CENTRO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DE EDUCACIÓN SUPERIOR DE ENSENADA

“ESTUDIO DEL MOVIMIENTO DEL SUELO A PARTIR DE DOS EXPLOSIONES DE CANTERA Y DE RUIDO SÍSMICO EN LA ZONA SUR DE ENSENADA, B.C.”

PROGRAMA DE POSGRADO EN CIENCIAS DE LA TIERRA

ANTEPROYECTO DE TESIS DE MAESTRIA

PRESENTA: GERMAN MARTÍNEZ ROMO

germarti@cicese.edu.mx

APROBADO POR EL SIGUIENTE COMITÉ:

_________________________ DR. JOSÉ ANTONIO VIDAL

VILLEGAS DIRECTOR DE TESIS

_______________________

M. C. LUIS H. MENDOZA GARCILAZO

MIEMBRRO DEL COMITÉ

_____________________ M. C. JOSÉ G. ACOSTA

CHANG MIEMBRO DEL COMITÉ

____________________

DR. JOSÉ GOMÉZ VALDÉS

MIEMBRO DEL COMITÉ

ENSENADA, BAJA CALIF ORNIA, MÉXICO. SEPTIEMBRE 2015

I

RESUMEN

El estudio de los efectos de explosiones en zonas cercanas a desarrollos

habitacionales es de importancia para conocer la respuesta del sitio ante una

posible solicitación sísmica. A partir de datos de explosiones y de registros de

ruido sísmico, en la zona sur de la ciudad de Ensenada, se pretende determinar el

periodo fundamental y el posible factor de amplificación de varios sitios de la

zona de estudio. El trabajo tiene como objetivo estimar la amplificación de los

distintos sitios de interés, a partir de dos explosiones de cantera y ruido

ambiental. El análisis de las explosiones permitirá conocer los valores pico de

aceleración, velocidad y desplazamiento. Mientras que con los registros de

ruido ambiental se realizará un análisis espectral de cocientes H/V para

determinar el periodo fundamental de cada sitio.

Se determinara la respuesta de cada sitio, en la cual se apreciará posibles

variaciones en el periodo natural de vibración y en la amplificación.

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INTRODUCCIÓN

Según el Reglamento de Edificaciones de Baja California (2010), las

estructuras, durante su vida útil, son sometidas a cargas permanentes o

estáticas, variables o vivas y accidentales. Los sismos están englobados en las

acciones accidentales, siendo estos los que representan mayor riesgo a la

población.

Antes de desarrollar un proyecto de ingeniería, se debe realizar un diseño que

brinde seguridad, sustentabilidad y que tenga en cuenta el aspecto económico

para la sociedad, es de relevancia la correcta caracterización del sitio donde

se desea llevar a cabo la obra.

Una de las formas de caracterizar la respuesta del sitio es a través de los

distintos métodos sísmicos, que en general emplean la propagación de ondas

elásticas provocadas natural o artificialmente. Otro factor que se debe tener en

cuenta es que la Tierra no es un medio homogéneo, por lo que es de esperarse

que la respuesta de un sitio sea distinta a otro debido a condiciones

particulares de él.

El movimiento de la superficie del terreno en un sitio dado puede diferir

radicalmente del que se tiene en el basamento, debido a alteraciones en

las rocas causadas por efectos geológicos, efectos topográficos y de rigidez

del subsuelo. La importancia de estas alteraciones llamadas en términos

generales efectos locales, han sido considerados cada vez más en los últimos

años y ha conducido a la necesidad de realizar estudios de microzonación para

detectar las regiones susceptibles a efectos asociados al tipo de terreno. Los

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efectos locales son factores predominantes para evaluar la respuesta dinámica

del sitio. Se considera que los principales factores que controlan la respuesta

dinámica del suelo son: la velocidad de propagación de ondas de corte, el

amortiguamiento del material y el periodo dominante de vibración (Acosta et

al., 2009).

EFECTOS DE SITIO

Los efectos de sitio son modificaciones en amplitud, duración y contenido

frecuencial que experimentan las ondas sísmicas cuando llegan a la superficie.

Los efectos del sitio modifican la predicción del movimiento del terreno para un

sismo dado con respecto al movimiento en roca dura a la misma distancia a la

fuente (Henriquez, 2012). Entre más blando sea el tipo de suelo que exista bajo

la estación, mayor será la amplificación. (Ibarra, 2004).

MÉTODOS SÍSMICOS

En términos generales los métodos sísmicos utilizan dos tipos de fuentes para

realizar estudios en una zona: los métodos de fuente activa y e l método de

fuente pasiva (Aki y Richards, 1980). Los métodos de fuente activa utilizan

una fuente artificial para poder generar un campo de ondas, mientras que el

método de fuente pasiva requiere de, por ejemplo, ruido ambiental causado por

la actividad humana y fenómenos naturales (oleaje, la acción del viento,

cambios meteorológicos, entre otros).

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El objetivo general de estas metodologías es la estimación de la velocidad

de onda de corte, las cuales combinadas con relaciones empíricas

(http://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3363/36067-

6.pdf?sequence=6&isAllowed=y.) es posible estima los módulos elásticos.

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2. ANTECEDENTES DE LOS MÉTODOS SÍSMICOS PARA OBTENCIÓN DE

PARÁMETROS DINÁMICOS DEL SUELO

En el área de la ingeniería civil estimar parámetros del suelo representaba un

alto costo debido a que es necesario extraer y procesar una muestra en un

laboratorio especializado, por lo que fue necesario desarrollar métodos

versátiles, económicos y confiables, que minimizaran el impacto ambiental y que

pudieran estimar la velocidad de onda de corte y la geometría del subsuelo.

Dichos parámetros son vitales para el correcto diseño de estructuras civiles

De manera práctica, en ingeniería se delimita el área de estudio a los

primeros 30 metros de profundidad, debido a que se considera que en esta

zona es donde ocurre la amplificación de la señal sísmica. Con el avance de las

investigaciones, se han propuesto arreglos de estaciones tales como SASW,

SPAC, el método de cocientes espectrales H/V, entre otros. Con lo que se

demostró su versatilidad y su relativo bajo costo en relación a las técnicas

tradicionales (Tapia, 2009)

Al estimar la amplificación de las ondas sísmicas a partir de mediciones

hechas en superficie se espera obtener resultados más confiables que los

obtenidos por métodos empíricos o de perforaciones.

METODO SASW

El método de análisis espectral de ondas superficiales (SASW) es un método

sísmico no destructivo que se emplea para obtener en sitio la velocidad de

ondas de corte. Determinando este parámetro y con la ayuda de relaciones

6

empíricas (http://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3363/36067-

6.pdf?sequence=6&isAllowed=y.) se pueden obtener los módulos elásticos del

material de propagación. Este método consiste en colocar dos sensores en la

superficie conectados a un equipo de grabación. Se aplican impactos a cierta

distancia de los sensores para después por medio de un análisis espectral,

estimar la

velocidad de las ondas de Rayleigh en función de la frecuencia (Tapia, 2009)

METODO COCIENTES ESPECTRALES H/V

El método de cocientes espectrales es rápido y económico y permite estimar el

periodo dominante del suelo, y una aproximación del factor de amplificación en

suelos blando (Tapia, 2009).

2 .1 ANTECEDENTES DEL ESTUDIO DE UNA EXPLOSIÓN DE CANTERA

La onda sísmica deforma el terreno por el que pasa, lo cual indica que se

realiza un trabajo, y, por lo tanto, corresponde a energía elástica que se

desplaza. En el caso de ondas generadas por explosiones, la energía es

producto de las reacciones químicas o nucleares que causaron la explosión

mientras que en ondas generadas por sismos, es la que estaba almacenada

como energía de deformación en las rocas.

El estudio de una explosión se realiza para poder estimar los efectos que

causan a un sitio determinado. Entre los beneficios que puede arrojar este tipo

de estudios es la estimación de las velocidades máximas que la fuente genera

Comentado [pag1]: Explicar con mayor detalle

Comentado [pag2]: Softset distancia-fuente receptor

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en el medio. En el caso de este estudio, aprovechamos el que se hicieran dos

explosiones de cantera y las registramos en 5 estaciones ( F i g u r a 1 ) . Uno

de los propósitos es para determinar los valores pico de aceleración, velocidad, y

desplazamiento para conocer posibles efectos en poblaciones cercanas.

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Figura 1. Registros de aceleración de la explosión de cantera en la zona sur de la ciudad de

Ensenada, B.C. La imagen indica los valores obtenidos por acelerómetros durante la explosión

de cantera. Los valores picos obtenidos serán comparados con los valores estándares

permitidos por las normatividades locales e internacionales para determinar el efecto de las

explosiones en poblaciones cercanas..

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3. ZONA DE ESTUDIO

El área de estudio se localiza al sur en el municipio de Ensenada, en la zona

comprendida por Maneadero parte alta y el área ex ejido Chapultepec, y las

zonas residenciales villas del real III, villas del campo y Popular todos Santos,

(Figura 2).

Figura 2. Mapa de ubicación de la zona de estudio. La explosión de cantera se ubica en la

zona sur de la ciudad de Ensenada y colinda en casi todas sus direcciones con zonas

residenciales y agrícolas (Maneadero).

Vázquez (1980) y Fabriol et al. (1982) realizaron una serie de estudios

geofísicos en el Valle de Maneadero determinando la profundidad del

basamento en esta zona entre 200 y 600 m.

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GEOLOGIA REGIONAL

La geología regional está definida por un gran evento orogénico ocurrido en el

Jurásico Tardío - Cretácico, que consistió en el emplazamiento de rocas batolíticas

asociadas a un arco volcánico (Gastil, 1975; en Gil, 2010). La mayor parte de los

emplazamientos batolíticos ocurrieron durante y después de los depósitos y

emisiones magmáticas que dieron origen a la Formación Alisitos (Morán, 1982). A

lo largo de valle de Maneadero y las zonas aledañas se ubican tres tipos de

depósitos prebatolíticos, batolíticos y postbatolíticos.

Las rocas prebatolíticos pertenecen a depósitos del Jurásico, donde el principal

proceso de deposición fue actividad volcánica calco- alcalino (Demant y Robin, 1975).

Hacia el oriente del Valle de Maneadero, la Formación Alisitos está representada por

Calizas (Gastil, 1975; en Gil, 2010). Las rocas batolíticas están conformados por

plutones, en su mayoría de composición granodioríticas, dioritica y gabroica (Gastil,

1975; en Gil, 2010), este tipo de afloramiento se localiza en las orillas del arroyo San

Carlos.

Las rocas postbatolíticas comprenden rocas marinas del Cretácico Superior,

rocas volcánicas del cenozoico Superior; terrazas marinas, aluvión del cuaternario

y abanicos aluviales (Allen, 1960).

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4. OBJETIVOS

Determinar las aceleraciones y velocidades máximas, y los desplazamientos

provocados por las explosiones de cantera en la zona sur de la ciudad de

Ensenada.

Localizar el epicentro de las explosiones con la mayor precisión posible

(latitud, longitud, profundidad y tiempo origen).

Estimar la amplificación por efecto de sitio y el periodo de vibración natural.

Estimar las velocidades de onda de corte

5. METODOLOGIA

Se registrarán datos de una explosión y de ruido ambiental con ayuda de estaciones

temporales, se integraran los registros para obtener los datos de velocidad y

desplazamiento. Con ayuda de un modelo de velocidades locales (Nava y Brun) se

determinara la localización del evento con ayuda del programa de computo SEISAN.

Con la información obtenida se construirán las curvas dromocronicas (tiempo de

viaje vs distancia)

Se utilizaran arreglos SASW Y SPAC para el registro de ruido con el cual se

estimara la velocidad de ondas de corte

El periodo natural de los sitios de interés se determinara por medio de cocientes

espectrales H/V.

Para el procesamiento de la información adquirida, se empleará programas de

cómputo existente como SEISAN, de no satisfacer las necesidades del proyecto, se

programará en Matlab.

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Durante la interpretación de resultdos se buscará validarlos de ser posibles

investigaciones similares. Como producto final se propondrán especificaciones para

la zona sur de la ciudad de Ensenada teniendo en cuenta las características sísmicas

de la región (periodo natural y efecto de sitio).

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6. CALENDARIO DE ACTIVIDAD

ACTIVIDAD

MES (Septiembre 15 – Agosto 16)

1

2

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6

7

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11

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Recopilación y lectura de bibliografía. * * * * * * * * * * *

Organización y edición de la información.

*

*

Adquisición de datos

* *

Obtención de modelo de velocidades de ondas p

*

*

*

*

Redacción de metodología y principios del procesado.

*

*

Procesamiento de datos * * * * Redacción e interpretación de resultados.

*

*

*

Revisión de tesis por parte de los miembros de comité.

*

*

Defensa de tesis. *

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7. REFERENCIAS

Acosta, J., Arellano, G., Ruiz, C., Mendoza, L., Reyes, R., y Rocha, E.

(2009) “Microzonificación sísmica en la zona urbana de Tijuana

B.C”. Protección civil. Gobierno del Estado de Baja California.

Aki, K, y P. Richards (1980) “Quantitative Seismology: Theory and

Methods”, Editorial W. H. Freeman y Co., Estados Unidos, 519 pp.

Allen, S. (1960) “Agua Blanca fault- A major transverse

structure of northern Baja California, México”, Bulletin of the

Geological Society o f America. (71): 457-482 pp.

Deman, A. y Robin, C. (1975) “Las fases delvulcanismo en México;

una síntesis en relación con la evolución geodinámica desde el

cretácico” Revista Inst. Geol. U.N.A.M., 75 (1), 66 -79 pp.

Departamento de sismología (2005) “Estudio de vibración inducidas

por una explosión en la cantera del predio Rancho García, B.C.”

Informe técnico preparado Geoaprovechamientos S. A. de C. V.

CICESE.

Fabriol, H., Martínez, M. y Vázquez, R. (1982). “Mediciones

gravimétricas y telúricas en el Valle de Maneadero, Ensenada, Baja

California”. Geofísica Internacional, 21(1): 41-56 pp.

Gil, L. (2010) “Modelo numérico para determinar el impacto por la

operación de pozos costeros en la zona del acuífero de

Maneadero” Tesis de maestría, CICESE, 179 pp.

15

Ibarra, K. (2004) “Microzonación de periodos dominantes en los

principales centros urbanos de Baja California”. Tesis de Maestría

en Ciencias de la Tierra. CICESE. 105 pp.

Morán, D. (1982) “Geología de la República Mexicana” INEGI. 88 pp.

Tapia, R. (2009) “Estudio comparativo de los métodos SPAC,

SASW Y H/V para la estimación in-situ de propiedades del terreno”.

Tesis de Maestría en Ciencias de la Tierra. CICESE. 203 pp.

Vázquez, R. (1980) “Estudio de métodos potenciales con aplicación

a Geohidrología”. Tesis de maestría en Ciencias de la Tierra, CICESE.,

108 pp.