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La generación de mapas de amenaza para volcanes activos o potencialmente activos es un paso fundamental hacia la mitigación del riesgo para las comunidades vulnerables. En Ecuador se tiene 34 volcanes activos y potencialmente activos. El Instituto Geofísico ha generado mapas de amenaza para los principales volcanes desde la década de los 80 y actualmente son 13 volcanes activos que cuentan con mapas de amenaza.

Estos mapas comunican información sobre un conjunto de amenazas que incluyen la caída de tefra (cenizas), lahares (flujos de lodo volcánico), flujos de lava, corrientes de densidad piroclástico y avalanchas de escombros (deslizamientos de tierra volcánicos). La huella de amenaza de cada uno de ellos depende, en primer orden, de si están en erupción en la atmósfera (y por lo tanto dominados por el transporte en la atmósfera), o si forman flujos que viajan a lo largo de la superficie del suelo lejos del volcán. Para cada tipo de amenaza, la magnitud (volumen) y la intensidad (tasa de descarga) del evento también determinan la extensión de la huella.

La caída de tefra difiere de los otras amenazas en que puede tener efectos proximales a regionales y, en casos extremos, globales. Los otros tipos de amenaza afectan característicamente a los alrededores del volcán, con los tipos más móviles, lahares y corrientes de densidad piroclástico, capaces de alcanzar drenajes distales a más de 100 km del volcán.

Es de vital importancia entender que actualmente se emplea una amplia variedad de métodos para generar mapas de amenazas, así como reconocer la noción de que un modelo no puede adaptarse a todas las situaciones. Los primeros mapas generados por el Instituto se basan únicamente en la distribución de eventos anteriores según lo determinado por la geología, los últimos mapas tienen en cuenta los intervalos de recurrencia estimados de eventos pasados y se los presenta con dos o más escenarios, también se utilizan simulaciones por computadora de los procesos volcánicos para medir posibles extensiones futuras de impacto y esta se  combina con información geológica y modelos estadísticos para desarrollar mejores mapas de amenaza.

En 1987, el Instituto Geofísico empezó con la operación continua de la red de sismógrafos: RENSIG, que constaba de 11 estaciones de periodo corto, una red de transmisión de datos en tiempo real, y con la adquisición y procesamiento de datos. Con el tiempo se incrementó el número de estaciones y se diversificó los tipos de sensores. En la actualidad se cuenta con alrededor de 450 estaciones para el monitoreo continuo de la actividad volcánica y sísmica en Ecuador, incluida las islas Galápagos.  

Para el año 2008, se cuenta con las primeras estaciones de banda ancha y en el año 2012 se completa un proyecto con la SENASCYT que permitió modernizar la Red Sísmica Nacional con sensores de banda ancha y digitalizadores de mejor resolución. También se mejora la adquisición y procesamiento de datos, de tal manera que se dispone de localizaciones automáticas confiables que entregan resultados entre 2 a 3 minutos de ocurrido el sismo.

A nivel mundial empieza a operar una red instrumental a inicios del siglo XX. The International Seismological centre, cuenta con datos desde 1904 en su catálogo ISC-GEM Global Instrumental Earthquake Catalogue. Para Ecuador tenemos el catálogo unificado con datos desde 1901 y 14  sismos históricos importantes  que fueron localizados con métodos indirectos y ocurrieron  entre 1587 y 1868.

 

Sismicidad 1587-2020. Eventos mayores o iguales a Mag. 6.0

El mapa muestra la sismicidad mayor o igual a 6 en magnitud desde 1587 al 2020. Aquí se aprecia que los eventos se localizan en la zona costera, relacionada a la zona de subducción y en la Sierra relacionado al sistema de fallas al interior del país.


¿Qué tan frecuentes son los sismos que pueden causar afectación en la población e infraestructura? Desde 1906, cinco terremotos con una magnitud superior a 7,7 se han producido en la parte poco profunda de la zona de subducción. Terremotos de menor magnitud, pero más superficiales y destructivos se han originado en fallas crustales cerca de áreas pobladas. Al menos 13 terremotos destructivos de este tipo (intensidades iguales o superiores a VIII) se han producido en los últimos cinco siglos (Beauval et al., 2010).

Para tener una idea de la frecuencia de sismos grandes (mayores a 6), el grafico a continuación muestra que se puede tener un sismo de 7 o más por quinquenio y alrededor de 5 o más de magnitud 6 o superior. Por ejemplo, entre 2015-2020 se tiene 22 eventos mayores o iguales a 6, varias réplicas del sismo de 7.78 de abril del 2016.

 

Complejo Volcánico Cayambe

El volcán Cayambe está ubicado en la parte Norte de la Cordillera Real del Ecuador, a 60 km al Nor-Oriente de Quito y a tan sólo 15 km al Oriente de la cuidad de Cayambe. El Cayambe es un volcán compuesto, formado por varios domos, presentando así varias cumbres, de las cuales la máxima alcanza 5790 m.

Sobre los 4800 m el volcán está cubierto por un importante casquete glaciar que cubre un área aproximada de 22 km2 y alcanza un espesor de 30 a 50 m en la zona de la cumbre. Es uno de los complejos volcánicos más grandes del país, cubriendo un área de 24 km en dirección Este-Oeste y 18 km en dirección Norte-Sur. Morfológicamente la zona oriental presenta altas pendientes y topografía accidentada, correspondiendo al edificio joven; mientras que la occidental tiene un relieve más suave y constituye el edificio antiguo.

El Nevado Cayambe es un edificio que ha presentado actividad volcánica en los últimos 11800 años (Hall y Mothes, 1994). Los productos observados en los estudios de campo son principalmente domos o flujos de lava, flujos piroclásticos, lahares y caídas de lapilli y ceniza (Samaniego et al., 2004). El registro de la actividad más reciente del Cayambe incluye 18 a 20 erupciones en los últimos 4000 años, las mismas que están distribuidas en tres periodos de actividad volcánica (Samaniego et al., 1998). El primer periodo se habría dado entre 3800 y 3500 años AP; el segundo entre 2500 y 1700 años AP; y el último inició hace 1100 años. La última erupción del Cayambe ocurrió en los años 1785-1786 (Ascázubi, 1802) y se la describe como una erupción subglaciar que habría producido caídas moderadas de ceniza en Cayambe y la misma habría terminado con un flujo de lava o un lahar en 1786.

La ciudad de Cayambe y otros poblados se encuentran en el curso del descenso de lahares y flujos piroclastos.  La tabla a continuación muestra el número de habitantes según el censo del año 2010.

 

Población

NOMBRE

Tipo

Hombres

Mujeres

Censo 2010

Estimación 2020

viviendas

CAYAMBE

CABECERA CANTONAL

18742

19313

38055

45311

10085

COOP. ATAHUALPA DE PESILLO

LOCALIDAD AMANZANADA

497

564

1061

1263

264

OLMEDO (PESILLO)

CABECERA PARROQUIAL

427

465

892

1062

250

PRIMERO DE MAYO

LOCALIDAD AMANZANADA

301

346

647

770

176

COOP. LA CHIMBA

LOCALIDAD AMANZANADA

222

242

464

552

115

MUYURCU

LOCALIDAD AMANZANADA

69

76

145

173

34

Complejo Volcánico Chiles - Cerro Negro

El Complejo Volcánico Chiles-Cerro Negro se encuentra ubicado en la frontera de Ecuador (provincia del Carchi) y Colombia (departamento de Nariño), a 25 km al Oeste de la ciudad de Tulcán y a 130 km al Norte de Quito.

El edifico actual del Chiles está conformado fundamentalmente por varios episodios de flujos de lava y el volcán Cerro Negro por flujos de lava y de piroclástos. La actividad actual de este complejo volcánico se manifiesta en una actividad sísmica predominante y se exterioriza en la presencia de fuentes termales y solfataras

Las ciudades de Tufiño y Maldonado se encuentran en el curso de los flujos piroclásticos y lahares y el Chical en el curso de los flujos de lodo. La tabla a continuación muestra el número de habitantes según el censo del año 2010.

 

Población

NOMBRE

Tipo

hombres

mujeres

Censo 2010

Estimación 2020

Viviendas

TUFIÑO

CABECERA PARROQUIAL

571

562

1133

1273

281

EL CHICAL

CABECERA PARROQUIAL

290

278

568

638

130

MALDONADO

CABECERA PARROQUIAL

200

176

376

422

81

Volcán Cotopaxi

El Cotopaxi es considerado uno de los volcanes con alto peligro, por la frecuencia de sus erupciones, su estilo eruptivo, su relieve, su cobertura glaciar y por la población potencialmente expuestas a sus amenazas. Desde el inicio de la conquista española, el Cotopaxi ha presentado cinco grandes periodos eruptivos: 1532-1534, 1742-1744, 1766-1768, 1853-1854 y 1877-1880. Todos los episodios se presentaron con fenómenos volcánicos muy peligrosos, estos volverán a repetirse en el plazo de años a décadas. Los cuatro últimos periodos generaron grandes pérdidas socio-económicas en el Ecuador. La peligrosidad del Cotopaxi radica en que sus erupciones pueden dar lugar a la formación de enormes lahares (flujos de lodo y escombros) que transitarían por drenajes vecinos a zonas densamente pobladas como el Valle Interandino entre Mulaló y Latacunga, y una parte del valle de los Chillos.

En el curso de los flujos de lahares se encuentran las ciudades de Latacunga y Salcedo, hacia el sur y Sangolquí en el norte y otros poblados que pueden ser afectados en caso de una erupción importante.

La tabla a continuación muestra la lista de estos poblados y su población según el censo del 2010 y una estimación de la población al 2020.

  

Población

NOMBRE

Tipo

Hombres

Mujeres

Censo 2010

Estimación 2020

Viviendas

SANGOLQUI

CABECERA CANTONAL

36428

38465

74893

95146

20416

CONOCOTO

CABECERA PARROQUIAL

34044

36364

70408

83044

19157

LATACUNGA

CAPITAL PROVINCIAL

30466

33116

63582

72942

16869

CUMBAYA

CABECERA PARROQUIAL

14885

15839

30724

36238

8743

TUMBACO

CABECERA PARROQUIAL

9155

9817

18972

22377

5548

SAN CARLOS

LOCALIDAD AMANZANADA

7871

8168

16039

18917

4290

SAN MIGUEL

CABECERA CANTONAL

5744

6324

12068

13267

3265

GUANGOPOLO

CABECERA PARROQUIAL

964

980

1944

2293

484

AHUANO

CABECERA PARROQUIAL

430

479

909

1122

178

LASSO

LOCALIDAD AMANZANADA

410

429

839

963

212

MULALO

CABECERA PARROQUIAL

379

414

793

910

202

PUERTO MISAHUALLI

CABECERA PARROQUIAL

371

341

712

879

165

PUERTO NAPO

CABECERA PARROQUIAL

242

238

480

593

125

PANSALEO

CABECERA PARROQUIAL

200

261

461

507

115

SAN PEDRO DE AUCAPARTE

LOCALIDAD AMANZANADA

127

114

241

298

46

PUCACHIPTA

LOCALIDAD AMANZANADA

118

108

226

279

32

RUMIPAMBA

CABECERA PARROQUIAL

12

15

27

34

9

Mulaló: zona potencialmente afectada por múltiples peligros (piroclastos, lahares)


Adicionalmente, la caída de ceniza producida durante una erupción del Cotopaxi podría afectar una parte muy significativa de la Sierra y la Costa del Ecuador.

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DIRECTOR
INSTITUTO GEOFÍSICO DE LA ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

Volcán Guagua Pichincha

El volcán Guagua Pichincha se encuentra ubicado aproximadamente a 12 km del centro de Quito y dado a que su cráter está abierto hacia el occidente, la mayoría de los flujos piroclásticos relacionados con las erupciones del domo Cristal se han dirigidos al occidente, una zona boscosa y con escasa población.

La distancia máxima de tránsito de los flujos piroclásticos en los últimos mil años ha sido aproximadamente 24 km aguas abajo del domo Cristal. El volcán puede generar zonas de depositación de lahares secundarios, que se forman por fuertes lluvias y la removilización de material depositado en los cauces de los ríos.

En caso de una erupción, Lloa podría ser afectado por varios peligros volcánicos: flujos de piroclástos y lahares, Quito, Mindo y Nono por flujos de lahares.

La siguiente tabla, muestra las poblaciones en estos poblados según el censo del año 2010.

 

Población

NOMBRE

Tipo

Hombres

Mujeres

Censo 2010

Estimación 2020

Viviendas

NONO

CABECERA PARROQUIAL

215

193

408

481

128

LLOA

CABECERA PARROQUIAL

336

370

706

833

195

MINDO

CABECERA PARROQUIAL

832

911

1743

2768

376

QUITO

CAPITAL Ecuador

776823

828690

1605513

1893642

463412

Los mecanismos focales (MF), también llamados pelotas de playa, son una representación bidimensional de la geometría de una falla y cómo se mueve ésta durante un sismo.

En una falla, en la que ocurre un movimiento relativo de un bloque (bloque techo) respecto a otro (bloque pie) durante un terremoto, la geometría de la misma está definida por la orientación del plano que separa estos dos bloques y la dirección del deslizamiento sobre este plano (Figura 1).

La geometría de la falla u orientación del plano y el movimiento relativo de los bloques está determinada por tres ángulos:

  • Rumbo o strike, dirección de la falla, que está dado por la intersección de un plano horizontal con la falla y es medido desde el norte en sentido horario (azimut).
  • Ángulo de inclinación o buzamiento de la falla o dip, medido desde la horizontal hacia abajo y en dirección perpendicular (o a 90°) en sentido horario respecto al rumbo.
  • Ángulo de deslizamiento o rake, medido entre una línea horizontal sobre el plano de falla y el vector que indica el deslizamiento.

Mecanismos focales

Figura 1. Esquema explicativo del movimiento del bloque techo sobre el bloque piso a través del plano de falla. En el esquema se definen los ángulos que definen la geometría de la falla y el movimiento durante un terremoto.


Mecanismos focales

Figura 2. Diferentes mecanismos focales que indican el tipo de movimiento producido en la falla.


Los MFs pueden ser calculados por diferentes metodologías. Los más usados, son los de primeros movimientos (polaridades) e inversión de formas de onda.


Método de las polaridades del primer movimiento

El método de polaridades es el más sencillo y se basa en el patrón de radiación de las ondas P (Figura 3b y 3c) y consiste en dibujar sobre la proyección estereográfica la dirección e inclinación del movimiento de las ondas P que arriban a una estación sísmica: si el primer movimiento es hacia arriba es una compresión, al contrario, si es hacia abajo es una dilatación. El ploteo define cuadrantes, separados por dos planos nodales (que representa el plano de falla), uno de los cuales corresponde al plano de falla y el otro a un plano auxiliar, perpendicular al anterior. Por convención se colorea los cuadrantes que representan zonas de compresión y las áreas blancas representan zonas de dilatación.

Mecanismos focales

Figura 3. Ejemplo de obtención de un mecanismo focal por el método de primeros arribos. Tomado de Stein y Wysession (2009).



Método por inversión de formas de onda

Es un método comparativo que se basa en la comparación de ondas que se denominan teórica o sintéticas y las ondas registradas en los sismogramas. Las ondas sintéticas son generadas a partir de variaciones de la geometría de las fallas (azimut, inclinación), movimientos (ángulo de deslizamiento), magnitud y localización del hipocentro, tomando en cuenta los cambios que las ondas sufren en el camino y su registro por las estaciones. El mecanismo focal es el más probable, cuando las ondas teóricas se asemejan a las observadas.

Cuando se genera una inversión, se pueden (según el método) re-calcular algunos parámetros sísmicos, tales como localización y magnitud.


Método de inversión de formas de onda MECAVEL

En el caso del método MECAVEL, además de calcularse el mecanismo focal, se puede obtener una mejor precisión de la magnitud y profundidad focal.

Mecanismos focales

Figura 4. Ejemplo de obtención de un mecanismo focal por el método de inversión de formas de onda, algoritmo MECAVEL. a) Mapa con la solución del mecanismo focal, los triángulos rojos representan las estaciones sísmicas. b) Señales sísmicas observadas (color azul) y teóricas (color rojo). Tomado de Vaca et al. (2019).


Para una información más profunda pueden referirse a Bufforn (1994), Stein y Wysession (2009), Cronin (2010)

En Ecuador se han producido terremotos de gran magnitud que han provocado daños considerables a la población e infraestructura del país. Se estima que las victimas superan las 65000 desde la llegada de los españoles. El último terremoto grande se registró el 16 de abril de 2016, de magnitud Mw 7.8, y afectó fundamentalmente a la provincia de Manabí y el sur de la de Esmeraldas. Estos eventos llegan a ser más catastróficos por la calidad de las construcciones, son estas que fracasan al momento del terremoto las causantes de la catástrofe, no el terremoto en sí mismo, los terremotos sacan a la luz las condiciones de vulnerabilidad que ya existían antes del evento natural.

El análisis probabilístico del peligro sísmico (PSHA, por sus siglas en inglés) tiene como objetivo cuantificar las incertidumbres en el conocimiento de la generación de los eventos sísmicos y combinarlas para producir una descripción explícita de la distribución de las sacudidas futuras que pueden ocurrir en un sitio dado (e.g. McGuire 2004).

El PSHA cuantifica en un sitio determinado el nivel del sacudimiento del suelo ligado a una probabilidad dada de que dicho nivel de sacudimiento sea excedido durante una ventana de tiempo específica. Para ello se deben considerar todos los posibles terremotos que puedan ocurrir en las fuentes sísmicas y el movimiento de suelo resultante de cada uno de ellos en el sitio de interés.

Mapa de peligro sísmico para un periodo de retorno de 475 años

Mapa de peligro sísmico para un periodo de retorno de 475 años.


El mapa, que está para su descarga (en formato shape), presenta los valores de las aceleraciones para un periodo de retorno promedio de 475 años, o una probabilidad de 50% de ser excedida al menos una vez en los próximos 50 años. Se presentan los valores medios de la distribución de aceleraciones resultando de la exploración del árbol lógico del modelo de fuente y del árbol lógico del movimiento del suelo (GMPEs: ecuaciones de predicción del movimiento del suelo). La aceleración del movimiento del suelo está en unidad de gravedad (g).

En el mapa se muestra 3146 puntos en los que se calculó el peligro sísmico para un sitio genérico en roca (VS30=760m/s). Los resultados están para 8 periodos espectrales: PGA (0.0 segundos), y los valores en 0.07, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1 y 2 segundos.

Este nivel de peligro corresponde al requerido por la NEC para las construcciones normales.

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