Utilización de los mapas de microzonificación sísmica en el análisis de la vulnerabilidad y la evaluación del riesgo sísmico de áreas urbanas en Cuba

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Utilización de los mapas de microzonificación sísmica en el análisis

de la vulnerabilidad y la evaluación del riesgo sísmico de áreas

urbanas en Cuba

BERTHA E. GONZÁLEZ RAYNAL

Centro Nacional de Investigaciones Sismológicas, Departamento de Sismología de Ciudad de la Habana, Calle 212 No 2906 e/ 29 y 31, Reparto La Coronela, Lisa, La Habana. Telf. 272

0830 e-mail: bertha@chcenais.cu; berthaelenag@yahoo.com RESUMEN

Se presentan los resultados de algunas investigaciones de microzonificación sísmica de asentamientos urbanos de Cuba, ubicados en zonas con diferentes niveles de amenaza pero sometidos todos a un elevado riesgo. Estos asentamientos son la ciudad de Santiago de Cuba con mas de 400.000 habitantes, ubicada en el oriente del País, y dos municipios totalmente urbanizados de la capital cubana, con una población total superior a los 80.000 habitantes y una densidad poblacional de mas de 20.000 hab./km2. Se describe brevemente la metodología utilizada para la confección de estos mapas, que se basa en el análisis comparativo de las características geotécnicas para la predicción de las variaciones (incrementos o decrementos) de la intensidad sísmica básica, y la identificación de zonas con alta susceptibilidad de ocurrencia de peligros geológicos inducidos. La realización de numerosas mediciones de microsismos de alta frecuencia de origen antrópico, permitió determinar la respuesta dinámica de los suelos de las áreas investigadas. Se muestra también la utilidad de los mapas de microzonificación en el análisis de la vulnerabilidad y el riesgo de los asentamientos urbanos.

Palabras claves: microzonificación sísmica, vulnerabilidad, riesgo, áreas urbanas.

Use of seismic microzonation maps in seismic vulnerability analysis and risk assessment for urban areas in Cuba

ABSTRACT

Results of research concerning seismic microzonation of several urban settlements in Cuba, placed in zones with different hazard levels, but all of them submitted to high risk, are presented in this paper. These settlements are the city of Santiago de Cuba, with more than 400,000 inhabitants located in the eastern part of the country and several densely urbanized municipalities of the capital of Cuba, with a total population of more than 80,000 inhabitants and a population density of more than 20,000 inh/km2. The methodology for the compilation of these maps is briefly described. It consists in the comparative analysis of geotechnical features for the prediction of intensity variations and the identification of zones with high susceptibility for seismic induced geological hazards. The realization of high frequency microtremor measurements allow us to determine the dynamic response of soils in the areas studied. The helpfulness of seismic microzonation maps in the analysis of vulnerability and risk for urban settlements is also shown.

Keywords: seismic microzonation, vulnerability, risk, urban areas. Recibido: febrero de 2006 Revisado: diciembre de 2006

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INTRODUCCIÓN

La prevención y mitigación del riesgo sísmico se ha convertido en una necesidad imperiosa, no sólo para los países más propensos a los sismos, sino también, para los de baja y moderada sismicidad. Esto se debe a los impactos negativos de los terremotos en la economía y el medio ambiente de las grandes ciudades, debido a sus efectos directos y secundarios asociados. Los mapas de microzonificación sísmica son una importante herramienta para el planeamiento territorial y la reducción de la vulnerabilidad de los elementos sometidos a riesgo: personas, viviendas, instalaciones críticas y entorno natural. Estos posibilitan la ubicación de las futuras construcciones en los sitios más seguros, el perfeccionamiento de los códigos de construcción y el reforzamiento más conveniente de las edificaciones existentes, para que puedan soportar mejor los efectos de futuros terremotos. En Cuba se le concede gran importancia estatal a este tema. A lo largo de dos décadas, se ha acumulado una rica experiencia que se centra, fundamentalmente, en la realización de la microzonificación sísmica de las áreas urbanas. Dada la alta sismicidad de la región oriental del país, las ciudades de esta zona han recibido un tratamiento preferencial.

Se añaden dos municipios densamente urbanizados de la ciudad de La Habana, en el occidente del país, que presentan una tendencia mantenida por décadas a un crecimiento caótico.

Características generales de la sismicidad y el peligro sísmico de Cuba

La posición del archipiélago cubano respecto a las placas tectónicas de Norteamérica y el Caribe, determina la presencia en su territorio de dos tipos de sismicidad. El primer tipo está asociado a la zona límite de placas de Cuba sur oriental y se caracteriza por una mayor frecuencia de ocurrencia de sismos de magnitudes grandes (M>7,0). Estos sismos están relacionados con los desplazamientos de la falla transcurrente Oriente, principal zona sismogénica de Cuba. El segundo se asocia a la zona de interior de placas que incluye al resto del territorio insular. Esta zona presenta Tabla 1. Terremotos más fuertes reportados en Cuba I > 7,0. una sismicidad relativamente baja, que se caracteriza por la manifestación de períodos de mayor actividad que alternan con otros de relativa calma. Los terremotos reportados en la zona de interior de placas no han sobrepasado la magnitud M=6,2. Los mismos están relacionados con la actividad de fallas regionales, principalmente en las zonas occidental y central de Cuba.

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En el territorio de la actual provincia de Santiago de Cuba, se ha reportado el mayor número de eventos sísmicos destructivos a lo largo de la historia (22). Las intensidades de estos eventos son iguales o mayores que 7 en la escala MSK de 12 grados (tabla 1). El terremoto destructivo más reciente, que afectó más del 70% de las edificaciones de la ciudad, ocurrió el del 3 de febrero de 1932. Su magnitud fue de 6,8, y produjo efectos de 8 grados de intensidad o mayores en la zona epicentral.

Los mayores daños se reportaron en las zonas que bordean la Bahía de Santiago de Cuba. En estas zonas afloran sedimentos friables arcillo-arenosos inundados del

Un recordatorio necesario

Acerca de la historia de la zonificación del peligro a escala regional en Cuba es necesario hacer algunas precisiones: el primer mapa de zonificación sísmica se confeccionó a finales de la década de los años 60. Como información básica, se utilizaron datos de terremotos perceptibles y fuertes ocurridos en el territorio nacional provenientes, en su mayoría, de fuentes históricas. Este mapa fue publicado en 1970 en el Atlas Nacional de Cuba con la denominación de «Mapa de Intensidades Sísmicas de Cuba».

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Entre 1980 y 1983, se confeccionó un nuevo mapa en el que se incluyeron datos adicionales de terremotos perceptibles y fuertes ocurridos en el país, así como la información geológica y tectónica existente. Se debe señalar, que para la obtención de estos primeros mapas no fueron delimitadas zonas sismogénicas, ni se realizaron estimados cuantitativos del peligro sísmico. La información geológica y tectónica se utilizó sólo como auxiliar para la delimitación de las fronteras de las zonas de diferentes intensidades que se corresponden con las máximas observadas.

Específicamente, el mapa preparado por Chuy et al., (1983) sirvió como documento básico para la norma cubana de construcción en zonas sísmicas publicada en 1985. Esta norma fue preparada en función de la intensidad macrosísmica expresada en la escala de intensidades M.S.K. (1964).

Una segunda generación de mapas de peligro sísmico del territorio nacional, comenzó a ser elaborada a finales de la década de los ochenta. Para el cálculo de los estimados del peligro se utilizaron diferentes algoritmos basados en el enfoque probabilístico zonificado. Como resultado, se obtuvieron mapas de intensidades para períodos de recurrencia de 100 y 1000 años, y de probabilidades de no excedencia de ciertos valores de intensidad de los movimientos del terreno para tiempos de exposición de 20 y 50 años. Estos mapas se publicaron en 1989, en el Nuevo Atlas Nacional de Cuba.

En 1995 se confeccionó una nueva versión del mapa de zonificación sísmica del territorio nacional, expresado en términos de la aceleración pico horizontal del movimiento del terreno (Chuy y Álvarez, 1995). Este mapa sirvió de base al Nuevo Documento Normativo para la Construcción en Zonas Sísmicas publicado en 1996, y actualmente vigente en Cuba. Como puede apreciarse, es a partir de 1995 que se introduce la aceleración como parámetro para la medición de efecto sísmico.

En el 2002 se iniciaron nuevas investigaciones para la obtención de una tercera generación de estimados probabilísticos del peligro sísmico, con el error asociado (García et al., 2003). Para ello se utilizaron métodos probabilísticos zonificados y no zonificados y el procedimiento del árbol lógico de decisión. Actualmente se cuenta con diferentes variantes de mapas de peligro para el territorio nacional, donde el parámetro que mide la severidad del movimiento del terreno es la aceleración. Como puede apreciarse, todo lo expuesto guarda una total coherencia con la política mantenida por Cuba para las investigaciones sismológicas que ha sido altamente influenciada en un principio por la escuela sismológica de la Unión Soviética. Por ello, a un lector influido por la literatura occidental, la metodología expuesta puede aparecer no acorde con los procedimientos empleados en muchos países de nuestro hemisferio.

Por el interés que reviste para Cuba el riesgo sísmico para la segunda ciudad en importancia, en paralelo a los estudios regionales, se realizaron estudios específicos, con el objetivo de precisar el peligro sísmico a que está sometida Santiago de Cuba (Álvarez, 1983; González y Kogan, 1987). Como resultado de dichos estudios, se obtuvo un nivel básico de intensidad (o grado base) de 8 grados. Este valor de intensidad fué adoptado para los estudios de microzonificación sísmica de este territorio urbano. Una detallada descripción de los suelos, que en algunas partes de este trabajo aparece de forma muy general, y que ha constituido parte esencial de este trabajo, aparece en varias referencias (González et al., 1984, 1989; González 1991; Zapata, 1996).

Finalmente, es necesario destacar el hecho que para los trabajos de microzonificación sísmica en Santiago de Cuba fue utilizado un equipo analógico selector por frecuencias. Hoy

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día esta tecnología de carácter analógico ha sido superada por una de carácter digital, pero sin dudas contribuyó en su momento a darle un nivel de detalle muy alto al trabajo de microzonificación.

METODOLOGÍA Y RESULTADOS DE LOS TRABAJOS DE MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA

En Santiago de Cuba

Los estudios para la confección de un mapa de microzonificación sísmica de Santiago de Cuba comenzaron a realizarse, de forma sistemática, a comienzos de la década de los años 80 (González et al., 1984, 1989). Para ello se utilizó el método conocido como «Analogías Ingeniero- Geológicas» (Medvedev, 1962, 1973, 1977; Everden y Thompson, 1985), adaptado a las características geológicas específicas de la zona investigada. Este método se basa en la comparación de la intensidad de los efectos de los terremotos en zonas con diferentes condiciones geológicas, geomorfológicas, hidrogeológicas y geotécnicas. Dicha comparación permite establecer una correlación, de carácter empírico, entre la geología superficial y las variaciones de la intensidad sísmica observadas durante la ocurrencia de terremotos reales. Esta es la idea elemental en que se basa el procedimiento empleado. En este caso, el parámetro utilizado para la microzonificación es ΔI, que se define como el incremento (o decremento) de la intensidad macrosímica esperada, con relación a la correspondiente a un suelo de referencia en el que se registra la intensidad que resulta de las evaluaciones del peligro sísmico detallado (grado base). En el caso de Santiago de Cuba, la misma fue de 8 grados en la escala M.S.K.

Para la aplicación del método de las analogías ingenierogeológicas se realizó el análisis detallado de las condiciones geológicas, geomorfológicas, ingeniero-geológicas e hidrogeológicas del territorio urbano, utilizando como información básica las columnas lito-estratigráficas de más de 1000 perforaciones con profundidades comprendidas entre 10 y 60m. De forma adicional, se realizó la interpretación de fotos aéreas a diferentes escalas (Barceló et al., 1984) con el propósito de cartografiar las fallas y fracturas presentes en el territorio y las zonas con una mayor densidad de agrietamiento. Obviamente, estas zonas representan un peligro potencial para las construcciones. La fotointerpretación permitió también cartografiar la distribución de los sedimentos no consolidados del Cuaternario, que cubren una parte importante de la ciudad. Estos sedimentos fueron clasificados, de acuerdo con su génesis y características en: aluviales, deluvio-proluviales, marino-palustres, antropogénicos y mezclas heterogéneas de suelo.

Sobre la base de la información anterior se confeccionaron dos mapas temáticos: el mapa de las tipologías básicas de suelo (figura 1), donde se muestran también las isolíneas de las potencias de los sedimentos friables y el mapa de la profundidad de yacencia de las aguas subterráneas (figura 2), que permite analizar la influencia negativa de este factor en el efecto sísmico, e identificar zonas susceptibles a procesos de licuación. Es posible obtener una información más detallada sobre la metodología empleada en las Recomendaciones para la microzonificación sísmica de la Unión Soviética (Medvedev, 1973).

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Figura 1. Esquema de las categorías de suelo.

1- rocas vulcanógeno-sedimentarias, 2- calizas (F. Maya), 3- calizas (F. Jaimanitas), 4- margas, calizas, calcarenitas, 5-6 suelos friables: arcillas arenosas y arenas arcillosas, 7- fallas seguras, 8- fallas supuestas, 9- frontera de los sedimentos friables.

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Figura 2. Esquema de la profundidad del manto freático 1. 0-1m; 2. 1-4m; 3- 4-10m; 4. e» 10m.

Mediante la superposición y el análisis conjunto de los mapas anteriores, se identificaron y delimitaron en el territorio zonas de cuatro categorías sobre la base del criterio de cuan favorable es cada una para la ubicación de construcciones de diferente envergadura. En dichas zonas, se pronostican variaciones (incrementos o decrementos) de la intensidad sísmica básica ΔI, relativas a un suelo de referencia o patrón. Está claro que para este suelo patrón ΔI =0.

Las variaciones de la intensidad sísmica que fueron estimadas para las diferentes zonas, se adicionan entonces algébricamente, al nivel básico de intensidad (I=8 grados MSK). Como resultado de este estudio se obtuvo el mapa de microzonificación sísmica (figura 3). Aquí se identifican suelos de cuatro categorías: 1- no aptos para la construcción I > 9; 2 - poco favorables I=9; 3- medios I=8 y 4 – favorables I=7. Obviamente, se han reportado las intensidades sobre la base de incrementar o decrementar el valor 8.

Figura 3. Mapa de microzonificación sísmica de la ciudad de Santiago de Cuba. 1- Zonas no favorables para la construcción I >9, 2- Zonas poco favorables I=9, 3- Zonas con suelo medio I=8, 4- Zonas favorables I=7.

Es importante señalar que el mapa de la figura 3 constituye un mapa pronóstico, por lo que resultaba necesaria su validación. Esta fue realizada mediante el análisis de la distribución espacial de las intensidades producidas en el territorio urbano por más de 10 terremotos moderados o fuertes, con epicentros localizados al Sur de la ciudad (Chuy, 1988; Zapata y Chuy, 1992). El análisis realizado mostró muy pocas discrepancias entre la distribución real de las intensidades y la pronosticada. Resultó sorprendente la casi total correspondencia

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entre los valores pronosticados y lo que realmente ocurrió en un periodo de casi 500 años. Sin dudas esto constituyó una buena comprobación de la eficacia del modelo utilizado.

La selección del método de analogías ingenieros-geológicas para realizar los primeros trabajos de microzonificación sísmica en Santiago de Cuba resultaba aconsejable debido a que se contaba con una Norma Sísmica donde el parámetro utilizado para medir el efecto sísmico era la intensidad macrosísmica. Además en Cuba se carecía, y se carece aún, de una red de acelerógrafos que permitiera utilizar técnicas experimentales directas en estos trabajos.

Sin embargo, se contaba con un catálogo muy completo de terremotos perceptibles y fuertes de casi 500 años de antigüedad. La información de los efectos de un significativo número de terremotos históricos permitió confeccionar mapas de isosistas muy detallados y validar, como se mencionó anteriormente, la zonificación basada en información geológica. Para evaluar la respuesta dinámica de los suelos, se realizó una primera campaña de mediciones instrumentales de microsismos de periodo corto con equipos analógicos selectores por frecuencias, en 120 puntos geológicamente representativos del territorio (González, 1991). Sobre la base del procesamiento de los registros, se construyó un conjunto de mapas de interés para la ingeniería como los de los factores de amplificación experimentales del suelo para las diferentes bandas de frecuencias del equipo.

Durante la participación de Cuba en el Proyecto Internacional «Joint Studies on Seismic Microzonation in Earthaquake Countries» (1998-2000), con financiamiento del Ministerio de Educación, Ciencia y Cultura de Japón, se realizaron nuevas mediciones instrumentales de microsismos en la zona más densamente urbanizada de la ciudad. Su objetivo fue evaluar, con mayor precisión, la respuesta dinámica de los suelos para futuras investigaciones de la vulnerabilidad y el riesgo sísmico de la ciudad.

Se realizó un total de 155 observaciones utilizando equipamiento portátil con registro digital, en los puntos de una red cuasi regular de 100 x 100 m. Se realizaron también mediciones en un perfil experimental a lo largo de la ciudad que interceptaba zonas con diferentes condiciones geológicas.

Mediante el procesamiento de los registros obtenidos en diferentes puntos de observación se obtuvieron los espectros de Fourier y los cocientes espectrales relativos a puntos patrones. Estos puntos fueron previamente seleccionados en suelos compactos y friables. También se calcularon los cocientes espectrales H/V, utilizando la técnica propuesta por Nakamura (1989), con el objetivo de determinar, con una mayor precisión, los periodos fundamentales de los suelos.

Se confeccionaron mapas de distribución de los periodos y amplitudes máximas para las tres componentes del registro (NS, EW y Z). El mapa de distribución de los periodos predominantes en la componente NS del registro se muestra en la figura 4.

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Figura 4. Distribución de los periodos predominantes de los suelos en la ciudad de Santiago de Cuba

Paralelamente, como apoyo a los estudios de microzonificación sísmica, se realizaron mediciones instrumentales de microsismos en las azoteas y pisos intermedios de más de 70 edificios de vivienda, tanto tradicionales como de nuevas tipologías constructivas. La muestra seleccionada estaba conformada por edificios de mampostería de piedra y ladrillos, hormigón no reforzado y reforzado, estructuras de acero y edificios con elementos prefabricados de los sistemas: IMS de 5, 8, 12 y 18 plantas; E14 de 3, 4 y 5 plantas y Gran Panel de 4 y 5 plantas.

El objetivo de estas mediciones fue la determinación de los periodos naturales de oscilación de las edificaciones, de forma que se pudiera predecir su comportamiento ante posibles sismos. Las mediciones realizadas permitieron también obtener una relación de correlación, que resultó ser lineal, entre el periodo natural de oscilación de la edificación y el número de plantas. La pendiente de la recta resultó igual a 0,054.

Por otra parte, las determinaciones de los periodos naturales de las edificaciones constituyeron un elemento esencial en las evaluaciones de la vulnerabilidad física del fondo

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habitacional de la ciudad y en el modelado de los futuros escenarios de daños por terremotos locales y cercanos. Lógicamente, estos eventos pueden producir oscilaciones con diferente contenido espectral y duración. Por esta razón, estos terremotos son susceptibles de afectar las estructuras, de forma diferente, en dependencia del periodo natural de oscilación de las mismas.

Los resultados de la microzonificacion sísmica de la ciudad de Santiago de Cuba han sido de gran utilidad en los estudios de vulnerabilidad sísmica del fondo habitacional. En el primero de estos estudios realizado por Oliva et al., (1991), se calculó, para todas las manzanas correspondientes a la zona más densamente poblada de la ciudad la vulnerabilidad (V), a partir de la sumatoria de varios índices. Para la determinación de estos índices se consideró la siguiente información: población residente, tipología constructiva, estado técnico y altura de las edificaciones, intensidad sísmica esperable, categoría del suelo, condiciones ingeniero-geológicas e hidrogeológicas, cotas y pendiente del terreno. Mediante una ponderación de estos factores se clasificó el territorio estudiado en varios niveles de vulnerabilidad (baja, media y alta).

Como resultado de este trabajo se obtuvo que del total de las 1267 manzanas evaluadas, el 61,7% se encuentra en la zona donde se esperan efectos sísmicos de 9 grados de intensidad, es decir, donde se pronostican incrementos de un grado con respecto al suelo patrón para el cual I=8. También la mayor parte de las edificaciones se encuentra en la zona de I=9, y en las mismas, habita el 64% de la población total de la ciudad.

El segundo estudio realizado (García et al., 2002) con el fin de evaluar el riesgo sísmico de la ciudad, tomó en consideración parámetros como el peligro sísmico puntual, las condiciones ingeniero-geológicas del sitio de emplazamiento de las estructuras y su influencia en la variación de los movimientos sísmicos, la tipología constructiva y su estado técnico y otros factores de carácter antrópico. Algunos de estos parámetros fueron obtenidos directamente de los estudios de microzonificación sísmica, en particular los relativos a la respuesta dinámica de los suelos y las edificaciones.

En la Habana

La evaluación del riesgo sísmico a que están sometidas las grandes ciudades situadas en las zonas de baja y moderada sismicidad constituye hoy día una necesidad imperiosa por el elevado costo de los elementos sometidos a riesgo y los impactos ambientales que pueden provocar los efectos indirectos de estos fenómenos naturales.

La ciudad de La Habana, capital de la República de Cuba, fue fundada en 1519. El territorio posee una superficie de 739,9 km2 y la población residente asciende a 2,5 millones de habitantes. La edad promedio de las edificaciones es de 70 años aproximadamente, pero en el centro histórico, algunas sobrepasan los 150 años de construidas y poseen alto valor patrimonial (histórico, cultural y arquitectónico).

A lo anterior se añade el deficiente estado técnicoconstructivo de un gran número de edificaciones, debido al envejecimiento y la falta de mantenimiento. Lógicamente, esto incrementa considerablemente su vulnerabilidad a los efectos de un sismo local de moderada intensidad.

Contrariamente a lo que pudiera pensarse, el riesgo sísmico en la parte occidental de Cuba, en modo alguno puede ser obviado. Por ejemplo, el fuerte terremoto del 23 de Enero de 1880 (M=6,0; Io=VIII), con epicentro macrosísmico en la localidad de San Cristóbal, a 80

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km. de distancia al oeste suroeste de la capital, fue perceptible con VI grados de intensidad en algunos de sus antiguos barrios.

De acuerdo con los estimados del peligro sísmico regional obtenidos por García, et al., 2005, la ciudad de La Habana se encuentra dentro de la zona de 6 grados de intensidad MSK, para una probabilidad de no excedencia del 90% en 50 años.Conviene aclarar que este valor de intensidad es el correspondiente a la roca (suelo de categoría I).

Los municipios seleccionados para la realización de los primeros trabajos de microzonificación sísmica de la capital fueron Habana Vieja y Centro Habana. Los factores que se tuvieron en cuenta para esta selección fueron:

• la alta densidad poblacional. • el grado total de urbanización.

• la presencia de industrias contaminantes.

• la existencia de edificaciones con alto valor patrimonial. • el alto grado de deterioro del fondo habitacional.

En el territorio de los municipios estudiados se encuentran representadas formaciones geológicas del Cretácico Superior, Paleógeno y Cuaternario. Las formaciones del Cretácico superior están compuestas por argilitas, areniscas, calcarenitas, conglomerados con matriz areno-arcillosa, margas, calizas, arcillas y tufitas. Una descripción detallada de las características geológicas de la zona aparece en Albear e Iturralde-Vinent (1985). Se añade que las formaciones del Paleógeno se componen de argilitas, areniscas, gravelitas, calcarenitas, margas, calizas y conglomerados.

Las Formaciones de edad Cuaternaria (Pleistoceno) están constituidas mayormente por calizas intemperizadas con macroporosidad y significativamente afectadas por el carso superficial. Las formaciones antes mencionadas se encuentran frecuentemente cubiertas por materiales relleno de composición arcillosa con fragmentos de caliza y materiales de construcción

Tomando en consideración las particularidades de la ciudad de La Habana (extensión, complejidad) y, teniendo en cuenta la disponibilidad de información geotécnica, se propuso para la microzonificación sísmica de sus municipios urbanos un procedimiento general que consta de las siguientes etapas:

 Precisamiento del peligro sísmico del territorio considerando, sobre todo, las zonas sismogénicas que representan la mayor amenaza.

 Clasificación de los suelos en categorías de diferente grado de favorabilidad constructiva (I, II, III y IV), sobre la base del análisis de algunos parámetros físicomecánicos y sísmicos.

 Cálculo de los incrementos de la intensidad ÄI por el Método de la Rigidez Sísmica (Medvedev, 1977), considerando como patrón único la roca granítica. A esto se añade la confección del mapa correspondiente.

 Transformación del mapa de incrementos de intensidad sísmica en un mapa de factor de amplificación del suelo AHS) respecto a la roca, todo esto mediante el empleo de la relación propuesta por Borcherdt y Gibbs (1976).

 Determinación de los periodos predominantes de los suelos con ayuda de mediciones de microsismos de origen antrópico.

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La información primaria para la confección de los mapas de microzonificación sísmica se obtuvo de numerosos y diversos ensayos geotécnicos realizados en más de 400 perforaciones con profundidades comprendidas entre 15,0 y 100,0 m. También se contaba, para cada municipio, con un mapa de los complejos ingeniero-geológica a escala 1:10 000. El análisis de la información anterior permitió realizar la clasificación de los suelos en las categorías II y III (medios y desfavorables). Para esta clasificación, se tuvieron en cuenta los valores de los parámetros físico-mecánicos de los suelos y rocas: índice de consistencia, coeficiente de poros, densidad natural, resistencia a la compresión axial y velocidad de propagación de las ondas sísmicas transversales Vs, determinadas a partir de trabajos de sísmica somera (González et al., 2000).

Posteriormente, se calcularon los incrementos de la intensidad sísmica mediante la comparación de los valores de la rigidez sísmica (ãi.vi) de los suelos del área, con la rigidez sísmica de la roca granítica (ão.vo), considerada como patrón. Dichos cálculos se realizaron utilizando la fórmula propuesta por Medvedev (1977).

Donde: vo y vi son las velocidades de propagación de las ondas sísmicas transversales de las rocas graníticas y del suelo investigado respectivamente, y ão y ãi las densidades correspondientes.

Al mismo tiempo, se realizaron mediciones de microsismos de período corto (T<1seg.), en puntos previamente seleccionados del territorio, de acuerdo con su significación geológica, con el objetivo de evaluar la respuesta dinámica de los suelos.

En la figura 5, se presentan ejemplos de los registros obtenidos en algunos sitios de la ciudad. Estos fueron previamente seleccionados como los más representativos de las distintas formaciones geológicas y tipologías de suelo presentes en el territorio.

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Figura 5. Registros instrumentales de microsismos antrópicos en puntos de La Habana. Los mapas de incrementos de la intensidad sísmica con relación a las rocas graníticas para los municipios Habana Vieja y Centro Habana, se presentan en las figuras 6 y 7. En ellos se aprecia que los mayores incrementos de la intensidad sísmica corresponden al Norte y Noreste de la Habana Vieja, donde están representados los materiales de relleno y los sedimentos multigenéticos; estos se caracterizan por sus pésimas condiciones geotécnicas. Los incrementos de la intensidad sísmica relativos a la roca granítica fueron transformados en factores de amplificación (Borcherdt y Gibbs, 1976). Se obtuvieron valores de este parámetro que oscilan entre 4 y 12, para periodos que median entre 0,1 y 0,6 seg.

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Figura 7. Mapa de incrementos de la intensidad sísmica del municipio Habana Vieja.

Los mapas de microzonificación sísmica sirvieron de base para la realización de evaluaciones de la vulnerabilidad sísmica de las edificaciones existentes a nivel de Consejos Populares. En Cuba, estos constituyen microdivisiones político-administrativas de los municipios. Estos Consejos Populares son los encargados de ejecutar las acciones de intervención para mejorar las condiciones de las edificaciones existentes reduciendo su vulnerabilidad a las amenazas naturales. Para ello toman decisiones estratégicas sobre la inversión de recursos, prioridades y medidas profilácticas destinadas a la prevención de desastres.

En el análisis realizado, se pudo constatar que más del 70% de las edificaciones cuyo estado técnico ha sido evaluado de regular o malo, presentan el agravante de estar ubicadas en zonas con condiciones de suelo desfavorables en las que pueden ocurrir incrementos de un grado de intensidad o más con relación a la roca. Resulta obvia la gravedad de este hecho, dada la posibilidad de ocurrencia de una catástrofe de gran envergadura en el caso de ocurrencia de un evento sísmico de la intensidad adecuada.

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El mapa de microzonificación sísmica del municipio de Centro Habana, muy característico por presentar la mayor densidad poblacional de país, fue utilizado directamente en la estimación preliminar de la vulnerabilidad de dicho territorio (González, 1998). Para ello se consideraron: la población total y su composición, las tipologías constructivas predominantes, la edad, estado técnico y uso de las edificaciones, número de plantas, condiciones ingenierogeológicas del sitio de emplazamiento y distribución y estado de las redes técnicas. Las edificaciones predominantes son las de mampostería de piedra y ladrillo de 1-4 plantas y las de hormigón no reforzado y de 2-5 plantas, con periodos naturales de oscilación comprendidos entre 0,2 y 0,7 segundos.

De acuerdo con las características espectrales de los sismos susceptibles de afectar al municipio y de los periodos fundamentales de los suelos y edificios, obtenidos de los estudios de microzonificación sísmica, la vulnerabilidad del territorio a los efectos de un sismo de moderada intensidad se clasifica como alta. Se identificaron aquellos Consejos Populares más vulnerables y se realizaron propuestas de intervención en los mismos. Conviene destacar que este alto grado de detalle de los resultados obtenidos, añade información valiosa con relación a la existente anteriormente.

CONCLUSIONES

Relativas a Santiago de Cuba

Las condiciones ingeniero-geológicas e hidrogeológicas son desfavorables en una parte importante del territorio (figura 3), donde están incluidos la zona industrial y el casco histórico. Los incrementos relativos de la intensidad sísmica pueden alcanzar los 2 grados en la zona de los sedimentos saturados que bordean la Bahía de Santiago de Cuba.

Existen cuatro categorías de suelos, a saber: no aptos para la construcción, no favorables, medios y favorables.

Existen en el territorio zonas tectonizadas y con una alta densidad de agrietamiento que representan un peligro potencial para las construcciones existentes, además de incrementar localmente el efecto sísmico.

La distribución espacial de los períodos predominantes determinados a partir del procesamiento de las mediciones de microsismos muestra una buena correspondencia con las condiciones geológicas locales del territorio. Los períodos predominantes de oscilación están entre 0,1-1,5 segundos, asociándose los valores mayores a los sedimentos aluviales de la cuenca del río San Juan y a los rellenos artificiales de consistencia muy blanda, que bordean la Bahía de Santiago de Cuba.

Relativas a los Municipios Habana Vieja y Centro Habana de la Capital

Los suelos se clasifican en las categorías II y III. En estos suelos pueden ocurrir incrementos potenciales de la intensidad sísmica de hasta 2 grados respecto al suelo medio (de referencia) y de 2-3 grados respecto al granito, específicamente al norte del municipio Habana Vieja. En esta zona están representados los sedimentos multigenéticos, el cieno y los rellenos artificiales que presentan condiciones geotécnicas sumamente desfavorables.

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Las condiciones hidrogeológicas son desfavorables en estos territorios, debido a la cercanía de los niveles de las aguas subterráneas a la superficie del terreno. Este factor contribuye de forma adicional al incremento del efecto sísmico.

Los periodos predominantes de los suelos, determinados a partir de los cocientes H/V de los microsismos oscilan entre 0,1 y 0,32 seg. para los suelos de las formaciones del Cretácico de categoría II; entre 0,2 y 0,4 para la formación correspondiente al Paleógeno de categoría II; entre 0,1 y 0,3,segundos, para las calizas de la Formación Jaimanitas del Pleistoceno de categoría II, y entre 0,5-0,6 seg. para los sedimentos del Holoceno y rellenos artificiales de categoría III.

Los factores de amplificación del suelo determinados mediante la fórmula de Borcherdt y Gibbs, oscilan entre 4 y 12, para periodos comprendidos entre 0,1 y 0,6 segundos.

La introducción de los resultados de los estudios de microzonificación sísmica en la práctica constructiva ha permitido considerar el uso del suelo como una función del peligro sísmico, donde se incluyen los efectos locales. Obviamente, esto ha redundado en una gestión más eficiente del riesgo, lo que sin dudas contribuirá a la reducción de las consecuencias de potenciales desastres sísmicos.

En general, la utilidad de los mapas de microzonificación de las áreas urbanas puede ser desglosada en tres aspectos fundamentales:

1. En el planeamiento urbano que está destinado a que integralmente en la región el riesgo sea mínimo. En lo adelante, las nuevas edificaciones podrán ser ubicadas en los sitios más seguros.

2. También, el cálculo y diseño de las futuras edificaciones podrá ser realizado disponiendo de la información de las características dinámicas del suelo en las diferentes partes del territorio, lo que las hará menos vulnerables en el caso de ocurrencia de eventos sísmicos. 3. Se podrá emprender la modificación de las edificaciones existentes con el fin de hacerlas menos vulnerables a la ocurrencia de un evento sísmico. Por primera vez, se podrá tomar en consideración el tipo de suelo donde están emplazadas las mismas.

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