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Peligro sísmico en San Rafael del Sur, Managua-Nicaragua



    RESUMEN

    El presente trabajo tiene como objetivo determinar el
    peligro sísmico asociado a fallas geológicas en un
    área al Noroeste de San Rafael del Sur, para la
    planificación física y uso del territorio, basado
    en revisiones bibliográficas, descripciones
    geológicas de campo y en el análisis sísmico
    histórico e instrumental con apoyo de Mapa
    Geológico y Topográfico a escala 1:50,000 del
    Municipio de San Rafael del Sur, fichas de datos técnicos,
    Sistema de Información Geográfica (ARcGis 9) y
    AutoCad 2004 para el tratamiento automático de la
    información.

    De acuerdo a los resultados obtenidos, se muestra una
    distribución espacial de epicentros en dirección SO
    -NE al Noroeste de San Rafael del Sur en un rango de 2.3 –
    3.8 ML y profundidades entre 0 – 18.5 km con un 99.9% de que
    exceda cada año los 3ºR. Todos los
    sismos, transversales a la zona de subducción con
    una extensión de 7km2 , se
    hallan asociado a falla laterales izquierda
    locales que escapan de la observación de campo afectando
    principalmente las comunidades de El Tamarindo, los Jaras y
    Gutiérrez Norte, de acuerdo con las pocas evidencias
    visibles en superficie tales como microfallamiento
    tectónico, diaclasas de relajación, fracturas y
    plegamiento tectónico corroborados con la
    cartografía geológica regional.

    El área noroeste de San Rafael del Sur presenta
    un relieve plano compuesto por suelos arcillo-arenoso aluvial
    reciente, aglomerados basálticos dispersos y arcilla
    limosa relativamente firme donde se hallan emplazados iglesias,
    centros educativos, edificios industriales y viviendas familiares
    influenciados por la sismicidad superficial con magnitudes entre
    2.7 – 3.3 ºR y profundidades focales de 0 –
    8.9km.

    El ambiente tectónico local, las
    características sísmicas in situ, la
    morfología, litología, estratigrafía,
    particularidades constructivas y condiciones del subsuelo
    contribuyen al aumento del peligro sismico en el sitio de
    estudio. Donde el factor suelo refleja máximos valores de
    aceleración al que puede normalmente comportarse el
    terreno variando de 0.4 – 0.5g en lugares
    críticos como El Tamarindo y Los Jaras. Dichos datos se
    concentran en número pequeño de sismos locales
    calculados por la relación de Atenuación de
    Campbell (1981)

    Los cálculos históricos de aceleraciones
    horizontales obtenidas por Zapata et. al (1985) registran
    lecturas de 0.02 – 0.16 y 0.05 – 0.24 gs'. Estas
    últimas con períodos de retornos entre rangos de 5
    – 500 años, comprobada con la cartografía
    sísmica regional presentada por GSHAP-INETER en 1999 para
    un período de 50 años con excedencia del 10% que
    corresponde a un período de retorno de 475 años con
    valores de aceleración del suelo entre 4.0
    – 4.5 m /seg2
    característico para una zona de amenaza
    sísmica alta.

    Finalmente, se definió datos de densidad de
    fallas geológicas y fracturas tectónicas locales en
    un área de 45km2 al Noroeste
    de San Rafael del Sur conformada por las comunidades de El
    Tamarindo, Los Jaras, Gutiérrez Norte, Sánchez
    Norte y San Rafael del Sur en
    0.516090666km-1 y 0.287064km-1
    respectivamente. Esto es desfavorable por acentuar la mayor
    liberación de energía sísmica en El
    Tamarindo, Los Jaras y Gutiérrez Norte atenuándose
    hacia el Este en las comunidades de los Sánchez Norte y
    San Rafael del Sur.

    I. –
    INTRODUCCIÓN

    La actividad sísmica de la región del
    Pacífico de Nicaragua está controlada por la
    convergencia de las placas Cocos y Caribe.

    En este estudio se determinó el peligro
    sísmico de un área al noroeste de San Rafael del
    Sur, en el Departamento de Managua, para una mejor
    planificación física y uso del territorio en esa
    parte de la región del Pacífico de Nicaragua.
    (Véase Anexo 1).

    El sitio de interés presenta una forma
    rectangular y superficie de 45 kilómetros cuadrados. En su
    esquina SO se localiza Masachapa; se extiende al Norte de San
    Cayetano, luego al Este hasta Casa de Teja y finalmente al Sur,
    pasando por San Rafael del Sur, hasta el lugar La Junta. Las
    coordenadas UTM de los vértices del terreno situado en el
    cuadrángulo Suroeste del Mapa Topográfico "San
    Rafael del Sur" con código 2951-IV, a escala
    1:50,000 se presentan a continuación:

    1- N1312.045-E554.458;

    2- N1308.116-E554.474;

    3- N1311.961-E561.006;

    4- N1308.116-E561.006

    El recorrido sugerido en esta investigación fue
    siguiendo las rutas: El Crucero-San Rafael del Sur-Masachapa; El
    Crucero-Los Chiles-San Rafael del Sur y el Empalme de la
    carretera Vieja a León a Masachapa, además caminos
    secundarios dentro del área, en donde fue posible moverse
    por vehículo o a pie para observaciones y mediciones
    puntuales de afloramientos y cortes de cauces o río,
    etc.

    Se propone esta área por la disponibilidad de
    datos sísmico con profundidades someras sugieren actividad
    de fallas geológicas locales; además, es un
    área costera fuera del graben de Nicaragua lo cual le
    imprime un atractivo científico, en razón que la
    sismicidad no se asocia únicamente a la subducción,
    ni a la actividad sísmica volcánica ínter
    graben.

    II.-
    OBJETIVOS.

    2.1.-) Objetivo General

    Determinar la peligrosidad sísmica
    de un área al noroeste del Municipio de San Rafael
    del Sur.

    2.2.-) Objetivos
    Específicos

    1. Caracterizar estructural y
    sísmicamente el sitio de estudio a partir de
    parámetros deducidos de mecanismos focales de los datos
    sismológicos.

    2. Correlacionar la geología de
    campo con datos sísmicos instrumentales para el
    área localizada al Noroeste de San Rafael del
    Sur.

    3. Clasificar y cartografiar edificaciones
    in situ de acuerdo a su uso y tipología
    constructiva.

    4. Mostrar resultados de vulnerabilidad
    estructural mediante modelos estadísticos
    simples.

    5. Preparar mapa de zonificación
    sísmica a escala 1:35,000 del sitio estudiado usando el
    programa de computadora ARcGis 9.

    6. Presentar niveles de peligro
    sísmico local en un mapa a escala 1:32,000 de la zona de
    interés usando un Sistema de Información
    Geográfica SIG (ARcGis 9).

    III –
    CONCEPTOS GENERALES

    El autor considera conveniente definir algunos
    conceptos básicos, propuestos por varios autores, antes de
    dar inicio a esta investigación.

    3.1 – Peligro sísmico

    Capacidad potencial de que se
    produzca un efecto adverso como parte de un sismo
    (3).

    Cualquier factor externo a una
    región, representado por un fenómeno sísmico
    que produce desastre al manifestarse
    (2).

    Condiciones o proceso del
    ambiente que dan origen a perdida de vida o daños
    económicos en poblaciones humanas
    (1).

    3.2 – Falla geológica:

    Fractura planar en el terreno en la cual una roca ha
    sido desplazada con respecto a otro (9).
    O bien, ruptura del suelo seguida del desplazamiento del
    terreno resultante de la fractura.

    Una falla geológica en la cual se han producido
    desplazamiento de formaciones estratigráficas del
    Pleistoceno de la Era Cuaternaria ocurrido durante los
    últimos 10,000 años es considerada como falla
    sísmica activa
    . (10)

    3.3 – Mecanismo Focal
    (10):

    El desplazamiento relativo de lados adyacentes en una
    falla geológica produce una distribución de
    compresiones (C) en zonas situadas en dirección del
    movimiento y de tensiones o dilataciones (D) en zonas opuestas a
    la dirección del movimiento como lo indica la figura
    1.

    Para conocer el mecanismo que produce los sismos es
    preciso conocer datos estructurales y geométricos de la
    fuente sísmica como: orientación del plano de
    falla, el ángulo de buzamiento, y dirección del
    desplazamiento relativo. Algunas veces se puede observar la
    fractura en superficie, en cuyo caso es fácil de medir
    sobre el terreno la orientación del plano
    de falla y la cantidad de dislocación. (10)

    El mecanismo focal consiste en esferas con radio la
    unidad y de material homogéneo con centro como foco. Las
    observaciones se identifican usando un símbolo distinto
    según se trate de compresiones (círculos negros) y
    dilataciones (círculos abiertos). (Véase Figura
    2)

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    Figura 1. Vista perpendicular de
    una falla. Se puede notar que el espacio que rodea al epicentro
    se divide en cuadrantes que sufren, alternativamente empujes
    (compresiones) con relación al foco y arrastre
    (dilatación) con relación al mismo.
    (10)

    Una vez representadas las observaciones sobre red
    estereográfica, se separan las compresiones y dilataciones
    por dos planos ortogonales, uno de los cuales representan el
    plano de falla. Condición del método es que las
    dimensiones de la falla sean pequeñas en
    comparación con la distancia al punto de
    observación. Este método permite deducir el tipo de
    esfuerzos que actúan en la región donde
    ocurrió el sismo, por consiguiente el tipo de falla, y la
    orientación del plano de ruptura o falla. (10)

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    Figura 2: Mecanismo focal del sismo ocurrido el
    21 de Abril de 2001, con magnitud 3.6ML y profundidad de 1.0 km
    que muestra zonas de compresión y dilación que
    experimenta el área San Rafael del Sur ante esfuerzos
    tectónicos (11)

    Las flechas grandes indican el movimiento de los lados
    de la falla; las flechas pequeñas paralelas a la falla
    indican las fuerzas que, aplicadas sobre un punto,
    producirían los mismos desplazamientos que ocasionó
    la ruptura; las flechas pequeñas perpendiculares a la
    falla representan fuerzas que tienen el mismo efecto que sobre
    los desplazamientos del material de un lado de la falla tiene la
    presencia del material del otro lado de ella (sin estas fuerzas
    la falla giraría). (10)

    IV- MARCO
    GEOLOGICO GENERAL DE SAN RAFAEL DEL SUR

    4.1- GEOMORFOLOGÍA

    El territorio nacional ha sido dividido en cinco
    provincias que reflejan el ambiente geológico del
    país, las cuales son (8):

    a. Provincia de la Planicie Costera del
    Pacífico

    b. Provincia de la Depresión o
    Graben de Nicaragua c. Provincia del Área Central de
    Nicaragua

    d. Provincia del Norte de
    Nicaragua

    e. Provincia de los Llanos de la Costa
    Atlántica.

    El área de estudio, situado al NO de San Rafael
    del Sur se encuentra integrando la Provincia de la
    Costa del Pacífico.

    Esta provincia geológica presenta un relieve
    moderado a abrupto, cerros en forma de cresta angosta y larga,
    con fuerte inclinación hacia el mar, a veces onduladas y
    dislocadas, presentándose también numerosas cuestas
    características de rocas estratificadas de diferentes
    tipos. Los drenajes son escasos pero profundos con ramales
    paralelos a los estratos (6) (véase perfil
    geológico SO – NE: Quebrada Pisinga – Santa
    Teresa).

    San Rafael del Sur constituye un ambiente deposicional
    volcánico-continental (de edad Terciario-Cuaternario) y
    marino-transicional (de edad Terciaria), de aguas someras a
    profundas (14)

    En el Mapa 1 se muestra la geología del sitio de
    estudio tomada del Mapa geológico "San
    Rafael del Sur" escala 1:50,000
    (7).

    En el sitio en sí se encuentra superficialmente
    material de tipo Cuaternario Coluvial (Qc) sobre el Grupo La
    Sierras (TQps) compuesto por tefra, el cual sería el
    material firme más cerca de la superficie. En los
    alrededores del sitio se notan 2 rumbos predominantes de fallas y
    fracturas, unos con rumbo NE40ºSO y el otro con NO60ºSE
    siendo una falla de tipo normal localizada dentro
    del área de estudio. (Véase Mapa 1) (7)

    4.2 – ESTRATIGRAFÍA.

    4.2.1- Estratigrafía

    La Planicie Costera del País, del cual forma
    parte San Rafael del Sur, comprende depósitos de rocas
    sedimentarias litorales-marinos que datan desde el
    Cretáceo Superior al Terciario Superior, siendo las rocas
    más características: caliza, arenisca, lutita y
    limonita; dichas rocas están siendo relacionadas
    básicamente a 6 formaciones geológicas:
    Formación Rivas de edad Cretáceo Superior, Miembro
    Sapoá del Eoceno Inferior, Formación Brito del
    Eoceno, que sobreyace discordantemente a la Formación
    Rivas; Formación Masachapa del Oligoceno, sobreyace a la
    Formación Brito. La Formación El Fraile y Tamarindo
    del Mioceno sobreyacen a la Formación Masachapa. Estas
    formaciones sobreyacen a la Formación El
    Salto del Plioceno (véase la tabla 2). (5)

    En el sitio afloran la Formación Masachapa y
    Formación El Salto correspondiente a la provincia de la
    Costa del Pacífico y en sus alrededores la conocida
    Provincia de la Depresión constituida por el Grupo La
    Sierra.

    a- Formación El Salto (Tps)

    Esta se localiza a lo largo de la carretera las
    Conchitas-Masachapa y el Río Jesús, asignado con el
    nombre de Formación El Salto, nombre correspondiente al
    pueblo El Salto. Litológicamente El Salto está
    constituido por depósitos
    clásticos-detríticos, coquina recristalizada y
    arcilla carbonatada-organógeno. Los afloramientos
    más representativos se observan en el Río El
    Brasil, El Carmen, El Apante, Río Gutiérrez, El
    Salto (Río Jesús) y el Río Riachuelo.
    (5)

    La Formación El Salto debido a su proceso
    (transgresión marina) y ambiente de formación, a
    las irregularidades del paleosuelo existente antes de su
    deposición y a los efectos de los fenómenos
    geológicos externos a los que han sido sometido presentan
    un espesor muy variable en el que se refleja un contacto entre El
    Salto y el Grupo La Sierra. La Formación El Salto tiene un
    espesor de 100m. (5)

    b- Formación El Fraile (Tmf)

    Esta representada por sedimento marino somero y
    transicional marino continental del Terciario Superior con 2700 m
    de espesor de 95km, longitud a lo largo de la Costa del
    Pacífico constituida por rocas atenaceas, intercalaciones
    de lutitas tobaceas, caliza, conglomerados y bosque de madera
    fósil suprayacidos por lodositas y areniscas de grano fino
    de plataforma costera. La Formación El Fraile es
    concordante con la Formación subyacente Masachapa, se
    señala como mejores afloramientos La Boquita, La Trinidad,
    Masachapa y El Velero.

    c – Formación Masachapa
    (Tom)

    Esta representada por sedimentos someros depositados
    durante el Terciario Superior. Marca la transición de
    depósitos marinos profundos a depósitos
    Neríticos. Litológicamente se trata de una
    secuencia inter.-estratificada de lutitas calcáreas y
    tobáceas, lodolitas y limolitas con intercalación
    de arenisca y brechas, con base y techo de
    aglomerados y conglomerados. Algunos afloramientos
    representativos se observan en Loma Los Espejos y
    Río Citalapa (5)

    d- Formación Brito (Teb)

    Esta compuesta por sedimentos volcánicos y
    sedimentarios, se extiende desde el poblado de Villa El Carmen
    hasta la República de Costa Rica con 137km de longitud y
    2,570 m de espesor alcanzando los 3350m de profundidad en otros
    lugares, forma un contacto discordante con la formación
    suprayacente Masachapa. Asimismo, con las formaciones El Fraile,
    El Salto y el Grupo Las Sierras, e igualmente discordante con la
    Formación subyacentes de Rivas, en el área de la
    península de Santa Ana. La presencia de marcas de oleaje,
    caliza y sedimentos arcillosos, la señala como originada
    en un ambiente playero- nerítico. Se presenta afloramiento
    en el Guarumo, Buenos Aires y El Níspero. Esta
    formación es correlacionable con la formación
    localizada en el área central de Nicaragua conocida como
    Formación Matiguas por su similitud litológica,
    posición estratigráfica y la presencia de
    fósiles, reflejando características de un ambiente
    lacustre marino.

    4.2.2- Grupo La Sierras (TQps)

    Esta unidad geológica se halla conformada por
    depósitos volcánicos recientes, piroclástos,
    pómez, lapilli, ceniza, flujo de lodo, flujo de
    pómez, y sedimento fluvial lacustre de 680m de espesor y
    unos 100,000 años de edad sobre el cual se asienta la
    ciudad de Managua. Los suelos que se desarrollan sobre el Grupo
    la Sierra son limoso, arenosos y gravosos poco cohesivos,
    inconsolidado y heterogéneo conocidos en la
    estratigrafía de Managua y alrededores como Cuaternario
    aluvial (Qal) y Cuaternario Coluvial (Qc). Los
    primeros, provenientes de zonas de ríos o cauces que
    originan depósitos arenosos y arcillosos aluviales. Los
    segundos, resultantes de sedimentos provenientes de los edificios
    volcánicos jóvenes y zonas montañosas de la
    Sierras alta de Managua.

    Tabla 1: Es ra igraf!a de la Cos a del
    Pac!fico (5)

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    V- SISMICIDAD
    REGIONAL DE SAN RAFAEL DEL SUR

    La ocurrencia de sismos en San Rafael del Sur obedece,
    particularmente, a la actividad de las fallas geológicas
    locales, transversales a la Planicie Costera del Pacífico
    de Nicaragua (Véase en Figura 3) (3) (15)

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    Figura 3: Marco Estructural de
    Nicaragua y San Rafael del Sur (11)

    La sismicidad de San Rafael del Sur ha sido dividida en
    dos períodos. Los sismos se hallan asociados a la zona de
    subducción (15):

    a) 1852 – 1987: se presenta un registro
    continuo de magnitudes Mb que oscila entre 5.0 y
    7.3 en 63 sismos, de los cuales el Terremoto del
    24.10.1956, mb = 7.1, Ms = 7.2 y ho =

    26km localizado a 30 km del sitio de estudio que pudo
    haber provocado Intensidad del Grado VII a VIII en el sitio. En
    este período se registraron sismos con mb =5.0, localizado
    a distancia focal entre 5 y 151 km, afectando el área de
    estudio. En total se recopilaron un total de 63 eventos
    sísmico (15) (Véase Tabla 2: a)

    Los eventos superficiales predominando mayormente son
    los sismos con profundidades intermedia (35 – 151 km).
    (15)

    b) 1976 – 1983: el INETER, recopiló
    un listado de sismos cercano al sitio de estudio, los cuales se
    muestra en la Tabla 2b, por estar éste en una
    región con alto nivel de sismicidad, en donde solamente se
    presenta eventos con Mn › 2 siendo el evento del
    05.12.1981 con Mn = 3.9 y ho = 89km con una distancia epicentral
    cercana al área investigada. Se recopilaron un
    total de 25 eventos sísmicos. (15)

    (Véase Tabla 2: b)

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