Estudio Zonificacion Sismica San Pedro y San Andres Cholula

XIX

CONGRESO NACIONAL D E INGENIERÍA SÍSMICA

DE DEL 6 AL 9 DE DE NOVIEMBRE DE 2013, 2013, BOCA DEL RÍO VERACRUZ, VERACRUZ, HOTEL GALERÍA PLAZA

DETERMINACIÓ DETE RMINACIÓN N DE LOS PERÍODO P ERÍODOS S DOMINANES DEL SUELO SUELO PARA PARA LOS MUNICIPIOS DE SAN PEDRO PE DRO Y SAN ANDRÉ ANDRÉS S CHOL C HOLUL ULA. A. (1 )

(1 )

(1)

(2)

Miguel Migu el Rodríg uez Zárate , Hugo Hug o Ferre r-Toledo , Edua rdo Ismael , Araceli Arac eli Aguilar , (3 ) (4 ) Jorge Jorg e Aguirre Agu irre , Genaro Gen aro Azomoza 1

Universidad Pop Po p ular Autónoma Autón oma del Estado de Puebla, calle calle 21 Sur No. 1103, Col. Santiago, Santiago, CP. 72410, 72410 , Puebla, Pue. [email protected], [email protected], [email protected]

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Benemérita Universidad Univers idad Aut ónoma de Puebla, Facultad F acultad de Ingeniería, Ingeniería, Blvd. Valsequillo Valsequillo esq Av. San San Claudio s/n, Col. San M anuel CP. 72570 Puebla, Pue. [email protected] 3

Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, Circuito Interior, Ciudad Universitaria, Delegación Coyoacá Coy oacán, n, Méx M éxico, ico, D.F, CP. 04510. joagg [email protected] @p umas.iing ingen.unam en.unam.mx .mx

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Ingeniería Ingeniería Civil en Desarrollo S.A de C.V, calle 15 Poniente No. 4309, Col. Belisario Belisario Domínguez, D omínguez, CP. 72180, 72180 , Puebla, Pue. direcció[email protected]

RESUMEN Este estu dio presenta present a un mapa de d e riesgo s ísmico ísmico prelim preliminar (pri (prim mera etapa) para los municipios unicipios d e San Pedro y San Andrés, Cholula. Actualmente estos dos municipios no cuentan con ninguna reglamentación para diseño sísmico, ni clasificación dinámica de sus suelos. Desafortunadamente tampoco se cuenta con suficiente información de daños causados por sismos, a pesar de ser ciudades afectadas por este tipo de eventos. En los últimos años, el crecimiento demográfico demográfico de la zona debido deb ido a la cons trucción de grandes y diversos conjuntos conjunto s habitacionales, habitacionales, hacen indispens able el desarrollo de un mapa de riesgo así como de reglamentación de diseño sísmico. En el presente trabajo se determina el periodo dominante a partir de registros de vibración ambiental en 20 puntos sobre el área de estudio, analizados analizados a través de la técnica de cocientes es pectrales H/V. H/V. También También se incluye inform información ación geotécnica , topografía, tipos de construcciones y algunos daños registrados en sismos ocurridos anteriormente. Toda la información se analiza con la ayuda de Sistemas de Información Geográfica (SIG), a fin de determinar una correlación entre eventos sísmicos, característica del terreno y urbanización. Como resultados se presentan una microzonificación sísmica para San Pedro Cholula y San Andrés Cholula, que se integrarán a un mapa de riesgo sísmico preliminar.

ABSTRACT This study stu dy presents a prelim preliminary inary seism s eismic ic hazard map (first (first part) for for San Pedro Pedro and San Andres An dres Cholula Cholula cities. At the days, these two small cities do not have any regulations for seismic design or dynamic soil classification. Unfortunately, there is not enough information about damages caused by earthquakes, despite being cities affected by this kind kind of events even ts . In recent years , po pulation growth in th e area a rea due d ue to the con const struction ruction of large and diverse divers e housing developments. Then, it is evidently necessary to develop regulations in seismic design. In this paper we determine the dominant period from noise vibration records in different sites in the area, analyzed through the technique of spectral ratios H/V. Also included geotechnical, surveying, building types and some damage in earthquakes occurred previously registered. All information is analyzed using Geographic Information Systems to determine a correlation between seismic events, and urbanization. As results, we show a seismic microzonation for San Pedro Cholula and San Andrés And rés Cholula, which will will integrates inte grates a preliminary preliminary seismi se ismicc risk map.

SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA SÍSMICA A.C .

XIX Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica

Boca del Río, Veracruz, 2013

INTRODUCCIÓN Los sismos forman parte de nuestro entorno cotidiano debido a que en México se da la interacción de las placas tectónicas Norteamérica, Cocos, Pacífico, Rivera y del Caribe, provo cando qu e estas lo consideren como un p aís con alta ocurrencia de sismos muchos, de las cuales muchas se deben al fenómeno de subducción que se efectúa en la costa del Pacífico. Sin embargo, esto no exenta a los estados del centro como son el DF, Puebla, sur de Veracruz y norte de México d e las intensidades sísmica qu e s e pueden llegar a propagar desde el epicentro. Un ejemplo claro es el sismo del 19 de septiembre de 1985 (Mw=8.1; Michoacán), que afectó s obre todo a la ciudad de México, donde se excedieron los 4,000 muertos y los 30,000 damnificados (Gutiérrez, 2005; Calderón , 2012). El estado de Puebla se encuentra ubicado en unas de las regiones de México de mediana actividad; no obstante su localización se encuentra en medio del Eje Neovolcánico colindando al norte con las prolongaciones de la Sierra Madre Oriental, al sur con la prolongación de la Sierra Madre Occidental constituidas por la Sierra Madre del sur, al oeste con el Popocapetl e Iztaccihualt y Malinche. De igual forma, consta de fallas, fracturamiento e inclinación de los estratos debido a la geología muy variada causada por emisiones de lava y actividad tect ónica. Además de la zona de subducción, esta región consta de muchos movimientos tectónicos, vulcanismos o sismos regionales intraplaca. (Gonzáles, 1996; Figueroa 1974). San Pedro Cholula y San Andrés Cholula se localizan al poniente d e la ciudad de Puebla , cuentan con una traza urbana de calles rectas y estrechas, con inmuebles muy coloniales usad os como equipamientos (museo s, hospitales, escuelas, entre otros). El instituto del Catastro indica en base a las cartas UTM E14B42, E14B43, E14B52 y E15B53 contabilizadas por los SIG que estos municipios están constituidas por alrededor de 434 manzanas (o bloques), además de 37 Iglesias q ue abarcan solamente la zona desd e la 30 poniente, 15 Norte (San Pedro) hasta 4 Norte Avenida Reforma (San And rés) donde s e des tacan la Zona Arqueológica, Capilla Real, Capilla de la 3ª Orden, Convento de San Gabriel y el Sta. De los Remedios). Además de las juntas correspondientes con las que cuentan cada municipio; San Pedro Cholula conformado por 13 Juntas Auxiliares (San Francisco Coapan, San Cosme Tezintla, San Gregorio Zacapechp an, San Matías Cocoyotla, Santa María A cuexcomac, San Diego Cuachayo tla, San Agustín Calvario, San Sebastián Tepalcaltepec, Santiago Momoxpan, San Cristóbal Tepontla, Rafael Ávila Camacho “Manantiales” San Juan Tlautla, Santa Bárbara Almoloya) y San Andrés que forma parte de la zona conu rbada de la ciudad de Puebla, tiene 6 juntas auxiliares (San Antonio Cacalotepec, San Bernardino Tlaxcalancingo, San Francisco Acatepec, San Luis Tehuiloyocan, Santa María Tonantzintla, San Rafael Comac), además de su cabecera municipal, ambas incluyendo otras 53 Iglesias, todo lo anterior en base al Plan de Desarrollo Municipal 2011-2014 respectivamente (Fig. 1 y 2, respectivamente).


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DE DEL 6 AL 9 DE NOVIEMBRE DE 2013, BOCA DEL RÍO VERACRUZ, HOTEL GALERÍA PLAZA

Figura 1 Mapa de folleto turístico Tomada de Vive Cholula

Figura 2 Traza Urbana Cholula.




Como ven la importancia de es tas radica en sus atractivos turísticos y artesanales con lo cual, fueron nombrados “Pueblo Mágico” el 30 de octubre del 2012 por la secretaría de turismo Puebla destacando la ciudad de San Pedro como patrimonio cu ltural, cons iderada como la ciudad viva más antigua de América (Sandoval, 2012; Muñiz 2012). Es por esto que en este presente estudio, emplearemos los Sistemas de Información Geográfica (SIG) para los municipios ya an tes mencionados de tal forma que, con la información existente, busquemos la relación entre daños obs ervados , geotecnia, topografía y tipos de co nst rucciones para cons truir u n mapa preliminar de riesgo s ísmico.

ANTECEDENTES Cholula se localiza prácticamente en las Zonas 1 y 2 segunda y tercera en orden de actividad creciente de las cuatro en que se divide el país, de acuerdo a la Regionalización Sísmica de México (Esteva, 1970) lo que provoca que estos municipios sean susceptibles a eventos sísmicos tal como ocurrió el 15 de junio de 1999 (Mw=7.0; Puebla) o el más reciente ocurrido el 20 de marzo de 2012 (Mw=7.4; Oaxaca). Además que estas no cuentan con muchos registros ni antecedentes de daños, así como de una clasificación dinámica de suelos a pesar de estar prácticamente conurbados con la ciudad de Puebla (Fig. 3, 4 y 5, respectivamente). Como co nsecuencia es to provoca en noso tros un grado de complejidad mayor p ara colocar un punto de partida como referencia de las zonas más endebles a un sismo. Sabiendo que son unas de las ciudades más antiguas de México y que están teniendo un crecimiento poblacional importante, por lo que se están construyendo muchos conjuntos habitacionales. As í pues es importante determinar cómo prevenir daños , así como evitar pérdidas humanas en la zona de San A ndrés y San Pedro Cholula. El presente estudio permitirá realizar un mapa preliminar en base a la información obtenida de diversas instituciones para zonificar y estimar los sitios en que puedan presentarse mayor cantidad de daños y evitar la colisión de construcciones históricas, arqueológicas y privadas de igual forma se estará contribuyendo a la realización de una reglamentación sísmica que por razones obvias tampoco se tienen. Proponemos como apoyo al análisis de riesgo sísmico a los Sistemas de Información Geográfico (SIG). Para el presente estudio empleamos el programa ArcMap. A continuación se exponen brevemente los SIG así como de su aplicación.

Figura 3 Cúpula Capilla real Cholula Tomada de Vergara, 2003

Figura 4 Parroquia San Andrés Cholula Tomada de Vergara, 2003

Figura 5 Santuario de los Remedios Cholula Tomada de Vergara, 2003


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SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Los SIG, es una integración organizada de hardware, software y dato s g eográficos diseñada para capturar, almacenar, manipular, analizar y desplegar en todas sus formas la información geográficamente referenciada con el fin de resolver problemas complejos de planificación y d e gestión. Con estos sistemas de información geográfica se pueden construir modelos de simulación que nos facilita estimar qué p uede ocurrir y qué factores p ueden influir en determinadas actuaciones . Nos permite separar la información en diferentes capas temáticas y las almacena independientemente, permitiendo trabajar con ellas de manera rápida y sencilla, y facilitando al profesional la posibilidad de relacionar la información existente a través de la topología de los objeto s, con el fin de generar otra nueva que no podríamos obtener de otra forma (Craig, 1999; Davis, 1989).

Figura 6 “Layers” para la representación de los d atos a través de los SIG

INFORMACIÓN EMPLEADA Para la realización del mapa de riesgo sísmico preliminar (primera etapa) antes que nada seleccionamos los datos principales que están envueltos en un even to sísmico de tal forma que al unirnos y relacionar los datos podamos entender el funcionamiento entre ellos. Es por eso que para el suelo se obtuvo la topografía, geotecnia (tipo de rocas, perfil estratigráfico), hidrología, proporcionada por las instituciones (INEGI, ICD e IRCEP), además se registraron vibraciones ambientales de 20 sitios. Posteriormente se creó un mapa catastral que muestra la lotificación, tipos de inmuebles y la traza urbana. Finalmente se ubicaron los daños a inmuebles ocasionados por sismo que han afectado de manera directa a las ciudades de San And rés y San Pedro Cholula. Toda la información anterior se cargara en el programa ArcMap, aplicándole un sistema de coordenadas de WGS_1984_UTM_Zone_14N para una mejor fácil localización de los puntos así como de una buena sincronización entre las herramientas usadas como el Autocad, y Google Earth, además que mucha de la información utilizada viene indicada en dicho sistema, posteriormente se realizaran las tarea correspondientes de tal manera que logremos capturar la información necesaria en diversas capas para que al final se cree un mapa compuesta en forma general por puntos, líneas , po lígon os, volúmenes, tablas y datos especiales que permitan relacionarlos unos con otros o en




conjunto para obtener una mejor percepción del fenómeno que influye directamente en la interpretación de los resultados que s erán obt enido.

Terreno Como ya habíamos mencionado es importante señalar las condiciones del terreno en base a la información de la topografía proporcionada del lugar para es to se elabora un sólido que s e usara en los siguientes mapas utilizando los rasters de la zona, (Cholula) proporcionados por el INEGI sobreponiendo las curvas de nivel con tal de visualizar de una mejor manera las altitudes, pendientes y orientación. Como se puede ver el rango de altura oscila entre los 1786.333 y 2681 msnm. De igual forma se asignó una escala de tonalidades para representar las elevaciones del terreno (Fig.7) sin embargo, como se puede observar la zona de Cholula se encuentra ubicada en una planicie a excepción del cerro Zapoteco, y el cerro de la Gran Pirámide, esto es porque estos municipios se encuentran en el Valle de Cholula ubicada en la Cuenca de río Atoyac con lo cual más adelanta se dará una mayor información a detalle.

1.- Capilla Real Cholula 2.- Zócalo San Pedro 3.- Parroquia San Andrés Cholula 4.- Zócalo San Andrés Cholula 5.- Santuario de los Remedios/ Gran Pirámide 6.- UDLAP 7.-Cerro Zapoteca 8.-Santa María Tonatzintla 9.-San Gregorio Zacapechpan 10.- Tlaxalancingo Figura 7 Curvas de nivel y elevación digital de San Andrés y San Pedro Cholula


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Hidrología Así como las curvas de n iveles, es importante mencionar la hidrología de la zona donde se logra apreciar algunos cuerpos de agua como el lago de Valsequillo (superficie – 240 km2), del cual recibe principalmente las aguas de las de los ríos, Alseseca sin embargo, los que están en contacto directo con San Andrés y San Pedro Cholula son el, Rabanillo, Zapatero, Prieto, estos tres ramas del Atoyac .

Prieto

Rabanillo Zapatero Atoyac

Figura 8 Corrientes y cuerpos de agua

Esto se debe que los municipios se encuentran ubicados en el valle de Cholula perteneciente a la cuenca del Río Atoyac del cual se divide en dos subcuencas, una llamada con el mismo nombre, con una superficie total de 2189 según CONAGUA y la seg und a con una mínima parte llamada Nexapa (Fig. 9). Por otro lado, el factor de escurrimiento que se encuentra en esa zona es del 10 al 20% debido a la misma cuenca a las que s e encuentra San Andrés y San Pedro. La relación de este factor con respecto a las ciudades afecta de manera directa, pues to que existen depósitos arqueológicos en d onde s e pueden asentar estos escurrimientos provo cando un suelo menos inestable (Fig. 10).




Figura 9 Subcuencas de Cholula

Figura 10 Porcentaje de Escurrimiento


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Geotecnia Acuerdo con la información de las cartas geológicas E1402 y E1405 a escala 1:250000 proporcionadas por el INEGI se definieron los tipos de su elos que conforma a San Andrés y San Pedro Cholula empezando por la brecha volcánica bás ica ub icada principalmente en el cerro Zapoteca, seguidamente d e la toba intermedia y aluviales para el resto de los dos municipios. También es importante mencionar que se incluyeron siete estudios de mecánica de suelos realizados por ICD donde s e muestra la estratigrafía de algunos puntos de las ciudades , con el detalle que muchos de estos no están cercanos a los sitios donde se realizaron los registros de los periodos naturales. No obstante, esta información nos dará un mayor panorama sobre el la conformación de dichos suelos, (espesor de los estratos) así como de su clasificación de acuerdo a SUCS, ya que los puntos de la mecánica de suelos encuentran ubicados en las cercanías del río Atoyac y de sus ramas (Zapatero, Prieto y Rabanillo) abarcando la zona de los suelos aluviales de Cholula. Cinco de dichos estudios fueron practicados en la zona de la Universidad de las Américas Puebla (UDLAP) donde los puntos SA-01 y SA-04 en cercanía a los suelos aluviales estuvieron conformadas por limos de baja y alta plasticidad (MH y ML resp ectivamente). Sin olvidar los tres faltantes SA-02, SA-03, SA-05 localizados dentro de los aluviales conformadas por: arcilla arenosa, arcilla plásticas, limo orgánico, limo de alta plasticidad y arenas finas generalmente, esto s s ondeos tuvieron una profundidad aproximada de 15m. Además, el punto SP-01 también fue realizada muy cercano a los suelos aluviales por lo que no había mucha variación en cuanto a su composición, por otro lado, el punto SP-02 fue realizado sobre los suelos toba intermedia, cerca de la brecha volcánica básica, conformada por arcilla arenosa, arena fina y roca basáltica encontrada a una profundidad de 30m. Es importante señalar que para fines de este mapa primera etapa no se calcularon los periodos dominantes en base a la geotecnia pero se tiene muy pendiente para la realización de las isopacas y conformar un mapa de riesgo sísmico confiable.

Figura 11 Relación de la geología e hidrología




Periodos Dominantes Como ya se había mencionado para el cálculo de los periodos dominantes se tomaron registros de vibraciones ambientales de 20 puntos entre San Andrés y San Pedro Cholula con ventanas cada de 10 minutos . Esto s puntos fueron propuestos de manera que cubrieran el centro de estos municipios, ya que es la zona que tiene mayor concentración de inmuebles y hay una mayor densidad de población. Para la recaudación de esta información se usaron dos acelerógrafos Basalto Kinemetrics divididos con lo cual se conformaron dos cuadrillas respectivamente dond e:  

El componente norte se alineó con la traza urbana lo más cercana al norte geográfico. En cada punto dejábamos ventanas de cap tura de 10 minutos p ara posteriormente pro cesarlas en Degtra.

Algunas de las complicaciones en este procesamiento fue que, al cargarlas en el programa Degtra ya con el promedio resultante entre las componentes Norte-Sur y Este-Oeste no se identificaba un período dominante , ya previamente analizados a través de la técnica de cocientes es pectrales H/V. Por lo tanto, s e recurrió a un procesamiento más precavido, para esto los datos de las vibraciones ambientales que se habían tomado fueron divididos en ventanas de 3 minutos y cargados de manera independiente con la técnica cociente espectral H/V, primeramente la componente Norte-Sur con la vertical y posteriormente con la Este-Oeste para que al finalizar s e obtuvieran líneas de tendencia que pud ieras relacionar y analizar en qué zona era igual o dominante. Seguidamente se calculó un promedio geométrico por cada componente para luego relacionarlas entre sí e identificar el período dominante.

Figura 12 Periodos do minantes para cada punto registrada San Andrés y San Pedro Cholula


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A pesar de los 20 registros dados el procesamiento no arrojaba resultados coherentes con respecto a la geología por lo que s e tiene prevista un nuevo trabajo de procesamiento para corroborar los resultados anteriores.

Registro de daños Un elemento muy importante para la evaluación del riesgo sísmico son los daños enco ntrados en la zona des pués de un sismo. Desafortunadamente, los daños en las ciudades de San Andrés y San Pedro no han sido debidamente documentados. Por lo que nos basamos principalmente en dos sismos 15.06.1999 y 20.04.2012 (SDD, 2000, Sol de Puebla< El Heraldo). Primera para su localización (grados decimales) se utilizó la herramienta google earth seguidamente esta información se cargó al programa ArcMap de tal manera que se obtuvo una capa de daños (Fig.12) Seguidamente estos puntos se clasificaron por el tipo de daños que tuvieron por diversos eventos aplicando un color rojo a las más graves y un tono rosa a las más leves pero igual dañadas . Donde s e indica que la mayoría son templos, y edificios coloniales usados como equipamientos (Asistencia médica, escuelas, entre otros). Tal como pueden no tar la zona del centro es la mayor afectada que contemplan a la Capilla Real Cholula, Santuario de los Remedios, el Zócalo de San Andrés y la Parroquia San Andrés como las más dañadas por el sismo del 15.06.1999 y las escuelas Sara María Basave, Colegio Emperador Cuauhtémoc y el Zócalo de San Pedro con daños intermedios por el sismo del 20.04.2012.

Figura 13 Daños o casionados po r sismos 15.06.1999 y 20.04.2012 (SDD, El Sol de Pueb la y el Heraldo)




Aplicación de SIG a datos obtenidos Una vez recopilada la información, ordenada y p resentada en capas se realizan superpos iciones de las mismas, de tal forma que podamos visualizar una nueva capa que nos muestre la información buscada. En el presente estudio, se cuenta con información actualizada dond e se emplean capas con dato s que incluye un estudio en 3 partes principales por ser un mapa preliminar. El primero es el suelo, que cons istió en la realización de las capas n eces arias en base a la topografía, geotécnica, geología e hidrología. La segunda corresponderá a la relación de los daños de los inmuebles con la información que se tiene de los mapas de las capas del suelo. Y para finalizar todo la información ya previamente tratad a y convertida en capas se so breposicionará en el programa A rcMap (SIG) para llegar a un mapa preliminar que me indique que zonas s on más sus ceptibles a que tengan algún daño en caso de un s ismo.

Daños en los diferentes tipos de suelos Haciendo una combinación de las capas de daños y tipos de suelos de las cartas geológicas proporcionadas por el INEGI encontramos que existe 6 sitios en la zona de toba intermedia, sin embargo su cercanía con los suelos aluviales es quizá la probable razón por la que estos puntos tuvieron daños graves en su estructura (zona amarilla; Fig.14) sin o lvidar que existe depós itos arqueológicos q ue afectan la velocidad de los períodos . Además tomando en cuenta los períodos dominantes ya previamente calculados nos indican que en esa zona existen las velocidades mayores pero conforme se alejan de los depósitos aluviales disminuye. De acuerdo al relieve, podemos concluir de igual forma que la mayor parte de los d años los en contramos en las zonas bajas de San Andrés y San Pedro Cholula, sin embargo también afecta al cerro que carga a la Gran Pirámide de la zona arqueo lógica.

Fig 14 Capa de zona de d años mayores en relación a la geología e hid rología y relieve Mapa preliminar más próximo


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CONCLUSIONES Los SIG facilitan el procesamiento de diversos grupos de información y permite visualizar una cantidad de opciones que se tengan de alguna zona. En este es tudio p reliminar se llegó a la conclusión la zona que abarca el número 1 (Fig.14) es la zona con más riesgo sísmico deducido en base principalmente a los periodos dominantes encontrados para dicha zona (Fig. 12) desp ués de haber realizado los 20 registros y aplicar la técnica cociente es pectral H/V, esta zona abarca desde la 30 poniente, 15 Norte (San Pedro) hasta 4 Norte Avenida Reforma (San And rés) dond e se des tacan la Zona A rqueológica, Capilla Real, Capilla de la 3ª Orden, Convento de San Gabriel y el Sta. De los Remedios) indicado con el número dos la zona de los suelos aluviales y por último indicado con el tres la zona menos riesgoso y además más tranquila en cuanto a densidad de población Sin embargo es necesario realizar un mayor n úmero de registros de vibraciones ambientales, principalmente en los s uelos aluviales, al igual que cons eguir un mayor número de estudio de mecánica. No obstante, la información recaudada, previamente tratada y estudia ya nos da parámetro en cómo realizar las próximas campañas de vibraciones para completar el mapa propuesto primera etapa.

AGRADECIMIENTOS El presente estudio fue financiado por UPAEP (30108-131). Agradecemos por las facilidades otorgadas sobre a información geotécnica fue suministrada por G. Azomoza e Isaac Lagunes (ICD).

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