibraciones del subsuelo hasta un equipo de grabación, donde esta será
digitalizada para su análisis e interpretación (Figura 3. a). A partir de este método de exploración sísmica se
estima en un modelo de velocidad del subsuelo en 2-D, lo cual permite determinar y estimar espesores de
estratos rígidos y blandos hasta una profundidad < 30 m.
Figura 3. Instrumentación utilizada en los métodos MASW y SPAC a) Sismógrafo, b) y c) geófonos o sensores sísmicos para el registro del movimiento
del suelo.
Microtremores
La supercie terrestre vibra constantemente, con
amplitudes muy pequeñas del orden de micrómetros.
Estas contantes vibraciones de la supercie terrestre
son denominadas vibraciones ambientales o
microtremeros.
Los microtremores son producidos por fuentes
articiales o naturales. Las fuentes articiales son
generadas por las actividades humanas por ejemplo
el tránsito vehicular o el ruido de la maquinas, en
cambio las fuentes naturales están relacionados con
los fenómenos naturales como el viento, mareas de los
océanos y las variaciones en la presión atmosférica.
Con el estudio de microtremores podemos adquirir
información del movimiento sísmico fuerte o débil,
evaluarla las condiciones geológicas del sitio y estimar
la estructura del subsuelo, factores claves para
prevenir o mitigar desastres por terremotos. Para
el estudio de microtremores se utilizan los métodos
SPAC y de Relación Espectral H/V.
Método SPAC
Fue introducido en el contexto de análisis de
microtremores y está basado en la teoría desarrollada
por Aki (1957). El método SPAC (por su nombre en
inglés Spatial Autocorrelation Method) es un método
con fundamentos físicos y matemáticos que permite
estimar el modelo de velocidades del subsuelo, por
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el cual se identican suelos blandos y roca rme. A
partir del modelo del suelo se pueden determinar si
el movimiento del suelo se intensica ante un evento
sísmico por las características del mismo y que puede
provocar daños en las construcciones.
Método de la Relación Espectral H/V
Este método fue propuesto por Nakamura (1989)
para el estudio de microtremores y ha tenido bastante
aceptación debido a su fácil implementación en el
trabajo de campo como en el procesamiento de datos.
La instrumentación consiste en un acelerómetro
(Figura 4) con el cual se registran microtremores en la
supercie, su procesamiento es simple, consistiendo
en la aplicación de métodos matemáticos para
determinar la amplicación del movimiento sísmico
del terreno. Esta técnica es utilizada para estimar
vibraciones del suelo, así mismo, es aplicada para
obtener más información del terreno a bastante
profundidad en comparación de otras técnicas hasta
más de 50 metros bajo la supercie.
Figura 4. a) Equipo de medición acelerómetro McSIES-MT NEO y b)
sensores sísmicos empleado para registros de vibraciones en el suelo.
Análisis y discusión de los resultados
En este estudio se ejecutaron estudios geológicos
y sísmicos en la zona de Falla Geológica Aeropuerto,
mediante la aplicación de tres métodos; MASW, SPAC
y Relación Espectral H/V, con el propósito de generar
información útil para la predicción del movimiento del
suelo ante un evento sísmico.
Mediante la aplicación del método MASW se estimaron
modelos superciales de subsuelo en dos dimensiones
(2D), localizados en cuatros sitios del área de estudio.
La gura 5.a) muestra la curva de dispersión o fase de
velocidad de la onda sísmica Rayleigh presentando
velocidades entre los 180 a 340 m/s y rangos de
frecuencias entre los 20 - 45 Hz y la Figura 5.b) es el
modelo de velocidad del subsuelo en 2D obtenido a
partir de esta curva de dispersión, donde se estiman
velocidades entre los 172-250 m/s. Estos valores de
velocidad nos indican la presencia de sedimentos
blandos en el área de estudio. Los sedimentos blandos
tienen la característica de intensicar o amplicar el
movimiento del suelo cuando se produce un evento
sísmico de gran magnitud y ser responsable del daño
extenso en aéreas construidas sobre este tipo de
suelo.
Usando el método SPAC se logró obtener modelos
en una dimensión (1D) de la estructura profunda del
subsuelo del área de investigación. Los resultados
indican rangos de velocidades entre los 350 -770 m/s y
se inere sedimentos más compactos o consolidados
debajo de los 14 metros de profundidad. Utilizando
información obtenida de los métodos MASW, SPAC
y Relación Espectral H/V, se construyó un modelo
Figura 5. a) Curva de dispersión o fase de velocidad. b) Modelo de velocidad del sub-suelo obtenido por el Método MASW (MASW02).
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inicial del subsuelo tomando en cuenta parámetros tales como densidad, velocidad de las ondas sísmicas P y
S y espesores del suelo y mediante la aplicación de métodos matemáticos se obtuvo el perl de velocidad
compuesto de cinco capas, el cual este modelo nos indica la estructura del subsuelo y las diferentes capas que
lo componen con sus valores de velocidad (gura 6) La primera capa del modelo tiene un espesor de 2.9 m
y una velocidad alrededor de los 260 m/s y puede ser interpretada como sedimentos aluviales. La segunda
capa presenta valores de velocidad alrededor de los 537 m/s y un espesor de 12.8 m y es interpretada como el
basamento ingenieril localizado entre los 3-6 metros de profundidad, lo que signica que a estas profundidades
se pueden colocar las bases o cimientos de obras civiles. La tercera capa tiene un espesor aproximado de 9
metros y su velocidad es de 560 m/s y es considerada como sedimentos volcánicos con pequeña consolidación.
La cuarta capa del modelo es localizada a 25 m de profundidad y presenta un valor de velocidad de 600 m/s.
La capa más profunda es localizada a los 39 metros de profundidad y presenta una velocidad de 890 m/s y se
interpreta como sedimentos volcánicos muy consolidados.
Figura 6. Modelo del subsuelo en la zona de falla geológica del Aeropuerto.
Conclusiones y recomendaciones
Las características sísmicas de los suelos presente
en la zona de Falla Aeropuerto pueden generar
efectos inducidos por sismos como el fenómeno
de la licuefacción, así también hundimientos y
levantamientos del terreno, debido a la presencia
de sedimentos no consolidados y el nivel del agua
subterránea muy somero en sitio.
El fenómeno de licuefacción es un efecto secundario
cuando se origina un sismo y se describe como el
comportamiento del suelo sujeto a fuerzas sísmicas
cambiando su estado de solido a un liquido debido a
la pérdida de su rigidez e induce daños severos en las
estructuras, edicios y líneas vitales (infraestructuras
de transporte de personas, y telecomunicaciones).
La Falla Aeropuerto representa una zona de alto
riesgo sísmico y amenaza latentemente con la alta
probabilidad de generar un terremoto destructivo que
afectarían la ciudad de Managua provocando daños
severos en las construcciones que no cumplan con un
adecuado diseño para soportar las fuerzas de un sismo
de gran magnitud.
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Con este estudio se determinaron las características
dinámicas (velocidades, periodos, amplicaciones) de
los suelos en la zona de Falla Aeropuerto, parámetros
que deben de tomarse en cuenta en la planicación de
obras civiles y el diseño antisísmico.
Se recomienda a las autoridades municipales
tomen encueta este tipo de estudio, en los futuros
proyectos de construcción para el diseño sísmico de
las edicaciones ya que se brinda información valiosa
para la reducción del riesgo sísmico y desastres por
terremotos en la zona de investigación.
Agradecimientos
Esta investigación fue llevada a cabo como parte de la
colaboración entre la Universidad Nacional Autónoma
de Nicaragua y el Instituto Internacional de Sismología
e Ingeniería de Terremotos de Japón, con el apoyo
nanciero de la Agencia de Cooperación Internacional
de Japón (JICA). Este artículo es producto de la
investigación de tesis de maestría con de beca de
JICA. Mis agradecimiento a los tutores del trabajo Dr.
Toshiaki YoKoi y Dr. Takumi Hayashida del International
Institute of Seismology and Earthquake Engineering,
Building Research Institute, Japan.
También al Msc. Marlon Díaz, Decano de la facultad
de Ciencias e Ingenierías por su apoyo brindado en mi
labor y formación Docente. Al Instituto de Geología y
Geofísica por disposición de equipos en el desarrollo
de la investigación.
Referencias bibliográcas
1. Aki, K., 1957, Space and time spectra of stationary
stochastic waves, with special reference to
microtremors, Bulletin of the Earthquake Research
Institute, 35, 415-456.
2. Cowan, C.P., Daniela Pantosti, and Paolo de
Martini. and Wilfried Strauch, 2002, Late Holocene
Earthquakes on the Aeropuerto Fault, Managua,
Nicaragua, Seismological Society of America, 92,
1694-1707.
3. Nakamura, Y., 1989. A method for dynamic
characteristics estimation of subsurface using
microtremor on the ground surface, Q. Rep. Railw.
Tech. Res. Inst. 30, no. 1, 25 - 33.
4. Park, C.B., Miller, R.D., and Xia, J., 1999,
Multichannel analysis of surface waves (MASW),
Geophysics, 64, 800-808.
5. Página web: Instituto Nacional de Información de
Desarrollo, http://www.inide.gob.ni/
6. Zambrana, X., 2014. Estimation of shear wave
velocity structure using surface waves on the
Aeropuerto Fault, Managua, Nicaragua. Master
Thesis. National Graduate Institute for policy
studies (GRIPS), Tokyo Japan and International
Institute of Seismology and Earthquake
Engineering (IISEE), Building Research Institute
(BRI), Tsukuba, Japan. 1-64.
Xochilt Zambrana
