0caracterización geofísica del área metropolitana de mérida

I Congreso Venezolano de Geociencias

Caracterización geofísica del subsuelo con fines de microzonificación sísmica del área metropolitana de Mérida, a partir de la adquisición de datos de ruido sísmico ambiental y gravimetría Luis Yegres*

(1), Milgreya Cerrada

(2), Osmar Zambrano

(2), Fernando Mazuera

(2),, Stéphanie Klarica

(3),

Carlos Guada(3)

1 Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas 2 Escuela de geología, Facultad de Ingeniería, Universidad de Los Andes 3 Grupo de Geofísica, Facultad de Ciencias, Universidad de los Andes Palabras clave: Ruido Sísmico, Gravimetría, Microzonificación Sísmica. Resumen El ruido sísmico ambiental en conjunto con la aplicación de otras metodologías geofísicas, tales como gravimetría y sísmica de refracción, comprenden los estudios de caracterización geofísica del Área Metropolitana de la ciudad de Mérida, dentro del proyecto de microzonificación sísmica que adelanta FUNVISIS junto con otras instituciones locales y nacionales, con el fin de determinar características físicas de los sedimentos blandos de las ciudades de Mérida, Ejido y Tabay., en base a dichos estudios se ha obteniendo un rango de valores de período fundamental del suelo que va desde 0,2 segundos hasta 2 segundos, establecidos a partir del análisis de la relación H/V; en lo que respecta a los espesores de sedimentos que se estiman a partir de los estudios gravimétricos, se consideran espesores de hasta 130 metros de profundidad. Introducción El Área Metropolitana de Mérida se encuentra emplazada casi en su totalidad sobre la terraza de Mérida, la cual está compuesta por sedimentos no consolidados que se ven afectados por procesos tectónicos, geomorfológicos asi como por actividad antrópica, lo cual ha traído consigo que presente problemas de inestabilidad geológica. Estas condiciones hacen que la ciudad de Mérida sea vulnerable ante la actividad sísmica, puesto que se generan efectos de sitio que pueden responder negativamente ante un posible evento sísmico de importante envergadura. El desarrollo poblacional que ha venido aumentando en los últimos años en la localidad, ha obligado a intensificar los estudios con fines de planificación urbana, a partir de la caracterización de zonas de mayor amenaza sísmica; estos estudios forman parte del proyecto que ha venido siendo ejecutado por instituciones tales como FUNVISIS (Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas), FUNDAPRIS-ULA (Fundación para la Prevención del Riesgo Sísmico), entre otras.

Esta investigación constituye un aporte a la labor que han venido realizando las instituciones antes mencionadas como parte del proyecto de microzonificación sísmica de la ciudad de Mérida; dicha investigación se enfoca en determinar los períodos fundamentales de vibración del suelo en la zona Noreste del Área Metropolitana de la ciudad de Mérida a partir de mediciones de Ruido Sísmico Ambiental empleando la técnica de Nakamura, así como establecer la relación entre periodo y espesor de sedimentos obtenidos a partir del método gravimétrico en el área. Metodología para ruido Sísmico Ambiental La metodología a emplear se fundamentó en el desarrollo de cinco etapas, como se puede observar en la figura 1

Fig. 1. Metodología de trabajo para la Adquisición de datos de Ruido Sísmico Ambiental

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

CARACTERIZACIÓN GEOFÍSICA DEL SUBSUELO DEL ÁREA METROPOLITANA DE MÉRIDA,

A PARTIR DE LA ADQUISICIÓN DE DATOS DE RUIDO SÍSMICO AMBIENTAL

ADQUISICIÓN DE DATOS DE

RUIDO SISMICO

PROCESAMIENTO DE DATOS DE

RUIDO SISMICO

INTERPRETACIÓN DE DATOS DE RUIDO

Ubicación de las estaciones en el mapa del área de estudio. Equipos empleados en las mediciones. Recomendaciones del proyecto SESAME. Obtención de los datos

Conversión de los datos tomados en campo con el sismógrafo TAURUS a un formato compatible con el programa GEOPSY

Elaboración de un mapa de períodos fundamentales del suelo a través de un Sistema de Información Geográfica.

ETAPA PRELIMINAR

Revisión de material bibliográfico, digital, en línea, relacionados al tema de estudio.

Caracterización Geofísica del área metropolitana de Mérida


Para la adquisición se diseñó un espaciamiento de 250 metros, sobre las vías de comunicación, entre cada estación (figura 2).

Fig. 2 Mapa de ubicación de las estaciones de medición de ruido sísmico ambiental

Procesamiento de los Datos de ruido sísmico ambiental Con el programa GEOPSY, primeramente se aplica un filtrado de frecuencia, utilizando un filtro pasa banda (Band pass) de 0,5 Hz hasta 20 Hz. Posteriormente para la configuración de los parámetros de procesamiento, se establece lo siguiente: la longitud de la ventana para el promedio de período corto (“sta”, short term average) fue de 1 segundo; la longitud de la ventana para el promedio de período largo (“lta”, long term average) fue de 30 segundos. El valor mínimo para la relación sta/lta fue de 0,5; y para el cociente sta/lta, se tomó como máximo nivel un valor de 2,0. La longitud de las ventanas fue de 20 segundos. Se aplicó un suavizado (smoothing) de tipo Konno y Ohmachi para un ancho de banda constante de 40 Hz. Los resultados que se obtienen al ser calculada la relación espectral H/V, se muestran en manera de gráficas, en las que se observa el pico de frecuencia y la amplitud natural del sitio, así como también se puede obtener el pico de período y la amplitud natural del suelo. Las gráficas obtenidas fueron dos tipos: la relación espectral H/V vs Frecuencia (Figura 3) y la relación espectral H/V vs Período (Figura 4).

Fig. 3 Grafica de relación espectral H/V vs Frecuencia generada por el programa Geopsy. Las líneas segmentadas

representan las curvas de desviación estándar.

Fig. 4 Grafica de relación espectral H/V vs Período generada por el programa Geopsy .

Espesores a partir de gravimetría La adquisición de los datos gravimétricos se llevó a cabo entre los meses de abril y mayo de 2008, obteniéndose un total de 553 estaciones (figura 5), con un espaciamiento entre ellas de aproximadamente 250 m (Nava R, 2009).



Fig. 5 Estaciones gravimétricas. Resultados y discusión Uno de los objetivos de esta investigación es la unificación de los resultados alcanzados con dos métodos geofísicos diferentes, gravimetría y ruido sísmico, para generar una validación entre ambos; debido a la correspondencia entre los valores obtenidos con cada método, se verifica el comportamiento de los depósitos de sedimentos presentes en la Terraza de Mérida. Hasta el mes de mayo de 2009, se adquirió un total de 654 estaciones de ruido sísmico ambiental (figura 6), con un espaciamiento entre ellas de aproximadamente 250 metros (Yegres L., Ochoa Y., Zambrano O., 2009) y con una duración de medición entre 20min y 25min para las zonas de mayor tráfico peatonal y vehicular, las estaciones de ruido adquiridas en años anteriores están incluidas (Monsalve M y Torres M. 2006, así como Araque F y Vielma J. 2008). En la figura 6 se muestra el ejemplo de una estación representativa del area.

Fig. 6. Relación H/V para la estación de medición 015 perteneciente en el sector El Valle, con la selección del

pico correspondiente al período fundamental.

En la figura anterior se puede apreciar la relación H/V donde el pico asociado al período fundamental (círculo), fue de 0,302 Sg. De esta misma manera, se procedió para determinar el período fundamental de todas las estaciones restantes. Los valores de período varían entre 0,2 y 2 segundos en toda el Área Metropolitana de Mérida (Figura 7); los períodos bajos en su mayoría se presentan en la parte apical de los diferentes conos de deyección que se encuentran laterales a la terraza y cercanos a las diferentes formaciones y asociaciones que afloran en el área metropolitana de Mérida.

Fig. 7 Distribución de períodos en el Área Metropolitana

de Mérida. A partir del modelado gravimétrico se calculan los espesores de sedimentos. En la figura 8 se observa el mapa de isolíneas de espesores de sedimentos, donde los valores de espesores presentes en el área oscilan entre 20 a 120 metros. En el sector Los Llanitos de Tabay reflejan valores de 100 metros y en El Arenal valores de 60 metros. Dentro de la ciudad de Mérida se tienen los mayores valores de espesores, hasta de 130 metros en zonas como el centro de la ciudad y en el borde de la Terraza. En la ciudad de Ejido se tiene espesores hasta de 120 metros. A su vez, con estos valores se realiza una comparación con los valores de periodo fundamental, donde se tiene una alta correlación. En la figura 8 se puede observar el mapa de contornos de los espesores de sedimentos y su relación con el mapa de isoperiodos obtenido a partir del ruido sísmico ambiental. En el mapa, se muestra la variación de espesores de la ciudad de Mérida. En la parte central de la meseta, entre el aeropuerto y Zumba, se observan los mayores espesores (entre 70 - 130 m) formando un área alargada en sentido noreste–suroeste.



Fig. 8 Relación periodo/espesores.

Conclusiones Con los resultados puntuales se puede decir que en la zona central del Área Metropolitana de Mérida predominan los períodos entre 0,8 seg y 1,6 seg, sólo en algunos lugares estos períodos se incrementan desde 1,7 seg hasta 2 seg, producto de crecidas importantes; o simplemente se puede observar acumulación de sedimentos debido al aporte de las quebradas y ríos de la ciudad La integración de los valores de espesores con los datos de periodo presenta zona con un alto grado de correlación, donde los menores valores van de 20 a 40 metros de sedimentos, correspondiendo a valores de periodos de 0,08 a 0,3 segundos, ubicados a lo largo de la Ave Los Próceres, San Jacinto y en la carretera trasandina; los máximos valores de espesores entre 100 y 120 metros de sedimentos blandos con periodos entre un rango de 1,2 hasta 2 segundos, se encuentran en los sectores de La Pedregosa, Belenzate, Las Tapias, Núcleo La Liria;. Donde los factores de estos resultados fueron por los aspectos geológicos ante la presencia de contactos entre sedimentos y formaciones, por controles tectónicos ocasionados por los sistemas de fallas del área y a su vez por los aportes generados por las quebradas y ríos Es importante mencionar que todos estos resultados serán corroborados con los resultados que se obtengan a partir de la sísmica profunda (a realizarse a finales del 2011), debido a que estas líneas pasan en algunos casos por los lugares en donde se encuentran las variaciones de espesor. Agradecimientos Para la exitosa culminación de este proyecto, se contó con la valiosa colaboración de la Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas (FUNVISIS), a través del Proyecto FONACIT 2007000939 (Misión Ciencias), asi

como al grupo del Laboratorio de Geofísica de la facultad de ciencias de la Universidad de los Andes por todo el apoyo brindado. Referencias Araque F. y Vielma J., 2008, Modelado Geológico-Geofísico del Sector El Arenal, Estado Mérida; a partir de la integración de Datos Gravimétricos y de Ruido Sísmico Ambiental. Tesis de Pregrado. Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Geológica. Mérida. Venezuela. Mazuera F, Rocabado V y Klarica S., 2007, Determinación de períodos fundamentales del suelo de la Ciudad de Mérida, a partir de mediciones de ruido sísmico ambiental y con la aplicación de la técnica de Nakamura. Trabajo de Ascenso. Universidad de los Andes. Mérida. Venezuela. Monsalve M. y Torres M., 2006, Adquisición de datos de ruido sísmico ambiental en el área metropolitana de la Ciudad de Mérida, Municipio Libertador del Estado Mérida, con énfasis en obtener una secuencia óptima de procesamiento. Tesis de Pregrado. Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Geológica. Mérida. Venezuela. Nakamura Y. 1989, A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface. Quaterly Report of Railway Technical Research Institute. 30:25-33. Nava R., 2009, Estimación de espesores de sedimentos a partir de modelado gravimétrico con fines de microzonificación sísmica: Área Metropolitana de la ciudad de Mérida, estado Mérida, Trabajo Final de Grado no publicado, Universidad de los Andes, Mérida. Venezuela. SESAME Project, 2001-2004, Site Effects assessment using Ambient Excitations, European Commission. . Zambrano, O., 2009, Determinación del modelo geofísico del subsuelo mediante la aplicación de datos de ruido sísmico ambiental y sísmica de refracción de la zona suroeste del Área Metropolitana de Mérida. Trabajo final de grado para optar al titulo de Ingeniero Geólogo. Universidad de Los Andes, Mérida.

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