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Revista de la Facultad de Ingeniería U.C.V., Vol. 26, N° 2, pp. 5–6, 2011
PROPUESTA GEOLÓGICA DE MICROZONAS SÍSMICASPARA LA CIUDAD DE CARACAS
Javier OrOpeza1 y andré Singer2
1Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas - FUNVISIS, correo-e: [email protected] Central de Venezuela y FUNVISIS, correo-e: [email protected]
Recibido: octubre de 2009 Recibido en forma final revisado: julio de 2011
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RESUMEN
El presente trabajo resulta de la creación de una base de datos de Geología Urbana del valle de Caracas, tomando en cuenta la carencia llamativa de información geológica concerniente al asiento aluvial de la ciudad capital. Entre los resul-tados más significativos, se encuentra una propuesta geológica de 11 microzonas consideradas homogéneas para fines de microzonificación sísmica y plasmadas en un mapa de unidades geológicas cuaternarias y fallas cuaternarias del valle de Caracas, así como la caracterización de cada microzona geológica en función de la evaluación de 7 parámetros conside-rados como significativos.
Palabras clave: Geología urbana, Microzonificación sísmica, Fallas cuaternarias, Depósitos aluviales, Caracas.
GEOLOGICAL DATABASE FOR CARACAS CITY SEISMIC MICROZONING
ABSTRACT
Due to the lack of subsoil geological information of the alluvial sediments, has been created a urban geology database for the Caracas Valley. These geological data base supports a geological proposal of 11 microzones considered homogeneous for seismic microzoning, which have been reflected on a quaternary map of geological formations and faults. The charac-terization of each microzone is based on the geological evaluation of 7 parameters considered as significant.
Keywords: Urban geology, Seismic microzoning, Quaternary faults, Alluvial deposits, Caracas.
INTRODUCCIÓN
En el marco del proyecto de Microzonificación Sísmica de Caracas (Schmitz et al. 2009) se realizó una recopila-ción de la documentación de interés geológico disponible, con el propósito de generar una base de datos de geología urbana para la ciudad de Caracas (Oropeza & Zambrano, 2007) (Figura 1). Uno de los aportes más significativos de esta investigación es la culminación de la cartografía de los depósitos cuaternarios del valle de Caracas (Figura 2), ini-ciada después del terremoto de 1967 en la parte oriental de la depresión aluvial (Singer 1974, 1977), con motivo de la concentración sorpresiva de daños estructurales, colapsos de edificios y víctimas mortales en el sector de Los Palos Grandes, no obstante la magnitud relativamente moderada de este evento sísmico. Este hecho llamativo es relaciona-do tempranamente y en forma preliminar por Sozen et al. (1968), con la profundización anómala del tope de roca y correspondiente engrosamiento del espesor de suelo en este sector del Valle de Caracas, sobre la base de las pri-meras evidencias geofísicas obtenidas de la existencia de
esta cuenca por la Delaware Corporation (1950), pero sin disponer todavía de los elementos geológicos y tectónicos de explicación plausibles de la misma. El mapa geológico del Cuaternario del Valle de Caracas (Figura 2), produci-do por Singer et al. (2007), refleja la complejidad de las condiciones geológicas de esta depresión aluvial de origen neotectónico, las cuales son susceptibles de modificar el comportamiento de las ondas sísmicas de acuerdo a la res-puesta dinámica de los diversos cuerpos de sedimentos que éstas atraviesan.
Los fundamentos metodológicos de la pertinencia de una base de información detallada de geología del Cuaternario como la producida para el conjunto del valle de Caracas, para fines de microzonificación sísmica, se basa en los re-sultados experimentales cada vez más numerosos y promi-sores obtenidos en diversas regiones del planeta como Ja-pón, Taiwán, Australia, Italia y, en particular, en California, concernientes a la existencia de correlaciones empíricas representativas para fines de predicción de valores de velo-cidad de ondas de corte Vs30, entre el desglose cartográfi-
co de unidades geológicas aluviales cuaternarias definidas entre otros criterios, a partir de parámetros estratigráficos de edad relativa y por medio de geología de superficie, y la correspondiente categorización de las respuestas sísmi-cas de los suelos en diversos niveles escalares de resolu-ción (Park & Elrick, 1998; Wills & Silva, 1998; Wills et al. 2000; Wills & Clahan, 2006).
Figura 1. Ubicación del área de estudio (Garrity et al. 2004).
Condiciones geológicas de interés general
Una de las características más resaltantes del referido mapa geológico, es la distribución de los depósitos aluviales cua-ternarios que rellenan la cuenca del valle de Caracas (Figura 2). En efecto, por su naturaleza dinámica y correspondiente polaridad norte-sur, los eventos de deslave y aludes torren-ciales que integran las unidades aluviales del Pleistoceno Q4 a Q1, ocupan un ancho significativo del valle de Cara-cas y son responsables del confinamiento de las unidades holocenas en un estrecho corredor aluvial acuñado contra el basamento rocoso en la margen sur del mismo, lo cual define un escenario propicio para el desarrollo de efectos de borde de cuenca (Figura 2).
Igualmente, por su condición de falla de sitio ubicada en el límite norte de la ciudad, la falla El Ávila, cuya actividad paleosísmica ha sido comprobada recientemente por me-dio de geología de trinchera cerca de la Universidad Me-tropolitana (UNIMET) (Rodríguez et al. inédito), genera una franja de deformaciones piemontinas responsables de la geometría y distribución de los depósitos del Pleistoce-no inferior Q4 y Q3 y del Pleistoceno medio Q2 a lo lar-go del Valle de Caracas (Singer et al. 2007). Al oeste, los depósitos del Pleistoceno inferior han sido incorporados al levantamiento del macizo montañoso, a través de rampas laterales piemontinas de orientación NNO-ESE conectadas
Figura 2. Mapa geológico del Cuaternario y de las fallas cuaternarias del Valle de Caracas (Singer et al. 2007). La leyenda de esta figura puede ser consultada útilmente por los lectores interesados en la fuente original señalada.
con la falla El Ávila, lo cual permite una mayor extensión de estos depósitos hacia el sur, como es notorio en el sector de San Bernardino (Figura 2). Al este, estos mismos depósi-tos del Pleistoceno inferior se encuentran cruzados en tijera con los sedimentos más recientes Q2, y confinados al pie de El Ávila en una estrecha zona de deformaciones tectónicas (Singer et al. 2007). Esta configuración geométrica de las unidades cuaternarias responde a un comportamiento tectó-nico diferente de la depresión de ángulo de falla, con una mayor resistencia al hundimiento de la parte occidental y una clara tendencia a la subsidencia de la parte oriental del mismo, por lo menos hasta el Pleistoceno medio Q2 (Singer, 1977; Singer et al. 2007).
Por otra parte, los diversos estudios geofísicos y perforacio-nes profundas acometidos en el valle de Caracas para mejo-rar el conocimiento de la geometría de la cuenca, corroboran las anomalías evidenciadas a nivel del comportamiento del basamento rocoso por medio de la cartografía del Cuaterna-rio. De esta manera, se verifica la existencia de 2 subcuen-cas con profundidades anómalas del basamento. Una, en el sector de Los Palos Grandes, donde el basamento rocoso se encuentra a una profundidad superior a 330 m. Otra, en el sector de San Bernardino, donde el mismo supera los 205 m de profundidad (Schmitz et al. 2009). La importancia del conocimiento de la geometría de la cuenca para fines de mi-crozonificación sísmica, radica en que la curvatura cóncava del basamento rocoso puede atrapar los cuerpos de onda y perturbar su propagación a través del relleno sedimentario de la misma (Kramer, 1996). Estudios previos realizados en referencia a este tema (King & Tucker, 1984; Bard & Gariel, 1986) señalan variaciones significativas por ampli-ficación o por atenuación en el comportamiento de la onda sísmica en el depocentro y en los bordes de cuencas. De esta manera, geometrías del basamento como las señaladas podrían constituir sectores de respuesta sísmica potencial-mente conflictiva en el Valle de Caracas, como es el caso de la depresión asimétrica de ángulo de falla de Los Palos Grandes y las correspondientes cuñas sedimentarias gene-radas del lado sur, en contacto con el basamento rocoso.
Adicionalmente, enclaves naturales topográficamente con-finados y con poca profundidad del basamento rocoso, como las depresiones aluviales rodeadas de crestas roco-sas de Catia y de El Cementerio, plantean condiciones de sitio y escenarios de amenaza particulares, que complican la presencia en las mismas de sedimentos limo-arcillosos plásticos con intercalaciones discontinuas de arenas satura-das de agua. Estos escenarios son susceptibles de presentar un interés para la evaluación de los daños del terremoto de 1967 en las referidas depresiones (Oropeza et al. 2009).
Propuesta geológica de microzonas homogéneas del va-lle de Caracas
La integración de la información geológica del Valle de Ca-racas, permitió definir 11 unidades geológicamente homo-géneas para fines de microzonificación sísmica (Figura 3), las cuales se presentan a continuación:
a) Vegas aluviales holocenas (zona 6, Figura 3)
Las zonas más deprimidas del Valle de Caracas ubicadas a lo largo de los ríos Guaire y Valle, se encuentran cons-tituidas por depósitos de vega aluvial areno-limosos con intercalaciones de arcillas orgánicas, correspondientes al sistema local principal de drenaje, y a lo largo del cual se extiende el corredor de obras de comunicación vial más im-portante de la ciudad. El bajo grado de compactación y el probable potencial de licuación de los suelos de edad muy reciente correspondientes a estas vegas aluviales, podrían propiciar respuestas locales conflictivas, como se infiere de los casos documentados de daños por asentamiento obser-vados en viviendas con fundaciones directas al registrarse descensos de la mesa de agua de origen climático o artificial (Arnal, 1961), así como por señalamientos de volcanes de arena en el terremoto de 1812. Este tipo de respuesta del suelo podría encontrarse agravada en los escenarios muy generalizados de bordes de cuenca, como resultado del acu-ñamiento de las vegas aluviales contra el basamento rocoso o contra depósitos lacustres adosados a la roca, en los cua-les estos materiales de vega pueden encontrarse encajados y localizar mesas de agua emperchadas.
b) Cuenca lacustre de Prado de María-El Cementerio-San Pedro (zona 1, Figura 3)
La depresión de El Cementerio-San Pedro representa un enclave natural formado por estribaciones rocosas de los Esquistos Las Mercedes dispuestas en forma de herradura. En esta depresión, se han depositado sedimentos arcillo-li-mosos con intercalaciones arenosas como producto de un evento de sumersión lacustre generado por la obturación lateral del río Guaire en épocas pleistocenas Q2(?) a Q1 (Singer et al. 2007). Según Muñoz & Singer (1977), estos depósitos lacustres superan los 10 metros de espesor en el depocentro de la cuenca y pasan lateralmente a depósitos de origen coluvio-torrencial hacia los bordes. La importancia de estos depósitos para fines de microzonificación sísmica, radica en que este tipo de suelos presenta facies arenosas que pudieran ser potencialmente licuables, así como facies mas finas limosas propensas a generar fenómenos de tubifi-cación con el consecuente riesgo de asentamientos y de co-lapsos tanto bajo carga estática como dinámica, los cuales pueden ser de interés para evaluar los daños estructurales
observados en 1967 en los bordes de esta cuenca (Castillo & Ramos, 2011).
c) Abanicos aluviales deformados del Pleistoceno infe-rior (zona 3, Figura 3)
Entre el sector de San Bernardino y el saliente rocoso de Las Lomas de la Alta Florida, se registra la mayor concen-tración de deformaciones neotectónicas, en particular en los depósitos del Pleistoceno inferior Q4 y Q3 (Singer et al. 2007), como resultado de la incorporación de este ex-sec-tor de cuenca al levantamiento de la mole tectónica de El Ávila, a través de rampas laterales piemontinas controladas por accidentes de orientación NNO-ESE conectados con la falla El Ávila a lo largo de la avenida Boyacá o Cota Mil. Además, la profundidad anómala del basamento rocoso en San Bernardino (> 205 m), plantea respuestas sísmicas po-tencialmente conflictivas, conforme a lo evidenciado en el terremoto de 1967. Adicionalmente, este sector se encuen-tra expuesto a aludes torrenciales provenientes de la Que-bradas Anauco y Gamboa, como los ocurridos recientemen-te en los años 1951 y 1999.
d) Cuenca de Los Palos Grandes con geometría de cáus-tica (zona 2, Figura 3)
El sector de Los Palos Grandes y sus alrededores presen-tan condiciones geológicas de particular importancia para
Figura 3. Propuesta geológica de microzonas sísmicas para el Valle de Caracas (Oropeza & Zambrano, 2007).
fines de microzonificación sísmica, como resultado de la profundidad anómala del basamento rocoso en este sector de cuenca cuya geometría en forma de cáustica es favorable para el enfocamiento y amplificación de las ondas sísmicas (Urbina & Grases, 1983). La respuesta conflictiva de este sector quedó evidenciada en el terremoto de 1967, al con-centrarse los daños más severos en Los Palos Grandes, en la vertical de los mayores espesores de sedimentos (> 330 m). Adicionalmente, esta depresión se encuentra expuesta a la acción recurrente de flujos de deslaves torrenciales eviden-ciados en El Pedregal, La Castellana y La Floresta en épo-ca prehispánica y cuyo periodo de retorno podría alcanzar unos 500 años (Singer et al. 2010).
e) Cuenca alveolar de Catia (zona 8, Figura 3)
La cuenca de Catia representa un enclave natural formado por estribaciones rocosas del Esquisto Las Brisas dispuestas en formas de herradura, condición que genera sitios suscep-tibles de sufrir efectos de borde de cuenca. Según Camacho (1927), esta depresión presenta intercalaciones de niveles de “arena fina y gruesa, greda y arcilla” saturados de agua, cuyos depósitos arcillosos eran utilizados para producir materiales destinados a la construcción (Manzano, 1951). La importancia de estos depósitos para fines de microzo-nificación sísmica se basa en el potencial de los mismos en generar asentamientos del terreno.
f) Núcleo rocoso de El Marqués (zona 7, Figura 3)
Hacia el cierre oriental de la cuenca aluvial del Valle de Caracas, se ubica un núcleo rocoso de los Esquistos Las Mercedes rodeado de material de origen aluvial depositado principalmente por las quebradas Tócome, Caurimare, Ga-lindo y Pasaquire. Esta última quebrada fue rellenada arti-ficialmente para la construcción de la actual Av. Sanz y del distribuidor vial hacia la Av. Boyacá (Cota Mil) cuando se prolongó esta avenida hacia el este en 1972. El dispositivo señalado genera zonas potencialmente conflictivas debido a las cuñas sedimentarias adosadas contra el referido basa-mento rocoso.
g) Abanicos aluviales pleistocenos del casco colonial de la ciudad (zona 9, Figura 3)
La ciudad colonial se asienta sobre los abanicos pleisto-cenos Q3, Q2 y Q1 cruzados en tijera y cuyos materiales presentan facies más gruesas en la parte apical, y predomi-nantemente finas, limo-arenosas, en la extremidad distal. El sitio ocupado por el núcleo urbano inicial corresponde a una estrecha franja N-S de terrenos interrumpidos al este por la Qda. Catuche, salvada mediante puentes, y al oeste por la Qda. Los Padrones o Leandro, eliminada tempranamente mediante relleno a contar del siglo XVII. De esta manera, el perímetro de la ciudad colonial ubicado entre La Cande-laria, Caño Amarillo y La Pastora, y señalado por una línea punteada en las figuras 2 y 3, se encuentra definido en el subsuelo, por una gruesa capa de escombros arqueológicos de hasta más de 4 metros de espesor, como resultado de las destrucciones y reconstrucciones históricas sucesivas del espacio construido (Figura 4). Excavaciones arqueológicas practicadas en los cimientos de edificaciones coloniales en-
contradas en la base de la capa de escombros evidenciaron deformaciones permanentes que podrían relacionarse con los terremotos de 1641 y 1812 (Sanoja & Vargas-Arenas, 2002; Oropeza & Zambrano, 2007). En efecto, en el sub-suelo de la Escuela José Ángel Lamas, Sanoja & Vargas-Arenas (2002) encontraron restos de ladrillos fracturados y rotados a 45º en dirección NO-SE y pertenecientes a la iglesia II (San Sebastián-San Mauricio), atribuidos al terre-moto de 1641, responsable de la destrucción de la referida iglesia (Figura 5). De la misma forma, estos autores identi-ficaron en un muro de tapia de la iglesia IV (San Mauricio), una discontinuidad constructiva muy vistosa, que atribuyen al terremoto de 1812, al haber tenido que reconstruirse esta pared de tapia después del terremoto con materiales dife-rentes (Figura 6).
Figura 4. Extensión aproximada de la capa de escom-bros arqueológicos de la ciudad colonial de Caracas entre las quebradas Catuche y Los Padrones-Caroata (Oropeza & Zambrano, 2007).
Figura 5. Vista en planta de la Iglesia II (San Sebastián-San Mauricio) y ubicación de ladrillos rotados 45º hacia el NO por el terremoto de 1641 (Modificado de Sanoja & Vargas Arenas, 2002).
Figura 6. Discontinuidad constructiva atribuida al te-rremoto de 1812 en las estructuras de la Iglesia IV (San Mauricio), ubicadas en las fundaciones de la Escuela José Ángel Lamas, Av. Urdaneta (Modificado de Sanoja & Vargas Arenas, 2002).
Adicionalmente, la prolongación del estribo rocoso de El Calvario en dirección a la ciudad por medio de la loma de la
mado de las correspondientes capas de información:
- Características litológicas en superficie: las cuales son extraídas de la descripción litológica general de las uni-dades geológicas cuaternarias cartografiadas (Singer et al. 2007).
- Profundidad del tope de roca: correspondiente a la pro-fundidad promedio del basamento rocoso señalada en el mapa de espesores de sedimentos de Moncada (2005). De una manera muy general: a mayor espesor de sedimentos mayor amplificación de las ondas sísmicas.
- Profundidad de la mesa de agua: se refiere a la profundi-dad estimada del tope de la mesa de agua según el mapa de isopiezas de Delaware Corporation (1950) y en virtud de la importancia concedida a la misma en los trabajos de micro-zonificación sísmica de Medvedev (1962, 1972).
- Enclaves urbanos: se refiere a los niveles de incomuni-cación vial generados por los factores de confinamiento naturales del valle y colinas de Caracas (microcuencas de drenaje, trazado de quebradas, entre otros.) (Oropeza & Zambrano, 2007).
- Concentración de daños sísmicos: extraída del mapa de distribución de daños causados por el sismo de 1967, reali-zado por la Oficina Metropolitana de Planificación Urbana (OMPU) y el Ministerio de Obras Públicas (MOP) en 1968.
- Fuentes de deformaciones permanentes: se refiere a la po-sibilidad de ocurrencia de las siguientes manifestaciones de rupturas de superficie originadas por: a) fallamiento activo; b) licuación de suelos; c) trayectoria de aludes torrenciales y deslizamientos de tierra, etc.; d) asentamientos del terre-no.
- Geositios potencialmente vulnerables: conciernen a las respuestas sísmicas potencialmente desfavorables que se pueden esperar de los terrenos por efectos de borde de cuenca y otras geometrías desfavorables, así como por el espesor de la columna de sedimentos, y efectos topográfi-cos de tope y pie de crestas y taludes.
La Tabla 1 presenta la evaluación de los parámetros geoló-gicos que entran en la caracterización de cada microzona separada.
“Faltriquera”, erradicada en la Colonia entre la Qda. Caroata y la actual Plaza Caracas y cuya memoria geológica perdura en la Esquina de La Pedrera (Oropeza & Zambrano, 2007), plantea una complejidad geológica adicional en el subsuelo del casco urbano y en la respuesta sísmica del mismo, al in-troducirse el referido saliente rocoso transversalmente bajo la cubierta de abanicos aluviales pleistocenos.
h) Canales de deslave holocenos (zonas 4 y 5, Figura 3)
La complejidad geológica-geotécnica del subsuelo aluvial mas superficial de la parte este de la ciudad, está señala-da por dos sectores de canales de deslaves holocenos ori-ginados por la transfluencia de las quebradas Tócome y Chacaíto hacia el oeste y hacia la Plaza Venezuela, y cuyos materiales arenosos se encuentran empotrados en el tope arcilloso de los abanicos aluviales Q2 mejor consolidados del Pleistoceno medio y de los depósitos lacustres Q1, pro-piciando de esta manera la ubicación en los mismos de me-sas locales de agua emperchada (Singer et al. 2007, véase figura 20). La profundidad anómala del basamento rocoso entre Los Dos Caminos y Montecristo (± 300 m) conjuga sus efectos con las características anisotrópicas señaladas de la geología de superficie, como factores potenciales de desmejoramiento de la respuesta sísmica de los terrenos de esta microzona sísmica.
i) Terrazas aluviales de Vista Alegre y El Valle (zonas 11, Figura 3)
Los sectores de Vista Alegre-El Guarataro y El Valle se encuentran desarrollados sobre un nivel de terraza aluvial del Pleistoceno superior Q1, que domina las vegas aluviales holocenas de los ríos Guaire y Valle, y conformado por de-pósitos areno-gravosos de origen lateral mal consolidados y acuñados contra el basamento rocoso, escenario favorable para el desarrollo de efectos de borde.
j) Rampas coluvio-torrenciales de La Vega y Valle Arri-ba (zonas 10, Figura 3)
En la desembocadura de las quebradas La Vega y Baruta hacia el río Guaire se edificaron rampas detríticas de ma-teriales areno-gravosos del Pleistoceno medio Q2, inter-calados con horizontes arcillo-limosos de origen coluvio-torrencial de espesores importantes y morfología degradada muy irregular.
Caracterización de microzonas
La caracterización geológica de las microzonas anterior-mente señaladas, se realizó sobre la base de la evaluación de los siguientes parámetros significativos y solape aproxi-
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CONCLUSIONES
Las condiciones geológicas del Valle de Caracas, que se en-cuentran configuradas en el mapa geológico del Cuaternario y de las fallas cuaternarias (Singer et al. 2007), conducen a definir 11 microzonas homogéneas para fines de micro-zonificación sísmica. La discriminación de las mismas se efectuó por medio de la evaluación de cada microzona en función de 7 descriptores considerados como significativos (litología, tope de roca, mesa de agua, enclaves urbanos, daños sísmicos, deformaciones permanentes y geositios vulnerables). Al respecto, las microzonas con mejor nivel de definición geológica corresponden a las depresiones confinadas de Prado de María-El Cementerio-San Pedro y de Catia-Propatria, por la homogeneidad litológica de su relleno aluvial.
En el límite norte de la ciudad, la mayor fuente local de amenaza coincide con la franja de deformaciones piemon-tinas cuaternarias desarrolladas por la falla de El Ávila en su condición de falla activa de sitio. Esta bisagra estructural es responsable, además, de las modalidades de articulación de la depresión de ángulo de falla con la mole de El Ávila y de las correspondientes condiciones tectónicas de sitio, que controlan la geometría y profundidad del basamento rocoso y las consecutivas anomalías de espesor de sedimentos en las microzonas ubicadas en la franja piemontina de El Ávila entre Catia y El Marqués.
Por otra parte, la expansión lateral de los abanicos aluviales piemontinos confina a las unidades geológicas de edad más reciente y los suelos con respuesta sísmica potencialmente más conflictiva, en un estrecho corredor acuñado contra el basamento rocoso a lo largo de los ríos Guaire y Valle en las correspondientes microzonas.
Por último, y por su tendencia subsidente pronunciada y asociada al mayor espesor de sedimentos, la depresión de Campo Alegre-Los Palos Grandes-Los Ruices y sus co-rrespondientes microzonas, se encuentran particularmente expuestas a la acción recurrente de deslaves torrenciales, como los ocurridos en época prehispánica en intervalos de tiempo del orden de 500 años.
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