A6RIVD_1

Mapa de isoperiodos y amplificación relativa del terreno en el municipio de
Naucalpan
Dominant period map and ground relative amplification in Naucalpan municipality
Darío RIVERA1, José María CHÁVEZ2 y Carlos ARCE1
1Facultad de Estudios Superiores Acatlán, UNAM, División de Matemáticas e Ingeniería, Unidad de Investigación Multidisciplinaria, Av. Alcanfores y San Juan Totoltepec, Santa Cruz Acatlán, Naucalpan, 53150, Estado de México, Tel. (+52
55) 5623-15-94. [email protected]. [email protected]
2Facultad de Estudios Superiores Acatlán, UNAM, Coordinación de Estudios de Posgrado, Av. Alcanfores y San Juan
Totoltepec, Santa Cruz Acatlán, Naucalpan, 53150, Estado de México, Tel. (+52 55) 5623-15-94.
[email protected]
RESUMEN: El objetivo de este trabajo es proponer un mapa de isoperiodos y amplificación relativa del terreno en el
Municipio de Naucalpan, Estado de México, con miras a establecer una zonificación sísmica; es de especial interés
conocer las características dinámicas del suelo en la frontera con el Distrito Federal. Para el desarrollo de esta
investigación se consultó información geológica y geotécnica. También se realizaron pruebas de vibración ambiental
registradas en 102 sitios, con esta información se calcularon cocientes espectrales H/V (Nakamura) para identificar los
periodos dominantes del suelo y para medir la amplificación relativa del terreno. Se concluye que en la zona de terreno
firme, partes altas del Municipio caracterizado por suelos de origen volcánico, los periodos dominantes son inferiores a
0.3 s; en la zona de transición, parte baja del municipio y áreas que colinda con la Ciudad de México que se distingue
por depósitos de suelos aluviales, los periodo dominantes son mayores a 0.3 s y menores que 1 s; las amplitudes
relativas de movimiento del terreno suelen ser mayor en la frontera con el Distrito Federal en comparación con otros
puntos de Naucalpan.
ABSTRACT: The objective of this work is to propose a dominant period map and ground relative amplification in the
Naucalpan Municipality, Estado de México, with a view to establishing a seismic zonation; of special interest is
understanding the dynamic characteristics of the soil on the border with the Distrito Federal. For the development of this
research were consulted geological and geotechnical information. There were also microtremors tests registered in 102
sites, with this information it was calculated H/V spectral ratios (Nakamura) to identify dominant periods of soil and to
measure the ground relative amplification. It is concluded that in the area on stiff ground, high parts of Municipality
characterized by soils of volcanic origin, the dominant periods are less than 0.3 s; in the transition zone, lower part of the
municipality and areas immediately adjacent to the Mexico City that is characterized by deposits of alluvial soils, the
dominant period are greater than 0.3 s and less than 1 s; the ground relative amplification tend to be higher in the border
with the Distrito Federal in comparison with other points of Naucalpan.
1 INTRODUCCIÓN
1.1 Antecedentes
El municipio de Naucalpan forma parte de la zona
metropolitana del Valle de México y es uno de los
municipios del Estado de México con un desarrollo
urbano constante y creciente, por lo que es de los
más densamente poblados.
El ayuntamiento está ubicado dentro del Eje
Neovolcánico Transversal Mexicano, por lo que está
expuesto a una gran actividad sísmica, entre los que
destacan sismos de subducción que se generan en
la costa del Pacífico y sismos de tipo cortical
originados en Acambay; según el trabajo de García y
Suárez (1996), históricamente, tres terremotos han
provocado daños a las construcciones de
Naucalpan: 2-noviembre-1984, 19-septiembre-1912
y 19-noviembre-1912. De estos tres sismos el de
mayor intensidad fue el último, cuyo epicentro se
registró en el pueblo de Acambay, Estado de México,
M=6.9.
De acuerdo a un análisis de la compañía ERN
(Evaluación de Riesgos Naturales), si el sismo de
Acambay ocurriera en la época actual, y tomando
como referencia una cartera representativa del
sector asegurador, así como la base de datos de la
infraestructura federal, se obtendría como resultado
que el Estado de México y el Distrito Federal serían
los más perjudicados, al sumar ambos una pérdida
de casi 29 mil millones de pesos; en la
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
2
Mapa de isoperiodos y amplificación relativa del terreno en el municipio de Naucalpan
infraestructura federal los sectores más afectados
serían la vivienda y escuelas (Hernández et al.,
2012). Esta evaluación pone de manifiesto que este
tipo de sismos traería pérdidas considerables para
municipios como el de Naucalpan, en donde existe
un número importante de edificaciones, que han
aumentado conforme al crecimiento poblacional.
Por otro lado, la mayor parte de las
investigaciones sobre riesgo sísmico se han
concentrado en la ciudad de México después de los
sismos de 1985, lo que ha dado lugar a enriquecer el
Reglamento de Construcciones para el Distrito
Federal (RCDF, 2004) y sus Normas Técnicas
Complementarias para Diseño por Sismo (NTCSismo, 2004), que han servido de modelo para otras
entidades del país pero no para su aplicación, dado
que el movimiento sísmico es diferente. En este
sentido es importante desarrollar investigaciones
sobre el movimiento del terreno ante excitaciones
sísmicas en aquellos municipios que no las tienen,
como es el caso de Naucalpan, a efecto de tener
medidas preventivas contra el daño en las
construcciones y sus implicaciones en cuanto a
pérdidas de vidas humanas y económicas, lo cual se
logra a través de desarrollar adecuados criterios para
el diseño sísmico de los edificios acorde a las
intensidades sísmicas del sitio.
Para la evaluación del riesgo sísmico se requiere
de un proceso para definir sus principales
componentes, en términos cuantitativos, a fin de que
su valoración sea objetiva, dichos componentes son:
peligro,
exposición
del
sistema
afectable
(construcciones) y vulnerabilidad del sistema
afectable, siendo fundamental el primero de ellos,
por lo que es necesario llevar a cabo estudios de
microzonificación sísmica con objeto de comprender
las características de movimiento del terreno, que
permitan establecer una zonificación y al mismo
tiempo determinar la zona de mayor intensidad
sísmica.
En este sentido se han realizado algunos trabajos
tendientes a conocer las características mecánicas y
dinámicas del suelo en la zona norponiente del valle
de México, a través de propuestas de atlas de riesgo
geotécnico y microzonificación sísmica, tal como se
describe en los trabajos de Chávez (2008), Torres
(2011), Hernández (2012) y Rivera et al. (2013). No
obstante, se requieren más investigaciones que
refuercen con mayor precisión los aspectos
geológicos y de amplificación dinámica del terreno,
además de afinar los mapas de isoperiodos en la
frontera con el Distrito Federal para orientar de mejor
forma a los proyectistas de obras sobre el nivel de
riesgo sísmico al que se pueden enfrentar.
1.2 Objetivo
El objetivo de este artículo radica en conocer con
mayor profundidad la geología y las propiedades
dinámicas del suelo en el municipio de Naucalpan,
en especial en la frontera con la Ciudad de México, a
efecto de proponer los siguientes mapas: geológico,
de isoperiodos y de amplificación relativa del terreno.
2 GEOLOGÍA REGIONAL Y CARACTERÍSTICAS
GEOTÉCNICAS
2.1 Aspectos geológicos y geotécnicos de la
Cuenca de México
Por su localización dentro del Cinturón Volcánico
Transmexicano, el cual constituye una de las
provincias geológicas más importantes del país, la
Cuenca de México es muy compleja desde el punto
de vista tectónico y posee una interesante historia
geológica:
Hacia el final del Mioceno, hace unos catorce
millones de años, inició la actividad volcánica con la
formación de las sierras de Pachuca, Guadalupe,
Tepotzotlán, Tepozán y Las Pilas. Les siguió, con
cerca de diez millones de años, la sierra de Las
Cruces, que delimita la parte occidental de la cuenca
actual y, al oriente, las primeras formaciones de la
Sierra Nevada y la de Rio Frio. Este amplio valle por
donde circulaban varios ríos, quedó cerrado desde
hace unos setecientos mil años, cuando una intensa
actividad volcánica dio origen a la Sierra de
Chichinautzin, privando al río Balsas de un afluente y
formando una cuenca cerrada de 9,600 Km². Al
oriente, fruto de una serie de erupciones
intermitentes a lo largo del Cuaternario, concluía la
formación de la Sierra Nevada, en donde se levantan
los conos del Popocatépetl y del Iztaccihuatl con sus
fumarolas (Chávez, 2008).
La Cuenca de México mide en dirección norte-sur
alrededor de 90 Km y en dirección este-oeste, en la
parte norte, cerca de 100 km y en la parte sur
alcanza unos 50 km. Sus altitudes oscilan entre
2,390 en el norte y 2,240 m en dirección sur
(Santoyo et al., 2005). Está rodeada por altas
montañas, limitada al norte por las sierras de
Pachuca y Tepotzotlán, al sureste por el
Popocatépetl, con una altura media de 5,300 m y al
oeste por las sierras de Monte Alto y de Las Cruces
(Díaz, 2006).
En el trabajo de Díaz (2006) se describen los
principales eventos geológicos en la Cuenca de
México de la siguiente manera:
-Depósito de 2,000 m, aproximadamente, de calizas,
areniscas y lutitas en un ambiente marino durante el
Cretácico.
-Plegamiento y fallamiento normal de las rocas
marinas durante el Terciario Temprano, dando
origen a un sistema tectónico regional de graben
centrado en la Cuenca.
-Vulcanismo y depósito de sedimentos fluviales y
lacustres en el graben durante el Plioceno-Eoceno.
-Depósito de flujos de lava y materiales piroclásticos
durante el Oligoceno, Mioceno y Pleistoceno.
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
RIVERA D. et al.
-Depósito de abanicos fluviales y de piamonte en las
regiones del este y oeste, durante el Plioceno
superior y el Pleistoceno.
-Erupciones volcánicas de basalto y pómez durante
el Pleistoceno, en la parte central y sur de la cuenca.
Las más importantes efusiones del cinturón
volcánico del Chichinautzin, lo que causó el cierre de
la cuenca.
-Desarrollo de un conjunto de fallas NE-SW a través
del piso de la cuenca, bajo los depósitos lacustres.
-Desarrollo del ambiente lacustre como una
consecuencia del cierre de la cuenca.
Actualmente se cuenta con algunos mapas de
caracterización geotécnica de la Cuenca de México,
en los que se busca detallar los tipos de materiales
existentes. Entre ellos se encuentra uno del Estado
de México que define cuatro tipos de terreno en
general y que coinciden con el área correspondiente
al norponiente de la cuenca:
-Sierras y cerros, conformados por rocas de origen
volcánico, sedimentario y metamórfico.
-Planicies y lomeríos, en los que los depósitos
profundos se encuentran a veinte metros o menos y
están constituidos predominantemente por estratos
arenosos y limo arenosos intercalados con capas de
arcilla lacustre.
-Lomas, formadas por rocas o suelos generalmente
firmes que fueron depositados fuera del ambiente
lacustre, pero en los que puede existir
superficialmente o intercalados, depósitos arenosos
en estado suelto o cohesivos relativamente blandos
-Lago, integrado por potentes depósitos de arcilla
altamente compresibles, separados por capas
arenosas con contenido diverso de limos o arcillas
medianamente compactos o muy compactos.
La Cuenca de México permaneció de forma
exorreica (las aguas de la cuenca tenían salida
fluvial hacia el mar), hasta hace 700,000 años,
cuando surgió producto de una gran actividad
volcánica, la Sierra de Chichinautzin cerrando la
cuenca y cubriendo la salida que iba al río Balsas,
razón por la cual se formaron varios lagos. La parte
central de la cuenca se fue llenando con acarreos
arenosos, limo-arcillosos y emisiones de cenizas y
pómez provenientes de los volcanes del sur. Al pie
de las sierras y por el brusco cambio de pendiente
de los ríos, se localizan grandes depósitos aluviales
de composición muy variable y estratificación
cruzada o lenticular, evidencia de una dinámica
erosiva debido a periodos de lluvia intensa (Díaz,
2006).
Los suelos arcillosos blandos son la consecuencia
del proceso de depositación y la alteración físicoquímica de los materiales aluviales y de las cenizas
volcánicas en el ambiente lacustre, donde existían
abundantes colonias de microorganismos y
vegetación acuática. El proceso sufrió largas
interrupciones durante los periodos de intensa
sequía, el nivel del lago bajó y se formaron costras
endurecidas por deshidratación incluida por secado
3
solar. Otras breves interrupciones fueron provocadas
por violentas etapas de actividad volcánica, que
cubrieron toda la cuenca con mantos de arenas
basálticas o pumíticas; eventualmente, en los
periodos de sequía también ocurrían erupciones
volcánicas (Santoyo et al., 2005).
El proceso descrito formó una secuencia
ordenada de estratos de arcilla blanda separados por
lentes duros de limos y arcillas arenosas, costras
secas y arenas, basálticas o pumíticas, de las
emisiones volcánicas. Los espesores de las costras
duras por deshidratación solar tienen cambios
graduales debido a las condiciones topográficas del
fondo del lago; alcanzan su mayor espesor hacia las
orillas del vaso y pierden importancia y llegan a
desaparecer al centro del mismo.
Los suelos duros o tobas rojizas arcillosas de las
lomas son la consecuencia de la alteración del polvo
volcánico depositado en clima relativamente caliente,
condición en que se producen suelos con coloides
debido a la actividad fitológica más intensa.
2.2 Geología del norponiente del Valle de México
(Naucalpan)
La información geotécnica actual, al respecto de la
zona conurbada al norponiente del valle de México,
se obtiene de obras civiles que se han realizado; sin
embargo, esta información está dispersa o es
celosamente guardada por las empresas que la han
elaborado, lo que ha obligado a realizar una gran
cantidad de estudios de tipo geotécnico para conocer
el comportamiento de los suelos y las problemáticas
de la cimentación de obras de Ingeniería (Chávez,
2008).
En esta zona, a la cual corresponde Naucalpan, la
litología está compuesta principalmente por rocas
volcánicas y piroclásticas.
La secuencia inicia con rocas extrusivas del
Mioceno Medio y Tardío, constituidas por tobas,
brechas volcánicas y lavas. Estas últimas son
andesitas de lamprobolita o de augita, andesitas de
hiperstena y dacitas; las tobas son cristalinas
andesíticas. Básicamente en Naucalpan se
encuentran en las bases de las Sierras de
Guadalupe y la Sierra de las Cruces, donde se
amplían más hacia el norte en la base de la Sierra de
Tepozotlán, lugar donde predominan (Vázquez y
Jaimes, 1989; Chávez, 2008).
La Formación Las Cruces fue interpretada por
Bryan (1948), Segerstrom (1961) y Mooser (1974)
como Formación Tarango. En el norponiente del
valle de México se encuentran sus afloramientos a lo
largo de la carretera Nuacalpan-Jiquipilco, en las
afueras de San Mateo Nopala y la carretera
Naucalpan-Cuajimalpa.
Está
constituida
por
depósitos piroclásticos como pómez pliniana y
secuencias de “surges” (inicios de secuencias
piroclásticas), planares o masivos, cristalinos, vítreos
y en ocasiones con pómez, cubiertos por flujos
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
4
Mapa de isoperiodos y amplificación relativa del terreno en el municipio de Naucalpan
piroclásticos generalmente no soldados de cenizas
cristalinas, vítreas. En algunos casos
estos
piroclastos
se
encuentran
cubiertos
o
interestratificados
con
material
aluvial
en
paleocanales fluviales. Existen lavas andesíticas y
dacíticas intercaladas con brechas en las partes
altas de la Sierra de Las Cruces. El espesor de esta
Formación se estima en 990 m. Estos depósitos
cubren en discordancia erosional a las rocas
extrusivas del Mioceno Medio y Mioceno Tardío y a
las rocas volcánicas del Plioceno Temprano y se
encuentran cubiertos a su vez por depósitos
aluviales y lacustres del Cuaternario (Vázquez y
Jaimes, 1989).
Los depósitos aluviales consisten de material
clástico fluvial acumulado simultáneamente con
sedimentos lacustres y depósitos volcánicos del
Cuaternario (Vázquez y Jaimes, 1989), afloran
formando llanuras al norte y sur de la cuenca. Los
espesores máximos de alrededor de 500 m se
encuentran en el centro de las depresiones y se
adelgazan hacia las márgenes de la llanura. En la
zona norte y sur de la cuenca se incluye material
propio consolidado, compuesto por fragmentos del
tamaño de la grava, arena, limos y arcilla,
conteniendo localmente marga, tierra diatomácea,
turba, loess y travertino (Vázquez y Jaimes, 1989).
En algunas partes de la cuenca se intercalan a
profundidad con tobas y derrames lávicos basálticos
y andesíticos (Chávez, 2008).
La formación geológica del municipio de
Naucalpan está compuesta en gran parte de rocas
ígneas volcánicas y sedimentarias, provenientes del
periodo Terciario de la era Cenozoica y en menor
medida del período Cuaternario (Martínez, 2012).
Cabe agregar que Naucalpan está situado al pie de
la Sierra de Las Cruces, la cual está conformada por
tobas, brecha andesítica, pómez, arena y limo
(Santana, 2011).
Los suelos de origen aluvial y volcánico
pertenecen a las partes más bajas del municipio, los
suelos superficiales son estratos de material vegetal
con espesores aproximadamente de 1 a 2 m,
después aparecen los suelos pertenecientes a la
series Clástica Fluvial y Aluvial (es decir, materiales
granulares aluviales y depósitos superficiales de
color negro y vidrio volcánico) de las formaciones de
la Sierra de Las Cruces, la Sierra de Tepozotlán y la
Sierra de Guadalupe (Martínez, 2012).
En las partes altas de Naucalpan las formaciones
geológicas son principalmente la Tarango y la
Becerra, compuestas primordialmente por brecha
andesítica con intercalaciones de pómez, arena y
limo. Las formaciones de las Sierras Menores
contienen numerosos horizontes de toba, ceniza y
capaz de pómez, provenientes de las erupciones de
las Sierra de Las Cruces y están constituidas por
lava, toba y aglomerados basálticos, andesíticos y
dacíticos (Santana, 2011).
2.3 Mapa geológico de Naucalpan
En el mapa geológico del territorio de Naucalpan de
Juárez que se presenta (figura 1) se observa una
secuencia de rocas en la porción central donde
predominan las que constituyen la Formación
Tarango (T), en ocasiones cubierta por rocas ígneas
extrusivas de composición intermedia (Igei) con gran
cantidad de estructuras volcánicas sobre todo en la
parte oeste del territorio. Hacia el norte, junto con las
rocas piroclásticas de la Formación Tarango se
encuentran brechas volcánicas (Bv) que marcan el
límite con el Municipio de Atizapán.
Cerca de la presa Madín aparecen las secuencias
piroclásticas descritas, asociadas en ocasiones a
materiales tobáceo-arenosos.
Hacia la porción oriental del municipio, cerca de la
Facultad de Estudios Superiores Acatlán (FES
Acatlán), los materiales predominantes son los
correspondientes a suelos que constituyen parte del
valle de Cuautitlán y están compuestos de series de
arcillas de baja plasticidad con arena y limo, limo y
arena-arcillosa con espesor de 12 m, cubiertas por 8
m de arcilla y limo de consistencia blanda (Haas,
1978).
En el cerro del Ocotillo, que colinda con el de
Moctezuma, al poniente de la FES Acatlán, se
encuentra un cuerpo intrusivo de composición
intermedia (pórfido andesítico) (Igii), que ha sido
descubierto por la construcción de calles debido al
avance urbano y que no aparece en los mapas
geológicos que se han hecho de la zona, ni se
menciona en la bibliografía que describe a la Sierra
de Las Cruces. Este cuerpo probablemente continúe
hacia el norte pues aflora también cerca de la presa
Madín en el Municipio de Atizapán; generalmente
está coronado por rocas piroclásticas y volcánicas de
composición principalmente andesítica y basáltica, y
se observan sus intrusiones afectando a secuencias
de tobas.
Es importante tomar en cuenta este cuerpo
intrusivo para la delimitación de áreas de respuesta a
las ondas sísmicas ya que forma parte del
basamento y, aunque presenta un alto grado de
alteración y fracturamiento, constituye una roca
sumamente resistente y profunda que puede explicar
la baja incidencia de sismos en la zona.
En general, y principalmente en las secuencias de
la Formación Tarango (T) y en las rocas volcánicas
(Igei), se observa un alto grado de fracturamiento y
escasas fallas; la única reportada por el INEGI afecta
a la Formación Tarango y se ubica en la parte central
del mapa, registrada como falla normal con
buzamiento hacia el oeste.
Al oriente del mapa se delimitan las grietas de
Echegaray y La Florida, que afectan a los suelos de
los terrenos aluviales con hundimientos hasta de 80
cm y que pueden provocar desplazamientos en las
edificaciones por efecto de sismos. Estas grietas se
formaron debido a la extracción del agua del
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RIVERA D. et al.
subsuelo, tienen orientación E-W y longitudes que
superan los 1000 m.
Las tobas de la Formación Tarango fueron motivo
de explotación indiscriminada durante varios años
por su similitud con las arenas y formaron parte de
los materiales de construcción de la Ciudad de
México durante su expansión hacia el norponiente de
la Cuenca. Esta explotación subterránea sin control
dejó gran cantidad de extensas cavidades ocultas,
que actualmente constituyen un riesgo para las
construcciones, pues su falta de ubicación provoca
que se descubran demasiado tarde, cuando las
edificaciones sufren fracturamientos en sus muros,
hundimientos, basculamientos e incluso colapsos.
La relación con la respuesta a las ondas sísmicas
en estas zonas es clara: el suelo está debilitado por
las cavidades y es más susceptible a derrumbes en
caso de sismo.
5
capacidad de muestreo es de 100 muestra por
segundo.
En cada sitio se realizaron dos muestras de 180 s
cada una. Además se registraron los datos
generales del sitio; coordenadas, altitud, dirección o
referencia de ubicación y los nombres de los
archivos generados. Se evitó colocar los sensores
sobre rellenos, taludes o cualquier material suelto
procurando elegir material sano, compacto o bases
de pavimentos.
Una vez capturado el registro se procedió al
trabajo de gabinete consistente en conversión de los
archivos de formato nativo kinemetrics (.evt) a tipo
ASCII. Con el programa Degtra (Ordaz y Montoya,
2000) se visualizaron las señales y se realizó la
corrección de línea base, se aplicó un filtro
pasabanda con ventana comprendida entre 0.1 y 10
Hz. Los registros obtenidos son de aceleración.
Como paso siguiente se realizó la obtención de los
espectros de Fourier; se procesaron en series de
8900 puntos para una ventana de periodos entre 0 y
1 s.
3.2 Cocientes espectrales H/V (Nakamura)
Figura 1. Mapa geológico de Naucalpan de Juárez, Estado de México
(INEGI, SGM y Ángeles (2014)).
3 MEDICIÓN DEL MOVIMIENTO DEL TERRENO
3.1 Pruebas de vibración ambiental
Para analizar el movimiento del terreno se procedió a
realizar campañas de medición en 102 puntos del
municipio de Naucalpan a través de pruebas de
vibración ambiental (microtremores). Este tipo de
mediciones ofrecen buena aproximación para la
caracterización de la respuesta de sitio, además de
la sencillez y rapidez de operación, así como su bajo
costo (Lermo y Chávez-García, 1994). Dicha
vibración está compuesta por ondas Rayleigh y
ondas de cortante.
Para estas mediciones se emplearon equipos
Kinemetrics que constan de dos adquisidores de
datos y seis acelerómetros. Los acelerómetros son
triaxiales, con rangos de grabación de ± 0.25g a ±
4.00g. Los adquisidores de datos son Makalu, con
seis canales y proveen una resolución de 24 bits, la
Las técnicas usadas para analizar las señales de
microtemores son: amplitudes espectrales, cocientes
espectrales entre el sitio de interés y el de referencia,
y cociente espectral entre las componentes
horizontal y vertical (H/V) del punto de medición. Sin
embargo, esta última técnica ha sido la de mayor
referencia desde que Nakamura (1989) demostró
que el cociente H/V es una estimación fiable de la
función de transferencia del sitio. Trabajos como el
de Konno y Ohmachi (1998) han mostrado que la
relación H/V es útil para estimar el periodo
fundamental del suelo y para evaluar el factor de
amplificación del terreno.
Por lo anterior, en esta investigación se optó por
emplear la técnica del cociente H/V, también
conocida como cociente de Nakamura, para
caracterizar el movimiento del terreno en el municipio
de Naucalpan. Además de que ha sido empleada
para estudios de la zona norte del Valle de México,
tal como se comenta en el trabajo de Jaramillo y
Aguilar (2012).
En la figura 2 se muestra la aplicación del cociente
de Nakamura para uno de los puntos de medición,
calzada México Torre Blanca, que como se podrá
ver se presenta los cocientes de las componentes
horizontales x y y (Ax, Ay) con respecto a la
componente vertical z (Az); en este trabajo se vio la
conveniencia de calcular el cociente promedio como
resultado de los cocientes Ax/Az y Ay/Az, tal como se
muestra en la misma figura. Con base en la gráfica
del cociente promedio se puede identificar que en
dicho sitio se tiene un periodo fundamental del suelo
(Ts) de 0.73 s, aproximadamente, y una amplificación
relative (Ar) de cuatro.
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
6
Mapa de isoperiodos y amplificación relativa del terreno en el municipio de Naucalpan
Avenida Fuentes de los Leones
Ar = 1.40
0.23 s
Baja amplificación relativa
Avenida Fresno
Ar = 3.0
0.40 s
Mediana amplificación relativa
Avenida Hacienda del Rosario
Ar = 4.0
Ar = 7.0
0.73 s
0.70 s
Figura 2. Cociente espectral H/V para el sitio de Calzada México Torre
Blanca.
En la figura 3 se muestran los cocientes promedio
para otros puntos de medición del municipio, en
donde, se ilustra la variación de Ts y Ar entre dichos
sitios. De igual forma se ilustra el movimiento del
terreno de sitios típicos que se consideran de baja,
mediana y alta amplificación relativa. En la tabla 1 se
presenta los resultados de las mediciones en estos
sitios de diferente amplificación relativa.
Alta amplificación relativa
Figura 3. Cocientes espectrales H/V promedio para diferentes sitios del
municipio de Naucalpan.
Tabla 1. Resultados de algunos sitios con diferente nivel
de amplificación relativa.
Sitio
Av. Fuentes de los Leones
Avenida Fresno
Avenida Hac. del Rosario
Ts (s)
Ar
0.23
0.40
0.70
1.4
3.0
7.0
Nivel de
amplificación
relativo
Bajo
Mediano
Alto
De la tabla 1 se aprecia que conforme se
incrementa el valor de Ts aumenta Ar, mientras que
en la figura 4 se observa que el punto de mayor
amplificación relativa corresponde al que se ubica en
la frontera con el Distrito Federal.
Ar = 1.4 Avenida Fuentes de los Leones
Ar = 3.0 Avenida Fresno
Ar = 7.0 Avenida Hacienda del Rosario
Figura 4. Ubicación de algunos puntos de medición con diferente
amplificación relativa (Ar) estimados con los cocientes H/V.
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RIVERA D. et al.
4 MAPAS DE ISOPERIODOS Y AMPLIFICACIÓN
RELATIVA DEL TERRENO
A partir de las mediciones de vibración ambiental en
102 sitios del municipio de Naucalpan se procedió a
obtener los cocientes espectrales H/V, como se
comentó anteriormente, para identificar los valores
de Ts y de Ar para dichos puntos de medición, con
esta información se elaboraron los mapas de
isoperiodos y de amplificación relativa del terreno,
vaciando los datos en el Arc Gis 9 los puntos
característicos georeferenciados, tal como se
muestra en las figuras 5 y 6.
Figura 5. Mapa de isoperiodos del municipio de Naucalpan
7
En el mapa de isoperiodos se observa que la
distribución de los periodos dominantes tiene
relación con el mapa geológico (figura 1), de esta
manera en las partes altas del municipio, zona
poniente de Naucalpan, en donde predominan rocas
volcánicas
y piroclásticas,
constituidas
por
secuencias de tobas, brechas volcánicas y lavas, se
tiene valores inferiores a 0.3 s; dentro de estas
zonas se encuentran la Carretera México-Toluca,
quinta sección de Lomas Verdes, Avenida Fuentes
de los Leones, entre otros. En tanto en las partes
bajas, zonas centro y oriente de Naucalpan, están
constituidas por depósitos de suelos aluviales,
intercalados con las formaciones Tarango, en donde
predomina arena limosa con arcilla, se tienen
periodos de vibración superiores a 0.3 s, cuyos
espesores influyen en la variación del periodo, de tal
forma que se alcanzan valores hasta de 0.73 s; así,
se tiene los casos de Naucalpan Centro, Conscripto,
Gustavo Baz y los límites con las delegaciones
Azcapotzalco y Miguel Hidalgo.
El mapa de amplificación relativa del terreno tiene
buena correlación con los mapas de geología y el de
isoperiodos, dado que en la zona de suelo de
consistencia firme, identificado en este trabajo como
partes altas de Naucalpan, los periodos y la
amplificación del suelo son bajos. En tanto, que en
las partes bajas de Naucalpan en donde se tiene
depósito de suelos de consistencia blanda, el
periodo y la amplificación de movimiento del suelo
tienden a incrementarse, de tal forma, que los
máximos valores de estos parámetros dinámicos se
presentan en la frontera con el Distrito Federal.
5 CONCLUSIONES
Con objeto de conocer con mayor detalle las
características dinámicas del suelo de Naucalpan, en
este trabajo se propusieron los siguientes mapas:
geológico, isoperiodos y amplificación relativa del
terreno.
Figura 6. Mapa de amplificación relativa del terreno en el municipio de
Naucalpan
Para el trazo del mapa de isoperiodos se aplicó
una interpolación (Kriging) de los periodos obtenidos,
los cuales varían de 0.16 s a 0.73 s, estos fueron
divididos en nueve rangos, según se aprecia en la
figura 5. Mientras que para la elaboración del mapa
de amplificación relativa (figura 6) se obtuvieron
valores de Ar entre 1.2 y 7.5, los cuales se dividieron
en cuatro rangos: baja (1.2 ≤ Ar ≤ 2), media baja (2 <
Ar ≤ 3), media alta (3 < Ar ≤ 5) y alta (5 < Ar ≤ 7.5).
Los tres mapas ofrecen una buena correlación, de
tal forma, que para fines de diseño sísmico de
edificios se pueden establecer dos zonas: firme y
transición; en la primera los periodos fundamentales
del terreno son inferiores a 0.3 s, que corresponde a
las partes altas del Municipio; en tanto que en la de
transición, partes bajas del municipio y zonas que
colinda con las delegaciones Azcapotzalco y Miguel
Hidalgo, oscila entre 0.3 s y 0.73 s, además que es
una zona en donde se tiene mayor amplificación
relativa en comparación con otros sitios de
Naucalpan.
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
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Mapa de isoperiodos y amplificación relativa del terreno en el municipio de Naucalpan
AGRADECIMIENTOS
Se agradece a la Dirección General de Asuntos del
Personal Académico de la UNAM (DGAPA) el apoyo
recibido para el desarrollo de este trabajo de
investigación como parte del proyecto PAPIIT
IT101513 “Riesgo sísmico del municipio de
Naucalpan”.
De igual forma se reconoce el trabajo realizado
por Berenice Ángeles Sánchez en la elaboración de
los mapas de geología, isoperiodos y amplificación
relativa del terreno.
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