entraEntramadoEntramado1900-38032539-0279Universidad Libre de Cali10.18041/1900-3803/entramado.1.1064012Research ArticlesUrban risk mapping for geological faults in urban areas, prevention, and analysis with Geographic Information Systems, Mexico City, Mexico *Cartografia de riscos urbanos devidos a falhas geológicas em zonas urbanas, prevenção e análise com Sistemas de Informação Geográfica, Cidade do México, México0000-0002-7698-7433Rivera-GonzálezOscar Daniel10009-0003-3996-2282Rodriguez Van GortMary Frances Teresa2Postdoctoral student Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Mexico City - Mexico oscarriverag@filos.unam.mxUniversidad Nacional Autónoma de MéxicoUniversidad Nacional Autónoma de MéxicoMexicoMexicooscarriverag@filos.unam.mxDirector of the Faculty of Philosophy and Letters Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Mexico City - Mexico francesrv@filos.unam.mxUniversidad Nacional Autónoma de MéxicoUniversidad Nacional Autónoma de MéxicoMexico CityMexicofrancesrv@filos.unam.mx
• Author I. Worked in a general manner on the entire article in terms of qualitative, quantitative, theoretical, and empirical aspects.
• Author 2. Generated most of the mapping and conclusions.
Conflict of interest The authors declare that they have no conflicts of interest
07052024Jan-Jun20242011310820231005202330112023This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution LicenseAВSTRAСT
Several housing damages caused by geological faults are becoming increasingly frequent in certain areas of Mexico City (CDMX), their intensity and repetition are beginning to alarm many inhabitants due to the serious damage to the structure of their homes. Therefore, it is urgent to identify the possible existing active and inactive geological faults, identifying them using vector data visualized using Geographic Information Systems (GIS). The objective of this analysis is focused on mapping using geomatic methods the main geological faults based on photointerpretation and obtaining vector data from the National Institute of Statistics and Geography (INEGI) of the current urban areas and the National Risk Atlas, to contrast this information and highlight the existing problems. The San Juan de Aragón Ist Section neighborhood was chosen as the study area, to warn the population with a methodology using Geographic Information Systems and notifying them about possible affectations due to geological faults in their homes. In conclusion, the cartography obtained should be implemented in houses established in places with some degree of risk, the contribution of the mapping using GIS will be a substantial and precise contribution to establishing civil protection mechanisms in the population of the CDMX, likewise, this contribution can be replicated in different parts of the world where the problems are similar to the examined area.
RESUMO
Os diversos danos em habitações provocados por falhas geológicas são cada vez mais frequentes em certas zonas da Cidade do México (CDMX), e a sua intensidade e repetição começa a alarmar muitos habitantes devido aos graves danos na estrutura das suas casas. Por este motivo, é urgente conhecer quais são as possíveis falhas geológicas activas e inactivas existentes, identificando-as através de dados vectoriais visualizados por meio de Sistemas de Informação Geográfica (SIG). O objetivo desta análise é cartografar as principais falhas geológicas através de métodos geomáticos baseados na foto-interpretação e nos dados vectoriais do Instituto Nacional de Estatística e Geografia (INEGI) das áreas urbanas actuais e do Atlas Nacional de Riscos, com o objetivo de contrastar esta informação e destacar os problemas existentes. A colónia da Ia Secção de San Juan de Aragón foi escolhida como área de estudo, com o objetivo de alertar a população com uma metodologia que utiliza Sistemas de Informação Geográfica e notificá-la dos possíveis efeitos das falhas geológicas nas suas casas. Como conclusão, a cartografia obtida deve ser implementada em casas estabelecidas em locais com algum grau de risco, a contribuição do mapeamento por meio de SIG será uma contribuição substancial e precisa para estabelecer mecanismos de proteção civil na população da CDMX, da mesma forma, esta contribuição pode ser replicada em várias partes do mundo onde os problemas são semelhantes à área examinada.
Geological faults in the homes of the inhabitants of Mexico City (CDMX) are caused mainly by horizontal or vertical dislocation in certain parts of the lithosphere, composing a latent risk to their peace of mind and integrity; therefore, the establishment and urban growth in some areas ignores the geophysical composition of the subsoil, establishing housing constructions in risk areas.
This analysis focused on geological faults that originate or are activated by certain factors, causing the rupture of various parts of the soil, specifically the surface and subsoil, creating damage to the structure of homes established on these faults, which creates a latent risk to the population, which could lead to possible relocation or loss of property.
The study area is centered on the street Quinta Cerrada de la Avenida 503 Colonia San Juan de Aragón 1ra Sección alcaldía Gustavo A. Madero, CDMX, damaging approximately 14 houses due to a geological fault; houses that presented fractures in floors, walls and roofs of the homes (Figure 1), the above, mapping in detail with the support of Geographic Information Systems (GIS) to know the location of such geological damage.
Study area, Colonia San Juan de Aragón Ist Section.
Source: Own elaboration
Estimating displacement caused by faults is a very relevant parameter in geological and geophysical studies focused on housing damage, providing relevant information on quantifying and measuring deformation sites forming boundaries and understanding territory according to existing topographic features (Alonso, Fitz, and Gutierrez, 2020).
Visually, the failures caused by the activation of geological faults cause fear in the population due to the size of these cracks. It is vital not to cause fear in the population based on geotechnical and soil mechanics studies but to protect the population by promoting basic explanations, preventive measures, and correction or repair of the damage.
In the CDMX, some buildings are at risk of total or partial collapse due to the effects of geological faults; therefore, the objective is to study the damage cartographically to monitor displacements and location of houses in fault zones, avoiding damage to infrastructure and economic losses (Hernández and Láriz, 2015).
The precise cartographic identification of regions with faults derived from geological faults will be beneficial to managing risk management processes, creating permanent monitoring in parts where there are fault strips, promoting civil protection, and not only damage correction.
Likewise, for cartographic identification and risk management, it is prudent to know that water extraction due to the overexploitation of aquifers in the CDMX still predominates; approximately from 1990 to date, many urban areas of central Mexico have been damaged by differential soil subsidence, causing failures which have occurred more frequently recently (Garduño, Arreygue, Israde, Rodríguez, 2001).
The drying up of the water table is an important factor in activating fracture zones or geological faults; therefore, overexploitation according to water extraction greatly promotes the breakage of the lower parts of the soil, something that should be considered and attempts to minimize possible damage.
In Mexico City, there is a record of 59I sites of fracturing or subsidence of the subsoil; some experts have even detected I2 sites in the capital with critical deformation, located in various neighborhoods in the municipalities of Iztapalapa, Iztacalco, Tláhuac, Cuauhtémoc, Benito Juárez and Xochimilco (Congreso CDMX, 2023).
The above quotation details the current municipalities where there is evidence of fractures that must be accurately mapped according to geological, geomorphological, geographical, and seismic information to constitute containment measures in the event of a major fracture that could risk the inhabitants' lives.
It is crucial to know the properties that encourage the activation of geological faults; the study of geography focused on urbanism should be examined with the support of geophysics and geomorphology to establish accurate mapping according to qualitative and quantitative elements, working them theoretically using methodology through map algebra, ratifying them empirically and their contribution is substantial for the protection of the population.
Specifically, the general direction of the manuscript is the concerted execution with the population of urban reconfigurations due to geological faults that undermine the tranquility and safety of the inhabitants and neighbors in general of areas surrounding the site of damage, the above, through the application of digital mapping, This can be methodologically replicated in other parts of the CDMX, of the Mexican Republic or in different parts of Latin America, where the geographic, geophysical, geological, edaphological, geomorphological, hydrographical characteristics, among others, are similar to the study area of this article.
After the introduction, this document presents in the theoretical framework previous studies on the problem, some of which deal with the understanding of geological faults and damaging effects in cities; the third section presents the methodological approach using data from the leading institutions in charge of studying geological and seismic issues in the Mexican national territory; The fourth section presents the different vectorial cartographic techniques derived from geomatics and information from INEGI, National Risk Atlas and SGM, intending to identify urban areas at risk; in the discussion section the results are analyzed and finally, the conclusions section is presented, where the importance of implementing the cartography obtained in houses established in sites with some degree of risk is highlighted.
2. Theoretical framework
The analysis of the present study focused on urban risks due to geological faults should be examined according to previous studies that deal with the problem; it is prudent to mention that some studies were found that address the understanding of geological faults that partially study their occurrence and damaging effects in cities, noting that there is still much work to be done in the future, specifying that at present the existence of geological faults is increasing. The monitoring of housing to determine structural damage is of vital importance, qualitative and quantitative parameters should be established to know the typologies of the geological fault, matching at all times the geoposition of the fault with the existing urbanism (Hernández and Láriz, 2015).
People observe fractures and cracks in the ground when they affect their homes, including several uncommon sounds that sometimes alert possible activations of faults and, therefore, failures in homes; therefore, the mapping accuracy may show the homes that may be damaged in their architectural structure. On certain occasions, the horizons or fault planes reveal sets of superimposed striations with different orientations, which may classify with a certain degree of precision possible activations or reactivations of the fault blocks and the possibility of establishing protection mechanisms for the homes (Escamilla, 2019).
It is very important to have constant communication between residents and governmental entities in charge of civil protection in the various municipalities in the CDMX; the information and notice from neighbors to the authorities may establish some degree of security in them and analyze the potentially affected area, to avoid possible catastrophes, pointing out that many of the damage to homes is mainly due to disproportionate urban growth in the CDMX, building without knowing the geographical characteristics of the site.
The regional urban growth in Mexico during the twentieth century, related to its economic and social impact, has resulted in a highly uncontrolled demographic process forging complex problems, causing various risks in the cities themselves that are severely affected according to geography; therefore, it is important to mention that the geographical characteristics of the soil were hardly chosen or studied; currently fostering various natural hazards that violate the tranquility of residents (Perez, 2014).
The current inadequate urban planning is preceded by planning without control or vision; the CDMX has such diverse problems that it is complex to quantify them due to the high number of unplanned urbanism; therefore, hundreds of neighborhoods in the city are diminished by floods, earthquakes, landslides, sinkholes, geological faults, among others, seriously damaging homes and the integrity of families.
Seismicity in Mexico is increasingly recurrent, to remember this, the present analysis refers to earthquakes in previous years that have devastated the CDMX, therefore, the importance of the materials with which a house is built is very significant, avoiding at all times self-construction, by not having a professional structure depending on the geography of the site (Contreras y Winckler, 2013).
The degree of self-construction in the CDMX is increasingly recurrent due to the socioeconomic level of the population, which further increases the risk of housing collapse due to geological phenomena caused by failures; it is prudent to gradually but permanently stop the unprofessional construction that may cause housing problems in the future.
Approximately since 2016, the duties of the governmental state in the face of disaster risk management have been analyzed, implementing factual situations that serve as input to conclude that said state is responsible for the damages derived from the neglect in disaster prevention derived from geological faults; something that continues to increase not finding a solution so far (Acuña, 2016).
Disaster prevention should be the civil protection objective of any federal, state, or municipal government in Mexico. The damages caused by natural events are so significant and recurrent that the existence of omission on the part of governmental authorities in matters of risk aggravates urban problems; therefore, it is prudent to consider that the correction of the damage is not enough to protect the population, leaving to work mechanisms of prevention and not only of damage repair.
The representation of seismic hazard in any city historically affected by earthquakes will remain vulnerable to possible geologic faults, resulting in probable devastation to housing and causing loss of life (Zambrana, 2021). Earthquakes and geological faults share the same element: the damage to several houses, even more so when they lack geographical safety and safe architectural structure based on civil engineering elements. The proposal of social risk management refers to the agreement between inhabitants and governmental entities, should allow a comprehensive study, linking hazards and vulnerabilities, examining the different scales enabling the determination of risk areas, which will have to be connected to spaces where there is a greater urban concentration, proposing measures to avoid potential damages (Montezuma, 2011).
Determining risk areas interpreted using geoinformatics systems, commonly known as GIS, will establish important precisions in the areas to be evaluated, referring to the crossing of information employing map algebra. Therefore, it is essential to have updated vector and satellite cartography to identify and establish risk percentages.
Photo-interpretation using aerial images constitutes one of the most advanced and convincing sources of information for data updating, sometimes related and complemented with satellite data, which organize elements of great importance for geographic studies (Bolaños, 2023).
The usefulness of photo-interpretative elements will be relevant for studies that analyze geomorphological risks. The advance of geotechnologies is very significant, allowing its use and interpretation of images almost in real-time, evidencing certain damages visualized entirely depending on the scale of work, therefore, the usefulness of GIS is of great contribution in this research article.
This theoretical section exemplifies possible solutions to urban risk due to the presence of geological faults, which will help to understand the potential failures in the population housing and, thus, to alert and protect people living in risk areas.
Seismicity and relationship with geologic faults
There is such a close relationship between earthquakes and geological faults that, on most occasions, they implant a reactivation and movement in the subsoil, causing the existence of large faults, pointing out that other geophysical actions can also originate them.
The relationship of the study of earthquakes with geological faults establishes several parameters that determine the intensity and magnitude of the damage and potential cracking in parts of the subsoil, evidenced in the immediate segments near the floors of the houses (Pérez, Aguirre and Ramírez, 2018).
It is essential to understand that when a seismic movement occurs, the oscillatory and trepidatory waves institute the existence of faults that, at the beginning, are not visible to the naked eye. However, their exit and evidence will occur over time; remembering that the CDMX is still an endorheic basin, which, due to its geographic characteristics, is very susceptible to sinkholes and geological faults due to its edaphology, hydrography, geomorphology, and geology.
Approximately from 2001 to date, several urban areas in the CDMX have been permanently damaged by differential ground subsidence, known among the population as sinkholes or cracking, usually linked to earthquakes and overexploitation of aquifers (Garduño et al., 2001).
An extra component that establishes several damages in the soil and, therefore, in the houses is the overexploitation of aquifers, which dry out large regions due to the large extraction of water so that when some telluric movement occurs, it will generate a more outstanding breakage of the lower parts of the soil; promoting cracking resulting in significant geological faults.
The following are the event details to clarify what happened in the San Juan de Aragón 1st Section neighborhood.
A geological fault caused I4 homes in the San Juan de Aragón Primera Sección neighborhood in the Gustavo A Madero district to suffer structural damage to their homes, five of which have severe problems, informed Myriam Urzúa, Secretary of Integral Risk Management and Local Civil Protection. Since Monday morning, neighbors reported a crack, which not only caused a water leak reported more than six months ago in Quinta Cerrada on Avenue 503 to become even more significant but also affected 14 houses, some of which have fractures in floors, walls, and roofs (Mendoza, 2021).
The structural damages in the houses established moderately in geographically safe areas according to the slope of the land did not guarantee that the urbanism established in those areas was safe, therefore, it is essential to note that most of the characteristics of the territory should be known to minimize the risk; what happened in San Juan de Aragón shows that some non-visible risks can be activated over time and relocation processes can be conceived due to the high level of risk.
3. Methodology
As a result of the above, we worked with data from the main institutions in charge of studying geological and seismic issues in the Mexican national territory, obtaining information from INEGI (National Institute of Statistics and Geography, 2002) and from the latest update of the National Risk Atlas (Atlas Nacional de Riesgos, 2023).
It is essential to clarify that these data were only chosen to observe their importance and update, with which the Mexican government works to face urban risks due to geological faults in the CDMX.
First, mapping the main seismic zones in the CDMX was obtained, observing certain edaphological, geological, and geomorphological characteristics and identifying the area where the San Juan de Aragón 1st Section neighborhood is located (Figures 2 and 3).
Seismic Zones, CDMX
Source: Own elaboration
Seismic zones, Colonia San Juan de Aragón Ist Section.
Source: Own elaboration
Figures 2 and 3 show that the study area is located within seismic zone IIIC, which has a type of soil composed of very soft and compressible lacustrine deposits due to the high water content, favoring movements in the lower parts of the soil; for a better understanding, these seismic strips are differentiated below by the Mexican Geological Service (SGM).
Zone I, firm or hilly: located in the highest parts of the valley basin, it is formed by highly resistant and not very compressible soils.
Zone II, or transition zone, has intermediate characteristics between Zones I and III.
Zone III or Lake Zone: located in regions where lakes were formerly located (Lake Texcoco, Lake Xochimilco). The soil type consists of very soft and compressible lake deposits with high water contents, which favors the amplification of seismic waves (Servicio Geológico Mexicano, 2017).
According to the cartographic analysis referenced, seismic waves and their relationship with geological faults exemplify that the study area is very prone to the existence of geological faults due to the edaphological composition of the soil; therefore, it is important to use this mapping to prevent risks in the municipality of Gustavo A. Madero, even the advance and risk is amplified in the eastern part of the same municipality; pointing out that in the future the urban advance should be supervised, which will establish greater damage in the municipality.
4. Results
For the implementation of the methodology of this article, vector cartographic techniques derived from geomatics and information from INEGI, National Risk Atlas, and SGM related to civil protection against geological phenomena and photointerpretation were used to identify urban areas at risk.
Cartographically, the San Juan de Aragón 1st Section neighborhood was located with the support of ArcMap GIS using the Open Street Maps tool, which shows the urban characteristics and the central existing neighborhoods near the evaluated neighborhood (Figure 4).
Colonia San Juan de Aragón Ist Section and current urban growth.
Source: Own elaboration
The previous figure shows the current urban expansion in the San Juan de Aragón 1st Section neighborhood, which is practically wholly urbanized, thus the urgency of supervising possible geophysical damage and its relationship with the increase in urban risk.
According to journalistic reports, the crack began in Quinta Cerrada de la Avenida 503, damaging 14 houses and extending approximately to Avenida 505 (Mendoza, 2021), therefore, the crack was empirically located with the support of photo interpretation, pointing out that according to neighbors in the area, it extended even more visually (Figure 5), specifying that its internal non-visual extension may be even significative in terms of its length, affecting a greater number of houses in the future; The failure zone also includes the Nepal primary school and the San Juan de Aragón Health Center (Figure 6).
Geological fault Quinta Cerrada avenida 503, Colonia San Juan de Aragón Ira Sección.
Source: Mendoza, 2021
Cartographic location of the geologic fault in Quinta Cerrada Avenida 503, Colonia San Juan de Aragón Ira Sección.
Source: Own elaboration
According to the sample in Figures 5 and 6, the initial geological breakdown of the study area is observed, therefore, the attention of experts in geophysics, geology, and geography, with the scoop to establish studies with fissurometers, portable electronic equipment of high sensitivity and radon gas detectors, identifying the houses that have a high and very high level of risk to a possible collapse of buildings.
5. Discussion of results
Following and derived from the damage to the homes of people living in areas that initially did not have any geological, geophysical, geomorphological, hydrometeorological, or edaphological risk, among others, the high degree of risk that is not visible, causes the sudden occurrence of cracks to unexpectedly affect the lives of populations that were usually located in geographically safe areas.
It is very important not to confuse or establish as synonyms the terms hazard, vulnerability, and risk, specifying that, in the present study focused on geological faults, the hazard is the appearance of cracks resulting from friction or sudden movement in the lower parts of the ground, which will occur without prior warning.
The element to be reduced is vulnerability, precisely with the study of cartographic, geographic, geological, geophysical, and social risk management elements derived from the constant work between scientists, politicians, and inhabitants to institute civil protection against possible activations of geological faults in urban areas.
Therefore, the level of risk can be substantially reduced, understanding that it results from hazard and vulnerability. Reducing vulnerability and, thus, risk will protect the inhabitants from possible cracking that may affect their homes due to partial or total collapse. It is important to question that the social management of risk in the face of a possible disaster is currently insufficient, rectified by the multiple geological, hydrometeorological, geomorphological, and geophysical faults, which occur constantly and are so evident that the population waits for a disaster to occur to institute recovery mechanisms themselves.
Finally, it should be noted that post-disaster civil protection in the CDMX is adequate to a certain extent; however, avoiding damage and not only repairing it will be substantially more beneficial for the population, which will be able to prepare itself through preventive and warning methods in case of any geological damage that may affect their homes.
6. Conclusions
The analysis from the theoretical and methodological component is of utmost importance since the existing geological faults in the municipality of Gustavo A. Madero are mainly due to the composition of the soil, in contrast to the municipalities of Álvaro Obregón, Magdalena Contreras, Cuajimalpa, and Tlalpan, which do not have geological faults; pointing out that the presence of sinkholes in Miguel Hidalgo and Álvaro Obregón is due to the existence of mines, which is a different fact.
Geological faults based on what happened in San Juan de Aragón 1st Section, evidence that they will most likely intensify in the eastern part of the municipality of Gustavo A Madero; however, constant supervision should also be established in the municipalities of Venustiano Carranza, Iztacalco, Iztapalapa, Xochimilco and Tláhuac (Figure 2).
It is very important to use geoinformatics mechanisms and portable electronic equipment of very high sensitivity to know the existence of cracks and establish averages before their propagation, pointing out that radon gas detectors are currently the most used in such studies.
The intervention of multidisciplinarity, interdisciplinarity, and transdisciplinarity will promote possible solutions to the problems mentioned above, the permanent flow of information between physical and social sciences, encouraging each of them to analyze components to avoid major risks due to geological faults, even more so when the possible increase in size and depth of these cracks may create accidents causing deaths in the population.
The methodology and cartography should be implemented in the future permanent security in houses established in sites with some degree of risk; the contribution of GIS mapping will be a substantial and accurate contribution at the time of establishing possible urban reconfigurations or implementation of civil protection mechanisms in the population, therefore, I the importance of studying each of the components that lead to a more significant failure induced by geological faults.
Acknowledgments
To the National Autonomous University of Mexico (UNAM) for the partial results of the research project of the postdoctoral stay carried out thanks to the Postdoctoral Fellowship Program at UNAM (POSDOC).
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This is an Open Access article under the BY-NC-SA license (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/). Published by Universidad Libre - Cali, Colombia
Funding source: Postdoctoral scholarship resources assigned to Dr Oscar Daniel Rivera González by the Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA) of the Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).
RIVERA-GONZÁLEZ, Oscar Daniel; RODRIGUEZ VAN GORT, Mary Frances Teresa. Urban risk mapping for geological faults in urban areas, prevention, and analysis with Geographic Information Systems, Mexico City, Mexico. In: Entramado. January - June, 2024. vol. 20, no. 1. e-10640 p. I-I2. https://doi.org/10.18041/1900-3803/entramado.1.10640
Artículos de investigaciónCartografía de riesgos urbanos por fallas geológicas en zonas urbanas, prevención y análisis con Sistemas de Información Geográfica, Ciudad de México, México*
• Autor 1. Trabajó de manera general todo el artículo en cuanto a aspectos cualitativos, cuantitativos, teóricos y empíricos.
• Autor 2. Generó la mayoría del mapeo y las conclusiones finales.
Conflicto de intereses Los autores manifiestan no tener ningún conflicto de intereses.
RESUMEN
Diversas averías en viviendas por fallas geológicas comienzan a ser cada vez más frecuentes en algunas zonas de la Ciudad de México (CDMX), su intensidad y repetición comienza a alarmar a muchos habitantes debido a los graves daños en la estructura de sus hogares, por lo anterior, es urgente conocer cuáles son las posibles fallas geológicas activas e inactivas existentes identificándolas por medio de datos vectoriales visualizadas por medio de Sistemas de Información Geográfica (SIG). El objetivo del presente análisis se centra en cartografiar por medio de métodos geomáticos las principales fallas geológicas con base en fotointerpretación y obtención de datos vectoriales del Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) de las zonas urbanas actuales y del Atlas Nacional de Riesgos, con el objetivo de contrastar dicha información y evidenciar las problemáticas existentes. Se eligió la colonia San Juan de Aragón 1ra Sección como zona de estudio, con el objetivo de prevenir a la población con metodología utilizando Sistemas de Información Geográfica y notificar sobre posibles percances por fallas geológicas en su vivienda. Como conclusión la cartografía obtenida se deberá implementar en viviendas establecidas en sitios con algún grado de riesgo, el aporte del mapeo por medio de SIG fundará un contribución sustancial y precisa para instaurar mecanismos de protección civil en la población de la CDMX, así mismo, dicho aporte pueda replicarse en diversas partes del mundo donde las problemáticas sean similares a la zona examinada.
Averías por fallas geológicas en hogares de habitantes de la Ciudad de México (CDMX) incentivados en gran mayoría por la dislocación horizontal o vertical en ciertas partes de la litosfera, componiendo un riesgo latente en su tranquilidad e integridad, por lo anterior, el establecimiento y crecimiento urbano en algunas zonas desconoce la composición geofísica del subsuelo, instaurando construcciones de viviendas en zonas de riesgo.
El presente análisis se enfocó en fallas geológicas que se originan o activan por ciertos factores, provocan la rotura de varias partes del suelo específicamente la superficie y subsuelo, creando daños en la estructura de viviendas establecidas sobre dichas fallas, lo que instaura un riesgo latente en la población, lo cual podría provocar, posibles, reubicaciones o pérdidas de patrimonio.
La zona de estudio se centra en la calle Quinta Cerrada de la Avenida 503 Colonia San Juan de Aragón 1ra Sección alcaldía Gustavo A. Madero, CDMX, perjudicando aproximadamente 14 casas debido a una falla geológica; viviendas que presentaron fracturas en piso, paredes y techos de los domicilios (Figura 1), lo anterior, cartografiándose a detalle con apoyo de Sistemas de Información Geográfica (SIG) con el objetivo de conocer la ubicación de dicho daño geológico.
Zona de estudio, colonia San Juan de Aragón 1ra Sección
Fuente: Elaboración propia
La estimación del desplazamiento ocasionado por fallas es un parámetro muy relevante en estudios geológicos y geofísicos enfocados en los daños a la vivienda, aportando información relevante sobre cuantificar y medir sitios de deformación formando límites y comprensión de territorio según los rasgos topográficos existentes (Alonso, Fitz y Gutiérrez, 2020).
Visualmente las averías concebidas por la activación de fallas geológicas fomentan temor en poblaciones debido al tamaño de dichas grietas, es muy importante no provocar temor en la población con base en estudios geotécnicos y de mecánica de suelo, con la finalidad de proteger a la población promoviendo explicaciones básicas, medidas de prevención, corrección o reparación del daño.
En la CDMX algunas edificaciones presentan riesgo de colapso total o parcial por efectos de fallas geológicas, por lo anterior, el objetivo es estudiar cartográficamente los daños para monitorear desplazamientos y ubicación de viviendas en zonas de fallas; evitando daños en infraestructura y pérdidas económicas (Hernández y Láriz, 2015).
La identificación cartográfica precisa de regiones con averías derivadas de fallas geológicas será benéfica con el objetivo de gestionar procesos de gestión de riesgo, creando monitoreo permanente en partes donde existan franjas de fallas, fomentando protección civil y no solo corrección del daño.
Así mismo, para la identificación cartográfica y gestión del riesgo, es prudente conocer que la extracción de agua debido a la sobreexplotación de mantos acuíferos en la CDMX aún predomina, aproximadamente desde el año de 1990 a la fecha muchas zonas urbanas del centro de México han sido perjudicadas por hundimientos diferenciales de suelo originando fallas mismas que han acontecido recientemente con mayor frecuencia (Garduño, Arreygue, Israde, Rodríguez, 2001).
La desecación de los mantos freáticos es un factor importante de activación de zonas de fracturas o fallas geológicas, por lo anterior, la sobreexplotación según la extracción de agua fomenta en gran medida la rotura de las partes bajas del suelo, algo que debe ser considerado y tratar de aminorar posibles daños.
En la Ciudad de México se tiene registro de 591 sitios de fracturamiento o hundimiento del subsuelo; incluso algunos expertos han detectado 12 sitios de la capital con deformación crítica, ubicados en diversas colonias de las alcaldías de Iztapalapa, Iztacalco,Tláhuac, Cuauhtémoc, Benito Juárez y Xochimilco (Congreso CDMX, 2023).
La cita anterior detalla las actuales alcaldías donde data la presencia de fracturamientos que deberán cartografiarse con precisión según información geológica, geomorfológica, geográfica y sísmica, con el objetivo de constituir medidas de contención en caso de un fracturamiento mayor que pueda implantar un riesgo para la vida de los pobladores.
Es muy importante conocer las propiedades que incentivan la activación de fallas geológicas, el estudio de la geografía enfocada al urbanismo debe ser examinada con el apoyo de la geofísica y geomorfología, con el objetivo de instaurar mapeo preciso según elementos cualitativos y cuantitativos, trabajándolos de manera teórica empleando metodología por medio de algebra de mapas, ratificándolos de manera empírica y su aporte sea sustancial para la protección a la población.
Puntualmente la dirección en general del manuscrito es la ejecución concertada con la población de reconfiguraciones urbanas debido a las averías geológicas que menoscaban la tranquilidad y seguridad de los habitantes y vecinos en general de áreas aledañas al sitio del daño, lo anterior, por medio de la aplicación de cartografía digital, misma que metodológicamente pueda replicarse en otras partes de la CDMX, de la República Mexicana o en otras partes de América Latina, donde las características geográficas, geofísicas, geológicas, edafológicas, geomorfológicas, hidrográficas, entre otras, sean similares a la zona de estudio del presente artículo.
Después de la introducción este documento presenta en el marco teórico estudios previos alrededor de la problemática, algunos que abordan la comprensión de fallas geológicas y efectos dañinos en ciudades; en la tercera sección se expone el enfoque metodológico realizado con datos de las principales instituciones encargadas del estudiar cuestiones geológicas y sísmicas en el territorio nacional mexicano; en la cuarta sección se presentan las diversas técnicas vectoriales cartográficas derivadas de la geomática e información del INEGI, Atlas Nacional de Riesgos y del SGM, con el objetivo de identificar zonas urbanas en riesgo; en el apartado de discusión se analizan los resultados y finalmente se presenta el apartado de conclusiones donde se destaca la importancias de implementar en viviendas establecidas en sitios con algún grado de riesgo, la cartografía obtenida.
2 Marco teórico
El análisis del presente estudio enfocado a los riesgos urbanos por fallas geológicas debe ser examinado según estudios previos que estriben alrededor de la problemática, es prudente mencionar que se encontraron algunos que abordan la comprensión de fallas geológicas que estudian parcialmente su acontecimiento y efectos dañinos en ciudades, observándose que aún queda mucho por trabajar a futuro, precisando que en la actualidad la existencia de fallas geológicas va en aumento. La supervisión de viviendas con el objetivo de determinar daños estructurales es de vital importancia, se deberán instaurar parámetros cualitativos y cuantitativos para conocer las tipologías de la falla geológica, cotejando en todo momento la geoposición de la falla con el urbanismo existente (Hernández y Láriz, 2015).
Existen fracturas y grietas en el suelo que observan pobladores cuando evidentemente afectan sus viviendas, inclusive varios sonidos no comunes alertan en algunas ocasiones posibles activaciones de fallas y, por ende, averías en domicilios, por ello, la precisión de mapeo podrá evidenciar los hogares que podrán ser perjudicados en su estructura arquitectónica. En ciertas ocasiones los horizontes o planos de falla revelan conjuntos de estrías superpuestas y con diferentes orientaciones, las cuales, podrán clasificar con cierto grado de precisión posibles activaciones o reactivaciones de los bloques de falla y la posibilidad de establecer mecanismos de protección a las viviendas (Escamilla, 2019).
Es muy importante la comunicación constante entre pobladores y entes gubernamentales encargados de la protección civil en las diversas alcaldías en la CDMX; la información y aviso de vecinos a las autoridades, podrá establecer algún grado de protección en ellos y analizar la zona potencialmente afectada, con el objetivo de evitar posibles catástrofes, puntualizando que muchas de los daños en viviendas se debe en gran medida al crecimiento urbano desproporcional de la CDMX, edificando sin conocer las características geográficas del sitio.
El crecimiento regional urbano en México durante el siglo XX relacionado con su impacto económico y social, se ha traducido en un proceso demográfico altamente descontrolado forjando problemas complejos, provocando diversos riesgos en las ciudades mismas que son gravemente afectadas según la geografía, por lo anterior, es importante mencionar que difícilmente se eligieron o estudiaron las características geográficas del suelo; fomentando en la actualidad diversas amenazas naturales que vulneran la tranquilidad de pobladores (Pérez, 2014).
La actual planeación urbana inadecuada antecede de una planeación sin control o visión, la CDMX cuenta con problemáticas tan diversas que es complejo cuantificarlas debido al número tan elevado de urbanismo sin planificación, por ello, cientos de colonias en dicha ciudad son mermadas por inundaciones, sismos, deslizamientos de tierra, socavones, fallas geológicas, entre otras, perjudicando gravemente a viviendas e integridad de las familias.
La sismicidad en México es cada vez más recurrente, para recordar esto, el presente análisis se refiere a sismos en años anteriores que han devastado la CDMX, por lo cual, la importancia de los materiales con los que se construye una vivienda son muy significativos, evitando en todo momento la autoconstrucción, al no poseer una estructura profesional dependiendo de la geografía del sitio (Contreras y Winckler, 2013).
El grado de autoconstrucción existente en la CDMX es cada vez más recurrente debido al nivel socioeconómico en la población, lo cual, evidentemente incentiva aún más el riesgo de colapso de viviendas ante fenómenos geológicos incentivados por fallas; es prudente detener paulatinamente pero permanentemente la construcción no profesional que enaltezca problemáticas de vivienda a futuro.
Aproximadamente desde el año 2016 se analizan los deberes del estado gubernamental frente a la gestión del riesgo de desastre, implantando situaciones fácticas que sirven de insumo para concluir que dicho estado es responsable de los daños derivados de la desatención en prevención de desastres derivados de fallas geológicas; algo que sigue en aumento no encontrando una solución hasta el momento (Acuña, 2016).
La prevención de desastres deberá ser el objetivo de protección civil de cualquier gobierno federal, estatal o municipal en México, son tan grandes y recurrentes las averías por acontecimientos naturales que la existencia de omisión por parte de autoridades gubernamentales en asuntos de riesgo agudiza problemáticas urbanas, por lo anterior, es prudente considerar que la corrección del daño no alcanza para proteger a la población; quedando por trabajar mecanismos de prevención y no sólo de reparación del daño.
La representación del peligro sísmico en cualquier ciudad que ha sido históricamente afectada por sismos permanecerá vulnerable a posibles fallas geológicas; aconteciendo probables devastaciones en viviendas y provocando pérdidas de vidas (Zambrana, 2021). Sismos y fallas geológicas comparten un mismo elemento, el cual, es la avería a diversas viviendas, más aún cuando carecen de seguridad geográfica y estructura arquitectónica segura con base en elementos de ingeniería civil. La propuesta de gestión social del riesgo referida a la concertación entre habitantes y entes gubernamentales, debe permitir un estudio integral, mismo que vincule amenazas y vulnerabilidades, examinado las diferentes escalas permitiendo determinación de áreas de riesgo, las cuales, tendrán que estar vinculadas con espacios donde preexista una mayor concentración urbana planteando medidas que eviten potenciales daños (Montezuma, 2011).
La determinación de áreas de riesgo interpretadas por medio de sistemas geonformáticos conocidos comúnmente como SIG, instaurarán precisiones importantes en las zonas a evaluar referentes al cruce de información por medio de algebra de mapas, por ello, es importante poseer cartografía vectorial y satelital actualizada, con el objetivo de identificar y establecer porcentajes de riesgo.
La fotointerpretación por medio de imágenes aéreas constituye una de las fuentes de información más avanzadas y convincentes de actualización de datos; relacionándose y complementándose en ocasiones con datos satelitales, mismos que organizan elementos de suma importancia para estudios geográficos (Bolaños, 2003).
La utilidad de elementos fotointerpretativos será relevante para realizar estudios que analicen riesgos geomorfológicos, es muy significativo el avance de las geotecnologías permitiendo su utilidad e interpretación de imágenes casi en tiempo real, evidenciando ciertos daños visualizados de manera completa dependiendo la escala de trabajo, por ello, la utilidad de los SIG es de gran aporte en el presente artículo de investigación.
El presente apartado teórico ejemplifica posibles soluciones sobre el riesgo urbano debido a la presencia de fallas geológicas, lo cual, apoyará a comprender las posibles averías en la vivienda de población y con ello, alertar y proteger a pobladores que habiten áreas de riesgo.
Sismicidad y relación con fallas geológicas
Existe una relación tan estrecha entre sismos y fallas geológicas que en gran mayoría de las ocasiones implantan una reactivación y movimiento en el subsuelo, ocasionando la existencia de grandes fallas, puntualizando que también pueden originarse por otras acciones geofísicas.
La relación del estudio de los sismos con fallas geológicas, establece varios parámetros que determinan la intensidad y magnitud del daño, potencializando agrietamientos en partes del subsuelo; evidenciándose en los segmentos inmediatos cercanos a los pisos de las viviendas (Pérez, Aguirre y Ramírez, 2018).
Es muy importante comprender que al ocurrir un movimiento sísmico las ondas oscilatorias y trepidatorias instituyen la existencia de fallas que en un principio no se observan a simple vista, sin embargo, su salida y evidencia acontecerá con el paso del tiempo; recordando que la CDMX es aún una cuenca endorreica, misma que por sus características geográficas es muy susceptible a socavones y fallas geológicas, debido a su edafología, hidrografía, geomorfología y geología.
Aproximadamente a partir del año 2001 hasta la fecha, diversas zonas urbanas en la CDMX han sido perjudicadas permanentemente por hundimientos diferenciales del suelo, conocidos entre la población como socavones o agrietamientos, habitualmente estos procesos se han ligado a sismos y a la sobreexplotación de mantos acuíferos (Garduño et al., 2001).
Un componente extra que establece diversos daños en el suelo y por ende en las viviendas es la sobreexplotación de mantos acuíferos, los cuáles, desecan grandes regiones debido a la gran extracción de agua, por lo que al acontecer algún movimiento telúrico generará un mayor rompimiento de las partes bajas del suelo; fomentando agrietamiento resultando en grandes fallas geológicas.
Con el objetivo de esclarecer lo acontecido en la colonia San Juan de Aragón 1era Sección, a continuación, se detalla lo concerniente a dicho suceso.
Una falla geológica provocó que 14 viviendas de la colonia San Juan de Aragón Primera Sección, en la alcaldía Gustavo A Madero, tuvieran daños estructurales en sus viviendas, de las cuales cinco presentan problemas severos, informó la secretaria de Gestión Integral de Riesgos y Protección Civil local, Myriam Urzúa. Desde el lunes en la mañana vecinos reportaron una grieta, que no sólo provocó que fuera aún mayor una fuga de agua reportada desde hace más de seis meses en la Quinta Cerrada de la avenida 503, sino que afectó a 14 casas, algunas de las cuales presentan fracturas en piso, paredes y techos (Mendoza, 2021).
Los daños estructurales en las viviendas establecidas medianamente en zonas geográficamente seguras según la pendiente del terreno, no garantizó que el urbanismo instaurado en dichas áreas fuera seguro, por lo anterior, es muy importante observar que se deberá conocer la mayoría de las características del territorio con el objetivo de minimizar el riesgo; lo acontecido en San Juan de Aragón evidencia que algunos riesgos no visibles con el tiempo pueden activarse y concebir procesos de reubicación debido al alto nivel del riesgo.
3 Metodología
Derivado de lo anterior se trabajó con datos de las principales instituciones encargadas del estudiar cuestiones geológicas y sísmicas en el territorio nacional mexicano, obteniendo información del INEGI (Instituto Nacional de Estadística y Geografía, 2002), y del Atlas Nacional de Riesgos en su última actualización (Atlas Nacional de Riesgos, 2023).
Es importante aclarar que solamente se eligieron dichos datos con el objetivo de observar la importancia y actualización de los mismos, con los cuales, el gobierno mexicano trabaja ante riesgos urbanos por fallas geológicas en la CDMX.
Primeramente, se obtuvo mapeo de las principales zonas sísmicas existentes en la CDMX, observándose ciertas características edafológicas, geológicas y geomorfológicas, identificándose el área donde se encuentra la colonia San Juan de Aragón 1ra Sección (Figuras 2 y 3)
Zonas sísmicas, CDMX
Fuente: Elaboración propia
Zonas sísmicas, colonia San Juan de Aragón 1ra Sección
Fuente: Elaboración propia
Las Figuras 2 y 3 revelan que el área de estudio se encuentra dentro de la zona sísmica IIIC, la cual, posee un tipo de suelo compuesto de depósitos lacustres muy blandos y compresibles debido al alto contenido de agua, favoreciendo movimientos en las partes bajas del suelo; para mayor comprensión a continuación se diferencian dichas franjas sísmicas por el Servicio Geológico Mexicano (SGM).
Zona I, firme o de lomas: localizada en las partes más altas de la cuenca del valle, está formada por suelos de alta resistencia y poco compresibles.
Zona II o de transición: presenta características intermedias entre la Zonas I y III.
Zona III o de Lago: localizada en las regiones donde antiguamente se encontraban lagos (lago de Texcoco, Lago de Xochimilco). El tipo de suelo consiste en depósitos lacustres muy blandos y compresibles con altos contenidos de agua, lo que favorece la amplificación de las ondas sísmicas (Servicio Geológico Mexicano, 2017).
Según el análisis cartográfico referenciado a ondas sísmicas y su relación con fallas geológicas, ejemplifica que la zona de estudio es muy propensa a la existencia de fallas geológicas debido a la composición edafológica del suelo, por lo anterior, es importante utilizar dicho mapeo para prevenir riesgos en la alcaldía Gustavo A. Madero, inclusive el avance y riesgo se amplifica en la parte oriente de la misma alcaldía; puntualizando que a futuro se deberá supervisar el avance urbano, el cual, establecerá mayores daños en dicha alcaldía.
4. Resultados
Para la implementación de la metodología del presente artículo se utilizaron técnicas vectoriales cartográficas derivadas de la geomática e información del INEGI, Atlas Nacional de Riesgos y del SGM, relacionadas con la protección civil ante fenómenos geológicos y fotointerpretación, con el objetivo de identificar zonas urbanas en riesgo.
Cartográficamente se ubicó la colonia San Juan de Aragón 1ra Sección con apoyo del SIG ArcMap utilizando la herramienta Open Street Maps, misma que muestra las características urbanas y de las principales colonias existentes cerca de la colonia evaluada (Figura 4).
Colonia San Juan de Aragón 1ra Sección y crecimiento urbano actual.
Fuente: Elaboración propia
La Figura anterior muestra la expansión urbana actual en la colonia San Juan de Aragón 1ra Sección, prácticamente se encuentra urbanizada en su totalidad, por lo anterior, la urgencia de supervisar posibles daños geofísicos y su relación con el aumento de riesgo urbano.
Según notas periodísticas la grieta inició en la Quinta Cerrada de la avenida 503, perjudicando 14 casas extendiéndose aproximadamente hasta la avenida 505 (Mendoza, 2021), por lo anterior, se ubicó empíricamente la grieta con apoyo de fotointerpretación, puntualizando que según vecinos de la zona se extendió aún más visualmente (Figura 5), precisando que su extensión interna no visual podrá ser aún mayor en cuanto a su longitud afectando a futuro un mayor número de viviendas; inclusive existiendo en la zona de la falla la primaria Nepal y el Centro de Salud San Juan de Aragón (Figura 6).
Falla geológica Quinta Cerrada avenida 503, Colonia San Juan de Aragón 1ra Sección
Fuente: Mendoza, 2021.
Ubicación cartográfica de la falla geológica en Quinta Cerrada avenida 503, Colonia San Juan de Aragón 1ra Sección
Fuente: Elaboración propia
Según la muestra de las Figuras 5 y 6, se observa la avería geológica inicial de la zona de estudio, por ello, la atención de expertos en geofísica, geología y geografía, con la primicia de establecer estudios con fisurómetros, equipos electrónicos portátiles de alta sensibilidad y detectores de gas radón, identificando las viviendas que poseen un nivel alto y muy alto de riesgo ante posibles colapsos de construcciones.
5. Discusión de resultados
De acuerdo y derivado de la avería en las viviendas de personas que habitan áreas que originalmente no cuentan con algún tipo de riesgo geológico, geofísico, geomorfológico, hidrometeorológico, edafológico, entre otros, el grado de riesgo alto que no es visible de manera evidente, ocasiona que la ocurrencia repentina de la aparición de grietas afecte inesperadamente la vida de poblaciones que normalmente se encontraban en zonas geográficamente seguras.
Es muy importante no confundir o establecer como sinónimos los términos amenaza, vulnerabilidad y riesgo, especificando que, en el presente estudio centrado en las fallas geológicas, la amenaza es la aparición de grietas provenientes de la fricción o movimiento repentino en las partes bajas del suelo, los cuales, ocurrirán sin previo aviso.
El elemento a disminuir es la vulnerabilidad, precisamente con el estudio de elementos cartográficos, geográficos, geológicos, geofísicos y de gestión social del riesgo, derivado del trabajo constante entre científicos, políticos y habitantes, con la primicia de instituir protección civil ante posibles activaciones de fallas geológicas en zonas urbanas.
Por lo anterior, podrá disminuirse sustancialmente el nivel del riesgo, comprendiendo que es el resultado entre la amenaza y vulnerabilidad, al disminuir la vulnerabilidad y con ello el riesgo, el resultado protegerá a los habitantes ante posibles apariciones de agrietamientos que puedan afectar su vivienda debido a colapsos parciales o totales que puedan acontecer. Es importante cuestionar que la gestión social del riesgo ante un posible desastre en la actualidad es insuficiente, rectificado por las múltiples averás geológicas, hidrometeorológicas, geomorfológicas y geofísicas, mismas que ocurren constantemente y que son tan evidentes, que la población espera que ocurra el desastre para instituir ellos mismos mecanismos de recuperación.
Por último, debe destacarse que la protección civil posdesastre en la CDMX es hasta cierto punto adecuada, sin embargo, evitar el daño y no solo resarcirlo, será sustancialmente de mayor beneficio para la población, la cual, podrá prepararse por medio de métodos preventivos y de alerta ante alguna avería geológica que pueda afectar su vivienda.
Conclusiones
El análisis desde el componente teórico y metodológico es de suma importancia ya que las fallas geológicas existentes en la alcaldía Gustavo A. Madero se deben en mayor medida a la composición del suelo, contrastando lo anterior, con las alcaldías Álvaro Obregón, Magdalena Contreras, Cuajimalpa y Tlalpan, las cuales, no cuentan con existencia de fallas geológicas; puntualizando que la presencia de socavones en las Miguel Hidalgo y Álvaro Obregón, es por la existencia de minas un hecho totalmente distinto.
Las fallas geológicas con base en lo ocurrido en San Juan de Aragón 1ra Sección, evidencia que muy probablemente se intensificarán en la parte oriente de la alcaldía Gustavo A. Madero, sin embargo, también se deberá instaurar supervisión constante en las alcaldías Venustiano Carranza, Iztacalco, Iztapalapa y Xochimilco y Tláhuac (Figura 2).
Es muy importante utilizar mecanismos geoinformáticos y equipos electrónicos portátiles de muy alta sensibilidad, con el objetivo de conocer la existencia de grietas y establecer medias antes de su propagación, puntualizando que actualmente lo detectores de gas radón son los más utilizados en dichos estudios.
La intervención de multidisciplinariedad, interdisciplinariedad y transdisciplinariedad, fomentará posibles soluciones a la problemática antes evidenciada, el tránsito permanente de información entre ciencias físicas y sociales, fomentando a que cada una de ellas analice componentes con la finalidad de evitar riesgos mayores por fallas geológicas; más aún cuando el posible aumento de tamaño y profundidad de dichas grietas pueda crear accidentes provocando decesos en la población.
La metodología y cartografía deberá implementar a futuro seguridad permanente en viviendas establecidas en sitios con algún grado de riesgo, el aporte del mapeo por medio de SIG fundará una contribución sustancial y preciso al momento de instaurar posibles reconfiguraciones urbanas o implementación de mecanismos de protección civil en la población, por ello, la importancia de estudiar cada uno de los componentes que deriven en una mayor avería inducida por fallas geológicas.
Agradecimientos
A la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) derivado de los resultados parciales del proyecto de investigación de la estancia posdoctoral realizada gracias al Programa de Becas Posdoctorales en la UNAM (POSDOC).
T his is an Open Access article under the BY-NC-SA license (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/). Published by Universidad Libre - Cali, Colombia.
Fuente de financiación: Recursos de beca posdoctoral asignada al Dr. Oscar Daniel Rivera González otorgada por la Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA) perteneciente a la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).
RIVERA-GONZÁLEZ, Oscar Daniel; RODRÍGUEZ VAN GORT, Mary Frances Teresa. Cartografía de riesgos urbanos por fallas geológicas en zonas urbanas, prevención y análisis con Sistemas de Información Geográfica, Ciudad de México, México. En: Entramado. Enero - Junio, 2024. vol. 20, no. 1 e-10640 p. 1-11.https://doi.org/10.18041/1900-3803/entramado.1.10640