Zonación preliminar de la licuación de los suelos en la región de Cuba Oriental
Resumen
Se propone una zonación preliminar de la
licuación de los suelos para la región de Cuba
Oriental, basado en el estudio de diferentes factores que inciden
en la ocurrencia de la licuación, tales como: suelos
susceptibles, intensidad sísmica, aceleración
horizontal efectiva, topografía, reportes
históricos de licuación. Se aplica el criterio
Si/No se caracterizan los suelos a licuar. Se identifican las
zonas que se caracterizan a licuar y zonas donde es baja o no
existe la licuación de los suelos. Estos estudios
constituyen una primera representación de la
licuación a escala regional en Cuba, principal aporte de
la investigación.
Las zonas susceptibles indican donde deben aplicarse
métodos detallados. Los resultados obtenidos son de gran
aplicabilidad para el ordenamiento territorial del oriente
cubano, norma sísmica cubana, defensa civil de Cuba y
estudios científicos técnicos para nuevas
inversiones.
Palabras Claves. Licuación,
Zonación, Suelos.
I.
Introducción.
Cuba, es amenazada por fenómenos naturales e
inducidos, destacándose los huracanes, sismos,
inundaciones y deslizamientos. La licuación de los suelos
es un fenómeno inducido de la actividad sísmica
poco estudiado, las investigaciones precedentes se han dedicado a
la zonación a escalas detalladas (Márquez, I;
Seisdedos, J; Chuy, T.; Díaz, R; 2002); (García, et
al, 2002); (Zapata y Rosabal, 2010) fundamentalmente.
Actualmente existe gran preocupación por parte
del estado cubano, planificación física e
investigadores, por realizar una planificación territorial
en armonía con la naturaleza teniendo en cuenta las
condiciones geológicas y geomorfológicas del
territorio nacional, en aras de minimizar las vulnerabilidades y
el riesgo sísmico. La zonación de la
susceptibilidad de la licuación para el Oriente cubano,
puede considerarse una solución para este escenario y
será de gran utilidad en las zonas de peligro, con la toma
de medidas preventivas y el diseño adecuado de las
construcciones, donde intervienen los organismos encargados
directamente del ordenamiento territorial.
II.
Ubicación geográfica.
El área de estudio se ubica (ver Figura 1)
en el este, dentro del territorio de Cuba; abarca gran parte de
la zona emergida de la región de Cuba Oriental, cubre un
área aproximada de 18 651.42 km2. En ella se ubican las
ciudades Bayamo, Santiago de Cuba y Guantánamo. Desde el
punto de vista político administrativo ocupa las
provincias de Granma, Santiago de Cuba, Guantánamo y una
porción de Holguín.
Figura 1. Ubicación geográfica de la
región de Cuba Oriental. Coordenadas
geográficas (Long W: -74,134° -77,738°; Lat
N:19.841°-20.730°). Línea en negro representa el
límite de la región de estudio.
III.
Licuación de los suelos.
La licuación de los suelos puede definirse de una
forma muy sencilla, como la pérdida de sustentación
de los suelos sueltos saturados, ante el efecto sísmico,
el suelo se comporta como un líquido viscoso en lugar de
un sólido.
Para realizar la zonación de la licuación,
fue necesario evaluar los factores que favorecen su ocurrencia
(Leslie, T.; Idriss,I; 1997) tales como: suelos susceptibles,
intensidad sísmica, aceleración horizontal
efectiva, topografía, profundidad de los niveles
freáticos, reportes históricos de licuación
y propiedades físico mecánicas de los
suelos.
El área de estudio es extensa en todas sus
dimensiones y se presentaron algunas limitantes, impidiendo
evaluar todos los factores que inciden en la licuación,
tales como: mapa de suelos cuaternarios a escala 1:250 000 (IGP,
2008), información existente a escalas pequeñas,
ausencia de información ingeniero-geológica y
niveles freáticos. Las calas realizadas por diversas
instituciones en la región de Cuba Oriental carecen de la
información requerida para realizar una evaluación
detallada de licuación de los suelos a escala regional y
local, en las calas en ocasiones no se encuentra la
información del límite líquido,
índice de plasticidad, profundidad del nivel
freático o ausencia total de esta
información.
La investigación se ubica en el Nivel o Grado I
de Zonación (TC-4, 1999). Estos estudios regionales
identifican las zonas susceptibles a licuar, donde es necesario
evaluar la potencialidad de la licuación, empleando
información ingeniero-geológica detallada para la
toma de medidas de mitigación y reconoce las zonas de bajo
potencial o donde no existe licuación.
A continuación se realiza un análisis de
los factores de mayor incidencia de acuerdo a la
información disponible.
Suelos susceptibles.
Los suelos fueron cartografiados a partir del mapa
geológico (IGP, 2008) del cuaternario y su leyenda
influyó en la clasificación de la susceptibilidad;
la descripción general fue tomada de los resultados de
investigaciones precedentes (Peñalver et al, 2008),
formaciones jóvenes, depósitos palustres, marinos,
biogénicos, sedimentos aluviales de edad Holoceno. Estos
perfiles de suelos se clasifican como S4 según la
Norma Sísmica Cubana (NC46-99). A continuación se
realiza (Peñalver et al, 2008) una breve
caracterización de cada una de las formaciones
geológicas o depósitos según su
tipo.
Depósitos marinos. Están representados
principalmente por arenas y guijarros, acumulados en playas y
camellones de tormentas, a veces cementados por carbonato,
formando rocas de playa (beach rock). La composición
(Peñalver et al, 2008) de las arenas y guijarros de estos
depósitos se encuentra en dependencia directa con las
rocas que forman la costa (muchas de estas arenas no vienen de la
costa ni de rocas, sino son de origen biogénico, de la
desintegración de corales, moluscos y algas). Estos
depósitos se extienden en parches discontinuos en la zona
litoral insular y cayería, en dependencia del tipo de
costa. En las bahías pequeñas identificadas en
áreas montañosas o elevadas, rellenan partes bajas
del litoral, alternando con zonas rocosas escarpadas.
Aunque en casi toda Cuba, estos depósitos
están constituidos por arenas sueltas biogénicas,
de granos finos y medios y de color blanco amarillento, en Cuba
Oriental no siempre se presentan así, ya que el aporte de
material terrígeno es mayor e inclusive varía de
una zona a otra por su coloración y otras
características. En general, el material detrítico
es psamítico de granulometría fina, más
raramente gruesa. Los granos son redondeados o subredondeados.
Están formados por fragmentos de algas calcáreas,
corales, moluscos, briozoos, equinoídes, etc. En la costa
sur, entre Pilón y Guantánamo, predominan las
vulcanitas, granitoídes y dioritas. Al este de
Guantánamo las metamorfitas y entre Baracoa y Moa, las
ultrabasitas. Con frecuencia se observan gravas, guijarros y
bloques de las rocas antes señaladas, (Peñalver et
al, 2008) recubriendo casi toda la planicie costera, material que
probablemente tiene un origen aluvial; aunque con una elevada
reelaboración por el oleaje actual, que aplana y
más aún, redondea el material.
Depósitos palustres. Ocupan la posición
más baja en el relieve y se depositan en ambientes bajos
costeros, ensenadas, costas acumulativas, desembocaduras de
ríos, pantanos, etc. En Cuba Oriental estos
(Peñalver et al, 2008) sedimentos fueron reconocidos en
numerosas bahías como Manatí, Puerto Padre, Nipe,
Sagua de Tánamo, Guantánamo, Santiago de Cuba,
Pilón, Cabo Cruz, Niquero, Campechuela y en otras
localidades. Su mayor extensión la alcanzan en la
desembocadura del río Cauto. Los sedimentos costeros se
forman en dos ambientes esencialmente diferentes y en
consecuencia, se distinguen dos tipos de depósitos:
pantanos de mangles y pantanos costeros de agua dulce.
Los pantanos de mangle se originan en el mar y su
desarrollo representa un crecimiento de la tierra a expensas del
mar. En los límites de los pantanos de mangle que bordean
la costa, la línea costera (el límite entre el mar
y la tierra) solo se puede trazar condicionalmente. Los pantanos
costeros de agua dulce se originan en la tierra, en las zonas de
descarga de las aguas subterráneas, fundamentalmente
cársicas, como resultado de la contención de estas
aguas por el mar. El desarrollo de estos pantanos no cambia el
límite entre la tierra, el mar y la línea costera,
en las regiones donde se desarrolla, posee una
configuración clara.
Los representantes más (Peñalver et al,
2008) característicos de la facies terrígena de los
pantanos de mangle, son las arcillas de color gris oscuro y pardo
oscuro, fuertemente salinizadas y las arcillas arenosas con
restos carbonizados de troncos y raíces de mangle. En la
superficie de estos sedimentos frecuentemente se forma una costra
de 1-2 mm, fracturada por grietas y rellenas de algas. La facies
carbonatada de los depósitos de pantanos de mangles,
está representada por limos finos
carbonatado-organógenos con una cantidad variable de
detrito vegetal. Una estrecha relación genética con
los depósitos de pantanos de agua dulce, la tienen las
costras carbonatadas finas, que se forman sobre la superficie de
las calizas que afloran en las regiones costeras más
bajas. Estas costras están formadas por la sucesión
rítmica e irregular de las capitas oscuras y claras, con
un espesor de fracciones de milímetros.
Depósitos biogénicos (bQ2). Estos
depósitos, desde el punto de vista genético,
pudieran ser incluidos en los depósitos palustres, sin
embargo, por la cierta importancia económica que se le ha
dado como fuente de combustible, es preferible tratarla por
separado. En el documento elaborado por Peñalver et al,
2008 no aparecen descritos los depósitos Biógenos
de la región de Cuba Oriental, pero si aparece su
cartografiado.
Depósitos aluviales (alQ2). En Cuba Oriental los
depósitos aluviales, fueron propuestos como
Formación geológica Río Macío,
incluye una potente secuencia de bloques, cantos rodados, gravas,
arenas limosas y arcillas derivadas de la erosión fluvial
y regional. En estos casos, el material presenta diferente tipo
de redondeamiento y de yacencia. Se observaron rasgos
estructurales como la estratificación cruzada y
lenticular, típica de las terrazas y del cauce fluvial.
Los depósitos aluviales de los valles y ríos
más grandes se distribuyen limitadamente en el territorio
de la Sierra del Purial y sus inmediaciones. Allí, en los
bordes de los valles, se observa una alternancia de guijarros,
arenas polimícticas de grano grueso y con lentes de
arcillas, así como los depósitos compuestos de
cantos rodados y guijarros.
Luego de ser identificados los suelos de forma general,
la zonación se realiza a partir del criterio Si/No se
caracterizan los suelos a licuar. (Pierre-Yves Bard,
2005).
Son Susceptibles a licuar, cieno y arenas que presenten
las siguientes características. Grado de saturación
al 100% (por ciento), uniforme granulometría
(tamaño del grano al 50% (por ciento), con D50, rango del
tamaño del grano 0.05mm y 1.5mm; las arcillas que
presenten las siguientes características, tamaño
del grano al 15% (por ciento), con D15, mayor que 0.005mm,
límite líquido menor que 35% (por ciento),
contenido de agua mayor que 0.90Wl, índice de plasticidad
menor que 0.73 (Wl- 20).
No son susceptibles a licuar en ningún caso
gravas con D10 mayor que 2mm y arcillas que presenten las
siguientes características, tamaño del grano al 70%
(por ciento), con D70, menor que 74?m, índices de
plasticidad mayor que 10% (por ciento).
Categorías de susceptibilidad de los
suelos.
Depósitos Aluviales. Se realizó una
clasificación en correspondencia con la leyenda del mapa
geológico del cuaternario y descripción antes
realizada (Peñalver, et al, 2008), consideramos que por la
proximidad de estos suelos a ríos, en los canales de los
ríos, desembocaduras y zonas costeras, muy próximos
a las bahías se infiere que el nivel freático se
encuentre próximo a la superficie y que el grado de
saturación sea el más elevado de todos los suelos
analizados, se propone como Muy Alta susceptibilidad a la
licuación de los suelos.
Las arenas, requieren de propiedades físico
mecánicas tales como la granulometría y grado de
saturación. Las arenas cartografiadas por el mapa
geológico digital del Cuaternario no superan (IGP, 2008)
el máximo valor del rango de estudio (1.5mm) y su edad es
Holoceno. Se propone Alta susceptibilidad a la
licuación.
Las arcillas, se tuvo en cuenta los suelos arcillosos
tales como: limos fino de granulometría con
diámetro entre 0.1mm-0.05mm, Limo grueso (0.05mm-0.1mm),
limo arcilloso y limo arenosos, (IGP,2008). Requieren de datos
ingeniero geológicos de detalles como límite
líquido, contenido de agua, índice de plasticidad,
se propone Moderada susceptibilidad a la
licuación.
Gravas, se analizaron las gravas arenosas, grava con
diámetro entre 10mm-1.0mm (IGP, 2008) se propone Baja
susceptibilidad a la licuación.
Y las arcillas de granulometría (menor de 0.01mm)
(IGP, 2008). Se propone Muy Baja susceptibilidad a la
licuación.
Las cartas del mapa geológicas del cuaternaria
empleadas fueron: E- 18- 01 Pilón; E- 18- 03 Yateritas; E-
18- 02 Caimaneras; E-18- 13 Bayamo; F-18-14 Santiago de Cuba y
F-18-15 Baracoa. (IGP, 2008).
El análisis realizado se basa en los factores de
mayor relevancia y solo se zonifican los suelos que se
caracterizan a licuar, realizándose recomendaciones de
investigaciones de detalle y análisis de propiedades
físico mecánicas tales como: granulometría,
grado de saturación, índice de plasticidad,
límite líquido, tamaño del grano, contenido
de agua, en las áreas de peligro.
Intensidad sísmica y aceleración
horizontal efectiva. Para el análisis de este
factor es necesario conocer el peligro sísmico del
territorio. La región de estudio se caracteriza por ser la
de mayor peligrosidad sísmica de Cuba, por su
cercanía a la zona de contacto tectónico entre las
placas de Norteamérica y el Caribe, contacto conocido como
zona sismogeneradora Oriente. Esta zona sismogénica es la
de mayor actividad del territorio cubano, capaz de generar
terremotos de hasta 8.0 Richter.
En la zona sismogeneradora principal han ocurrido 20 de
los 28 sismos fuertes reportados en Cuba, es de especial
interés significar que de estos sismos ocurridos, en
Santiago de Cuba, 2 de ellos produjeron intensidad I = 9.0 MSK –
EMS en áreas de la provincia de este nombre en 1766
(Magnitud Richter Ms = 7.6) y 1852 (Ms = 7.3),
reportándose de ambos considerables daños en toda
la región oriental (Chuy, 1999). Así
también, los más recientes que han afectado a la
ciudad de Santiago de Cuba se reportan en 1932 (M = 6.75; I = 8.0
MSK – EMS) y 1947 (M = 6.75; I = 7.0 MSK – EMS).
Se analizan los parámetros de peligrosidad
sísmica en términos de aceleración
horizontal efectiva (90 a 350cm/s2) e intensidad sísmica
equivalente (VII-VIII MSK), en correspondencia con la
tipología de los suelos medios (ver Figura 2) de la
República de Cuba, para la probabilidad de excedencia del
15% (por ciento), tiempo (Chuy y Álvarez, 1995) de vida
útil de 50 años, información necesaria que
debe de tenerse en cuenta para el diseño,
reparación, remodelación y/o reforzamiento de
edificaciones existentes o nuevas, en correspondencia con el
Código Sismorresistente Cubano.
La región de Cuba Oriental posee altos valores de
intensidad sísmica y aceleración horizontal
efectiva. Estas intensidades y aceleraciones se encuentran en el
rango que favorece la ocurrencia de la licuación de los
suelos, teniendo en cuenta los criterios (Seed et al, 1985 en
TC-4, 1999) que indican que la licuación ocurre a partir
de los VII M.M (escala de Mercalli Modificada).
Figura 2. Mapa de peligrosidad sísmica de Cuba
con fines de seguro. Nótese que la región de Cuba
Oriental posee altos valores de intensidad sísmica y
aceleración horizontal del territorio cubano. Tomado de
Chuy y Álvarez, 1995.
Reportes históricos de licuación de
los suelos. En la región de Cuba Oriental, existen
dos (2) reportes históricos, asociados a la ocurrencia de
terremotos históricos. Terremoto del 3 de Febrero de 1932,
magnitud de 6.75 en la escala de Richter, intensidad
sísmica de VIII MSK provocó licuación en
calle La Alameda, (Chuy, 1999) en Santiago de Cuba,
próximo a la bahía del mismo nombre, en su margen
derecha. (ver Foto 1).
Terremoto del 18 de octubre de 1551 ubicado en Bayamo,
los reportes históricos argumentan la ocurrencia de la
licuación (Cotilla y Córdobas, 2010) basados en
datos de archivo general de Indias, declaran su aparición
en la localidad de Cauto Embarcadero, en las cercanías del
río Cauto, identificado como el río de mayor
extensión de Cuba, ubicado en la provincia Granma y su
desembocadura la realiza en el Golfo del Guacanayabo.
Foto 1. Licuación de los suelos en calle La
Alameda, en Santiago de Cuba. Terremoto del 3 de Febrero de 1932.
Tomado de Chuy, 1999.
Los reportes históricos deben ser considerados
como un área potencial de licuación para futuros
terremotos.
Niveles freáticos. Los niveles
freáticos son otros elementos importantes en la
evaluación de la licuación de los suelos. Debido a
la carencia de un mapa de las profundidades de los niveles
freáticos para la región de estudio, se infiere que
en las zonas de canales de los ríos, zonas de llanuras
aluviales, cercanías de las bahías, la profundidad
del nivel freático se encuentre próxima a la
superficie.
Topografía. Del análisis
topográfico no se tuvo en cuenta las zonas de
montañas, colinas, terrazas marinas, lugares donde no
ocurre la licuación de los suelos. Las zonas susceptibles
a licuar son zonas de actuales o antecedentes canales de los
ríos, zonas costeras de llanuras aluviales muy
próximas a la desembocadura de los ríos, zonas
donde la topografía es característica de llanuras,
en los alrededores de las bahías de bolsa de Santiago de
Cuba y Guantánamo.
Propiedades físico mecánicas de los
suelos. Carencia de información
ingeniero-geológica, para la región de estudio,
causa por la cual no se evaluó este factor.
Del análisis integral de la información se
obtiene como resultado una zonación preliminar de la
licuación de los suelos para la región de Cuba
Oriental, (ver Figura 3) las zonas donde los suelos sean
susceptibles a licuar debe prestarse especial atención, es
probable que asociado a un terremoto de gran intensidad, se
produzcan propagaciones laterales, asentamientos diferenciales
del terreno, agrietamientos, levantamientos y causen daños
en las edificaciones, viales, obras de interés
económico o social, se eleve la vulnerabilidad
sísmica y por ende el riesgo sísmico de la
región, por estos motivos se deben aplicar métodos
o criterios de mayor detalles en las zonas de peligro, para
minimizar su impacto.
Los resultados obtenidos son de gran aplicabilidad para
el ordenamiento territorial del Oriente cubano, norma
sísmica, defensa civil de Cuba, así como para los
estudios científicos-técnicos de nueva
inversión.
Este resultado constituye el principal aporte
científico, primera representación de la
licuación de los suelos para la región de Cuba
Oriental, empleando el criterio Si/No se caracterizan los suelos
a licuar. (Pierre-Yves Bard, 2005).
Figura 2. Suelos que se caracterizan a licuar en la
región de Cuba Oriental. Coordenadas
geográficas (Long W:-77,738°-74,134° ; Lat
N:19.841°-20.730°).
IV.
Conclusiones.
1. Se obtiene una zonación preliminar de
la susceptibilidad de los suelos a licuar para la
región de Cuba Oriental a partir del criterio Si/No se
caracterizan los suelos a licuar. (Pierre-Yves Bard,
2005).2. Se obtienen 5 (cinco) categorías de
susceptibilidad a la licuación de los suelos, Muy
alta; Alta; Moderada; Baja; Muy baja.
V. Recomendaciones.
1. En las zonas susceptibles a la
licuación debe de aplicarse métodos detallados
que permitan evaluar las condiciones
ingeniero-geológicas reales.2. En las zonas urbanas con susceptibilidad a
la licuación, debe de cumplirse con las
recomendaciones de la norma sísmica cubana
vigente.
VI.
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Autor:
MsC. Sandra Yanetsy Rosabal
Domínguez.
Centro Nacional de Investigaciones Sismológicas.
(CENAIS).
Ingeniera Geóloga, graduada del Instituto Minero
Metalúrgico de Moa, Holguín, Cuba en el año
1997. Culmine Maestría en Manejo Integrado de Zonas
Costera en la Universidad de Oriente ¨ Sede Julio Antonio
Mella ¨ en Santiago de Cuba, Cuba. Mis áreas de
interés son: Geodinámica. Estudio de multiamenazas.
Peligro Sísmico. Geotecnia.