Geología, geotecnia, sismología y dinámica de suelos de la Ciudad de Managua

I. Geología

En el presente documento se plantea y examina hallazgos relativos a las características estratigráficas y geológicas de la Ciudad de Managua, tipología de formaciones litológica que conforma la estructura geológica de Managua, y datos cualitativos y cuantitativos sobre la mismas; detalles de las propiedades geotécnicas del subsuelo. Se presentan modelos representativos de la organización del subsuelo en Managua desde el punto de vista estratigráfico, entre otros. Para una mejor visión de los conceptos plasmados en esta sección se emplearon múltiples e importantes recursos ilustrativos al respecto. El documento sigue el orden de contenido según trabajo original del presente autor de este documento citado en la Bibliografía.

La Ciudad de Managua se asienta en una superficie plana que se inclina suavemente hacia el lago Xolotlán (Mapa 1); inclinación interrumpida en varios lugares por altozanos, la mayoría de origen volcánico (Cráteres Tiscapa, Nejapa, Asososca, Valle Ticomo y otros) (Parrales, 2001).

Pendientes del terreno en Managua. Fuente: Ineter, 2000

Parrales, opina que subyaciendo el área se encuentra una brecha de toba volcánica (cantera) que pertenece a la parte superior de configuración geológica denominada Grupo La Sierra, cubierta por materiales piroclásticos del volcanismo Holoceno; una secuencia que consiste de lapilli, pómez, cenizas y tobas. Valera (1973), señala que los suelos se clasifican como limos no cohesivos, arenas y gravas, de pobre a bien consolidados y con diferentes grados de cementación, presentando por lo general bajas densidades y alta porosidad.

No obstante, Parrales (2001), aclara que la observación de la secuencia de materiales sobreyaciendo al Grupo La Sierra está contenida en la Columna Estratigráfica (Figura 36) propuesta por Woodward Clyde, 1975; Bice, 1973; Collin, y otros.

Secuencia estratigráfica generalizada. Fuente: Moore, 1991

Por su parte, Johansson (1988), quién explica que el subsuelo de Managua es relativamente homogéneo y su comportamiento dinámico es bueno durante eventos sísmicos, en vista que no ocurrieron grandes efectos geológicos.

Parrales (2001), comparte el criterio del Ingeniero Herman Taleno Delgadillo sobre la relación de las densidades de la estratigrafía del Grupo Managua con valores de N en cada tipo de material descrito en la Tabla 1.

Características geotécnicas de los suelos en Managua

(Fuente: Parrales, 2001)

En breve se describe la secuencia estratigráfica desde la base al techo resumida en la Figura 1, para la ciudad de Managua recogida en el estudio Análisis del Comportamiento Dinámico de los Suelos durante Sismos en el área de Managua, de Moore (1991):

Grupo Las Sierras

Compuesto de materiales piroclásticos depositados en ambientes continentales lacustre o de agua someras. En su parte basal son tobas aglomeráticas, con pumicitas que se interdigitan con areniscas de la Formación El Salto. Hacia arriba siguen aglomerados tobáceos con pumicita subordinada e intercalaciones delgadas de areniscas. Continúan tobas y aglomerados de basaltos y bombas. El techo de este grupo consiste de gruesas capas de tobas intercaladas de lapillo. Se estima un espesor total de 650 metros.

Abanicos aluviales

Son productos de acumulación resultantes de la erosión del Grupo Las Sierras al formarse escarpes de la Falla Mateare y de la Falla Las Nubes. Se puede identificar dos abanicos aluviales independientes superpuestos: uno resultante del escarpe de Mateare (formada con dirección al Noreste) y otro proveniente del escarpe Las Nubes (formada en dirección Noroeste). Estos abanicos cubren la zona Sur de la ciudad de Managua y coalescen por debajo de ellas.

Grupo Managua

Es la secuencia geológica más reciente del área de Managua. Su espesor total es menor de los 10 metros en Managua. Consiste en secuencias de depósitos piroclásticos provenientes principalmente de dos grupos de volcanes: Grupo Apoyeque con los volcanes Apoyeque, Jiloá, Chiltepe y otros menores ubicados a unos 15 km al Noroeste de Managua. Grupo Masaya-Apoyo a unos 20km al Sureste de la Ciudad.

Los productos provenientes de volcanes ubicados en el área de Managua: Asososca, Nejapa y Tiscapa, se distribuyen en áreas relativamente pequeñas, muy cercana a los aparatos volcánicos. Se describen a continuación secuencia estratigráfica (Figura 37) desde el techo a la base del Grupo de Managua. Esta descripción está basada en estudios realizados por Woodward-Clyde (1975) y GHI (1973).

a) Suelo y aluvial del Holoceno.

Suelo geológicamente reciente. Consiste en arcilla limo-arenosa, limo no consolidado, arena limosa y gravas. Se presentan estratificados horizontalmente y a veces con estratificación cruzada. Su espesor varía de 20 a 60 cm.

b) Toba El Retiro

Esta es una toba basáltica, depositada por caída aérea, masiva y consolidada. Es de grano fino, gris verdoso a café amarillento. Su espesor va de 50 a 100 cm.

Hogdson (2000), definen esta unidad como depósitos aéreos de ceniza fina basáltica, gris verdoso, compacto que alcanzan a constituir una toba masiva ligeramente friable, con espesores entre 20 cm a 2,5 metros con edad entre 2,200 a 3,700 años. Expresó, que esta unidad está superpuesta por suelo moderno y aluvional y subyacida por suelo fósil, pómez Apoyeque y flujo de lodo. Afirmó, que esta unidad se caracteriza por la presencia de pisolitos, restos de plantas y alta fracturación

Estratigrafía de Managua. Fuente: tomado de Hogdson, 2000

c) Pómez de Jiloá y/o Apoyeque.

Consiste en tres unidades separadas de pómez blanca; posiblemente proveniente del volcán Apoyeque durante el Holoceno y Pleistoceno Tardío. El material es grueso en la base, gradando a dimensiones de ceniza cerca del techo.

Hodgson (2000), destaca tres unidades independientes de pómez blanco procedente del Volcán Apoyeque de edad Holoceno – Pleistoceno. Esta fuente, opina fue reconocida como Pómez de Jiloá por Bice en 1980, con espesor variable entre 0 a 40 cm, cuya edad medida oscila entre 1,000 a 5,000 años, y otros autores valoran datación de 6,600 años.

d) Formación San Judas

Esta unidad está compuesta de toba consolidada, intercalada con ceniza basáltica suelta y lapilli. Generalmente, consiste de dos delgadas capas de lapilli confinadas en tres capas delgadas de pómez. Su espesor promedio es de 25 a 30 cm.

Hogdson (2000), define esta unidad como una Triple Capa de toba bien endurecidas y friables, separadas por depósitos de lapilli incoherentes (basáltica), cuya edad varía entre 7,000 a 9,000 años, siendo superpuestos por suelos fósiles.

e) Ceniza de Motastepe

Consiste en varias unidades individuales de tefra, posiblemente provenientes del grupo de volcanes en el alineamiento Nejapa. Su color es gris claro, partículas de tamaño de ceniza fina a lapilli, se presentan bolones erráticos. Se distribuye a no más de 1km al Este de los cráteres de Nejapa. Según Hogdson (2000), se trata de unidades individuales de ceniza lapilli fina color gris claro, localizado a 1km al Este de la Caldera de Laguna Nejapa.

f) Ceniza de Tiscapa

Consiste en capas intercaladas de cenizas y lapillos, pobremente consolidadas, de color gris claro a gris oscuro. Su distribución se restringe a las cercanías del cráter Tiscapa, pero presume que base surges lo hayan distribuido a una distancia de 1km. La base de la unidad se asigna tentativamente al Pleistoceno Tardío.

Por su parte, Hodgson (2000), dijo que esta unidad es como una inter-estratificación de capas gruesas a finas de lapilli y cenizas de color claro a gris-oscuro, ligeramente consolidado, superponiendo a suelo fósil por encima de pómez.

g) Grava de Altamira

Esta es la única unidad aluvial que se puede identificar y correlacionar de lugar a lugar. Consiste principalmente de canales de gravas por estructuras de corte y relleno. Fue depositada por una serie de corrientes fluyendo en cuencas de drenaje relativamente pequeñas de aproximadamente 1km de ancho y no mayor de 10 a 12 km de largo. Las partículas de grava varían desde arena fina a grava fina.

Hogdson (2000), menciona que estas se caracterizan por la presencia de arcilla y limo, y sus variaciones desde la base al techo en el depósito gravoso. Aseguró, que esta grava tiene una edad del Pleistoceno (± 5,500 años) según dataciones con radiocarbono realizada por la Academia de Ciencias de California (USA) a vestigios antiguos de diente de caballo, tipo Equus c.f. E. Tau.

h) Pómez Apoyo

Consiste en tres unidades separadas por suelo fósil. Las partículas, en las dos capas superiores, generalmente gradan de fino en la base y techo a grueso (1 a 5 cm) en el centro. La capa inferior presenta una textura uniforme desde su piso a su techo y consiste en arena y fragmento de pómez blanco.

Hogdson (2000), indicó que el nombre de esta unidad litológica, obedece a la proximidad geográfica, y al incremento de espesor de sus capas al Volcán Apoyo, cuya actividad se remonta hace 21,000 años, siendo los espesores oscilante entre 0.5 a 1,5 metros.

i) Lapilli Masaya o Formación Fontana de Lapilli

Es una de las formaciones más extendida y fácil de reconocer, en el área metropolitana de Managua. Consiste en lapilli basáltico vítreo, color negro, libre de polvo y cenizas.

Hogdson (2000), explicó que este material fue reconocido por vez primera en Villa Fontana, alcanzando espesores de hasta 3 metros. Este autor, dice que se trata de lapilli negro basáltico, libre de cenizas-polvo, suelto conteniendo de dos a tres bandas o hilos blancos de pómez.

No siendo así, Bice (1980), quién nombra esta unidad litológica como Lapilli Basáltico de Masaya, con espesores entre 1 y 3 metros, aumentando su potencia en el área de Las Nubes, al Sur de Managua teniendo como edad medida entre 25,000 a 35,000 años.

Características geomecánica y física de suelos potencialmente licuables vinculados con yacimientos no metálicos en el área de Managua.

Según datos oficiales, la ciudad de Managua engloba aproximadamente 21 áreas de aprovechamiento minero no metálico dedicadas a la extracción y comercialización de volúmenes considerables de arenas naturales.

Dicha situación sugiere que entre los materiales geológicos y granulométricos que componen la estructura del subsuelo de la capital, aquellos con textura arenosa tienen mayor distribución geográfica en la municipalidad. Por ello, las obras de ingenierías deben construirse siguiendo las normativas técnicas vigentes en el país, en vista que las arenas en sí constituyen elemento importante e influyente para el efectivo desarrollo del proceso de licuefacción durante solicitaciones sísmicas.

De acuerdo con Obando, T. (2008), el perfil de los suelos representativo, que constituyen las capas arenosas se componen de lo siguiente:

a. 0 a 46 centímetros, grisáceo a oscuro con tamaño de grano grueso a muy grueso, conteniendo gravas friables de tamaño de grano de fino a muy fino.

b. 46 a 56 centímetros, grisáceo a oscuro, friables con tamaño de grano grueso a muy grueso.

c. 56 a 156 centímetros, grisáceo a oscuro, deleznable, tamaño de grano grueso a muy grueso. Estas arenas ocupan espacios dentro de estratos arenosos cementados con espesor de 2 ó 3 centímetros.

Ilustración de Sección de suelos arenosos en Managua.

Los depósitos arenosos (Véase Anexo No 8) se distribuyen en terrenos planos y escarpados de la ciudad, sobre todo, se presentan buenos afloramientos en los complejos de explotación minera no metálica que funcionan actualmente. En algunos lugares, los materiales arenosos ocupan pendientes máximas valoradas en 30%, en varios kilómetros cuadrados hacia todas las direcciones geográficas de Managua.

En el sitios del Estudio, se muestra superficialmente en forma generalizada capa aproximadamente de 0.50m de espesor de suelo orgánico y arena fina con contenido arenoso, seguido de la alternancia de capas de arenas finas, medias y gruesas que conforman un paquete de 14-16 metros de potencia. Cada una de las capas arenosas de distintos tamaños de grano presenta espesores individuales de 5 a 10 cm y 10 a 20cm.

Los ensayos analíticos de laboratorio (Véase Anexo No 8) confirman lo antes mencionado, estas se presentan a continuación en la Tabla II.1; a, b y c:

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