ISSN-e: 3006-9467; ISSN: 0016-7975 / 1011-9565
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Sismología/Seismology/Sismologia
Estudio de propiedades dinámicas de los suelos con el uso de ruido ambiental en los principales poblados del oeste del estado Sucre, Venezuela
Estudio de propiedades dinámicas de los suelos con el uso de ruido ambiental en los principales poblados del oeste del estado Sucre, Venezuela
Study of dynamic properties of soils using ambient noise in the main villages in west of Sucre state, Venezuela
Estudo de propriedades dinâmicas dos solos com o uso de ruído ambiental nos principais povoados do oeste do estado Sucre, Venezuela
Francisco A. Bonive A.
Sism°, MSc. Centro de Sismología, Universidad de Oriente. e-mail: fbonive@udo.edu.ve
Recibido: 26-4-15; Aprobado: 3-7-15
Resumen
Resumen
El nororiente de Venezuela presenta una sismicidad moderada asociada a la falla de El pilar, con esporádicos eventos destructores (Cariaco, 09 de julio de 1997). Aunque la sismicidad más significativa se presenta hacia el este de la ciudad de Cumaná. El eje occidental costero Arapo - Santa Fe se encuentra a menos de 20 km de la falla de El Pilar, lo que posibilita ser impactado por un evento en ella. En el área de estudio, se realizaron 51 puntos de medición de ruido ambiental, los cuales mostraron un período medio de 1,0 s con un mínimo de 0,4 s en la población de Arapo y un máximo de 2,1 s en la población de Santa Fe. Las magnificaciones tienen un valor medio de 3 con el mínimo valor de 2,0 en Arapo y el máximo de 5,5 en Playa Colorada. La distribución espacial del período evidencia variaciones similares en todas las localidades con valores bajos hacia las zonas altas y altos hacia las zonas bajas, siendo Santa Fe la excepción con una distribución definida por el eje del valle. La magnificación tiene una distribución menos coherente en las poblaciones.
El nororiente de Venezuela presenta una sismicidad moderada asociada a la falla de El pilar, con esporádicos eventos destructores (Cariaco, 09 de julio de 1997). Aunque la sismicidad más significativa se presenta hacia el este de la ciudad de Cumaná. El eje occidental costero Arapo - Santa Fe se encuentra a menos de 20 km de la falla de El Pilar, lo que posibilita ser impactado por un evento en ella. En el área de estudio, se realizaron 51 puntos de medición de ruido ambiental, los cuales mostraron un período medio de 1,0 s con un mínimo de 0,4 s en la población de Arapo y un máximo de 2,1 s en la población de Santa Fe. Las magnificaciones tienen un valor medio de 3 con el mínimo valor de 2,0 en Arapo y el máximo de 5,5 en Playa Colorada. La distribución espacial del período evidencia variaciones similares en todas las localidades con valores bajos hacia las zonas altas y altos hacia las zonas bajas, siendo Santa Fe la excepción con una distribución definida por el eje del valle. La magnificación tiene una distribución menos coherente en las poblaciones.
Abstract
Abstract
Northeastern Venezuela has a moderate seismicity associated with the failure of “El Pilar”, with sporadic destructive events (Cariaco, July 9, 1997). Although, the most significant seismicity occurs at east of Cumana city. The western coastal axis “Arapo-Santa Fe” is located within 20 km of the “El Pilar” fault, allowing an event to be impacted by it. In the study area, 51 points ambient noise measurement were performed, which showed an average period of 1.0 s with a minimum of 0.4 s in Arapo population and a maximum of 2.1 s in “Santa Fe” town. The magnifications have an average value of 3 with the minimum value of 2.0 on Arapo and the maximum of 5.5 in “Playa Colorada”. The spatial distribution of the period, evidence similar variations in all locations with lower values to high areas and high toward low areas, with the exception of “Santa Fe” with a distribution defined by the axis of the valley. The magnification has a less coherent distribution in populations.
Resumo
Resumo
O nordeste de Venezuela apresenta uma sismicidade moderada sócia à falha do pilar, com esporádicos eventos destruidores (Cariaco, 09 de julho de 1997). Ainda que a sismicidade mais significativa apresenta-se para o este da cidade de Cumaná. O eixo ocidental costeiro “Arapo - Santa Fé” encontra-se a menos de 20 km da falha do Pilar, o que possibilita ser impactado por um evento nela. Na área de estudo, realizaram-se 51 pontos de medida de ruído ambiental, os quais mostraram um período médio de 1,0 s com um mínimo de 0,4 s na população de Arapo e um máximo de 2,1 s na população de Santa Fé. As magnificações têm um valor médio de 3 com o mínimo valor de 2,0 em Arapo e o máximo de 5,5 em Praia Colorada. A distribuição espacial do período evidência variações similares em todas as localidades com valores baixos para as zonas altas e altos para as zonas baixas, sendo Santa Fé a exceção com uma distribuição definida pelo eixo do vale. A magnificação tem uma distribuição menos coerente nas populações.
Palabras clave/ Keywords/Palavras-chave:
Palabras clave/ Keywords/Palavras-chave:
Arapo-Santa Fe, efecto de sitio, efeito de lugar, microzonificación sísmica, micro zoneamento sísmico, Nakamura, seismic micro-zoning, site effects.
Citar así/Cite like this/Citação assim: Bonive (2015) o (Bonive, 2015).
Referenciar así/Reference like this/Referência como esta:
Bonive A., F. A. (2015, agosto). Evaluación de amenazas geológicas del lecho marino en los campos Mejillones y Río Caribe. Proyecto Mariscal Sucre, al norte de la península de Paria, estado Sucre, Venezuela. Geominas 43(67). 85-92.
Introducción
Introducción
El eje costero Arapo-Santa Fe está asentado en la Formación Barranquín que aflora extensamente en toda la del interior oriental, incluyendo la serranía de Guariquén y el cerro La Pica, en el noreste, y las islas del archipiélago Guaiquerí-Manare, por el noroeste, extendiéndose así por los estados Anzoátegui, Sucre y Monagas. En el subsuelo de Anzoátegui nororiental, la unidad ha sido reconocida basándose en su litología, aunque se desconocen los espesores.
Teniendo en cuenta estas características geológicas y considerando que en dicho eje costero existe un aumento vertiginoso de la población, sus viviendas y servicios básicos, el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente, organismo encargado de ejecutar el Decreto 5.633 de la Presidencia de la República, G.O N° 38.789, de fecha 15/10/2007, por el cual declara Área Bajo Régimen de Administración Especial al Eje Costero Arapo-Santa Fe, debiendo ejecutarse el Plan de Ordenación y Reglamento de Uso correspondiente con arreglo a lo dispuesto en los artículos 43 y 46 de la Ley Orgánica para la Ordenación del Territorio, solicitó al Centro de Sismología de la UDO, caracterizar superficialmente los suelos del eje costero Arapo-Santa Fe, utilizando la técnica de microtremores para la obtención del efecto de sitio (Relación H/V de Nakamura, 1989), con el fin de coadyuvar al ordenamiento del territorio.
El efecto de sitio es la repuesta del suelo a las señales sísmicas y parece ser el fenómeno determinante en la amplificación de las ondas sísmicas en la superficie del suelo. En principio, el efecto de sitio se convirtió en fuente de estudio al intentar explicar el impacto tan diferente y sectorizado de los terremotos, en infraestructuras similares de una ciudad dada. Terremotos destructivos como el de Caracas en 1967, ciudad de México en 1985, Kobe en 1995, muestran la transcendencia del fenómeno, produciendo daños sectorizados consecuentes con valores máximos del efecto.
Está fundamentalmente asociado a las propiedades físicas de los estratos sedimentarios someros, así que, la densidad y los coeficientes de Poisson, de Young o de compresión, de cizalla, que definen a su vez las velocidades de fase de las ondas P y S y, por lo tanto, de las Rayleigh y Love, están vinculados incondicionalmente a este efecto. Por supuesto, la cantidad de parámetros a manejar depende de la complejidad del modelo con el cual se trabaja.
El efecto es influenciado también por características geométricas del sitio en cuestión, así que se debe tener en consideración la forma de la o las estratificaciones y del basamento, así como del nivel de contraste entre ellos. El modelo más básico, es el de un medio sedimentario representado como una capa horizontalmente infinita de espesor h, sobre un medio seminfinito, usado como basamento.
El efecto de sitio parece ser un factor determinante al momento de calcular los parámetros relacionados con los diferentes tipos de vulnerabilidades sísmicas asociadas a fenómenos de resonancias con estructuras y amplificaciones en el suelo. Esto hace necesario e importante evaluar las características geotécnicas y geofísicas de una ciudad o una población con una separación o grillado pequeño, de 2 o 3 centenares de metros a lo sumo. Este proceso es conocido como microzonificación sísmica y es muy importante para el estudio del riesgo sísmico (Lacoss et al, 1969; Alcok, 1974; Finn, 1991; Alfaro et al, 1999).
La microzonificación sigue dos pautas básicas:
1. Se deben escoger los parámetros geofísicos y geotécnicos determinantes en la obtención de la vulnerabilidad. (Allam y Shima, 1967).
2. Se debe elegir un grillado mínimo donde tengan validez los cambios en los parámetros geotécnicos y geofísicos asociados a la vulnerabilidad.
El primer punto tiene que ver directamente con el diseño de las estructuras y edificaciones que se construirán, el análisis de las respuestas dinámicas de las ya construidas y su posterior reforzamiento para adaptarlas a los valores de los modelos obtenidos. Así que, las medidas geotécnicas deben ser muy precisas para poder usarse en la estimación de los parámetros de ingeniería civil y de arquitectura, esto normalmente se especifica con una función de transferencia.
La segunda pauta está orientada hacia la interpretación geológica y geofísica, ya que estimar el alcance y la evolución espacial de algunos parámetros tiene que ver estrechamente con las características funcionales de la corteza somera (Allam y Shima 1967).
Metodología
Metodología
El método que se utilizó en la estimación del período y magnificación es el de Nakamura (Nakamura, 1989). El procedimiento, se basa en la correlación entre las amplitudes espectrales de los registros verticales y horizontales del ruido ambiental, pudiendo diferenciar los suelos de sedimentos de grandes espesores (largos períodos) y los suelos consolidados de menor espesor (períodos cortos).
Esta técnica se creciendo en su uso es bastante confiable, el proceso de medición es sencillo, económico y puede usarse en sitios urbanizados, debido a que no provoca impacto sónico donde se aplica, porque la señal con que se trabaja es el ruido ambiental que es registrado por un sensor de tres componentes. Los equipos utilizados fueron los siguientes: un sismómetro banda ancha (GÜRALP CMG-40T, Ground velocity from 30 sec to 50 Hz), un digitalizador de 24 bits (Earthdata, PS-2400), una computadora portátil y un equipo GPS.
Se aplicó la técnica relación H/V en los centros poblados de Arapo, ubicado en la ensenada de Arapo, de Arapito y de playa Colorada, como pequeños valles que finalizan en un litoral playero y, finalmente, la población Santa Fe, ubicada en un valle bastante extenso con su playa. En el área de estudio, se realizaron cincuenta y un (51) puntos de medición de ruido ambiental, con una frecuencia de muestreo de 100 Hz y una duración de registro de 30 min, desglosados en cada pueblo como se muestra en la figura 1. Para la aplicación de la medición de período de oscilación natural del suelo, basada en la existencia de los microtremores) se elaboró una grilla de 200 x 200 metros.
Figura 1. Mapa que muestra la posición de las cuatro poblaciones principales del eje costero occidental del estado Sucre, Arapo, Arapito, Playa Colorada y Santa Fe, de izquierda a derecha. Observándose el número de tremores registrado.
En relación a la técnica de H/V, se aplicaron dos programas informáticos: uno para la adquisición Seislog (Ottemöller y Havskov, 1999) y otro, para el procesamiento, el J-sesame (ECU, 2000), procesándose por ventanas con longitudes entre 10 y 50 s, con el 10 % de solapamiento, comenzándose con los registros sin filtrar y continuándose con una selección con la relación lta/sta, finalizándose con los filtrados. Se intentaba el procesamiento de los registros mientras se mantuviera el número crítico de ciclos por encima de 200.
Resultados
Resultados
En la población de Arapo, se obtuvieron 6 soluciones de 10 sitios de registros de ruido ambiental. Las isolíneas son obtenidas con un procedimiento de análisis espacial basado en la interpolación con el método de kriging. Se observa claramente que la amplificación, figura 3, no superan el valor de 3,8.
En la localidad de Arapito, se obtuvieron 9 soluciones de 10 sitios. El período, se muestra en la figura 4, con valores entre 0,2 y 2,0s Se observa además que la amplificación, supera el valor de 3, figura 5, lo cual parece indicar una baja consolidación relativa del material depositado en la zona baja.
En la población de playa Colorada, se efectuó la recolección de registros de ruido ambiental en 14 localizaciones del centro poblado de playa Colorada. La evolución espacial del período fundamental se muestra en la figura 6, esta medida es la que mejor se determina con la técnica de Nakamura. El cambio espacial de la magnificación o la amplificación se observa en la figura 7.
En la población de Santa Fe se utilizaron 17 sitios para la recolección de ruido ambiental. La distribución espacial del período fundamental se observa en la figura 8. La figura 9 muestra la distribución espacial de la magnificación.
Discusiones y conclusiones
Discusiones y conclusiones
En la población de Arapo, según la aplicación de la relación H/V, se encontró que los estratos resuenan a frecuencias altas, o períodos pequeños, razón por la cual la señal sísmica de sismos lejanos, principalmente de ondas de largo período no se sienten con fuerza; se ubicaron dos zonas bien delimitadas, donde los períodos más grandes se encuentran hacia el pie de monte, y hacia la playa, los menores. El comportamiento de la amplificación evidencia poca diferencia entre el sedimento y el basamento.
Figura 2. Evolución espacial del período fundamental en la población de Arapo, está muy ligada al espesor y velocidad de onda S en el sedimento.
Figura 3. Evolución espacial de la magnificación o la amplificación en la población de Arapo. Muy relacionada con las velocidades de onda S, en el sedimento y basamento.
Figura 4. Evolución espacial del período fundamental en la población de Arapito, está muy relacionada al espesor y velocidad de onda S en el sedimento.
Figura 5. Evolución espacial de la magnificación o la amplificación en la población de Arapito. Muy relacionada con las velocidades de onda S, en el sedimento y basamento.
Figura 6. Evolución espacial del período fundamental en la población de Playa Colorado, está muy relacionada al espesor y velocidad de onda S en el sedimento.
Figura 7. Evolución espacial de la magnificación o la amplificación en la población de Playa Colorada. Muy relacionada con las velocidades de onda S, en el sedimento y basamento.
Figura 8. Evolución espacial del período fundamental en la población de Santa Fe. Muy relacionada con las velocidades de onda S, en el sedimento y basamento.
Figura 9. Evolución espacial de la magnificación o la amplificación en la población de Santa Fe. Muy relacionada con las velocidades de onda S, en el sedimento y basamento.
La cantidad de soluciones esperada es baja y como la existencia de los microtremores se supone que se debe a un marcado contraste entre capas sedimentarias, se puede considerar un sitio con basamento casi expuesto.
En Arapito, la aplicación de la relación H/V muestra la existencia de un importante número de soluciones calculadas, 9 de 10, lo que sugiere la existencia de una estructura sedimentaria consolidada. La evolución espacial del período fundamental, muestra una distribución axial con respecto a la dirección NO-SE, esto podría indicar un aumento del espesor de los sedimentos en esa dirección a lo que se podría sumar una menor consolidación, que define el eje del litoral costero. La amplificación, se muestra en forma de abanico con los valores más altos, lo que sugiere, la poca consolidación relativa del material depositado en la zona baja.
En el centro poblado Playa Colorada, la distribución espacial del período fundamental, muestra una distribución con simetría axial, con respecto a la dirección NE-SO, lo que parece indicar un bloque cohesionado que atraviesa el rumbo natural de las pendientes erosionadas. La amplificación, muestra una distribución en forma de abanico, al final de una estructura más compacta, necesariamente está relacionada con la poca consolidación del material depositado en la zona playera con respecto de cabecera de quebrada
En Santa Fe, se obtuvieron 16 soluciones de 17 puntos, lo que sugiere, la existencia de una estructura sedimentaria consolidada evidenciando una diferencia bien establecida entre el sedimento y el basamento. El período fundamental, muestra una distribución de valores elevados hacia la costa, lo que sugiere una deposición, a partir del centro, corriente abajo, de un valle sedimentario en márgenes marítimos. Las mayores amplificaciones se ubican en el centro con dirección este-oeste, lo cual podría sugerir una antigua laguna o brazo de mar.
Ninguna de las poblaciones parece tener condiciones para grandes magnificaciones de señales sísmicas, amplificaciones siempre menores a 3 y períodos mayores a 1,5 s.
Bibliografía
Bibliografía
Alcok, E. D. "Comments on "Comparison of Earthquake and Microtremor Ground Motions in El Centro, California" by F. E. Udwadia and M. D. Trifunac." Bull. Seism. Soc. Am., no. 64 (1974): 495.
Alfaro, A., M. Navarro, J. Sánchez, and L. G. Pujades. "Microzonificación Sísmica de Barcelona utilizando el Método de Nakamura. Ventajas y Limitaciones." Proc. Primer Congreso Nacional de Ing. Sísmica 1 (1999):273-278.
Allam, A., and E. Shima. "An investigation into the nature of microtremors." Bull. Earthquake Res. Inst. 45 (1967); 43-59.
ECU. SESAME Project. Project No. EVG1-CT-2000-00026 SESAME, European Com- mission Research General Directorate, 2000.
Finn, W. D. L. "Geotechnical engineering aspects of microzonation." Proc. 4th Int. Conf. on Seismic Zonation, 1991:199-259.
Lacoss, R. T., E. J. Kelly, and N. M. Toksoz. "Estimation Of Seismic Noise Structure Using Arrays." Geophysics, no. 34 (1969):21-38.
Nakamura, Y. "A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface." QR of RTRI 30, no. 1, 1989: 25-33.
Ottemöller, L., and J. Havskov. "SeisNet: A General Purpose Virtual Seismic Network." Seis. Res. Lett. 70 (1999): 522528.
The author(s) declare(s) that she/he/they has/have no conflict of interest related to hers/his/their publication(s), furthermore, the research reported in the article was carried out following ethical standards, likewise, the data used in the studies can be requested from the author(s), in the same way, all authors have contributed equally to this work, finally, we have read and understood the Declaration of Ethics and Malpractices.
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