El bloque central de la Sierra de las Cruces o Fosa de las Lomas, dentro de la Ciudad de México, ha sido la zona de mayor actividad sísmica local en esta ciudad en los últimos 50 años. Aun cuando existen problemas para la determinación hipocentral, su mecanismo de ruptura es consistente con fallas mapeadas orientadas NE-SW, y capaz de generar una aceleración máxima del suelo superior a 0.3 g en una banda de frecuencias altas (entre 6 y 13 Hz), que puede afectar a estructuras de autoconstrucción de mampostería de uno o dos pisos, así como a estructuras altas (mayores a los 10 pisos), con daños no estructurales.
Javier Francisco Lermo Samaniego,
Iván Álvarez Monroy,
Erik Ramos Pérez,
Rodrigo Machado,
Juan Luna Cruz,
Francisco José Sánchez Sesma,
Mathieu Perton,
Leonardo Ramírez Guzmán
INSTITUTO DE INGENIERÍA, UNAM.
Muchos de los sismos locales en la Ciudad de México (CDMX) se deben a la reactivación de fallas que pertenecen a sistemas alineados principalmente en las direcciones N-S, NE-SW y E-W (Mooser, 1992). Las reactivaciones resultan primordialmente de la acumulación de tensión tectónica regional, pero se ha propuesto que el hundimiento del Valle de México es otro mecanismo posible (Havskov, 1982). También existe la hipótesis de que los grandes sismos generados en la costa e intraplaca pudieran dar lugar a condiciones de desequilibrio y desencadenar sismos locales (Singh et al., 1998).
El registro de la actividad sísmica dentro de la CDMX comenzó gracias a la existencia de la estación sismológica de Tacubaya en 1904, y se vio beneficiado con la puesta en marcha, en el decenio de 1970, de la Red Sismotelemétrica del Valle de México (Sismex), operada por el Instituto de Ingeniería de la UNAM, la Red Sísmica del Valle de México (RSVM), operada por el Instituto de Geofísica de la UNAM, y finalmente la Red de Monitoreo del Volcán Popocatépetl, operada por el Centro Nacional de Prevención de Desastres (Cenapred). Con las redes mencionadas se logró la primera descripción de la sismicidad local, constituida por eventos de corta duración asociados a sistemas de fallas identificados en la CDMX y a la intensa actividad volcánica. Asimismo, Chavacán (2007) logró recopilar un catálogo con 218 sismos, considerando una corteza poissoniana (por tener un módulo de Poisson de 1/4 que lleva a una relación de velocidades Vp/Vs=1.73) y la magnitud de coda (Mc) (Havskov y Macías, 1983). Las distribuciones espaciales de estos 218 sismos se concentraron en tres zonas dentro de la CDMX: la primera, denominada Ajusco-Tlalpan, cerca de la Ciudad Universitaria, donde se originó el primer sismo registrado en un acelerógrafo de la red Sismex, con un valor máximo de 49 cm/s2 (Prince, 1974). Para la segunda zona o Mixcoac, Havskov (1982) consigna la ocurrencia de un enjambre sísmico entre el 4 y 15 de febrero de 1981 en la parte central de la Sierra de las Cruces. La tercera zona, Milpa Alta, donde el 21 de enero de 1995 se registró y localizó un sismo de Mc 3.9, cerca de la población de Milpa Alta.
El objetivo de este trabajo es contribuir a la evaluación del peligro sísmico de la zona de mayor actividad sísmica dentro de la CDMX: la parte central de la Sierra de las Cruces. Para ello, se describirá brevemente el origen de esta estructura geológica, su geomorfología y fracturamiento, así como los informes sobre la sismicidad de esta zona. Finalmente, se presenta un parámetro imprescindible en la estimación de la respuesta sísmica de los suelos: los mapas de la distribución espacial del periodo dominante del suelo, la presencia de minas, la localización de fallas y fracturas en esta zona deprimida de la parte central de la sierra.
Sismicidad local en la Sierra de las Cruces
En la figura 1 se muestra la Sierra de las Cruces, limitada por las coordenadas geográficas 18.9833°-19.7166° N y –99.0000°- –99.6666° W. Es el límite occidental de la Cuenca de México, con una longitud de 110 km y un ancho de entre 47 y 27 km de norte a sur. Su origen geológico se debe a la actividad volcánica de nueve estratovolcanes: Zempoala, Corona, Ajusco, San Miguel, Salazar, Chimalpa, Iturbide, Catedral y La Bufa. La litología de la zona se caracteriza por derrames de lava, domos, emplazamientos de fluidos piroclásticos, flujos de detritos, lodo y avalanchas de escombros, cuyas edades abarcan del Plioceno tardío al Pleistoceno.
Por otro lado, la Sierra de la Cruces también está controlada por los tres sistemas de fallas ya mencionadas: N-S, NE-SW y E-W, que la dividen en tres grandes bloques: norte, centro y sur (García Palomo et al., 2008). El bloque del norte está compuesto por un sistema antiguo de fallas con dirección N-S.
El bloque centro se inicia en la falla Ixtlahuaca, de orientación E-W (véase figura 1), está controlado por fallas con orientación NE-SW, que pertenecen al sistema de cizallamiento Tenochtitlan; la Fosa de las Lomas es lo más representativo, con un rumbo general de N53° E, delimitada por las fallas Satélite y Contreras. Por la presencia de los volcanes Chimalpa, Salazar y parte del complejo San Miguel, se presenta una alta densidad de ríos, cuya red de drenaje está controlada por fallas y fracturas con longitudes que van de 5 a 20 km y son los causantes de procesos de hundimiento local y probablemente de los sismos locales (Mooser, 1992). Finalmente, el bloque sur tiene una orientación E-W, y se encuentra asociado a fallas como Xochimilco, La Pera, etc., que cruzan la Sierra del Chichinautzin.
Con respecto a la sismicidad local de la Sierra de las Cruces, en la figura 1 se muestra con círculos rojos de diferente tamaño la distribución espacial de más de 350 sismos locales para el periodo del 1 de enero de 2007 al 9 de marzo de 2023; la mayoría de ellos se ubica en el bloque central de la Sierra de las Cruces, precisamente dentro de la Fosa de las Lomas, delimitada por las fallas normales Satélite y Contreras. Aún más, esta fosa, densamente poblada, abarca las alcaldías Álvaro Obregón, Magdalena Contreras, Cuajimalpa de Morelos, Miguel Hidalgo, Benito Juárez y Coyoacán, donde también, con pequeñas estrellas amarillas, se muestra la distribución de 18 sismos locales que fueron reportados en artículos científicos y en informes especiales del SSN desde 1980. En la tabla 1 se incluyen los parámetros hipocentrales y la referencia donde fueron registrados. Allí se ha incluido, con color azul, la ubicación de los dos sismos analizados recientemente, los cuales también se pueden identificar en la figura 1 con una cruz de color azul.
El sismo Mw 3.2 del 17 de julio de 2019
Singh et al. (2020) señalan que, debido a la reciente mejora en las redes sísmicas locales (Red Sísmica del Valle en 2010, descrita por Quintanar et al., 2018), el enjambre sísmico ocurrido precisamente en las estribaciones del bloque central de la Sierra de las Cruces en junio-agosto de 2019 fue bien registrado (véase figura 1, cruz azul superior, y tabla 1). El mayor evento de la secuencia, ocurrido el 17 de julio (Mw 3.2), causó inquietud en la ciudad por su gran intensidad, percibida por la población en la cercanía del sismo. Sólo desde el punto de vista instrumental, produjo una aceleración máxima del suelo (PGA) superior a 300 cm/s2 (poco más de 1/3 de la aceleración de la gravedad) en la estación más cercana (MHVM), aproximadamente a 1 km de la fuente. Un análisis de las formas de onda de los sismogramas de desplazamiento de paso de banda (0.08-0.2 Hz) en seis estaciones de la RSVM, comparadas con sismogramas sintéticos obtenidos por medio de una inversión del tensor de momento (MT), muestra un mecanismo focal de falla normal, consistente con fallas mapeadas orientadas NE-SW en el bloque central de la sierra.
El sismo Mc 3.0 del 10 de mayo de 2023
El Reporte Especial del SSN de mayo de 202⭐⭐⭐ informó de una secuencia sísmica el 10 de mayo de 202⭐⭐⭐ en las estribaciones del bloque central de la Sierra de las Cruces o en la parte inferior de la Fosa de las Lomas (véase figura 1, cruz azul inferior, y tabla 1). El mayor de los sismos tuvo una magnitud de coda de 3.0 y una aceleración de 178 cm/s2 (Escuela Nacional Preparatoria 8). Este sismo muestra también un mecanismo focal de falla normal, consistente con fallas orientadas NE-SW.
Mapas de periodo dominante, fallas y minas en el bloque central de la Sierra de las Cruces
Lermo et al. (2020) actualizaron la zonificación sísmica de la CDMX. En ese trabajo se realizaron estudios de microzonificación sísmica por alcaldía en Álvaro Obregón, Benito Juárez, Coyoacán y Miguel Hidalgo. Estos autores obtuvieron puntos medidos de ruido sísmico ambiental para estimar el periodo dominante del suelo utilizando la técnica de cociente espectral H/V, también llamado técnica de HVSR, el cual fue introducido por Nogoshi e Igarashi en 1971. Este método presenta un alto atractivo para la caracterización de la respuesta de sitio, tanto por su sencillez de operación y su bajo costo, como por la rapidez con que permite obtener resultados. La metodología fue propuesta por Nakamura (1989) y Lermo y Chávez-García (1993).
En la figura 2 se muestran los resultados de la aplicación de la técnica HVSR a los puntos medidos en las alcaldías mencionadas. Las curvas de igual periodo en estas alcaldías van de 0.5 a 3.0 s. Como se esperaba, las curvas varían rápidamente de la zona de piedemonte a la Zona de Lago, o Zona de Lomas transición a la Zona de Lago. Sin embargo, es una sorpresa que sus valores también tengan la misma variación entre 0.5 y 3.0 s, con la diferencia de que en esta Zona de Transición-Lomas las curvas forman pequeñas cuencas o depresiones, asociadas a los lomeríos, barrancas, cañadas, etc. Aun cuando los valores de la amplificación relativa de estos periodos dominantes obtenidos para estas zonas de Lomas-
Transición son menores a los obtenidos en la Zona de Lago, es importante su estudio para la prevención, no solamente por el fenómeno de la resonancia cuando coinciden los modos de vibrar del suelo y la infraestructura construida en estas zonas, como puentes, plazas comerciales, centros de negocios, edificios residenciales y educativos, sino porque con los sismos locales, estas aceleraciones que rebasan los 300 gales pueden provocar deslizamientos, agrietamientos, deslaves, etc. en todas estas barrancas, cañones, laderas, que presentan variaciones del periodo dominante entre 0.5 a 3 segundos.
Discusión y conclusiones
Es claro que en la CDMX la zona de mayor actividad sísmica en estos últimos 50 años es el bloque central de la Sierra de las Cruces o Fosa de las Lomas, asociada al sistema de fallas NE-SW. Sin embargo, el registro de esta sismicidad ha sido poco confiable debido a la escasa capacidad de las redes sísmicas, ya sea porque la mitad de ellas son acelerógrafos, que son menos sensibles a este tipo de sismos locales de baja magnitud, o por la mala distribución espacial de las estaciones, pues estas se concentran en la Zona de Lago de la CDMX y un porcentaje mínimo en la Zonas de Lomas, donde ocurre la mayoría de estos sismos.
Por otro lado, la complejidad de la estructura de la corteza en la región, sobre todo su variación lateral, dificulta la estimación epicentral, y aún más la estimación de profundidad, como se puede confirmar en la tabla 1,
que presenta una variación de 0.7 a 10.5 km de las profundidades para una misma zona. En cuanto a su magnitud (magnitud de coda, Mc), que toma en cuenta la duración del registro, también presenta problemas por los significativos efectos de sitio de la zona donde se encuentra la mayoría de las estaciones de todas las redes (Zona de Lago). Finalmente, la determinación de los mecanismos focales construidos utilizando el primer arribo del registro sísmico también presenta dificultades, por el ruido cultural de la ciudad cerca de las estaciones sísmicas; por lo tanto, resulta difícil poder identificar y mapear fallas activas con las redes actuales.
Una solución posible se basa en: 1) localizar con una red densa (más de 20 sismógrafos de banda ancha) los próximos sismos que ocurran en esta zona, con objeto de precisar sus hipocentros y, con las réplicas y sus mecanismos focales, asignarlos a fallas o fracturas cartografiadas en esa zona; 2) con la red sísmica hacer tomografía de ondas superficiales con base en el proceso de ruido sísmico ambiental para caracterizar las formaciones someras y establecer sus posibles impactos en los efectos de sitio; 3) realizar estudios de microzonificación sísmica para evaluar las frecuencias dominantes de estos sitios e identificar posibles resonancias, amplificaciones topográficas y pronosticar deslizamientos y agrietamientos y 4) mediante modelos matemáticos, construir escenarios sísmicos para sismos locales de diferentes tamaños de fallas activas, que nos permitan esclarecer su posible origen (tectónico, asociado al hundimiento o a fenómenos ligados al flujo de agua superficial).
El mejor conocimiento del peligro sísmico en esta zona no es un lujo; es una necesidad para estimar con mayor certidumbre las aceleraciones del terreno, y esas, con base en la mecánica, son de la mayor importancia en la ingeniería civil, pues se traducen en fuerzas que actúan sobre las estructuras. Estas fuerzas nada tienen de virtuales: deben tomarse en cuenta en el diseño sísmico
Referencias
Alberro, J., y R. Hernández (1991). Temblores inducidos por fuerzas de filtración. Series del Instituto de Ingeniería 530. México: UNAM.
Chavacán, M. R. (2007). Catálogo de sismicidad local para la cuenca de México. Tesis de maestría en Ciencias de la Tierra. UNAM.
García Palomo, A., et al. (2008). Volcanic stratigraphy and geological evolution of the Apan region, east-central sector of the Trans-Mexican volcanic belt. Geofísica Internacional 41: 133-150.
Havskov, J. (1982). The earthquake swarm of February 1981 in Mexico City. Geofísica Internacional (2)21: 157-175.
Havskov, J., y M. Macías (1983). A code-length magnitude scale for some Mexican stations. Geofísica Internacional 22: 205-213.
Lermo, J., y F. J. Chávez García (1993). Site effect evaluation using spectral ratios with only one station. Bulletin of the Seismological Society of America (5)83: 1574-1594.
Lermo, J., et al. (2020). Actualización de la zonificación sísmica de la Ciudad de México y áreas aledañas-Parte Norte. Informe técnico para el Instituto para la Seguridad de las Construcciones en la Ciudad de México.
Mooser, F. (1987). Geología. En: G. Garza (Editor). Atlas de la Ciudad de México. Departamento del Distrito Federal y El Colegio de México.
Mooser, F. (1992). Nuevo mapa geológico del sur-poniente del Valle de México. Experiencias geotécnicas en la zona poniente del Valle de México. México: Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos.
Nakamura, Y. (1989). A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremors on the ground surface. Quartely Report of Railway Technical Research Institute 30: 25-30.
Quintanar, L., et al. (2018). A seismic network for the Valley of Mexico: Present status and perspectives. Seismological Research Letters 89(2A): 356-362.
Singh, S. K., et al. (1998). Triggered seismicity in the Valley of Mexico from major Mexican earthquakes. Geofísica Internacional (1)37: 3-15.
Singh, S. K., et al. (2020). Lessons from a small local earthquake (Mw 3.2) which produced the highest aceleration ever recorded in Mexico City. Seismological Research Letters.
