Peligro sísmico en la zona metropolitana de Tuxtla Gutiérrez: dos casos de estudio

Introducción

En México, gran parte del territorio nacional presenta un riesgo sísmico significativo, generado principalmente por los terremotos que ocurren en la Costa del océano Pacífico, en la conjunción de las placas tectónicas de Cocos y de Norteamérica. El estado de Chiapas es una región considerablemente propensa a la actividad sísmica, esto debido a una característica singular con respecto al resto de la República Mexicana, en él convergen tres placas tectónicas: la Placa de Cocos, la Placa de Norteamérica y la Placa del Caribe (Figura 1).

Chiapas se divide en cuatro provincias tectónicas: la provincia de las Fallas Inversas, la provincia de las Fallas Laterales, el Batolito de Chiapas y las Fallas de Motagua-Polochic (Guzmán y Meneses, 2000) y se han identificado además cinco fuentes sismogenéticas (González-Herrera, 2014) que han originado los sismos ocurridos en la región, siendo la primera el proceso de subducción de la placa de Cocos bajo la Placa de Norteamérica (Suárez y Singh, 1986; Pardo y Suárez, 1995). La segunda fuente está asociada a la deformación interna de la placa subducida, esta produce sismos que van desde los 80 hasta los 300 km de profundidad, del tipo intraplaca, como el ocurrido el 07 de septiembre de 2017, de Mw 8.2. La tercera fuente corresponde a sistemas de fallas superficiales que han provocado una deformación cortical, esta origina temblores de magnitud y profundidad moderada (González-Herrera et al., 2015).

Estos sismos provocan daños a nivel local, como los ocurridos en Chiapa de Corzo entre julio y octubre de 1975 (Figura 2a y 2b) (Nadayapa, 2011). La presencia de volcanes activos en el estado (el Tacaná y el Chichonal o el Chichón) y el fallamiento lateral izquierdo entre la Placa de Norteamérica y la Placa del Caribe (González-Herrera, 2015), corresponden a la cuarta y quinta fuente respectivamente.

Área de estudio

Las Zonas Metropolitanas (ZM) se definen como el conjunto de municipios relacionados entre sí por un alto grado de integración física o funcional de manera intermunicipal o interestatal. Otro requisito para ser catalogada ZM es que la población total de los municipios que la conforman sea superior a los 200 mil habitantes y que la localidad urbana o conurbación que da origen a la misma cuente con más de 100 mil habitantes (SEDATU, 2020).

La dinámica de desarrollo y crecimiento económico que experimentan algunas ciudades, como el caso de Tuxtla Gutiérrez, las ha llevado a rebasar sus límites municipales (INEGI, 2014), esto ha provocado que se actualicen en su composición. En el 2023 se publicó el documento “Metrópolis de México 2020”, resultado de un trabajo colaborativo entre el Consejo Nacional de Población (CONAPO), el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) y la Secretaría de Desarrollo Agrario, Territorial y Urbano (SEDATU) en el cual se definen 48 ZM en México, conformadas por 345 municipios en los que residen 67.6 millones de personas.

Por lo tanto, la ZM de Tuxtla Gutiérrez (Figura 3), está integrada por este municipio (capital del estado de Chiapas), además de Berriozábal, Chiapa de Corzo, Suchiapa y San Fernando, tal como puede apreciarse en la Tabla 1.

La ZM de Tuxtla Gutiérrez ha experimentado un crecimiento importante en el período comprendido entre 2010 y 2020, a nivel población, aumentó en más de 100 mil habitantes, lo cual representa un incremento del 14 por ciento aproximadamente (Figura 4).

Características generales del área de estudio

En la zona norte de la región predomina la sierra alta de laderas tendidas, seguido de sierra alta escarpada compleja; al sur de la región predomina la meseta con cañadas, seguido de la sierra alta de laderas tendidas y en menor proporción de áreas de cañones típicos. En la zona este de la región se localiza el valle de laderas tendidas con lomerío y sierra alta de declive escarpado; en la parte oeste de la región predomina el lomerío típico, al centro de la región se localiza la meseta típica y llanura aluvial con lomerío (Mullerried, 1957), en esta zona se encuentra el Cañón del Sumidero, geoforma de grandes dimensiones producto de un sistema de fallas y fracturas geológicas, además de la acción erosiva del río Grijalva; las formas de relieve con poca pendiente con lomas, mesetas y valles predominan en el centro, lo que representa aproximadamente el 60% del territorio.

La altura del relieve va desde menos de 30 m y hasta los 2,600 m sobre el nivel del mar (INEGI, 2004). En el área de estudio, de manera general se presentan 8 unidades de suelo, dentro de las cuáles existe una mayor distribución porcentual del Litosol, Regosol y Rendzina:

En cuanto a la Geología, la superficie de la ZM presenta siete tipos de roca y se compone de suelos terciarios, predominan tres tipos, caliza (34.46%), limonita-arenisca (29.01%), y lutita-arenisca (16.55%). También de suelos cretácicos: limolita (7.35%) y aluvial (07.22%). Otras composiciones variadas de suelo conforman el 05.40% restante de la superficie de la región (Secretaría de Hacienda, 2017).

Sismicidad en la región

Los sismos ocurridos en la región han tenido un fuerte impacto en la región sureste de México, trascendiendo considerablemente en los grupos con mayor grado de marginación de la población. De acuerdo al censo de población y vivienda realizado por INEGI en el año 2010, más del 70% de la población de la región presenta un grado de marginación medio – alto. El análisis del peligro sísmico en una región determinada engloba el manejo de gran cantidad de información, en este trabajo se presentan los resultados obtenidos para dos casos de estudio: Tuxtla Gutiérrez y Chiapa de Corzo. Ambos sitios fueron seleccionados por la existencia de edificaciones con alto valor patrimonial, por contar con un fondo habitacional con cierto grado de deterioro y por la presencia de zonas con alto grado de marginación.

El efecto de los sismos en las ciudades antes mencionadas se puede apreciar a distintas escalas, a nivel estatal por haber sufrido eventos telúricos de gran envergadura que afectaron las construcciones patrimonio cultural de la humanidad como es el caso de Chiapa de Corzo (sismos de octubre de 1975), o el sismo de octubre de 1995 para Tuxtla Gutiérrez y a nivel local por las características del suelo los niveles de amplificación sísmica. La ocurrencia de eventos de gran magnitud (Figura 5), como el suscitado el 07 de septiembre de 2017 (Mw 8.2) nos reiteran la necesidad de realizar estudios de peligro en zonas de una amplia riqueza cultural.

METODOLOGÍA

Para esta investigación se empleó una metodología multiparámetro (Moreno Ceballo et al., 2019, Moreno Ceballo et al., 2020) basada en los Sistemas de Información Geográfica, que contempló las características geológicas, edafológicas y se determinaron además las zonas susceptibles a inundación o llanuras inundables. También se empleó una base de datos de daños históricos por sismos en la región, muchos de ellos recabados en campo entre 2017 y 2020:

Revisión documental y recolección de datos en campo

Revisión documental de los eventos sísmicos registrados en la zona de estudio, a partir de encuestas aplicadas a la población y entrevistas semiestructuradas realizadas a cronistas e historiadores. Esto permitió realizar una recopilación de los daños presentados con la ocurrencia eventos sísmicos en la región, destacando los ocurridos el 06 de octubre de 1975 (para el caso de Chiapa de Corzo) y el sismo del 07 de septiembre de 2017 de 8.2 Mw.

Las bases de datos de los daños históricos se construyeron fortaleciendo la investigación documental con trabajo de campo, donde también se consideró el uso que han tenido los inmuebles desde 1975 a la actualidad (Moreno-Ceballo et al., 2020). Se empleó un navegador GPS/GNSS para referenciar geográficamente las edificaciones que presentaron daños por los eventos sísmicos considerados para este trabajo.

Zonas inundables

Las zonas adyacentes a los cauces fluviales son muy atractivas para los desarrollos urbanísticos, la utilización de dichas zonas, sin considerar los límites naturales necesarios para evacuar las crecientes, ha contribuido a amplificar el efecto negativo de las inundaciones, que en algunos casos dejan consecuencias trágicas (Arbeláez et al., 2002). Es por ello que se determinaron las zonas inundables por la presencia de ríos importantes que históricamente han provocado afectaciones en las zonas urbanas del área de estudio, como es el caso de las inundaciones provocadas por el huracán Arthur en el 2008 (Hernández, 2009) y huracán Matthew en el 2010 (López, 2010) en Chiapa de Corzo.

La amplificación del movimiento del suelo es una de las principales causas de daños importantes en zonas con depósitos sedimentarios poco compactados. Según Schmudde (1968), la llanura de inundación, una forma geomorfológica generalmente compuesta por material no consolidado transportado por los ríos, favorece este fenómeno. Estos suelos incrementan la amplificación sísmica, intensificando los efectos de un sismo, de manera general, los daños causados se relacionan con variaciones de los materiales geológicos cercanos a la superficie y, de manera particular, estas amplificaciones del movimiento del terreno se asocian con depósitos sedimentarios recientes y poco consolidados (Tinsley y Fumal, 1985).

Grado de daño y determinación de la vulnerabilidad

Para la asignación del grado de daño y determinación de la vulnerabilidad sísmica se empleó la Escala Macrosísmica Europea (EME), esta considera una descripción y esquema gráfico, además define en forma cualitativa cada uno de los cinco grados de daño de que consta; donde el grado de daño varía del grado 1 que corresponde a daños despreciables, hasta el grado 5 que es asociado al colapso total del inmueble (Grunthal, 1998), (Arellano et al., 2003), (Silva, 2006). Se analizó además la calidad en la edificación tomando en cuenta los materiales empleados y se determinaron las zonas de mayor amplificación sísmica a partir de mediciones de los períodos fundamentales de vibración del suelo y su posterior comparación con el espesor de sedimentos y el empleo de las variables: Edafología, Geología, Daños históricos, Amplificación Sísmica.

Elaboración de mapas

Finalmente se elaboraron mapas que contienen información sobre los daños históricos por sismo y el espesor de sedimentos para las manchas urbanas. En 1976, Newmark y Rosenbleuth acuñaron una expresión que relaciona el espesor de los sedimentos con su período fundamental de vibración y la velocidad de propagación de ondas de corte:

Donde T representa el período natural del terreno, h es el espesor del i-ésimo estrato y β es la velocidad de propagación de ondas de corte. El número de estratos sedimentarios está representado por n. A partir de este modelo, simplemente despejamos para obtener la ecuación definitiva con la cual se alimentó al software ArcMap con el propósito de obtener los valores que se interpolaron posteriormente:

Para estimar los espesores de sedimentos bajo ambas manchas urbanas, se utilizó el modelo descrito anteriormente, complementariamente al cálculo de los períodos naturales de vibración de los suelos. Para esto se usó una velocidad β promedio de 150 m/s (Narcía et al., 2006), los períodos usados para Chiapa de Corzo corresponden a los hallados por Salgado et al. (2004); mientras que para el caso de Tuxtla Gutiérrez se emplearon 285 mediciones realizadas en toda la mancha urbana (Figura 6).

CHIAPA DE CORZO

Chiapa de Corzo se localiza sobre la carretera federal 190, a escasos 12 Km de Tuxtla Gutiérrez, capital del estado de Chiapas. Es cabecera municipal del municipio del mismo nombre y geográficamente se ubica en los límites de la depresión Central y del Altiplano Central, sus coordenadas geográficas son 16º 42"N y 93º 00"W (497920.00 m E y 1849152.00 m N, Zona 15 N), su altitud es de 406 msnm y cuenta con una extensión territorial de 869.21 km2 (INAFED, 2018). Colinda al norte con los municipios de Osumacinta, Soyaló e Ixtapa; al este con los municipios de Ixtapa, Zinacantán, Acala, y Venustiano Carranza; al sur con los municipios de Venustiano Carranza y Villa Corzo; al oeste con los municipios de Villa Corzo, Villaflores, Suchiapa, Tuxtla Gutiérrez y Osumacinta (INEGI, 2008).

El municipio de Chiapa de Corzo tiene características geológicas, donde predomina la caliza en un 40.84%, Lutita – Arenisca (27.06%), Limolita – Arenisca (13.22%), Caliza – Lutita (10.56%), Conglomerado (7.44%), Ígnea Intrusiva Básica (0.74%) y Arenisca – Conglomerado (0.12%) (INEGI, 2008).

En cuanto a las características edafológicas, la porción Este de la población está conformada por un Regosol calcárico, en esta zona existen algunos lomeríos bajos. El lado Oeste y una pequeña porción al Sur se encuentran en un Vertisol pélico; así mismo, otra zona al Suroeste del poblado está constituido por un Fluvisol éutrico. Al Sur y Suroeste se encuentra el cuerpo de agua que constituye el río Grande de Chiapa o río Grijalva. La mayor parte del centro histórico de Chiapa de Corzo es sensiblemente plana (Salgado et al., 2004).

El mapa de la Figura 7 ilustra la distribución de los daños provocados por sismo en la cabecera municipal de Chiapa de Corzo, se puede apreciar una concentración en la zona centro y en las zonas cercanas al río Grijalva. Varias edificaciones importantes se han visto afectadas de manera reincidente como el templo del Calvario, la iglesia de Santo Domingo, la iglesia de San Jacinto y algunas viviendas que sobrevivieron a ambos eventos sísmicos. El mayor número de afectaciones corresponde a las tradicionales casas de adobe, aproximadamente el 30 % de las edificaciones censadas durante el trabajo de campo; es importante especificar que el adobe por lo general presenta un pobre comportamiento estructural durante la ocurrencia de fenómenos naturales como es el caso de los sismos.

La amplificación del terreno local puede deberse a la naturaleza, composición y morfología de las capas superficiales de suelo. A este fenómeno local del comportamiento del terreno se le conoce como “efecto local”, “respuesta local” o “efecto del sitio” (Rodríguez, 2005). El daño presentado en los inmuebles es causado, en gran medida por la amplificación del movimiento del suelo, la cual es mayor en áreas constituidas por depósitos de sedimentos blandos y poco compactados, como las zonas cercanas a las márgenes de los ríos.

Geomorfológicamente, la llanura de inundación es una forma de terreno compuesto primariamente de material depositado no consolidado, derivado de sedimentos transportados por el río en cuestión (Schmudde, 1968), la presencia de este tipo de suelos favorece la amplificación sísmica provocando un mayor efecto de sitio ante un sismo, es por ello que tras una profunda revisión documental, así como la incorporación de reportes de Protección Civil, se elaboró un mapa del Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias (NAME) para la cabecera municipal de Chiapa de Corzo (Figura 8).

De manera general, los perjuicios causados por la sacudida del terremoto comúnmente se relacionan con variaciones de los materiales geológicos cercanos a la superficie y, de manera particular, estas grandes amplificaciones del movimiento del terreno se asocian con depósitos sedimentarios recientes y poco consolidados (Tinsley y Fumal, 1985).

Los planes de desarrollo de las poblaciones deben contemplar la respuesta sísmica local del subsuelo, con el fin de definir los parámetros específicos de diseño estructural sismoresistente, de acuerdo al historial sísmico de la región (IPCMIRD, 2010). Esta investigación aborda principalmente la parte física dentro del análisis del riesgo sísmico, estudiando el estado actual de los edificios y el proceso de construcción de la vulnerabilidad, principalmente por la intervención humana que ante la ausencia de la asesoría técnica recurren a procesos de autoconstrucción o a la utilización de materiales que no cumplen con la normatividad correspondiente.

En la región predomina la utilización de ladrillo reforzado, seguido por el adobe que ha sido tradicionalmente el material más empleado para los muros de las viviendas en la zona, debido a la economía, facilidad de fabricación, construcción y a sus bondades térmicas (Moreno-Ceballo et al., 2019). Con la ocurrencia de los sismos que han afectado a nivel local a Chiapa de Corzo (Tabla 3) y en general al estado de Chiapas, es inminente que las condiciones locales del suelo son determinantes en la respuesta estructural.

Esta debe estar acompañada por supuesto del análisis de la amplificación sísmica a nivel local y en esta investigación consideramos el espesor de sedimentos como una variable adicional para entender el comportamiento espacial de los daños presentados. Para ello se emplearon los datos obtenidos por Salgado y colaboradores (2004) que presentan períodos de vibración fundamental que oscilan entre los 0.14s y 0.39s (Figura 9).

TUXTLA GUTIÉRREZ

Ubicada en la Depresión Central del estado de Chiapas presenta relieve montañoso al norte y al sur. Su extensión territorial es de 412.40 km², lo que representa el 3.26% de la región Centro y el 0.55% de la superficie estatal. Esta ciudad limita al norte con los municipios de San Fernando y Usumacinta, al este con Chiapa de Corzo, al sur con Suchiapa y al oeste con Ocozocuautla y Berriozábal (CEIEG, 2010).

El territorio municipal está conformado por sierras altas con laderas tendidas, llanuras con aportes aluviales y mesetas por erosión; en el parteaguas norte prevalece un conjunto de sierras cuya altitud no rebasa los 1,200 msnm. La ladera norte es estable, y está constituida por calizas del Cretácico superior (formación Ocozocoautla-La Angostura), corresponde a los flancos de la mesa dela Ánimas. En cambio, la ladera sur es inestable por naturaleza (Paz, 2012), ya que corresponde a depósitos recientes tipo coluvión, generados partir de los materiales desprendidos de bordes de la mesa kárstica de Copoya (Paz et al., 2011), misma que se compone de calizas y areniscas del Eoceno medio (formación San Juan) (Ferrusquia et al., 2000, citado en Paz-Tenorio et al., 2017).

La señal medida sobre el suelo durante la ocurrencia de un evento sísmico presenta distintas duraciones (Atakan et al., 1997; Lermo y Chávez-García, 1993), sobre todo en aquellos con una composición inestable, esto se debe al cambio que sufren las ondas sísmicas al atravesar los distintos estratos del suelo.

En la Figura 10 se presenta un mapa de amplificación sísmica en Tuxtla Gutiérrez (González-Herrera et al., 2012), en donde también se pueden observar los daños del sismo del 7 de septiembre de 2017 (8.2 Mw), resaltan un número importante de pérdidas totales y parciales con la ocurrencia de ese fenómeno. Cuando los materiales y sistemas constructivos empleados son homogéneos, por ende, también la vulnerabilidad de las construcciones, esto quiere decir que las afectaciones están condicionadas por el efecto de sitio (Moreno et al., 2019).

Además, se encuentra dentro de la cuenca del río Sabinal y está inmersa dentro de la Región Hidrológica Número 30 Grijalva-Usumacinta, cuenta con una longitud en su trayecto de 407 km, de los cuales 148.96 km se ubican en el municipio de Tuxtla Gutiérrez, que representa el 36 %, aproximadamente. Nace en la loma “El Chupadero”, a 5 km al noroeste del municipio de Berriozábal (al poniente) y recorre 46.4 km para ir a desembocar en el río Grijalva (al oriente de la ciudad de Tuxtla Gutiérrez) en el municipio de Chiapas de Corzo (García Benítez, et al., 2022). En la Figura 11 se presenta un mapa de las zonas inundables en la cabecera municipal de Tuxtla Gutiérrez, elaborado a partir de reportes de Protección Civil Municipal en el período comprendido entre 2004-2016.

Finalmente empleando el modelo propuesto por Newmark y Rosenbleuth en 1976, se obtuvieron los espesores de sedimentos (Figura 12) para Tuxtla Gutiérrez. Los registros se tomaron en 285 estaciones ubicadas en distintos puntos de la mancha urbana (Figura 6); los períodos obtenidos van desde los 0.08s hasta 1.33min. Además se puede observar la distribución espacial de los daños provocados por el sismo del 7 de septiembre del 2017.

RESULTADOS

La elaboración de mapas de espesor de sedimentos y el análisis de la amplificación sísmica en ambas manchas urbanas permitieron comparar los daños provocados por sismo y a su vez establecer una relación con las zonas de mayor afectación. Se analizaron 198 manzanas de la cabecera municipal de Chiapa de Corzo y se obtuvieron espesores de sedimentos que oscilan entre los 7.12 m y 14.62 m (Figura 8). La ciudad presenta patologías constructivas homogéneas, lo cual pone de manifiesto que las condiciones locales del subsuelo han sido determinantes en la localización de los daños; se observó además cómo la mayor cantidad de estos ocurren en zonas entre los 8 y 12 metros de espesor de sedimentos y se han concentrado en la zona centro de la ciudad y en las márgenes del río Grijalva, es decir, suelos blandos, poco consolidados.

Para Tuxtla Gutiérrez se obtuvieron espesores que oscilan entre los 3 m y 46.78 m (Figura 12) y se realizó una correlación espacial con los daños históricos por sismo, encontrando que la mayoría de los daños se localizan en la zona centro y en la zona sur poniente de la ciudad y se ubican además entre los 10 m y los 20 m de espesor de sedimentos. Es importante resaltar la necesidad de complementar los resultados obtenidos en este trabajo con mediciones actuales ubicadas en toda la extensión de la mancha urbana de ambas ciudades, ya que en los últimos años el crecimiento poblacional ha sido considerable, ocupando además zonas consideradas en riesgo por fenómenos geológicos como la ladera sur de Tuxtla Gutiérrez (Paz-Tenorio, 2012).

CONCLUSIONES

La autoconstrucción es un factor determinante en las afectaciones provocadas por los sismos ocurridos en el área de estudio, esto ha tenido consecuencias en grupos con alto grado de marginación de la población que por desconocimiento o falta de recursos recurre a este medio para edificar su vivienda. Identificar las amenazas y vulnerabilidades existentes en nuestra comunidad es una tarea importante que permitirá generar acciones e ideas para reducirlas a través de planes de acción.

Los resultados aquí presentados forman parte de una investigación relacionada con la evaluación de la vulnerabilidad sísmica en la Zona Metropolitana de Tuxtla Gutiérrez, empleando una metodología que permita obtener zonificaciones preliminares utilizando información de libre acceso, que permita además replicar la misma en el resto de las ciudades de la ZM.

REFERENCIAS