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Zenón Aguilar Bardales
Jorge E. Alva Hurtado
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
MICROZONIFICACION SISMICA DE AREQUIPA
CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONES
CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONES
SISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES
SISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES
III CURSO INTERNACIONAL
III CURSO INTERNACIONAL
MICROZONIFICACION Y SU APLICACIÓN
MICROZONIFICACION Y SU APLICACIÓN
EN LA MITIGACION DE DESASTRES
EN LA MITIGACION DE DESASTRES
Del 11 al 29 de Noviembre del 2002
Introducción
Geología y Geomorfología
Características Geotécnicas
Características Dinámicas
Microzonificación Sísmica de Arequipa
Efectos del Sismo del 23 de Junio del 2001
Conclusiones y Recomendaciones
Referencias
Indice
Indice
Se describe la geomorfología y geología de la ciudad de
Arequipa, así como las características geotécnicas de los suelos
de la cimentación.
Se presenta la metodología utilizada para la Microzonificación
Sísmica de Arequipa, que consiste en la recopilación de la
información y la ejecución de más de 200 puntos de ensayos de
microtrepidaciones.
La geología de Arequipa es muy errática debido a su origen
volcánico, encontrándose rocas igneas intrusivas y extrusivas,
tufos volcánicos, materiales piroclásticos y aluviales, de
diferentes características geotécnicas.
Resumen
Resumen
Se elaboró en el año 1990 la Microzonificación Sísmica de
Arequipa en base a la información disponible, ejecución de
microtrepidaciones, evaluación de la geología y geotecnia y
utilización de mapa de daños ocasionados por el sismo del 16
de Febrero de 1979.
Esta Microzonificación Sísmica propuesta ha sido revisada
con los daños producidos durante el sismo del 23 de Junio
del 2001.
Introducción
Introducción
La Microzonificación Sísmica consiste en:
- Determinar la influencia de las condiciones locales del terreno de
una ciudad o proyecto de la ingeniería ante la acción sísmica.
- Es un procedimiento multidisciplinario que involucra la
topografía, geología, geotecnia, hidrología, sismología, daños
sísmicos, microtrepidaciones, etc.
- Se necesita recopilar información existente y complementarla
con investigación geotécnica.
- Debe tener una dimensión tridimensional, en área y profundidad.
- Se deben identificar condiciones especiales tales como: suelos
licuables, colapsables, expansivos, dispersivos; evaluar la
inestabilidad de los taludes existentes y efectuar estudios de
amplificación sísmica.
- Utilizar la distribución de intensidades sísmicas de sismos
recientes como modelo a escala natural.
- Estos estudios permiten delimitar zonas con diferente
comportamiento sísmico dentro de una ciudad o un proyecto
de ingeniería, considerando las condiciones locales de los
suelos de cimentación.
Para elaborar la Microzonificación Sísmica de Arequipa se
ejecutaron los siguientes estudios:
Geomorfología y Geología
Características Geotécnicas de los Suelos de Cimentación
Medición de Microtrepidaciones
Evaluación y Zonificación de Daños del Sismo de 1979
Arequipa se ubica al sur-occidente de la región sur del Perú. La
zona metropolitana tiene un área de 182 Km2, a una altitud de
2300 msnm, en el valle del río Chili y una población de más de 1
millón de habitantes.
La sismicidad histórica indica que existe una intensa actividad
sísmica: entre 1471 a 1490 en la época del Inca Tupac Yupanqui
con el erupción del Misti; en Enero de 1600 se produce la
erupción del Huaynaputina y terremoto; el 13 de Agosto de 1868
intensidad de XI y tsunami. Dentro de los sismos recientes: 15
de Enero de 1958; 13 de Enero de 1960; 16 de Febrero de 1979 y
23 de Abril de 2001.
Geología y Geomorfología
Geología y Geomorfología
Existen las siguientes unidades geomorfológicas
- Cordillera de Laderas: En la parte sur de la ciudad, relieve de
cerros rocosos, drenaje dendrítico y paralelo.
- Cadena del Barroso: Estribaciones de los volcanes Chachani,
Misti y Pichu Pichu, superficie inclinada, cortada por numerosas
quebradas de paredes empinadas.
- Penillanura de Arequipa: Superficie ligeramente plana, inclinada
hacia el oeste. Conformada por materiales tufáceos hacia el oeste
y materiales detríticos hacia el este. Existen las siguientes
subunidades: Valle del Chili, Superficie del Cercado, Superficie
de Socabaya, Superficie de Pachacútec y Superficie del
Aeropuerto.
PLANO GEOMORFOLOGICO
DE LA CIUDAD DE AREQUIPA
GM-cL
GM-cB
Cordillera de Laderas
Cadena del Barroso
Valle del Chili
Superficie del Cercado
Superficie de Socabaya
Superficie de Pachacútec
Superficie del Aeropuerto
GM-pA-vCh
GM-pA-sC
GM-pA-sS
GM-pA-sP
GM-pA-sA
Penillanura de Arequipa
LEYENDA
Yanqui, 1990
GM-pA-sA
GM-pA-sP
GM-pA-sC
GM-cB
GM-pA-sS
GM-cL
GM-pA-sS
GM-cB
GM-pA-vCh
N
En Arequipa existen unidades ígneas, sedimentarias y
metamórficas del Prepaleozoico hasta el Cuaternario y
depósitos recientes.
- Gabrodiorita de La Caldera: roca ígnea intrusiva en la parte
sur de la ciudad
- Granodiorita Tiabaya: roca ignea en los cerros vecinos del
distrito de Tiabaya
- Volcánico Sencca Compacto: tufo blanco compacto y poroso se
denomina sillar
- Volcánico Sencca Salmón: tufo rosáceo estratificado en bancos
subhorizontales
- Volcánico Chila: derrames andesíticos y basálticos,
marrón oscuro, altamente fracturados
- Flujos de Barro: bloques andesíticos con intersticios
rellenados por matriz areno tufácea
- Depósitos Piroclásticos:
- Materiales Aluviales: gravas y arenas: Aluvial de Acequia
Alta, Aluvial Umacollo, Aluvial
Miraflores y Aluvial Reciente
tobas volcánicas blanco-amarillentas,
desleznables, muy livianas
- Materiales Eluviales Recientes: arenas limosas de color beige de
origen residual
MAPA GEOLOGICO DE LA
CIUDAD DE AREQUIPA
Yanqui, 1990
Qr-a
Qr-a
Qr-aaa
Qr-pi
Qr-e
Tp-vs2
Tp-vs1
Q-vchi
Q-vchi
Q-fb1
Qr-aaa
Q-fb1
Q-fb2
Qr-am
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Q-vchi
Q-fb2
Qr-am
Q-fb2
Q-fb1
Qr-e
Q-fb2
Qr-e
Qr-e
Q-fb2
Q-fb2
Q-fb2
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Qr-e
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Kti-gb
K
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-
g
b
KTi-gb
KTi-gd
Qr-au
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Qr-a
Qr-e
Qr-a
Qr-am
Qr-au
Qr-pi
Q-fb1
Q-fb2
Q-aaa
Q-vchi
Q-ca
Tp-vs2
Tp-vs1
KTi-gd
KTi-gb
Eluvial Reciente
Aluvial Reciente
Aluvial Miraflores
Aluvial Umacollo
Depósitos Piroclásticos
Flujo de Barro Brechoso
Flujo de Barro Rosáceo
Aluvial Acequia Alta
Volcánico Chila
Formación Capillune
Volcánico Sencca 2
Volcánico Sencca 1
Granodiorita Tiabaya
Gabrodiorita
LEYENDA
N
Características Geotécnicas
Características Geotécnicas
Se ha calculado de capacidad portante del suelo en base a
una vivienda de interés social con zapata continua y
superficial.
Se ha establecido el mapa geotécnico de la ciudad de
Arequipa en base a la información disponible y ensayos
realizados. Para rocas igneas la capacidad portante es mayor
de 10 kg/cm2, para sillar un valor mayor 5 kg/cm2, depósitos
aluviales de 1.0 a 3.5 kg/cm2 y depósitos de materiales
piroclásticos y suelos eluviales con capacidades portantes de
0.5 kg/cm2.
Estos datos son referenciales para el caso de viviendas de
interés social, debiendo necesariamente realizar estudios de
mecánica de suelos para estructuras importantes.
PLANO GEOTECNICO DE LA
CIUDAD DE AREQUIPA
LEYENDA
G1-rtp
N
G1- rtp
Yanqui, 1990
G8-sam
G9-stc
G4-saa
G6-spp
G8-sam
G2-rvch
G2-rvch
G10-ser
G1-rpt
G7-sau
G5-fb
G5-fb
G5-fb
G5-fb
G7-sau
G1-rpt
G2-rvch
G3-si
G4-saa
G5-fb
G6-spp
G7-sau
G8-sam
G9-stc
G10-ser
Rocas Preterciarias
Rocas Volcánicas del Chila
Sillar
Suelo de Acequia Alta
Flujos del Barro
Suelo Puzolámico de Pachacútec
Suelo Aluvial de Umacollo
Suelo Aluvial de Miraflores
Suelo Tobáceo Compresible
Suelo Aluvial Reciente
30.0
15.0
5.0
3.5
3.0
2.0
1.5
1.0
0.5
0.5
qa (Kg/cm2)
G3-si
Se utilizó la técnica de medición de microtrepidaciones para
evaluar el período de vibración natural del terreno. Se
realizaron 227 puntos de medición de microtrepidaciones
distribuidos uniformente en la ciudad.
El mapa de curvas isoperíodos en la ciudad de Arequipa se
presentan períodos predominantes entre 0.15 y 0.45 seg,
existiendo una gran área con valores de períodos
predominantes entre 0.25 y 0.40 seg.
Características Dinámicas
Características Dinámicas
N
LEYENDA
Punto de Medición
Calicata realizada
de Microtrepidaciones
Aguilar, 1991
MAPA DE UBICACIÓN
DE MICROTREMOR Y
CALICATAS EN LA
CIUDAD DE AREQUIPA
LEYENDA
0.25 seg.
0.20 seg.
0.15 seg.
0.40 seg.
0.30 seg.
0.35 seg.
Aguilar, 1991
MAPA DE CURVAS
ISOPERIODO DE LA
CIUDAD DE AREQUIPA
0
.
4
0
s
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g
.
0
.
3
5
s
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g
.
0
.
3
0
0
.
2
5
0.40 seg.
0.35 seg.
0.30 seg.
0.25 seg.
0.20 seg.
0.15 seg.
0.3
0
seg
.
0
.
3
5
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0.40 seg.
0.25 seg.
0.30 seg.
0.35 seg.
0
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0.40 seg.
0.35 seg.
0.35 seg.
0.35 seg.
0.30 seg.
0.25
seg.
0
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3
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0.40 seg.
0.35 seg.
0.35 seg.
0
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3
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0
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0.35
seg.
0.30
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0.25
seg.
0.20
seg.
0.30 seg.
0.4
0
0.30 seg.
0.35 seg.
0.40seg.
0
.3
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0.35 seg.
0.40 seg.
0
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3
5
s
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g
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0.3
0seg.
0.2
5seg.
0
.
3
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3
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SISMIC
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DE
AREQUIPA
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s
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.
N
Aguilar, 1991
Microzonificación
Microzonificación Sísmica de
Sísmica de
Arequipa
Arequipa
En base a la información revisada y las investigaciones
complementarias ejecutadas, así como la zonificación de
daños del sismo del 16 de Febrero de 1979 se ha establecido
la propuesta de microzonificación sísmica de Arequipa.
Esta microzonificación se presenta a continuación.
A
E
R
O
P
U
E
R
T
O
N
D
A
B
B
B
A
B
B
D
A
A
A
A
C
C
C
B
Aguilar, 1991
MICROZONIFICACION
SISMICA DE AREQUIPA
ZONA A
ZONA B
ZONA C
ZONA D
LEYENDA
Microzonificación Sísmica de Arequipa
Microzonificación Sísmica de Arequipa
ZONA A: Rocas ígneas intrusivas de Sachaca y Hunter y Cordillera
de Laderas (sur oeste). Rocas Volcánicas Chila, parte alta
de Mariano Melgar y norte. Capacidad portante de 10
kg/cm2. Períodos predominantes de 0.15 a 0.25 seg.
ZONA B: Afloramientos de sillar en P.J. Independencia al norte y
Urb. Río Seco al nor-oeste. Suelos puzolánicos de
Pachacútec (Urb. Semirural Pachacútec, Mariscal Castilla,
Alto Libertad en Cerro Colorado). Flujos de barro de
laderas del Barroso, partes altas de Miraflores, Mariano
Melgar y Paucarpata. También el Cercado (Urb. Cerro Julí,
Parque Industrial, Ferroviarios, IV Centenario y
Municipal). Capacidad portante entre 2.0 y 3.5 kg/cm2.
Nivel freático a más de 10 metros. Períodos
predominantes de 0.15 a 0.35 seg.
ZONA C: Mayor parte del Casco Urbano. Distritos de Cayma,
Yanahuara, Cercado, parte de Cerro Colorado y partes
bajas de Miraflores, Mariano Melgar y Paucarpata.
Suelos erráticos, Aluvial Acequia Alta, gravas y arenas
compactas; Aluvial Miraflores, gravas y arenas sueltas.
Suelos puzolánicos y flujos de barro con condiciones
favorables. Capacidad portante entre 1.0 y 2.5 kg/cm2.
Nivel freático a más de 5 m, excepto en Tingo. Períodos
predominantes de 0.30 a 0.45 seg.
ZONA D: Material piroclástico, suelto, liviano, Urb. Alto Cayma y
Francisco Bolognesi. Suelos aluviales de Lara,
Bellapampa con nivel freático superficial. Condiciones
geotécnicas desfavorables. Capacidad portante de 0.5
kg/cm2. Períodos predominantes de 0.30 a 0.45 seg.
- El 23 de Junio del 2001 ocurrió un sismo en el sur del Perú. Su
magnitud fue Mw = 8.2, profundidad focal de 28 km y fallamiento
de tipo inverso de subducción interplaca.
- La intensidad máxima en la escala de Mercalli Modificada fue de
VIII MM, con VII MM grados en Arequipa.
- El sismo principal fue registrado en la estación acelográfica de
Moquegua, al sur de Arequipa, con una máxima aceleración
horizontal de 0.3 g. La duración fue de 200 segs.
- El Instituto Geofísico del Perú ha preparado un mapa de
intensidades macrosísmicas para la ciudad de Arequipa.
Efectos del Sismo del 23 de Junio
Efectos del Sismo del 23 de Junio
del 2001
del 2001
Tavera et al (2002)
Areas
Areas de ruptura de grandes terremotos de
de ruptura de grandes terremotos de subduci n
subduci nen el sur del Per y
en el sur del Per y
norte de Chile
norte de Chile
Mapa de intensidades en la escala
Mapa de intensidades en la escala Mercalli
Mercalli Modificada para el Terremoto de
Modificada para el Terremoto de
Arequipa del 23 de Junio del 2001. Los n伹eros indican los nombr
Arequipa del 23 de Junio del 2001. Los n伹eros indican los nombr es de
es de
algunas localidades contenidas en el recuadro superior.
algunas localidades contenidas en el recuadro superior.
Tavera et al (2002)
Registros de Aceleraciones
Estación Moquegua
Aguilar (2001)
Aceleración - Tiempo Historia Este Oeste
a= g t= s
-0.30
-0.20
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0 20 40 60 80
Tiempo (s)
Aceleración
(g)
Aceleración - Tiempo Historia Norte Sur
a= g t= s
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0 20 40 60 80
Tiempo (s)
Aceleración
(g)
Aceleración - Tiempo Historia Vertical
a= g t= s
-0.2
-0.1
0.0
0.1
0.2
0 20 40 60 80
Tiempo (s)
Aceleración
(g)
28.78
-0.297
0.224 33.36
0.164 23.10
Sismo 23-06-01
Relación de Espectros en la Superficie y la Base Rocosa
a 100 metros
INTENSIDADES MSK EN LA
CIUDAD DE AREQUIPA
DEBIDAS AL TERREMOTO
DEL 23 DE JUNIO DEL 2001
Fernández E. et al (2002)
- Estructuras colapsadas en el Centro Histórico: Catedral de la
Plaza de Armas, Iglesias y locales antiguos construídos con
sillar.
- El Colegio La Salle tiene daños importantes en los muros de
sillar. La estructura tiene columnas y vigas de concreto armado.
- El Hospital de ESSALUD tiene daños en los muros de
mamposteria. Desprendimiento de tarrajeos, fisuras en tabiques
y desprendimiento de reparaciones de sismo anteriores.
- La UNSA tiene distintos pabellones con daños, presencia de
columnas cortas y pórticos flexibles en una dirección.
- Concentración de daños en Lara, Bellapampa, Socabaya donde
ocurrió licuación de suelos. También ocurrió licuación en
Huarangillo, Sachaca y Semi-rural Pachacútec.
Efectos del Sismo en la Ciudad de
Efectos del Sismo en la Ciudad de
Arequipa
Arequipa
INSTANTE EN QUE SE INICIA LA FALLA DE LA TORRE DERECHA DE LA
CATEDRAL DE LA CIUDAD DE AREQUIPA
MOMENTO EN QUE LA TORRE IZQUIERDA DE LA CATEDRAL COLAPSA
DAÑOS EN ZONA INTERIOR DE
LA CATEDRAL
VISTA GENERAL DE UN COLEGIO
TIPICO DONDE SE APRECIA LA UNION
DE COLUMNAS Y TABIQUES QUE EN
CASO DE SISMOS ORIGINAN LA FALLA
DE LA COLUMNA POR EL EFECTO
DENOMINADO COLUMNA CORTA
DETALLE DE FALLA DE
COLUMNA POR EFECTO DEL
CHOQUE CON EL TABIQUE DE
LADRILLO (EFECTO DE
COLUMNA CORTA)
COLEGIO LA SALLE: CONSTRUIDO EN 1930 CON COLUMNAS DE CONCRETO
Y MUROS DE SILLAR
HOSPITAL DE ESSALUD CONSTRUIDO EN 1960 SIN DAÑOS EN LA
ESTRUCTURA PERO CON DAÑOS EN LA TABIQUERIA INTERIOR
DAÑOS EN LA TABIQUERIA
INTERIOR DEL HOSPITAL,
OBSERVANDOSE
DESPRENDIMIENTOS DE
REPARACIONES EJECUTADAS POR
DAÑOS DE SISMOS ANTERIORES
EDIFICACION DE SILLAR
COLAPSADA
Licuación de Suelos en Arequipa
Licuación de Suelos en Arequipa
El fenómeno de licuación de suelos ocurrió en tres lugares en
Arequipa (Yanqui, 2001): 1) en la Urbanización Las Magnolias, Lara,
distrito de Socabaya: agrietamiento del suelo, desplazamiento
lateral, inclinación de postes y volcancitos de arena; 2) en el anexo
de Haurangillo, distrito de Sachaca, cerca de la planta de Kola Real:
volcancitos de arena, agrietamiento y asentamiento de cerco; 3) en
la Urbanización Semi Rural Pachacútec, distrito de Cerro Colorado:
colapso de muros de cerco, agrietamiento de taludes.
Inclinación de Postes, Urb. Las Magnolias, Lara, Socabaya
Inclinación de Muro, Urb. Las Magnolias, Lara, Socabaya
Agrietamiento en
Terreno y Muro
Urb. Las Magnolias,
Lara, Socabaya
Grietas en el Terreno, Urb. Las Magnolias, Lara, Socabaya
Grietas en Vivienda, Urb. Las Magnolias, Lara, Socabaya
Agrietamiento
Agrietamiento de la
de la superficie
superficie del
del suelo
suelo por
por flujo
flujo
durante
durante la
la licuaci n
licuaci n
.
. Anexo
Anexo Huarangillo
Huarangillo,
, Sachaca
Sachaca
Emanaci n
Emanaci nde arena
de arena por
por las
las grietas
grietas superficiales
superficiales.
. Anexo
Anexo Huarangillo
Huarangillo,
,
Sachaca
Sachaca
Conclusiones y Recomendaciones
Conclusiones y Recomendaciones
1) Debido al origen volcánico de los suelos, la ciudad de
Arequipa presenta una geología muy errática, encontrándose
unidades constituidas por depósitos aluviales, flujos de barro,
depósitos piroclásticos, etc., que presentan características
geotécnicas muy variadas.
2) La zonificación geotécnica ha sido delimitada en base a la
información obtenida de los estudios de suelos realizados en
el pasado y recopilados; pero debido a que éstos son escasos,
se ha apoyado en el tipo de unidad geológica para cubrir toda
el área urbana. En consecuencia, esta delimitación podrá ser
afinada con la incorporación de nuevos estudios geotécnicos.
3) Mediante la técnica de medición de
microtrepidaciones se obtuvo resultados concordantes con la
geología de la zona, encontrándose períodos predominantes
con valores bajos en los afloramientos rocosos y con valores
relativamente altos en las zonas conformadas por suelos
aluviales con distintos grados de compacidad. Estos valores
han sido verificados en algunas zonas mediante el análisis de
amplificación sísmica.
4) La microzonificación sísmica que se propone
corresponde básicamente a la interpretación de los
resultados obtenidos del estudio de medición de
microtrepidaciones y de los estudios de geología y
geotecnia. Los limites de las zonas han sido determinados en
base a las curvas isoperíodos y al tipo de suelo que ellas
5) Como puede concluirse del análisis de los resultados
obtenidos, la técnica de medición de microtrepidaciones
permite determinar con bastante precisión el comportamiento
dinámico de los suelos, por lo cual es muy conveniente
utilizarla en este tipo de estudio. Esta técnica es bastante
sencilla y además, por la rapidez con la que puede realizarse,
permite cubrir grandes extensiones de terreno en poco tiempo,
resultando muy económica en comparación con otros tipos de
ensayos de exploración de campo.
6) El sismo del 23 de Junio del 2001 ha permitido verificar la
microzonificación sísmica propuesta en base las intensidades
sísmicas obtenidas, recomendándose modificar la
microzonificación propuesta con mayores investigaciones.
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Arequipa”, Tesis de Grado, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad
Nacional de Ingeniería.
- Orihuela P. (1981), “Sismo Arequipa 16-02-79. Influencias de las
Condiciones Locales”, Tesis de Grado, Facultad de Ingeniería Civil,
Universidad Nacional de Ingeniería.
- Vargas L. (1970), “Geología del Cuadrángulo de Arequipa”, Boletín
Nº 24, Servicio de Geología y Minería, Lima.
- Yanqui C. (1990), “Zonificación Geotécnica de Arequipa”, VIII
Congreso Nacional de Ingeniería Civil, Piura.
Referencias
Referencias
- Yanqui C. y Tupa F. (1990), “La Hidraúlica Subterránea de
Arequipa”, VIII Congreso Nacional de Ingeniería Civil, Piura.
- Yanqui C. (2001), ”Licuación Sísmica de Suelos en la Ciudad de
Arequipa Causada por el Terremoto del 23 de Junio del 2001”, XIII
Congreso Nacional de Ingeniería Civil , Puno.
Referencias
Referencias
MICROZONIFICACION SISMICA DE LA CIUDAD DE
AREQUIPA
Zenón Aguilar Bardales (1)
Jorge E. Alva Hurtado (2)
RESUMEN
Se presenta una breve descripción de la geomorfología y geología de la ciudad de Arequipa,
así como de algunas características geotécnicas de los suelos de cimentación y se presenta
la metodología utilizada y los resultados obtenidos de los ensayos de medición de
microtrepidaciones en más de 200 puntos en la ciudad.
Debido al origen volcánico de los suelos, en la ciudad de Arequipa se presenta una geología
muy errática, encontrándose unidades de rocas ígneas intrusivas y extrusivas, tufos
volcánicos, material piroclástico y materiales aluviales, los cuales poseen diversas
características geotécnicas. Estas diferencias se reflejan en los valores de los períodos
predominantes de vibración natural del suelo, obtenidos en los ensayos de medición de
microtrepidaciones en esta ciudad, que varían de 0.10 a 0.45 seg.
En base a esta información se propone el mapa de curvas isoperíodos para la ciudad de
Arequipa, que conjuntamente con la información geológica y geotécnica y la zonificación de
daños del sismo de Arequipa del 16 de Febrero de 1979, han permitido proponer una
zonificación sísmica preliminar de la ciudad de Arequipa.
INTRODUCCIÓN
La microzonificación sísmica de una ciudad es un procedimiento multidisciplinario, que
involucra la realización de estudios geológicos, topográficos, sismológicos, geotécnicos,
hidrológicos, de evaluación de daños sísmicos, de microtrepidaciones y de amplificación
sísmica. Estos estudios permiten delimitar zonas con diferente comportamiento sísmico
dentro de una ciudad, considerando las condiciones locales de los suelos de cimentación.
En este artículo se propone la microzonificación sísmica preliminar de la ciudad de Arequipa,
la cual ha sido delimitada en base a la siguiente información:
(1)
Investigador Asociado, Laboratorio Geotécnico del CISMID, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad
Nacional de Ingeniería, Lima, Perú.
(2)
Profesor Principal y Director del CISMID, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería,
Lima, Perú.
Ponencia Presentada al VI Congreso Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones, Lima, del
11 al 13 de Noviembre de 1991.
- Estudios de geomorfología y geología.
- Estudio de las características geotécnicas de los suelos de cimentación.
- Evaluación del comportamiento dinámico del suelo, mediante la medición de
microtrepidaciones.
- Evaluación y zonificación de daños producidos por el sismo de Arequipa del 16-02-
79.
Parte de esta información ha sido recopilada de investigaciones realizadas en el pasado en
el área de estudio y la otra parte constituye los resultados obtenidos de los trabajos de
campo realizados en el desarrollo de esta investigación.
Uno de los principales aportes de esta investigación a la microzonificación sísmica de
Arequipa lo constituye el estudio de medición de microtrepidaciones, mediante el cual se ha
elaborado el mapa de curvas isoperíodos de esta ciudad.
Ubicación y Extensión del Area de Estudio
La ciudad de Arequipa está ubicada en la provincia y departamento del mismo nombre, al
occidente de la región sur del Perú. Con la nueva división política del país, esta ciudad es la
Sede de la Región Arequipa.
El área de estudio comprende el casco urbano de la ciudad, los distritos, urbanizaciones y
pueblos jóvenes de la zona metropolitana, las que determinan un área de aproximadamente
182 Km2
.
Esta ciudad se encuentra asentada en el valle del río Chili, a una altitud promedio de 2300
m.s.n.m.
En la actualidad, Arequipa se constituye como la segunda ciudad del Perú en importancia,
ya que con su población de más de 1’000,000 de habitantes, su industria y su comercio, es
el centro vital de la economía del sur del país y polo de desarrollo de esa región.
Historia Sísmica
Según los antecedentes históricos, en Arequipa existe una intensa actividad sísmica,
teniéndose noticias de sismos ocurridos desde la época incaica a través de informaciones
recogidas por cronistas e historiadores. Así tenemos que:
- Entre los años 1471 a 1490, en la época del inca Túpac Yupanqui, ocurrió un
terremoto que destruyó el primitivo asiento de la ciudad de Arequipa. Hubo erupción
del volcán Misti (Silgado, 1978).
- En Enero de 1600 se produce la erupción del volcán Huaynaputina, dejando en
tinieblas por varios días a la ciudad de Arequipa. La erupción provocó un terremoto
que destruyó esta ciudad (Silgado, 1978).
- El 13 de Agosto de 1868 se produjo un terremoto que alcanzó una intensidad de XI
en la escala de Mercalli Modificada, seguido de un gran Tsunami que arrasó gran
parte del litoral peruano. Toribio Polo se refiere a este terremoto como uno de los
mayores ocurridos en el Perú desde su conquista (Silgado, 1978).
- Dentro de los eventos sísmicos más recientes tenemos: el terremoto del 15 de Enero
de 1958, que alcanzó una intensidad de VII MMI; el terremoto del 13 de Enero de
1960, que tuvo una intensidad de VIII MMI, y el terremoto del 16 de Febrero de 1979,
que en la ciudad de Arequipa alcanzó una intensidad de VI MMI.
Todos estos eventos sísmicos han ocasionado grandes pérdidas materiales y un
considerable número de víctimas.
La información instrumental, de creciente precisión a partir de 1962, ha permitido conocer la
distribución espacial de la actividad sísmica en la zona de Arequipa y la identificación de dos
zonas de actividad sísmica superficial, la primera paralela a la costa y la segunda al oeste
de la cadena volcánica, a unos 70 Km de la línea de costa (Kosaka, 1976; Lazo, 1989).
GEOMORFOLOGIA Y GEOLOGIA
Geomorfología
En el área en estudio se presentan tres unidades geomorfológicas:
a) Cordillera de Laderas: Ocupa la parte sur de la ciudad, se caracteriza por presentar
un relieve de cerros de superficie rocosa, con drenaje dendrítico y esporádicamente
paralelo.
b) Cadena del Barroso: Formada por las estribaciones de los tres volcanes: Chachani,
Misti y Pichu Pichu. Tiene una superficie inclinada, cortada por numerosas
quebradas de paredes empinadas.
c) Penillanura de Arequipa: Es una superficie ligeramente plana, inclinada hacia el
oeste con una pendiente de aproximadamente 4%. Está conformada por materiales
tufáceos hacia el oeste y materiales detríticos hacia el este. Cuenta con cinco
subunidades: Valle del Chili, Superficie del Cercado, Superficie de Socabaya,
Superficie de Pachacútec y Superficie del Aeropuerto.
En la Fig. 1 se presenta el mapa geomorfológico realizado por Yanqui (1990).
Geología
En la ciudad de Arequipa se encuentra unidades ígneas, sedimentarias y metamórficas,
cuyas edades se ubican en forma discontinua desde el prepaleozoico hasta el cuaternario
reciente. Entre éstas tenemos:
- Gabrodiorita de La Caldera: Son rocas ígneas intrusivas que afloran en la parte sur de la
ciudad.
Granodiorita de Tiabaya: Estas rocas afloran en forma de elipses groseras en los cerros
vecinos al distrito de Tiabaya.
- Volcánico Sencca Compacto: Constituido por un tufo blanco compacto, coherente y algo
poroso. Es conocido con el nombre de sillar.
- Volcánico Sencca Salmón: Son tufos de color rosáceo, estratificados en bancos
subhorizontales.
- Volcánico Chila: Conformado por derrames andesíticos y basálticos de color marrón
oscuro, altamente fracturados.
- Flujos de Barro: Compuestos por bloques andesíticos de diversos tamaños, cuyos
intersticios están rellenados por una matriz arenotufácea.
- Depósitos Piroclásticos: Son tobas volcánicas de color blanco amarillentas, deleznables,
ásperas y de aspecto azucarado, muy livianas.
- Materiales Aluviales: Conformados por el Aluvial de Acequia Alta, Aluvial de Umacollo y
Aluvial de Miraflores, constituidos por gravas y arenas de distinta formación; además del
Aluvial reciente, constituido por materiales que rellenan los cauces de los ríos y
quebradas.
- Eluviales Recientes: Están conformados por arenas limosas de color beige, de origen
residual, que constituyen los terrenos de cultivos.
En la Fig. 2 se presenta el mapa geológico de la ciudad de Arequipa realizado por Yanqui
(1990).
CARACTERÍSTICAS GEOTECNICAS
En base a la información geotécnica recopilada y a los ensayos realizados, se han obtenido
las características físico-mecánicas de los suelos de cimentación, las que se presentan en la
Tabla Nº 1. Para calcular la capacidad portante del suelo se ha tomado en consideración la
cimentación de una vivienda de interés social típica, de tipo zapata corrida, con un ancho de
0.40 a 0.50 m. y emplazada entre 0.80 y 1.50 m. de profundidad.
Debido a lo errático de la geología, en la ciudad de Arequipa existen diversos tipos de
suelos de cimentación, tales como: rocas ígneas, con capacidades portantes mayores que
10 Kg/cm2
; sillares, con capacidades portantes mayores que 5 Kg/cm2
; depósitos aluviales,
con capacidades portantes de 3.5 a 1.0 Kg/cm2
; depósitos de materiales piroclásticos y
suelos eluviales, con capacidades portantes de 0.5 Kg/cm2
. Estos suelos, debido a su origen
volcánico, generalmente contienen fragmentos de piedra pómez, lapilli y cenizas volcánicas,
por lo que presentan pesos unitarios bastante bajos; además, debido a la forma en que han
sido depositados, en algunos lugares se encuentran en estado suelto.
En la Fig. 3 se muestra el mapa de zonificación geotécnica de Arequipa, realizado en base
al plano geotécnico presentado por Yanqui (1990).
Se recomienda que estos datos sean tomados solamente como referenciales para el caso
de viviendas de interés social, debiendo realizarse necesariamente estudios de mecánica de
suelos para estructuras de cierta envergadura.
CARACTERÍSTICAS DINAMICAS
Para evaluar las características dinámicas del suelo, en este estudio se ha utilizado la
técnica de medición de microtrepidaciones, que permite evaluar el período de vibración
natural del terreno. Estas mediciones pueden ser verificadas con análisis de amplificación
sísmica a deformaciones pequeñas de la roca basal a la superficie.
El estudio de las microtrepidaciones como un método de microzonificación sísmica se ha
llevado a cabo en varios países. En el Japón, Kanai et al (1954) utilizaron este método hace
más de 30 años para clasificar al suelo en cuatro categorías, habiéndose utilizado después
dichos resultados en el reglamento sismorresistente del Japón. Taniwangsa (1981) utilizó
esta metodología en Indonesia para realizar la microzonficación sísmica de la capital
Jakarta. En Chile se ha utilizado el método en la microzonificación sísmica de varias
ciudades (Lástrigo y Monge, 1972; Thomas, Monge y Saragoni, 1980).
En el Perú se han realizado ensayos de medición de microtrepidaciones en Chimbote
(Morimoto et al, 1971; Hermoza, 1972; Alva Hurtado et al, 1986), en Huaraz (Kuroiwa et al,
1973; Alva Hurtado et al, 1986), en La Molina, Lima (Martinez, 1989), Nueva Ciudad Majes
(Meneses, 1990), Cusco y Tacna (Tokeshi, 1990), La Punta y Callao (Huamán, 1990) y
últimamente en las ciudades de Rioja, Moyobamba y Soritor.
Técnica de Medición de Microtrepidaciones
El material que constituye la tierra se encuentra vibrando constantemente en todas
direcciones. Un instrumento suficientemente sensible puede detectar estos continuos
movimientos de microtrepidaciones. Se define como microtrepidación a la vibración natural
del terreno con un período que varía de 0.05 a 2.0 seg. y con una amplitud de 0.1 a 1
micrón. Las microtrepidaciones se originan por causas naturales y artificiales; las causas
naturales son condiciones volcánicas, ondas oceánicas y condiciones atmosféricas,
mientras que las artificiales son el tráfico, las maquinarias industriales, etc.
Comúnmente el equipo utilizado en la medición de microtrepidaciones consta de lo
siguiente:
a) Sensores.- Se utilizan 3 sensores: 2 horizontales y 1 vertical, dispuestos
ortogonalmente entre sí.
b) Amplificador.- Dado que las amplitudes de las microtrepidaciones son muy
pequeñas, es necesario utilizar un amplificador que normalmente incluye circuitos de
integración y diferenciación.
c) Registro de información.- Las vibraciones medidas se graban en una cinta
magnética, para luego ser procesadas directamente en la computadora analógica.
d) Monitor de registros.- Se utiliza un oscilógrafo para verificar la forma de la onda de
microtrepidaciones durante la medición y evitar la grabación de perturbaciones e
interferencias.
e) Analizador analógico-digital FFT.- Es una computadora analógica para efectuar el
análisis de Fourier de la onda grabada, graficar el registro medido, calcular y graficar
el espectro de Fourier, proporcionando también la frecuencia predominante de la
onda.
En las mediciones se registran los desplazamientos en dos direcciones horizontales
perpendiculares y una vertical. La onda medida en el campo es visualizada en el gabinete,
con el objeto de definir la parte representativa de la misma a ser procesada en el analizador
analógico digital de ondas (FFT Analyzing Scope TEAC-3000), que calcula el espectro de
Fourier y la frecuencia predominante.
El período predominante en un punto es calculado promediando los valores de períodos
predominantes de las dos componentes horizontales registradas en dicho punto. El período
predominante de la componente vertical solamente es considerado como referencial.
Medición de Microtrepidaciones en el Ciudad de Arequipa
En la ciudad de Arequipa se realizaron 227 puntos de medición de microtrepidaciones,
distribuidos más o menos uniformemente en toda la ciudad. Los trabajos de campo se
llevaron a cabo en dos campañas de 12 días cada una.
El mapa de curvas isoperíodos de la ciudad de Arequipa, que se muestra en la Fig. 4,
presenta períodos predominantes entre 0.15 y 0.45 seg., existiendo una gran área con
valores de períodos predominantes entre 0.25 y 0.40 seg.
En algunos lugares, estos valores han podido ser comprobados con análisis de amplificación
sísmica, los cuales se han realizado en base a los ensayos SPT de estudios recopilados y a
la información geológica de la zona. Los resultados de estos análisis dan valores muy
similares a los obtenidos por el método de medición de microtrepediciones, como en el caso
de la Plaza de Armas, donde el período fundamental del suelo obtenido por amplificación
sísmica, es de 0.37 seg. y el período predominante obtenido por medición de
microtrepidaciones es de 0.38 seg.
Los valores de períodos predominantes han sido agrupados en rangos para definir la
zonificación sísmica, considerando básicamente las condiciones geotécnicas de los suelos
que delimitan las curvas isoperíodos, lográndose así proponer las siguientes zonas:
ZONA A: Conformada por las rocas ígneas intrusivas de la Cordillera de Laderas que
ocupan la parte sur oeste de la ciudad y por las rocas ígneas del Volcánico Chila
que afloran en la parte norte, en la margen izquierda del río Chili. Los valores de
períodos predominantes obtenidos en esta zona varían entre 0.15 y 0.25 seg. los
suelos de cimentación presentan excelentes características geotécnicas,
pudiéndoles asignar una capacidad portante superior a 10 Kg/cm2
.
ZONA B: Conformada por los afloramientos de sillar, parte de los suelos puzolánicos de
Pachacútec y parte de los flujos de barro que constituyen las laderas de la
Cadena del Barroso. Los valores de períodos predominantes obtenidos en esta
zona varían de 0.20 a 0.30 seg., llegando hasta 0.35 seg. en los flujos de barro.
Se incluye en esta zona el área del Cercado comprendida entre las
Urbanizaciones Cerro Juli, Parque Industrial, Ferroviarios, IV Centenario y
Municipal, que presentan valores de períodos predominantes de 0.15 a 0.25 seg.
Las características geotécnicas de esta zona son buenas, presentando valores
de capacidad portante entre 2.0 y 3.5 Kg/cm2
.
ZONA C: Conformada por la mayor parte del casco urbano, entre las que se encuentran
los distritos de Cayma, Yanahuara, el Cercado, parte de Cerro Colorado y las
partes bajas de los distritos de Miraflores, Mariano Melgar y Paucarpata. Los
suelos de esta zona presentan características geotécnicas bastante erráticas,
encontrándose valores de capacidad portante entre 1.0 y 2.5 Kg/cm2
. El nivel
freático se encuentra a mas de 5 m. de profundidad, excepto en la zona del
balneario Tingo, en la que el nivel freático se encuentra muy cerca de a la
superficie. Los valores de períodos predominantes obtenidos en esta zona se
encuentran en el rango de 0.30 a 0.45 seg.
ZONA D: Conformada por el material piroclástico que cubre las urbanizaciones Alto
Cayma y Francisco Bolognesi, y por los suelos eluviales de Bellapampa, donde
el nivel freático se encuentra cercano a la superficie. Esta zona presenta
condiciones geotécnicas desfavorables, encontrándose valores de capacidad
portante de 0.50 Kg/cm2
. Los valores de períodos predominantes obtenidos en
esta zona también se encuentran en el rango de 0.30 a 0.45 seg.
En la Fig. 5 se presenta el mapa de Microzonificación Sísmica Preliminar de la Ciudad de
Arequipa.
ZONIFICACION DE DAÑOS DEL SISMO DEL 16-02-79
El sismo de Arequipa del 16-02-79 ha sido estudiado con mayor detalle (Kuroiwa, 1979;
Ocola, 1979; Barriola y San Bartolomé, 1980), lográndose obtener una valiosa información
sobre los efectos del sismo en esta ciudad. La zonificación de daños ocasionados por el
sismo del 16-02-79 en viviendas tipo “B”, realizado por Orihuela (1981), tiene una buena
correlación con la zonificación sísmica propuesta, así tenemos:
- En la zona A se encuentran viviendas con edades desde muy antiguas a recientes, que
presentan daños leves o ningún daño.
- En gran parte de la zona B se encuentran viviendas antiguas y recientes que presentan
daños leves o ningún daño, y en áreas pequeñas existen viviendas con daños moderados.
- En la zona C existen áreas con daños severos y con colapso parcial, ubicadas
principalmente en el centro de la ciudad, donde las viviendas son muy antiguas. En esta
zona también se presentan áreas con daños leves o daños moderados, ubicadas en los
alrededores de la ciudad, donde las viviendas son medianamente antiguas y recientes.
- En la zona D no se puede determinar los efectos del sismo, pues en la fecha de su
ocurrencia existían muy pocas edificaciones en estas áreas, las cuales son de edades
recientes. Dado el actual crecimiento de la ciudad, si se tiene que construir en esta zona,
se recomienda tomar las debidas precauciones en el diseño sísmico de las edificaciones.
CONCLUSIONES
1) Debido al origen volcánico de los suelos, la ciudad de Arequipa presenta una
geología muy errática, encontrándose unidades constituidas por depósitos aluviales,
flujos de barro, depósitos piroclásticos, etc., las que presentan características
geotécnicas muy variadas.
2) La zonificación geotécnica ha sido delimitada en base a la información obtenida de
los estudios de suelos realizados en el pasado y recopilados; pero debido a que
éstos son escasos, se ha apoyado en el tipo de unidad geológica para cubrir toda el
área urbana. En consecuencia, esta delimitación podrá ser afinada con la
incorporación de nuevos estudios geotécnicos.
3) Mediante la técnica de medición de microtrepidaciones se obtuvo resultados
concordantes con la geología de la zona, encontrándose períodos predominantes
con valores bajos en los afloramientos rocosos y con valores relativamente altos en
las zonas conformadas por suelos aluviales con distintos grados de compacidad.
Estos valores han sido verificados en algunas zonas mediante el análisis de
amplificación sísmica.
4) La microzonificación sísmica que se propone corresponde básicamente a la
interpretación de los resultados obtenidos del estudio de medición de
microtrepidaciones y de los estudios de geología y geotecnia. Los limites de las
zonas han sido determinados en base a las curvas isoperíodos y al tipo de suelo que
ellas encierran.
5) Como puede concluirse del análisis de los resultados obtenidos, la técnica de
medición de microtrepidaciones permite determinar con bastante precisión el
comportamiento dinámico de los suelos, por lo cual es muy conveniente utilizarla en
este tipo de estudio. Esta técnica es bastante sencilla y además, por la rapidez con la
que puede realizarse, permite cubrir grandes extensiones de terreno en poco tiempo,
resultando muy económica en comparación con otros tipos de ensayos de
exploración de campo.
REFERENCIAS
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Arequipa”, III Congreso Nacional de Ingeniería Civil, Cusco.
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Grado, Facultad de Ingeniería Civil, UNI, Lima.
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Bachiller, Facultad de Geología, UNSA, Arequipa.
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Grado, Facultad de Geología, UNSA, Arequipa.
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Febrero de 1979”, Boletín Nº 1 de la Asociación Peruana de Ingeniería Sísmica, pp.
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CISMID, FIC, UNI, Lima.
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de 1979”, Boletín Nº 1 de la Asociación Peruana de Ingeniería Sísmica, pp. 7-12,
Lima.
10) Orihuela P. (1981) “Sismo Arequipa 16-02-79. Influencias de las Condiciones
Locales”, Tesis de Grado, Facultad de Ingeniería Civil, UNI, Lima.
11) Silgado E. (1978) “Historia de los Sismos más Notables Ocurridos en el Perú (1513-
1974)”, Boletín Nº 3, Serie C, Instituto de Geología y Minería, Lima.
12) Thomas O, Monge, J. y Saragoni R. (1980) “Microzonificación Sísmica de La Serena
y Coquimbo”, Publicación SES I 3/80(152), Facultad de Ciencias Físicas y
Matemáticas, Universidad de Chile.
13) Tokeshi, J. (1990) “Microtrepidaciones en las Ciudades de Cusco y Tacna”, Tesis de
Grado, Facultad de Ingeniería Civil, UNI, Lima.
14) Yanqui C. (1990) “Geología Preliminar de la Ciudad de Arequipa”, Informe Técnico
presentado al CISMID, FIC, UNI, Lima.
15) Yanqui, C. (1990) “Zonificación Geotécnica de Arequipa”, VIII Congreso Nacional de
Ingeniería Civil, pp. 623-637. Piura.
TABLA N° 1
CARACTERÍSTICAS GEOTECNICAS DE LAS ZONAS PROPUESTAS.
Zona Df (m) B (m) γ (gr/cm3
) φ (°) C (Kg/cm2
) DR (%) qa (Kg/cm2
)
G1 - rpt
G2 - rvch
G3 - si
G4 - saa
G5 - fb
G6 - spp
G7 - sau
G8 - sam
G9 - ste
G10 - ser
0.00 – 0.50
0.40 – 0.50
0.40 – 0.50
0.80 – 1.00
0.80 – 1.00
0.80 – 1.00
1.00 – 1.50
1.00 – 1.50
1.00 – 1.50
1.00 – 1.50
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.50
2.2 – 2.4
1.7 – 2.2
1.3
1.4 – 1.8
1.3 – 2.0
1.1 – 1.6
1.5 – 2.0
1.4 – 1.7
0.6 – 1.2
1.4 – 1.7
30 - 39
32
30
29 - 32
30 - 36
26 - 31
30 - 35
32 - 36
30 - 35
29 - 36
70.0 - 90.0
0.0 - 30.0
---
0.0 - 0.4
0.0 - 2.0
0.0 - 0.4
0.0 - 0.5
0.0
0.0 - 0.1
0.0
> 100
50 - 100
70 - 100
0 - 90
40 - 90
0 - 50
0 - 100
0 - 50
30.0
15.0
5.0
3.5
3.0
2.0
1.5
1.0
0.5
0.5
LEYENDA
GM-cL Cordillera de Laderas
GM-cB Cadena del Barroso
GM-pA-vCh Valle del Chili
GM-pA-sC Superficie del Cercado
GM-pA-sS Superficie de Socabaya
GM-pA-sP Superficie de Pachacútec
GM-pA-sA Superficie del Aeropuerto
Penillanura de Arequipa
N
AEROPUERTO
GM- pA-sA
GM-cB
GM- pA-sC
GM- pA-sS
GM-cL
GM- cL
GM- pA-vCh
GM- pA-sS
GM-cB
GM-pA-vCh
GM-cB
GM- pA-sC
GM- pA-sC
GM- pA-sP
GM- pA-sA
Yanqui, 1990
FIGU. 1 : MAPA GEOMORFOLÓGICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA
AEROPUERTO
N
Qr-a
Qr-aaa Tp-vs2
Qr-a
Qr-e
Tp-vs2
Q-fb1
Q-vchi
Q-vchi
Q-fb1
Qr-pl
Tp-vs1
T
p
-
v
s
1
Tp-vs2
Tp-vs1
Q-vchi
Q-fb1
Qr-pl
Q-fb2
Tp-vs1
Qr-am
Qr-a
Qr-a
Q-fb2
Qr-am
Q-fb1
Qr-e
Qr-au
KTi-gb
Q-fb1
Qr-e
K
T
i
-
g
b
Qr-a
Qr-e
Q-fb1
Qr-au
Q-fb1
Qr-e
KTi-gb
KTi-gb
KTi-gb
KTi-gb
Qr-e
Q-fb1
Q-fb1
KTi-gd
Q-fb1
Q
-aaa
Q-ca
Tp
-v
s2
TP-sv2
KTi-gb
Tp-vs2
Q-aaa
Qr-a
Qr-a
Yanqui, 1990
LEYENDA
Qr-e Eluvial Reciente
Qr-a Aluvial Reciente
Qr-am Aluvial Miraflores
Qr-au Aluvial Umacollo
Qr-pi Depósitos Piroclásticos
Q-fb1 Flujo de Barro Brechoso
Q-fb2 Flujo de Barro Rosáceo
Q-aaa Aluvial Acequia Alta
Q-vchi Volcánico Chila
Q-ca Formación Capillune
Tp-vs2 Volcánico Sencca 2
Tp-vs1 Volcánico Sencca 1
KTi-gd Granodiorita Tiabaya
KTi-gb Gabrodiorita
FIG. 2: MAPA GEOLÓGICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA
G4-aa
G5-fb
G2-rvch
G8-sam
G10-ser
G1-rtp
G1-rtp
G7-sau
G5-fb
G5-fb
G3-si
G7-sau
N
G1- rtp
G5-fb
G5-fb
G2-rvch
G9-stc
G8-sam
G6-spp
G5-fb
Yanqui, 1990
G1-rtp
LEYENDA
qa(Kg/m
2
) qa(Kg/m
2
)
FIG. 3 MAPA GEOTECNICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA
G1-rpt Rocas Preterciarias 30.0
G2-rvch Rocas Volcánicas de Chila 15.0
G3-si Sillar 5.0
G4-saa Suelo de Acequia Alta 3.5
G5-fb Flujos del Barro 3.0
G6-spp Suelo Puzolánico de Pachacútec 2.0
G7-sau Suelo Aluvial de Umacollo 1.5
G8-sam Suelo Aluvial de Miraflores 1.0
G9-stc Suelo Tobáceo Compresible 0.5
G10-ser Suelo Aluvial Reciente 0.5
0.
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Aguilar, 1991
LEYENDA
0.25 seg.
0.20 seg.
0.15
seg.
0.40 seg.
0.30 seg.
0.35 seg.
FIG. 4: MAPA DE CURVAS ISOPERIODO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA
LEYENDA
ZONA C
ZONA D
ZONA A
ZONA B
FIG. 5: MAPA DE MICROZONIFICACION SÍSMICA DE LA CIUDAD DE AREQUIPA
AEROPUERTO
N
A
B
B
B
D
A
B
B
D
A
A
A
A
C
C
C
B
Aguilar, 1991
MICROZONIFICACION SISMICA DE
LA PUNTA Y EL CALLAO
Carlos E. Huamán Egoávil (1)
Jorge F. Meneses Loja (2)
Jorge E. Alva Hurtado (3)
RESUMEN
El presente trabajo tiene el propósito de establecer aquellas áreas más susceptibles de sufrir
daño sísmico por efecto de los depósitos de suelo subyacentes a La Punta y El Callao.
En principio se hace una revisión del contexto geológico sobre el que se ubica el área
estudiada, en especial la geología del Cuaternario aluvial del Río Rímac. En base a la
información recopilada sobre estudios de suelos para cimentación y a los registros de pozos
de agua subterránea, se establece una zonificación geotécnica del área estudiada,
encontrándose depósitos profundos de material blando en La Punta y bajas capacidades
portantes en El Callao.
Luego se presenta los resultados de los 257 ensayos de microtrepidaciones realizados, los
cuales se resumen en un plano de curvas isoperíodo. En general, La Punta tiene períodos
que varían de 0.40 a 0.70 seg. y El Callao de 0.10 a 0.40 seg. Se encuentra que estos
resultados concuerdan con las características geotécnicas y con la distribución de daños
sísmicos en el pasado, que han sido generalmente mayores que los producidos en el centro
de Lima.
Finalmente, se realiza el análisis dinámico de perfiles de suelo modelados en base a la
información geotécnica, para establecer el comportamiento de estos suelos ante sismos
registrados en Lima. Se concluye presentando espectros de respuesta que demuestran que
los suelos de La Punta y El Callao son susceptibles de producir el fenómeno de amplificación
(1) Asistente de Investigación, Laboratorio Geotécnico del CISMID, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad
Nacional de Ingeniería.
(2) Investigador Asociado, Laboratorio Geotécnico del CISMID, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad
Nacional de Ingeniería.
(3) Profesor Principal y Director del CISMID, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería
Ponencia presentada en el VI Congreso Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentación, Lima,
11-13 de Noviembre de 1995.
INTRODUCCIÓN
A partir de los terremotos ocurridos en 1940, 1966 y 1974 en la ciudad de Lima, ha quedado
demostrado que el centro de la ciudad ha sufrido menor intensidad de daños que algunas
zonas periféricas, como son los distritos de La Molina, Barranco, Chorrillos, La Punta y El
Callao. Las condiciones del subsuelo de estas áreas difieren de las existentes en el centro
de Lima, que corresponden a un depósito grueso de grava aluvial con nivel freático profundo.
En este artículo se describen los avances en los trabajos de microzonificación sísmica de La
Punta y El Callao, como parte de la microzonificación sísmica de Lima.
La Punta y El Callao están ubicados al Oeste de la ciudad de Lima, en la costa occidental de
Sudamérica, en una franja desértica entre el Océano Pacífico y los Andes. El área estudiada
está ubicada al sur de la desembocadura del río Rímac sobre el Océano Pacífico.
La importancia de esta zona radica en las múltiples actividades económicas que se
desarrollan en ella, derivadas de la presencia del Puerto del Callao, el más grande puerto
exterior del país, que soporta actividades comerciales, navales y pesqueras, las cuales han
determinado la presencia de una densa infraestructura urbana que sirve y alberga a cerca de
medio millón de habitantes.
SISMICIDAD OBSERVADA
La zona de subducción del Pacífico, que corre paralela a gran parte de la costa oeste de
Sudamérica, es lugar frecuente de reajustes de la corteza terrestre, los cuales producen
sismos de gran magnitud. Por ello, el Perú ha sufrido sismos muy severos de consecuencias
devastadoras. La ciudad de Lima ha experimentado en los pasados 40 años, 6 sismos con
magnitudes de onda superficial en el rango de 6 a 7.6.
Estos sismos han causado niveles de daño relativamente bajos en la ciudad, a pesar de que
las aceleraciones en la superficie del suelo han sido tan altas como 0.40 g (terremoto de
1966), y las duraciones del movimiento fuerte han sido mayores que 1 minuto (terremoto de
1974). (Repetto et al, 1980).
Sin embargo, daños mayores han sido observados en áreas fuera del centro de la ciudad de
Lima. Uno de estos lugares es el Puerto del Callao que durante el sismo del 3 de Octubre de
1974 (con magnitud Ms=7.5, a 90 Km de Lima), sufrió considerable daño en instalaciones
navales y portuarias. Se registraron intensidades máximas de IX y VIII MM para La Punta y
El Callao, respectivamente. Los mayores daños se presentaron en modernas estructuras de
concreto armado en la Escuela Naval-La Punta; en la Oficina de Correos en El Callao y en
un antiguo silo del Terminal Marítimo que colapsó perdiendo 20 m. de los 60m. de altura
original. La Fig. 1 muestra el mapa oficial de distribución de intensidades de este sismo
según el Instituto Geofísico del Perú (Giesecke et al, 1980).
CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS Y GEOTÉCNICAS
La Punta y El Callao, así como la ciudad de Lima, se encuentran dentro de los límites de
influencia del cono deyectivo Cuaternario del Río Rímac, según se muestra en la Fig. 2
(Martínez et al, 1975). Este cono consiste de material aluvial de estructura lentiforme, donde
se superponen depósitos de cantos rodados, arena, arcilla y limo, en forma heterogénea.
Estos sedimentos aluviales han sido depositados durante la última etapa del Pleistoceno
sobre el zócalo rocoso más antiguo, compuesto por rocas mesozoicas. Debido a
movimientos tectónicos basculares, el cauce del río ha evolucionado virando de SO a NO,
desde fines del Terciario Superior y comienzos del Pleistoceno, en que el río tenía un gran
poder erosivo, hasta el Holoceno en que disminuye su poder de erosión, dejando en este
lapso terrazas aluviales que caracterizan la geomorfología del área final del cono deyectivo.
Al disminuir la velocidad del río, en el Holoceno, se deposita el material fino que ha originado
la cubierta superficial arcillosa de hasta 15 m. en El Callao (Maggiolo, 1969).
Por otra parte, la formación geológica de La Punta se explica por la acción erosiva del mar
que en tiempos anteriores ha atacado el cono deyectivo del Rímac, socavándolo y formando
el barranco que se extiende desde el Morro Solar hasta El Callao. Los materiales caídos al
mar estuvieron sujetos a su acción y fueron arrastrados hacia las zonas de las Islas San
Lorenzo y El Frontón, acumulándose el material que ha formado la península de La Punta
(Martínez y Téves, 1966).
La revisión de diversos estudios de mecánica de suelos para cimentación de estructuras, así
como la recopilación de registros de perforación de pozos de agua subterránea, ha permitido
establecer la siguiente zonificación geotécnica en el área estudiada:
ZONA IV: Esta zona comprende toda el área de La Punta y Chucuito. La estratigrafia
generalizada está conformada por un relleno gravoso artificial no mayor de 3 m., suelto y a
veces mezclado con limos, debajo del cual se encuentra un estrato de suelos granulares
gruesos conformado por gravas y arenas de gradación pobre, GP y SP, que tiene un espesor
promedio de 12m. a lo largo de La Punta. A continuación, existe un estrato compuesto por
arena fina con lentes de limo y/o arcilla, de clasificación SM/SC. Dicho estrato tiene una
profundidad promedio de 20m. a lo largo de La Punta, y llega a tener hasta 28 m. en el área
de la Escuela Naval. Finalmente, debajo del estrato anterior se halla la grava arenosa densa
que pertenece al cono de deyección del Rímac.
Para el primer estrato, la capacidad portante varía de 1.5 a 2.0 kg/cm2
, a profundidades de
cimentación de 1.4 a 3.0 m, es decir, por debajo del relleno superficial gravoso y encima de
la napa freática, que oscila entre 1.50 a 3.50 m. Para edificaciones de poca altura, es
recomendable el empleo de zapatas conectadas, y para edificaciones de cierta altura, el uso
de plateas reforzadas. En el casos de existir bolsones de materiales muy sueltos, arenosos o
limosos, entremezclados con la grava, las plateas reforzadas siguen teniendo un buen
comportamiento. El uso de pilotes no es recomendable.
ZONA III: En esta zona estaría comprendida por una franja que sigue la línea de playa sobre
la que se ha establecido el Puerto del Callao. Se trata de un área donde los suelos tienen
una disposición errática, debido a que habrían sido colocados artificialmente como rellenos
para ganar tierras al mar. Estos rellenos son del tipo gravoso GP y gravoso limosa GM en las
cercanías del Puerto, y el Puerto mismo aparecen intercalaciones de arcillas orgánicas
limosas CL-ML. La profundidad de estos rellenos pueden llegar a los 11 m., profundidad a la
cual puede hallarse el estrato resistente de cantos rodados con arena fina. Esto obliga al uso
de pilotes de punta, ya que los rellenos, especialmente aquellos limosos orgánicos del
Puerto, tiene resistencia nula a la penetración.
Por su naturaleza indeterminada, es necesario realizar estudios específicos para cualquier
construcción en esta zona. El nivel freático se encuentra entre 1.7 y 3.2 m. de profundidad.
ZONA II: Esta zona incluye las áreas bajas del Callao, Bellavista y La Perla, es decir,
aquellas áreas con cotas entre 2 y 15 m. El perfil estratigráfico que caracteriza a está zona
está formado por suelos blandos que alcanzan en promedio una potencia de 10 m. llegando
hasta los 15 m. cerca a la desembocadura del río Rímac, hacia el Norte. Los materiales que
conforman los estratos blandos son principalmente suelos limo-arcillosos de baja plasticidad
CL-ML, que suprayacen arenas limosas SM, y presentan intercalaciones de turbas Pt o
eventualmente suelos plásticos CH y OH, hasta encontrar la grava arenosa del cono
deyectivo del Rímac. En el sur, cerca a Mar Brava, existe un ligero predominio de suelos
arenosos SM, en tanto que al Norte se presentan mayormente suelos limosos y arcillosos.
Los suelos orgánicos, cuando son superficiales y están saturados, producen asentamientos
en las edificaciones y hundimientos en las pistas. Esto es muy común por la presencia de
niveles freáticos entre 1.0 y 2.5 m. bajo la superficie.
Las condiciones de cimentación hacen recomendable el empleo de zapatas armadas
conectadas entre si por vigas de cimentación para edificaciones de poca carga; plateas de
cimentación para estructuras de más de 2 pisos y pilotes para estructuras pesadas o de más
de 4 pisos. Para las cimentaciones superficiales, se recomienda profundidades de
cimentación de 1.0 a 3.0 m., con capacidades de carga generalmente menores de 1 kg/cm2
.
ZONA I: Esta zona presenta una estratigrafía similar a la Zona II, con la diferencia que casi
desaparecen los suelos orgánicos, pues no se han observado asentamientos ni hundimientos
de pistas. Otra característica es que la base de los suelos gravosos arenosos del
conglomerado típico de Lima, se halla a una profundidad menor, en promedio, que 5 m. La
estratigrafía en esta zona está conformada por arenas limosas SM y limos arcillosos CL-ML
alternados, suprayacendo las gravas del conglomerado de Lima.
Las capacidades de carga recomendadas están entre 1.0 y 2.0 kg/cm2
para cimentaciones
superficiales, tipo zapatas conectadas. Puede aprovecharse la capacidad portante de la
grava, estimada en 4 kg/cm2
, de llegar a ésta. El nivel freático está bastante profundo.
La Fig. 3 muestra el plano de zonificación geotécnica, donde pueden apreciarse las zonas
descritas.
MEDICIÓN DE MICROTREPIDACIONES
El ensayo de medición de microtrepidaciones consiste en medir las vibraciones del suelo que
están en el rango de 0.1 a 1 micra de amplitud, y de 0.05 a 2 seg. de periodo, según la
definición japonesa de Kanai (1961). Estas vibraciones son producto de fuentes
relativamente remotas como son el tráfico vehicular, el viento, las olas del mar, etc. y son
detectadas por pequeños sensores electromagnéticos de gran sensibilidad. Luego son
grabadas con un adecuado nivel de amplificación y reproducidas después para analizar su
contenido de frecuencias y periodo predominante, valor que sirve para conocer
comparativamente el comportamiento dinámico del suelo y determinar los parámetros
sísmicos relativos al diseño de las construcciones sismo-resistentes.
En el presente estudio se ha utilizado la técnica de microtrepidaciones con el objeto de
establecer aquellas zonas susceptibles de sufrir mayor daño sísmico, según el período
predominante del suelo, en La Punta y El Callao. Se realizaron mediciones en 257 puntos,
distribuidos uniformemente en el área comprendida por el estudio. El programa de
mediciones se inició en lugares abiertos que ofrecieran menor perturbación de tráfico
vehicular, tales como parques, campos deportivos, etc., donde los sensores se colocaron
generalmente sobre terreno natural firme. Posteriormente, se optó por medir en calles con
poco tránsito, colocándose los sensores sobre veredas de concreto o sobre el pavimento
mismo.
La Fig. 4 presenta el área estudiada con las curvas isoperíodo de microtrepidaciones cada
0.05 seg. Estas curvas fueron trazadas interpolando los puntos con valor conocido de
período predominante del suelo. La zona estudiada presenta periodos en el rango de 0.10 a
0.70 seg. El Callao, Bellavista y La Perla tienen un periodo promedio de 0.30 seg., en tanto
que La Punta y Chucuito están caracterizados por un periodo promedio de 0.50 seg.
Se ha encontrado concordancia entre el plano de curvas isoperíodo y las zonas establecidas
en la zonificación geotécnica. Así, la Zona IV corresponde a un periodo de 0.50 seg. en
promedio, lo cual es concordante por tratarse de un perfil formado por suelos blandos de
hasta 40 m. de profundidad, que producen periodos largos. La Zona III presenta períodos
ligeramente más largos que el promedio para El Callao, alrededor de 0.40 seg, lo que puede
explicarse por los rellenos sueltos de esta área, que alcanzan hasta 10 m. de profundidad en
la zona del Puerto. La Zona II, compuesta por estratos blandos de 7 a 15 m. de profundidad,
tiene períodos de alrededor de 0.30 seg. La Zona I, geotécnicamente la mejor zona con el
conglomerado de Lima a pocos metros de la superficie, tiene los períodos más cortos (hasta
0.10 seg).
También existe una clara relación entre las zonas definidas en este estudio según su período
del suelo y los niveles de intensidad del sismo del 3 de Octubre de 1974. En especial existe
buena concordancia entre la zona que corresponde al área de la Escuela Naval, donde se
produjeron los mayores daños, con intensidad de IX MM, y que tiene los periodos más largos;
y entre la zona que comprende casi toda La Punta, donde los daños alcanzaron intensidades
de hasta VIII MM. En tanto que en el centro de Lima, con un suelo firme, las intensidades
llegaron a VII MM en promedio.
ANÁLISIS DINAMICO DE PERFILES DE SUELOS
Para efectuar el análisis de la respuesta dinámica por amplificación unidimensional de los
suelos de La Punta y El Callao, se ha utilizado el programa PCSHAKE, una versión para
computadoras personales del programa SHAKE (Schnabel et al, 1972).
Se ha escogido dos perfiles representativos del área estudiada, éstos se ubican en:
a) La Escuela Naval en La Punta.
b) La Base Naval en El Callao.
Los parámetros dinámicos de estos perfiles han sido establecidos en base a la información
geotécnica disponible. Se ha considerado que estos perfiles son representativos de los
casos más desfavorables para La Punta y El Callao, respectivamente.
Se han utilizado tres acelerogramas de movimiento fuerte obtenidos en la estación IGP
(centro de Lima) como señales de entrada en la roca base, con un intervalo de digitización
de 0.02 seg., con 0.4 g. de aceleración máxima y las siguientes longitudes de registro
acondicionadas para el programa PCSHAKE:
SISMO FUENTE COMP DURACIÓN
17 OCT 1966
31 MAY 1970
3 OCT 1974
IGP
IGP
IGP
N08E .
L
N82W
60 seg.
40 seg.
60 seg.
Las curvas de variación del módulo cortante y amortiguamiento con respecto a la
deformación que han sido empleadas, son las mismas que incluye el programa PCSHAKE en
el archivo MODDAMP, las cuales fueron propuestas por Seed Idriss (1970).
Los espectros de respuesta de aceleraciones en la superficie, con un amortiguamiento de
5%, para un nivel de entrada en la roca base de 0.4 g, presentan los siguientes resultados:
TABLA Nº 1
AMPLIFICACION MAXIMA DE RESPUESTA DE ACELERACIONES
NIVEL ACELERACION BASE = 0.4 g.
AMPLIFICACION MAXIMA
SISMO
Escuela Naval Base Naval
1966
1970
1974
2.2
2.5
2.1
4.3
4.6
4.3
La Fig. 5 presenta los espectros normalizados de aceleraciones para un nivel de 0.4 g en la
roca base. En este gráfico se han superpuesto los espectros de respuesta promedio de los
tres sismos utilizados, correspondientes a la Escuela Naval en La Punta y a la Base Naval en
El Callao. Puede observarse que existen diferencias en las formas espectrales de los dos
perfiles de suelo analizados. La amplificación máxima del espectro de respuesta promedio
para la Base Naval es alrededor de 2 veces la amplificación máxima para la Escuela Naval.
El espectro de la Base Naval muestra una forma pronunciada para cierto rango de períodos,
en tanto que el espectro para la Escuela Naval es plano y presenta amplificación para un
periodo mayor, característico de los depósitos de suelo blando.
De esta figura se observa también que para propósitos de diseño estos resultados pueden
expresarse mejor con el periodo donde termina la platea de diseño. En este caso se propone
que dicho periodo sea de 1.2 seg. para ambos lugares. El Reglamento Nacional de Diseño
Sismo-resistente contempla 3 tipos de suelo en atención a su periodo Ts. Estos tipos son:
Suelo Tipo I Ts = 0.3 seg.
Suelo Tipo II Ts = 0.6 seg.
Suelo Tipo III Ts = 0.9 seg.
Esto significa que habría que extender la platea de diseño para suelos Tipo III hasta por lo
menos 1.2 seg. o establecer un nuevo suelo Tipo IV.
Estos resultados anteriores confirman que existen suelos blandos en La Punta-Callao. Por
comparación, el rango de periodos donde se produce amplificación en los sismos registrados
en el centro de Lima está entre 0 y 0.055 segundos (Meneses, 1985), y la platea de diseño
en este tipo de suelo alcanza sólo 0.30 segundos. Se establece así una clara diferencia entre
el comportamiento dinámico del suelo de El Callao y de La Punta, y entre ambos y el suelo
del centro de Lima. Se ha encontrado amplificación de las ondas sísmicas y de la fuerza
sísmica en El Callao, respecto al centro de Lima, en tanto que para La Punta no existe tal
amplificación, sin embargo varía la forma del espectro.
Por otro lado, se ha encontrado que los periodos fundamentales del suelo crecen para el
nivel de aceleración máxima utilizado, alrededor de 2 veces en La Punta y El Callao, cuando
los perfiles están sometidos a movimientos fuertes. Según esto, y teniendo en cuenta que los
periodos fundamentales de los perfiles de suelo calculados son similares a los periodos
medidos por microtrepidaciones, se propone que el periodo del suelo bajo sismos fuertes se
considere aproximadamente igual a 2 veces el valor medido por microtrepidaciones, por lo
menos en el caso de los suelos blandos de La Punta y El Callao.
CONCLUSIONES
a) Las mediciones de microtrepidaciones muestran que los períodos del suelo en la
zona estudiada presentan valores en el rango de 0.10 a 0.70 seg. El Callao,
Bellavista y La Perla tienen un período promedio de 0.30 seg., en tanto que La Punta
y Chucuito están caracterizados por un período promedio de 0.50 seg.
b) Geotécnicamente se han distinguido 4 zonas. La Zona IV, que comprende La Punta
y Chucuito, resulta la más desfavorable, no por la capacidad estática del primer
estrato, formado por gravas sueltas de unos 12 m. de espesor, que es regular, sino
por la profundidad del estrato blando arenoso arcilloso que subyace a la grava, de
hasta 28 m., constituyendo un suelo muy flexible desde el punto de vista dinámico,
con períodos largos.
c) La Zona III es prácticamente artificial, compuesta de rellenos colocados para
recuperar terrenos al mar, y se hace imprescindible cimentar edificaciones
importantes mediante pilotes que alcancen la grava del conglomerado de Lima.
d) La Zona II presenta problemas de asentamientos por la presencia de suelo orgánico y
alto nivel freático, lo que le confiere baja capacidad portante.
e) La Zona I se constituye como la mejor zona, con buena capacidad portante y nivel
freático profundo. En cierto sector, este tipo de suelo es similar al del centro de Lima.
f) Se ha encontrado concordancia entre los valores de período medidos por
microtrepidaciones y las características geotécnicas de La Punta y El Callao. Según
esto, se nota claramente que los períodos van creciendo conforme se profundizan los
depósitos blandos, tal como ocurre en La Punta.
g) También existe una clara relación entre los periodos relativamente largos de los
suelos encontrados en este estudio y los altos niveles de intensidad de daños
observados en el sismo del 3 de Octubre de 1974 en El Callao. En especial, existe
buena concordancia entre el área que corresponde a la Escuela Naval, donde se
produjeron los mayores daños, intensidad IX MM; y en la zona que comprende casi
toda La Punta, donde los daños alcanzaron intensidades de hasta VIII MM. En tanto
que en el centro de Lima, con un suelo firme, y períodos predominantes de alrededor
de 0.1 seg., las intensidades llegaron a VII MM en promedio.
h) Respecto a los resultados del análisis dinámico, se ha encontrado que existe una
clara diferencia entre el comportamiento dinámico del suelo de El Callao y el del suelo
de La Punta respecto a las amplificaciones. El primero puede considerarse
medianamente blando, en tanto que el segundo es blando. Para ambos suelos se
propone una platea de diseño que llegue a 1.2 seg. Respecto al centro de Lima, se
produce amplificación en las ondas sísmicas y en los espectros para la Base Naval
(Callao), en tanto que para la Escuela Naval (La Punta) no existe este efecto para los
sismos estudiados.
i) Teniendo en cuenta que los periodos fundamentales calculados para deformaciones
pequeñas son similares a los periodos medidos por microtrepidaciones, se propone
que el periodo del suelo bajo sismos fuertes se considere aproximadamente igual a 2
veces el valor medido por microtrepidaciones, por lo menos en el caso de suelos
blandos. Esto permitirá una evaluación rápida del periodo del suelo en las
condiciones reales que requiere el diseño de las obras civiles.
j) De las conclusiones anteriores se deduce que el actual Reglamento Nacional de
Diseño Sismo-resistente debería adaptarse a la realidad de suelos blandos como los
encontrados en este trabajo, en La Punta y El Callao. Para ello, es necesario
establecer un nuevo tipo de suelo (Tipo IV) que refleje adecuadamente los periodos
largos que se producen en depósitos blandos bajo sismos intensos.
k) Es necesario, por otro lado, realizar ensayos directos de medición de velocidades de
ondas de corte para modelar mejor el suelo de La Punta y El Callao, y confirmar las
propuestas aquí contenidas.
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Giesecke et Al, (1980)
LIMA
LA VICTORIA
SAN
LUIS
CHACARILLA
DEL ESTANQUE
LA MOLINA
CIUDAD
DE DIOS
SURQUILLO
MIRAFLORES
SANTIAGO
DE SURCO
JESUS
MARIA
SAN ISIDRO
PUEBLO
LIBRE
SAN MIGUEL
LA PERLA
CALLAO
BELLAVISTA O C E A N O
P A C I F I C O BARRANCO
CHORRILLOS
BREÑA
R
í o
R
i ma c
AEROPUERTO
INTERNACIONAL
LA PUNTA
RIMAC
N
Fig. 2.- Mapa Geológico de Lima
Martínez Y Porturas (1975)
LA PUNTA
ISLA
SAN LORENZO
Qe
Qm
KTi-i
Fm.
Fm.
Fm.
Fm.
Fm.
Fm.
Fm.
Qal
Puente Piedra
Salto del Fraile
Herradura
Marcavilca
Pamplona
Atocongo y facies
Depósitos marinos
Piedras Gordas
Rocas
Depósitos aluviales
Depósitos eólicos
metamórficas
Intrusivas
Granito
Diorita, etc.
Granodiorita
CRETACEO
CUATERNARIO
JURASICO
Qe
Qm
Q-al
Q-al
Q-al
Qe
Qm
Qe
KTi-i
KTi-i
KTi-i
0 5 10 Km.
Escala Gráfica
LEYENDA
Qe
Qm
LA MOLINA
CALLAO
MIRAFLORES
BARRANCO
CHORRILLOS
Figura 3.- Mapa de Microzonificación de La Punta Callao
Huamán, (1991)
FIGURA 4.- MAPA DE DISTRIBUCION DE PERIODOS DE LA PUNTA-CALLAO
Huamán, (1991)
Base
Naval
Puerto del
Callao
Escuela
Naval
SAN MIGUEL
BELLAVISTA
C A L L A O
LA PERLA
LA PUNTA
0 1 Km.
Escala
CHUCUITO
Figura 4.- Mapa de Microzonificación de La Punta Callao
Huamán, (1991)
SIMBOLO PERIODO (seg.)
< 0.25
0.25 - 0.35
0.35 - 0.45
0.45 - 0.55
> 0.55
L E Y E N D A
Escuela
Naval
0 1 Km.
ESCALA
LA PUNTA
CALLAO
LA PERLA
BELLAVISTA
SAN MIGUEL
Callao
Puerto del
Naval
Base
CHUCUITO
ACELERACION EN LA BASE = 0.4g = β = 5%
PROMEDIO EN LA BASE NAVAL
PROMEDIO EN LA ESCUELA NAVAL
4.0
3.5
3.0
2.5
1.5
2.0
1.0
0.5
0.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
PERIODOS (seg)
AMPLIFICACIÓN
DE
ACELERACIONES
ESPECTROS NORMALIZADOS DE ACELERACIONES
Fig. 5.- Espectros de Respuesta para La Punta y El Callao
Huamán, (1991)

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209530529 Licuacion-de-Suelos-en-Arequipa.pdf

  • 1. Zenón Aguilar Bardales Jorge E. Alva Hurtado UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL MICROZONIFICACION SISMICA DE AREQUIPA CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONES CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONES SISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES SISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES III CURSO INTERNACIONAL III CURSO INTERNACIONAL MICROZONIFICACION Y SU APLICACIÓN MICROZONIFICACION Y SU APLICACIÓN EN LA MITIGACION DE DESASTRES EN LA MITIGACION DE DESASTRES Del 11 al 29 de Noviembre del 2002
  • 2. Introducción Geología y Geomorfología Características Geotécnicas Características Dinámicas Microzonificación Sísmica de Arequipa Efectos del Sismo del 23 de Junio del 2001 Conclusiones y Recomendaciones Referencias Indice Indice
  • 3. Se describe la geomorfología y geología de la ciudad de Arequipa, así como las características geotécnicas de los suelos de la cimentación. Se presenta la metodología utilizada para la Microzonificación Sísmica de Arequipa, que consiste en la recopilación de la información y la ejecución de más de 200 puntos de ensayos de microtrepidaciones. La geología de Arequipa es muy errática debido a su origen volcánico, encontrándose rocas igneas intrusivas y extrusivas, tufos volcánicos, materiales piroclásticos y aluviales, de diferentes características geotécnicas. Resumen Resumen
  • 4. Se elaboró en el año 1990 la Microzonificación Sísmica de Arequipa en base a la información disponible, ejecución de microtrepidaciones, evaluación de la geología y geotecnia y utilización de mapa de daños ocasionados por el sismo del 16 de Febrero de 1979. Esta Microzonificación Sísmica propuesta ha sido revisada con los daños producidos durante el sismo del 23 de Junio del 2001.
  • 5. Introducción Introducción La Microzonificación Sísmica consiste en: - Determinar la influencia de las condiciones locales del terreno de una ciudad o proyecto de la ingeniería ante la acción sísmica. - Es un procedimiento multidisciplinario que involucra la topografía, geología, geotecnia, hidrología, sismología, daños sísmicos, microtrepidaciones, etc. - Se necesita recopilar información existente y complementarla con investigación geotécnica. - Debe tener una dimensión tridimensional, en área y profundidad.
  • 6. - Se deben identificar condiciones especiales tales como: suelos licuables, colapsables, expansivos, dispersivos; evaluar la inestabilidad de los taludes existentes y efectuar estudios de amplificación sísmica. - Utilizar la distribución de intensidades sísmicas de sismos recientes como modelo a escala natural. - Estos estudios permiten delimitar zonas con diferente comportamiento sísmico dentro de una ciudad o un proyecto de ingeniería, considerando las condiciones locales de los suelos de cimentación.
  • 7. Para elaborar la Microzonificación Sísmica de Arequipa se ejecutaron los siguientes estudios: Geomorfología y Geología Características Geotécnicas de los Suelos de Cimentación Medición de Microtrepidaciones Evaluación y Zonificación de Daños del Sismo de 1979 Arequipa se ubica al sur-occidente de la región sur del Perú. La zona metropolitana tiene un área de 182 Km2, a una altitud de 2300 msnm, en el valle del río Chili y una población de más de 1 millón de habitantes.
  • 8. La sismicidad histórica indica que existe una intensa actividad sísmica: entre 1471 a 1490 en la época del Inca Tupac Yupanqui con el erupción del Misti; en Enero de 1600 se produce la erupción del Huaynaputina y terremoto; el 13 de Agosto de 1868 intensidad de XI y tsunami. Dentro de los sismos recientes: 15 de Enero de 1958; 13 de Enero de 1960; 16 de Febrero de 1979 y 23 de Abril de 2001.
  • 9. Geología y Geomorfología Geología y Geomorfología Existen las siguientes unidades geomorfológicas - Cordillera de Laderas: En la parte sur de la ciudad, relieve de cerros rocosos, drenaje dendrítico y paralelo. - Cadena del Barroso: Estribaciones de los volcanes Chachani, Misti y Pichu Pichu, superficie inclinada, cortada por numerosas quebradas de paredes empinadas. - Penillanura de Arequipa: Superficie ligeramente plana, inclinada hacia el oeste. Conformada por materiales tufáceos hacia el oeste y materiales detríticos hacia el este. Existen las siguientes subunidades: Valle del Chili, Superficie del Cercado, Superficie de Socabaya, Superficie de Pachacútec y Superficie del Aeropuerto.
  • 10. PLANO GEOMORFOLOGICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA GM-cL GM-cB Cordillera de Laderas Cadena del Barroso Valle del Chili Superficie del Cercado Superficie de Socabaya Superficie de Pachacútec Superficie del Aeropuerto GM-pA-vCh GM-pA-sC GM-pA-sS GM-pA-sP GM-pA-sA Penillanura de Arequipa LEYENDA Yanqui, 1990 GM-pA-sA GM-pA-sP GM-pA-sC GM-cB GM-pA-sS GM-cL GM-pA-sS GM-cB GM-pA-vCh N
  • 11. En Arequipa existen unidades ígneas, sedimentarias y metamórficas del Prepaleozoico hasta el Cuaternario y depósitos recientes. - Gabrodiorita de La Caldera: roca ígnea intrusiva en la parte sur de la ciudad - Granodiorita Tiabaya: roca ignea en los cerros vecinos del distrito de Tiabaya - Volcánico Sencca Compacto: tufo blanco compacto y poroso se denomina sillar - Volcánico Sencca Salmón: tufo rosáceo estratificado en bancos subhorizontales
  • 12. - Volcánico Chila: derrames andesíticos y basálticos, marrón oscuro, altamente fracturados - Flujos de Barro: bloques andesíticos con intersticios rellenados por matriz areno tufácea - Depósitos Piroclásticos: - Materiales Aluviales: gravas y arenas: Aluvial de Acequia Alta, Aluvial Umacollo, Aluvial Miraflores y Aluvial Reciente tobas volcánicas blanco-amarillentas, desleznables, muy livianas - Materiales Eluviales Recientes: arenas limosas de color beige de origen residual
  • 13. MAPA GEOLOGICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA Yanqui, 1990 Qr-a Qr-a Qr-aaa Qr-pi Qr-e Tp-vs2 Tp-vs1 Q-vchi Q-vchi Q-fb1 Qr-aaa Q-fb1 Q-fb2 Qr-am Q-fb2 Qr-au Q-vchi Q-fb2 Qr-am Q-fb2 Q-fb1 Qr-e Q-fb2 Qr-e Qr-e Q-fb2 Q-fb2 Q-fb2 Qr-e Qr-e Qr-a Kti-gb K t i - g b KTi-gb KTi-gd Qr-au TP-sv2 Qr-a Qr-e Qr-a Qr-am Qr-au Qr-pi Q-fb1 Q-fb2 Q-aaa Q-vchi Q-ca Tp-vs2 Tp-vs1 KTi-gd KTi-gb Eluvial Reciente Aluvial Reciente Aluvial Miraflores Aluvial Umacollo Depósitos Piroclásticos Flujo de Barro Brechoso Flujo de Barro Rosáceo Aluvial Acequia Alta Volcánico Chila Formación Capillune Volcánico Sencca 2 Volcánico Sencca 1 Granodiorita Tiabaya Gabrodiorita LEYENDA N
  • 14. Características Geotécnicas Características Geotécnicas Se ha calculado de capacidad portante del suelo en base a una vivienda de interés social con zapata continua y superficial. Se ha establecido el mapa geotécnico de la ciudad de Arequipa en base a la información disponible y ensayos realizados. Para rocas igneas la capacidad portante es mayor de 10 kg/cm2, para sillar un valor mayor 5 kg/cm2, depósitos aluviales de 1.0 a 3.5 kg/cm2 y depósitos de materiales piroclásticos y suelos eluviales con capacidades portantes de 0.5 kg/cm2. Estos datos son referenciales para el caso de viviendas de interés social, debiendo necesariamente realizar estudios de mecánica de suelos para estructuras importantes.
  • 15. PLANO GEOTECNICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA LEYENDA G1-rtp N G1- rtp Yanqui, 1990 G8-sam G9-stc G4-saa G6-spp G8-sam G2-rvch G2-rvch G10-ser G1-rpt G7-sau G5-fb G5-fb G5-fb G5-fb G7-sau G1-rpt G2-rvch G3-si G4-saa G5-fb G6-spp G7-sau G8-sam G9-stc G10-ser Rocas Preterciarias Rocas Volcánicas del Chila Sillar Suelo de Acequia Alta Flujos del Barro Suelo Puzolámico de Pachacútec Suelo Aluvial de Umacollo Suelo Aluvial de Miraflores Suelo Tobáceo Compresible Suelo Aluvial Reciente 30.0 15.0 5.0 3.5 3.0 2.0 1.5 1.0 0.5 0.5 qa (Kg/cm2) G3-si
  • 16. Se utilizó la técnica de medición de microtrepidaciones para evaluar el período de vibración natural del terreno. Se realizaron 227 puntos de medición de microtrepidaciones distribuidos uniformente en la ciudad. El mapa de curvas isoperíodos en la ciudad de Arequipa se presentan períodos predominantes entre 0.15 y 0.45 seg, existiendo una gran área con valores de períodos predominantes entre 0.25 y 0.40 seg. Características Dinámicas Características Dinámicas
  • 17. N LEYENDA Punto de Medición Calicata realizada de Microtrepidaciones Aguilar, 1991 MAPA DE UBICACIÓN DE MICROTREMOR Y CALICATAS EN LA CIUDAD DE AREQUIPA
  • 18. LEYENDA 0.25 seg. 0.20 seg. 0.15 seg. 0.40 seg. 0.30 seg. 0.35 seg. Aguilar, 1991 MAPA DE CURVAS ISOPERIODO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA 0 . 4 0 s e g . 0 . 3 5 s e g . 0 . 3 0 0 . 2 5 0.40 seg. 0.35 seg. 0.30 seg. 0.25 seg. 0.20 seg. 0.15 seg. 0.3 0 seg . 0 . 3 5 s e g . 0.40 seg. 0.25 seg. 0.30 seg. 0.35 seg. 0 . 4 0 s e g . 0.40 seg. 0.35 seg. 0.35 seg. 0.35 seg. 0.30 seg. 0.25 seg. 0 . 4 0 s e g . 0 . 3 5 s e g . 0 . 3 0 s e g . 0 . 2 5 s e g . 0 . 2 0 s e g . 0 .2 0 s e g . 0 .2 5 s e g . 0.40 seg. 0.35 seg. 0.35 seg. 0 . 3 0 s e g . 0 .2 5 s e g . 0 .2 0 0.35 seg. 0.30 seg. 0.25 seg. 0.20 seg. 0.30 seg. 0.4 0 0.30 seg. 0.35 seg. 0.40seg. 0 .3 5 s e g . 0 .4 0 s e g . 0 . 3 5 s e g . 0.30 0 . 4 0 s e g . 0 .4 0 s e g . 0.35 seg. 0.40 seg. 0 . 3 5 s e g . 0.3 0seg. 0.2 5seg. 0 . 3 0 s e g . 0 . 3 5 s e g . R I O C H L I MIC ROZONIFIC ACIO N SISMIC A DE AREQUIPA 0 . 1 5 s e g . N Aguilar, 1991
  • 19. Microzonificación Microzonificación Sísmica de Sísmica de Arequipa Arequipa En base a la información revisada y las investigaciones complementarias ejecutadas, así como la zonificación de daños del sismo del 16 de Febrero de 1979 se ha establecido la propuesta de microzonificación sísmica de Arequipa. Esta microzonificación se presenta a continuación.
  • 21. Microzonificación Sísmica de Arequipa Microzonificación Sísmica de Arequipa ZONA A: Rocas ígneas intrusivas de Sachaca y Hunter y Cordillera de Laderas (sur oeste). Rocas Volcánicas Chila, parte alta de Mariano Melgar y norte. Capacidad portante de 10 kg/cm2. Períodos predominantes de 0.15 a 0.25 seg. ZONA B: Afloramientos de sillar en P.J. Independencia al norte y Urb. Río Seco al nor-oeste. Suelos puzolánicos de Pachacútec (Urb. Semirural Pachacútec, Mariscal Castilla, Alto Libertad en Cerro Colorado). Flujos de barro de laderas del Barroso, partes altas de Miraflores, Mariano Melgar y Paucarpata. También el Cercado (Urb. Cerro Julí, Parque Industrial, Ferroviarios, IV Centenario y Municipal). Capacidad portante entre 2.0 y 3.5 kg/cm2. Nivel freático a más de 10 metros. Períodos predominantes de 0.15 a 0.35 seg.
  • 22. ZONA C: Mayor parte del Casco Urbano. Distritos de Cayma, Yanahuara, Cercado, parte de Cerro Colorado y partes bajas de Miraflores, Mariano Melgar y Paucarpata. Suelos erráticos, Aluvial Acequia Alta, gravas y arenas compactas; Aluvial Miraflores, gravas y arenas sueltas. Suelos puzolánicos y flujos de barro con condiciones favorables. Capacidad portante entre 1.0 y 2.5 kg/cm2. Nivel freático a más de 5 m, excepto en Tingo. Períodos predominantes de 0.30 a 0.45 seg. ZONA D: Material piroclástico, suelto, liviano, Urb. Alto Cayma y Francisco Bolognesi. Suelos aluviales de Lara, Bellapampa con nivel freático superficial. Condiciones geotécnicas desfavorables. Capacidad portante de 0.5 kg/cm2. Períodos predominantes de 0.30 a 0.45 seg.
  • 23. - El 23 de Junio del 2001 ocurrió un sismo en el sur del Perú. Su magnitud fue Mw = 8.2, profundidad focal de 28 km y fallamiento de tipo inverso de subducción interplaca. - La intensidad máxima en la escala de Mercalli Modificada fue de VIII MM, con VII MM grados en Arequipa. - El sismo principal fue registrado en la estación acelográfica de Moquegua, al sur de Arequipa, con una máxima aceleración horizontal de 0.3 g. La duración fue de 200 segs. - El Instituto Geofísico del Perú ha preparado un mapa de intensidades macrosísmicas para la ciudad de Arequipa. Efectos del Sismo del 23 de Junio Efectos del Sismo del 23 de Junio del 2001 del 2001
  • 24.
  • 25.
  • 26. Tavera et al (2002) Areas Areas de ruptura de grandes terremotos de de ruptura de grandes terremotos de subduci n subduci nen el sur del Per y en el sur del Per y norte de Chile norte de Chile
  • 27. Mapa de intensidades en la escala Mapa de intensidades en la escala Mercalli Mercalli Modificada para el Terremoto de Modificada para el Terremoto de Arequipa del 23 de Junio del 2001. Los n伹eros indican los nombr Arequipa del 23 de Junio del 2001. Los n伹eros indican los nombr es de es de algunas localidades contenidas en el recuadro superior. algunas localidades contenidas en el recuadro superior. Tavera et al (2002)
  • 28. Registros de Aceleraciones Estación Moquegua Aguilar (2001) Aceleración - Tiempo Historia Este Oeste a= g t= s -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0 20 40 60 80 Tiempo (s) Aceleración (g) Aceleración - Tiempo Historia Norte Sur a= g t= s -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0 20 40 60 80 Tiempo (s) Aceleración (g) Aceleración - Tiempo Historia Vertical a= g t= s -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0 20 40 60 80 Tiempo (s) Aceleración (g) 28.78 -0.297 0.224 33.36 0.164 23.10 Sismo 23-06-01
  • 29. Relación de Espectros en la Superficie y la Base Rocosa a 100 metros
  • 30. INTENSIDADES MSK EN LA CIUDAD DE AREQUIPA DEBIDAS AL TERREMOTO DEL 23 DE JUNIO DEL 2001 Fernández E. et al (2002)
  • 31. - Estructuras colapsadas en el Centro Histórico: Catedral de la Plaza de Armas, Iglesias y locales antiguos construídos con sillar. - El Colegio La Salle tiene daños importantes en los muros de sillar. La estructura tiene columnas y vigas de concreto armado. - El Hospital de ESSALUD tiene daños en los muros de mamposteria. Desprendimiento de tarrajeos, fisuras en tabiques y desprendimiento de reparaciones de sismo anteriores. - La UNSA tiene distintos pabellones con daños, presencia de columnas cortas y pórticos flexibles en una dirección. - Concentración de daños en Lara, Bellapampa, Socabaya donde ocurrió licuación de suelos. También ocurrió licuación en Huarangillo, Sachaca y Semi-rural Pachacútec. Efectos del Sismo en la Ciudad de Efectos del Sismo en la Ciudad de Arequipa Arequipa
  • 32. INSTANTE EN QUE SE INICIA LA FALLA DE LA TORRE DERECHA DE LA CATEDRAL DE LA CIUDAD DE AREQUIPA
  • 33. MOMENTO EN QUE LA TORRE IZQUIERDA DE LA CATEDRAL COLAPSA
  • 34. DAÑOS EN ZONA INTERIOR DE LA CATEDRAL
  • 35. VISTA GENERAL DE UN COLEGIO TIPICO DONDE SE APRECIA LA UNION DE COLUMNAS Y TABIQUES QUE EN CASO DE SISMOS ORIGINAN LA FALLA DE LA COLUMNA POR EL EFECTO DENOMINADO COLUMNA CORTA
  • 36. DETALLE DE FALLA DE COLUMNA POR EFECTO DEL CHOQUE CON EL TABIQUE DE LADRILLO (EFECTO DE COLUMNA CORTA)
  • 37. COLEGIO LA SALLE: CONSTRUIDO EN 1930 CON COLUMNAS DE CONCRETO Y MUROS DE SILLAR
  • 38. HOSPITAL DE ESSALUD CONSTRUIDO EN 1960 SIN DAÑOS EN LA ESTRUCTURA PERO CON DAÑOS EN LA TABIQUERIA INTERIOR
  • 39. DAÑOS EN LA TABIQUERIA INTERIOR DEL HOSPITAL, OBSERVANDOSE DESPRENDIMIENTOS DE REPARACIONES EJECUTADAS POR DAÑOS DE SISMOS ANTERIORES
  • 41. Licuación de Suelos en Arequipa Licuación de Suelos en Arequipa El fenómeno de licuación de suelos ocurrió en tres lugares en Arequipa (Yanqui, 2001): 1) en la Urbanización Las Magnolias, Lara, distrito de Socabaya: agrietamiento del suelo, desplazamiento lateral, inclinación de postes y volcancitos de arena; 2) en el anexo de Haurangillo, distrito de Sachaca, cerca de la planta de Kola Real: volcancitos de arena, agrietamiento y asentamiento de cerco; 3) en la Urbanización Semi Rural Pachacútec, distrito de Cerro Colorado: colapso de muros de cerco, agrietamiento de taludes.
  • 42. Inclinación de Postes, Urb. Las Magnolias, Lara, Socabaya
  • 43. Inclinación de Muro, Urb. Las Magnolias, Lara, Socabaya
  • 44. Agrietamiento en Terreno y Muro Urb. Las Magnolias, Lara, Socabaya
  • 45. Grietas en el Terreno, Urb. Las Magnolias, Lara, Socabaya
  • 46. Grietas en Vivienda, Urb. Las Magnolias, Lara, Socabaya
  • 47. Agrietamiento Agrietamiento de la de la superficie superficie del del suelo suelo por por flujo flujo durante durante la la licuaci n licuaci n . . Anexo Anexo Huarangillo Huarangillo, , Sachaca Sachaca
  • 48. Emanaci n Emanaci nde arena de arena por por las las grietas grietas superficiales superficiales. . Anexo Anexo Huarangillo Huarangillo, , Sachaca Sachaca
  • 49. Conclusiones y Recomendaciones Conclusiones y Recomendaciones 1) Debido al origen volcánico de los suelos, la ciudad de Arequipa presenta una geología muy errática, encontrándose unidades constituidas por depósitos aluviales, flujos de barro, depósitos piroclásticos, etc., que presentan características geotécnicas muy variadas. 2) La zonificación geotécnica ha sido delimitada en base a la información obtenida de los estudios de suelos realizados en el pasado y recopilados; pero debido a que éstos son escasos, se ha apoyado en el tipo de unidad geológica para cubrir toda el área urbana. En consecuencia, esta delimitación podrá ser afinada con la incorporación de nuevos estudios geotécnicos.
  • 50. 3) Mediante la técnica de medición de microtrepidaciones se obtuvo resultados concordantes con la geología de la zona, encontrándose períodos predominantes con valores bajos en los afloramientos rocosos y con valores relativamente altos en las zonas conformadas por suelos aluviales con distintos grados de compacidad. Estos valores han sido verificados en algunas zonas mediante el análisis de amplificación sísmica. 4) La microzonificación sísmica que se propone corresponde básicamente a la interpretación de los resultados obtenidos del estudio de medición de microtrepidaciones y de los estudios de geología y geotecnia. Los limites de las zonas han sido determinados en base a las curvas isoperíodos y al tipo de suelo que ellas
  • 51. 5) Como puede concluirse del análisis de los resultados obtenidos, la técnica de medición de microtrepidaciones permite determinar con bastante precisión el comportamiento dinámico de los suelos, por lo cual es muy conveniente utilizarla en este tipo de estudio. Esta técnica es bastante sencilla y además, por la rapidez con la que puede realizarse, permite cubrir grandes extensiones de terreno en poco tiempo, resultando muy económica en comparación con otros tipos de ensayos de exploración de campo. 6) El sismo del 23 de Junio del 2001 ha permitido verificar la microzonificación sísmica propuesta en base las intensidades sísmicas obtenidas, recomendándose modificar la microzonificación propuesta con mayores investigaciones.
  • 52. - Comte D. et al (2002), “Análisis del Terremoto del Sur del Perú, 23 de Junio 2001, Mw = 8.4 utilizando Datos Locales”, VIII Jornadas Chilenas de Sismología e Ingeniería Antisísmica. - Fernández E. et al (2002), “Intensidades Macrosísmicas en las Areas Urbanas de las Ciudades de Arequipa, Moquegua, Tacna. Localidades de Corire, Aplao, Chuquibamba, Mollendo, Punta Bombón (Arequipa) e Ilo (Moquegua), CNDG-IGP. - IGP (2002), “El Terremoto de Arequipa del 23 de Junio de 2001 Informe Final”, Tavera H. et al, Instituto Geofísico del Perú, Lima, Perú. - Koseki J. (2002), “Preliminary Report on June 23, 2001 Perú Earthquake-on Geotechnical Issues”, JSCE Reconnaissance Team, Institute of Industrial Science, University of Tokio. Referencias Referencias
  • 53. - Lermo J., Lázares F. y Cuenca J. (2002), “El Terremoto de Arequipa, Perú del 23 de Junio del 2001 (Mw = 8.2), Efectos de Sitio en las Ciudades de Arequipa, Camaná, Moquegua, Ilo y Tacna y su relación con los Daños en las Edificaciones”, VIII Jornadas Chilenas de Sismología e Ingeniería Antisísmica. - Rodriguez-Marek A. et al (2002), “Geotechnical Earthquake Engineering Reconnaissance of the June 23, 2001, Southern Peru Earthquake, A Preliminary Report”, Report Sponsored by the National Science Foundation, Washington State University, Drexel University, Catholic University of Perú and URS Corporation. - Tavera H. y Antayhua Y. (2002), “Parámetros del Terremoto de Arequipa del 23 de Junio del 2001 y de tres Réplicas de Magnitud Mayor deducidos del Análisis Espectral de Ondas de Volumen”, CNDG-IGP. Referencias Referencias
  • 54. - Tavera H. et al (2002), “Intensidades Regionales Asociadas al Terremoto de Arequipa del 23 de Junio del 2001”, CNDG-IGP. - Zamudio Y. y Valdivia Y. (2002), “Evaluación de las Intensidades Macrosísmicas en las Provincias de Caravelí y Camaná (Arequipa) debidas al Terremoto del 23 de Junio de 2001, CNDG-IGP. Referencias Referencias
  • 55. - Aguilar Z. (2001), “Reporte Preliminar del Sismo de Ocoña del 23 de Junio del 2001”, Laboratorio Geotécnico, CISMID, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú” - Antayhua Y. et al (2002), “Análisis Espacial de las Réplicas del Terremoto de Arequipa del 23 de Junio del 2001 a partir de Datos de una Red Sísmica Local”, CNDG-IGP. - Boroschek R., Comte D. y Morales A. (2002), “Características del Terremoto de Ocoña del 23 de Junio del 2001”, VIII Jornadas Chilenas de Sismología e Ingeniería Antisísmica. - CIP (2001), “Informe sobre el Terremoto del Sur del Perú 23 de Junio 2001”, Consejo Nacional, Colegio de Ingenieros del Perú, Lima Perú. Referencias Referencias
  • 56. - Aguilar Z. (1991), “Microzonificación Sísmica de la Ciudad de Arequipa”, Tesis de Grado, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería. - Orihuela P. (1981), “Sismo Arequipa 16-02-79. Influencias de las Condiciones Locales”, Tesis de Grado, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería. - Vargas L. (1970), “Geología del Cuadrángulo de Arequipa”, Boletín Nº 24, Servicio de Geología y Minería, Lima. - Yanqui C. (1990), “Zonificación Geotécnica de Arequipa”, VIII Congreso Nacional de Ingeniería Civil, Piura. Referencias Referencias
  • 57. - Yanqui C. y Tupa F. (1990), “La Hidraúlica Subterránea de Arequipa”, VIII Congreso Nacional de Ingeniería Civil, Piura. - Yanqui C. (2001), ”Licuación Sísmica de Suelos en la Ciudad de Arequipa Causada por el Terremoto del 23 de Junio del 2001”, XIII Congreso Nacional de Ingeniería Civil , Puno. Referencias Referencias
  • 58. MICROZONIFICACION SISMICA DE LA CIUDAD DE AREQUIPA Zenón Aguilar Bardales (1) Jorge E. Alva Hurtado (2) RESUMEN Se presenta una breve descripción de la geomorfología y geología de la ciudad de Arequipa, así como de algunas características geotécnicas de los suelos de cimentación y se presenta la metodología utilizada y los resultados obtenidos de los ensayos de medición de microtrepidaciones en más de 200 puntos en la ciudad. Debido al origen volcánico de los suelos, en la ciudad de Arequipa se presenta una geología muy errática, encontrándose unidades de rocas ígneas intrusivas y extrusivas, tufos volcánicos, material piroclástico y materiales aluviales, los cuales poseen diversas características geotécnicas. Estas diferencias se reflejan en los valores de los períodos predominantes de vibración natural del suelo, obtenidos en los ensayos de medición de microtrepidaciones en esta ciudad, que varían de 0.10 a 0.45 seg. En base a esta información se propone el mapa de curvas isoperíodos para la ciudad de Arequipa, que conjuntamente con la información geológica y geotécnica y la zonificación de daños del sismo de Arequipa del 16 de Febrero de 1979, han permitido proponer una zonificación sísmica preliminar de la ciudad de Arequipa. INTRODUCCIÓN La microzonificación sísmica de una ciudad es un procedimiento multidisciplinario, que involucra la realización de estudios geológicos, topográficos, sismológicos, geotécnicos, hidrológicos, de evaluación de daños sísmicos, de microtrepidaciones y de amplificación sísmica. Estos estudios permiten delimitar zonas con diferente comportamiento sísmico dentro de una ciudad, considerando las condiciones locales de los suelos de cimentación. En este artículo se propone la microzonificación sísmica preliminar de la ciudad de Arequipa, la cual ha sido delimitada en base a la siguiente información: (1) Investigador Asociado, Laboratorio Geotécnico del CISMID, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. (2) Profesor Principal y Director del CISMID, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. Ponencia Presentada al VI Congreso Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones, Lima, del 11 al 13 de Noviembre de 1991.
  • 59. - Estudios de geomorfología y geología. - Estudio de las características geotécnicas de los suelos de cimentación. - Evaluación del comportamiento dinámico del suelo, mediante la medición de microtrepidaciones. - Evaluación y zonificación de daños producidos por el sismo de Arequipa del 16-02- 79. Parte de esta información ha sido recopilada de investigaciones realizadas en el pasado en el área de estudio y la otra parte constituye los resultados obtenidos de los trabajos de campo realizados en el desarrollo de esta investigación. Uno de los principales aportes de esta investigación a la microzonificación sísmica de Arequipa lo constituye el estudio de medición de microtrepidaciones, mediante el cual se ha elaborado el mapa de curvas isoperíodos de esta ciudad. Ubicación y Extensión del Area de Estudio La ciudad de Arequipa está ubicada en la provincia y departamento del mismo nombre, al occidente de la región sur del Perú. Con la nueva división política del país, esta ciudad es la Sede de la Región Arequipa. El área de estudio comprende el casco urbano de la ciudad, los distritos, urbanizaciones y pueblos jóvenes de la zona metropolitana, las que determinan un área de aproximadamente 182 Km2 . Esta ciudad se encuentra asentada en el valle del río Chili, a una altitud promedio de 2300 m.s.n.m. En la actualidad, Arequipa se constituye como la segunda ciudad del Perú en importancia, ya que con su población de más de 1’000,000 de habitantes, su industria y su comercio, es el centro vital de la economía del sur del país y polo de desarrollo de esa región. Historia Sísmica Según los antecedentes históricos, en Arequipa existe una intensa actividad sísmica, teniéndose noticias de sismos ocurridos desde la época incaica a través de informaciones recogidas por cronistas e historiadores. Así tenemos que: - Entre los años 1471 a 1490, en la época del inca Túpac Yupanqui, ocurrió un terremoto que destruyó el primitivo asiento de la ciudad de Arequipa. Hubo erupción del volcán Misti (Silgado, 1978). - En Enero de 1600 se produce la erupción del volcán Huaynaputina, dejando en tinieblas por varios días a la ciudad de Arequipa. La erupción provocó un terremoto que destruyó esta ciudad (Silgado, 1978). - El 13 de Agosto de 1868 se produjo un terremoto que alcanzó una intensidad de XI en la escala de Mercalli Modificada, seguido de un gran Tsunami que arrasó gran
  • 60. parte del litoral peruano. Toribio Polo se refiere a este terremoto como uno de los mayores ocurridos en el Perú desde su conquista (Silgado, 1978). - Dentro de los eventos sísmicos más recientes tenemos: el terremoto del 15 de Enero de 1958, que alcanzó una intensidad de VII MMI; el terremoto del 13 de Enero de 1960, que tuvo una intensidad de VIII MMI, y el terremoto del 16 de Febrero de 1979, que en la ciudad de Arequipa alcanzó una intensidad de VI MMI. Todos estos eventos sísmicos han ocasionado grandes pérdidas materiales y un considerable número de víctimas. La información instrumental, de creciente precisión a partir de 1962, ha permitido conocer la distribución espacial de la actividad sísmica en la zona de Arequipa y la identificación de dos zonas de actividad sísmica superficial, la primera paralela a la costa y la segunda al oeste de la cadena volcánica, a unos 70 Km de la línea de costa (Kosaka, 1976; Lazo, 1989). GEOMORFOLOGIA Y GEOLOGIA Geomorfología En el área en estudio se presentan tres unidades geomorfológicas: a) Cordillera de Laderas: Ocupa la parte sur de la ciudad, se caracteriza por presentar un relieve de cerros de superficie rocosa, con drenaje dendrítico y esporádicamente paralelo. b) Cadena del Barroso: Formada por las estribaciones de los tres volcanes: Chachani, Misti y Pichu Pichu. Tiene una superficie inclinada, cortada por numerosas quebradas de paredes empinadas. c) Penillanura de Arequipa: Es una superficie ligeramente plana, inclinada hacia el oeste con una pendiente de aproximadamente 4%. Está conformada por materiales tufáceos hacia el oeste y materiales detríticos hacia el este. Cuenta con cinco subunidades: Valle del Chili, Superficie del Cercado, Superficie de Socabaya, Superficie de Pachacútec y Superficie del Aeropuerto. En la Fig. 1 se presenta el mapa geomorfológico realizado por Yanqui (1990). Geología En la ciudad de Arequipa se encuentra unidades ígneas, sedimentarias y metamórficas, cuyas edades se ubican en forma discontinua desde el prepaleozoico hasta el cuaternario reciente. Entre éstas tenemos: - Gabrodiorita de La Caldera: Son rocas ígneas intrusivas que afloran en la parte sur de la ciudad.
  • 61. Granodiorita de Tiabaya: Estas rocas afloran en forma de elipses groseras en los cerros vecinos al distrito de Tiabaya. - Volcánico Sencca Compacto: Constituido por un tufo blanco compacto, coherente y algo poroso. Es conocido con el nombre de sillar. - Volcánico Sencca Salmón: Son tufos de color rosáceo, estratificados en bancos subhorizontales. - Volcánico Chila: Conformado por derrames andesíticos y basálticos de color marrón oscuro, altamente fracturados. - Flujos de Barro: Compuestos por bloques andesíticos de diversos tamaños, cuyos intersticios están rellenados por una matriz arenotufácea. - Depósitos Piroclásticos: Son tobas volcánicas de color blanco amarillentas, deleznables, ásperas y de aspecto azucarado, muy livianas. - Materiales Aluviales: Conformados por el Aluvial de Acequia Alta, Aluvial de Umacollo y Aluvial de Miraflores, constituidos por gravas y arenas de distinta formación; además del Aluvial reciente, constituido por materiales que rellenan los cauces de los ríos y quebradas. - Eluviales Recientes: Están conformados por arenas limosas de color beige, de origen residual, que constituyen los terrenos de cultivos. En la Fig. 2 se presenta el mapa geológico de la ciudad de Arequipa realizado por Yanqui (1990). CARACTERÍSTICAS GEOTECNICAS En base a la información geotécnica recopilada y a los ensayos realizados, se han obtenido las características físico-mecánicas de los suelos de cimentación, las que se presentan en la Tabla Nº 1. Para calcular la capacidad portante del suelo se ha tomado en consideración la cimentación de una vivienda de interés social típica, de tipo zapata corrida, con un ancho de 0.40 a 0.50 m. y emplazada entre 0.80 y 1.50 m. de profundidad. Debido a lo errático de la geología, en la ciudad de Arequipa existen diversos tipos de suelos de cimentación, tales como: rocas ígneas, con capacidades portantes mayores que 10 Kg/cm2 ; sillares, con capacidades portantes mayores que 5 Kg/cm2 ; depósitos aluviales, con capacidades portantes de 3.5 a 1.0 Kg/cm2 ; depósitos de materiales piroclásticos y suelos eluviales, con capacidades portantes de 0.5 Kg/cm2 . Estos suelos, debido a su origen volcánico, generalmente contienen fragmentos de piedra pómez, lapilli y cenizas volcánicas, por lo que presentan pesos unitarios bastante bajos; además, debido a la forma en que han sido depositados, en algunos lugares se encuentran en estado suelto.
  • 62. En la Fig. 3 se muestra el mapa de zonificación geotécnica de Arequipa, realizado en base al plano geotécnico presentado por Yanqui (1990). Se recomienda que estos datos sean tomados solamente como referenciales para el caso de viviendas de interés social, debiendo realizarse necesariamente estudios de mecánica de suelos para estructuras de cierta envergadura. CARACTERÍSTICAS DINAMICAS Para evaluar las características dinámicas del suelo, en este estudio se ha utilizado la técnica de medición de microtrepidaciones, que permite evaluar el período de vibración natural del terreno. Estas mediciones pueden ser verificadas con análisis de amplificación sísmica a deformaciones pequeñas de la roca basal a la superficie. El estudio de las microtrepidaciones como un método de microzonificación sísmica se ha llevado a cabo en varios países. En el Japón, Kanai et al (1954) utilizaron este método hace más de 30 años para clasificar al suelo en cuatro categorías, habiéndose utilizado después dichos resultados en el reglamento sismorresistente del Japón. Taniwangsa (1981) utilizó esta metodología en Indonesia para realizar la microzonficación sísmica de la capital Jakarta. En Chile se ha utilizado el método en la microzonificación sísmica de varias ciudades (Lástrigo y Monge, 1972; Thomas, Monge y Saragoni, 1980). En el Perú se han realizado ensayos de medición de microtrepidaciones en Chimbote (Morimoto et al, 1971; Hermoza, 1972; Alva Hurtado et al, 1986), en Huaraz (Kuroiwa et al, 1973; Alva Hurtado et al, 1986), en La Molina, Lima (Martinez, 1989), Nueva Ciudad Majes (Meneses, 1990), Cusco y Tacna (Tokeshi, 1990), La Punta y Callao (Huamán, 1990) y últimamente en las ciudades de Rioja, Moyobamba y Soritor. Técnica de Medición de Microtrepidaciones El material que constituye la tierra se encuentra vibrando constantemente en todas direcciones. Un instrumento suficientemente sensible puede detectar estos continuos movimientos de microtrepidaciones. Se define como microtrepidación a la vibración natural del terreno con un período que varía de 0.05 a 2.0 seg. y con una amplitud de 0.1 a 1 micrón. Las microtrepidaciones se originan por causas naturales y artificiales; las causas naturales son condiciones volcánicas, ondas oceánicas y condiciones atmosféricas, mientras que las artificiales son el tráfico, las maquinarias industriales, etc. Comúnmente el equipo utilizado en la medición de microtrepidaciones consta de lo siguiente: a) Sensores.- Se utilizan 3 sensores: 2 horizontales y 1 vertical, dispuestos ortogonalmente entre sí.
  • 63. b) Amplificador.- Dado que las amplitudes de las microtrepidaciones son muy pequeñas, es necesario utilizar un amplificador que normalmente incluye circuitos de integración y diferenciación. c) Registro de información.- Las vibraciones medidas se graban en una cinta magnética, para luego ser procesadas directamente en la computadora analógica. d) Monitor de registros.- Se utiliza un oscilógrafo para verificar la forma de la onda de microtrepidaciones durante la medición y evitar la grabación de perturbaciones e interferencias. e) Analizador analógico-digital FFT.- Es una computadora analógica para efectuar el análisis de Fourier de la onda grabada, graficar el registro medido, calcular y graficar el espectro de Fourier, proporcionando también la frecuencia predominante de la onda. En las mediciones se registran los desplazamientos en dos direcciones horizontales perpendiculares y una vertical. La onda medida en el campo es visualizada en el gabinete, con el objeto de definir la parte representativa de la misma a ser procesada en el analizador analógico digital de ondas (FFT Analyzing Scope TEAC-3000), que calcula el espectro de Fourier y la frecuencia predominante. El período predominante en un punto es calculado promediando los valores de períodos predominantes de las dos componentes horizontales registradas en dicho punto. El período predominante de la componente vertical solamente es considerado como referencial. Medición de Microtrepidaciones en el Ciudad de Arequipa En la ciudad de Arequipa se realizaron 227 puntos de medición de microtrepidaciones, distribuidos más o menos uniformemente en toda la ciudad. Los trabajos de campo se llevaron a cabo en dos campañas de 12 días cada una. El mapa de curvas isoperíodos de la ciudad de Arequipa, que se muestra en la Fig. 4, presenta períodos predominantes entre 0.15 y 0.45 seg., existiendo una gran área con valores de períodos predominantes entre 0.25 y 0.40 seg. En algunos lugares, estos valores han podido ser comprobados con análisis de amplificación sísmica, los cuales se han realizado en base a los ensayos SPT de estudios recopilados y a la información geológica de la zona. Los resultados de estos análisis dan valores muy similares a los obtenidos por el método de medición de microtrepediciones, como en el caso de la Plaza de Armas, donde el período fundamental del suelo obtenido por amplificación sísmica, es de 0.37 seg. y el período predominante obtenido por medición de microtrepidaciones es de 0.38 seg. Los valores de períodos predominantes han sido agrupados en rangos para definir la zonificación sísmica, considerando básicamente las condiciones geotécnicas de los suelos que delimitan las curvas isoperíodos, lográndose así proponer las siguientes zonas:
  • 64. ZONA A: Conformada por las rocas ígneas intrusivas de la Cordillera de Laderas que ocupan la parte sur oeste de la ciudad y por las rocas ígneas del Volcánico Chila que afloran en la parte norte, en la margen izquierda del río Chili. Los valores de períodos predominantes obtenidos en esta zona varían entre 0.15 y 0.25 seg. los suelos de cimentación presentan excelentes características geotécnicas, pudiéndoles asignar una capacidad portante superior a 10 Kg/cm2 . ZONA B: Conformada por los afloramientos de sillar, parte de los suelos puzolánicos de Pachacútec y parte de los flujos de barro que constituyen las laderas de la Cadena del Barroso. Los valores de períodos predominantes obtenidos en esta zona varían de 0.20 a 0.30 seg., llegando hasta 0.35 seg. en los flujos de barro. Se incluye en esta zona el área del Cercado comprendida entre las Urbanizaciones Cerro Juli, Parque Industrial, Ferroviarios, IV Centenario y Municipal, que presentan valores de períodos predominantes de 0.15 a 0.25 seg. Las características geotécnicas de esta zona son buenas, presentando valores de capacidad portante entre 2.0 y 3.5 Kg/cm2 . ZONA C: Conformada por la mayor parte del casco urbano, entre las que se encuentran los distritos de Cayma, Yanahuara, el Cercado, parte de Cerro Colorado y las partes bajas de los distritos de Miraflores, Mariano Melgar y Paucarpata. Los suelos de esta zona presentan características geotécnicas bastante erráticas, encontrándose valores de capacidad portante entre 1.0 y 2.5 Kg/cm2 . El nivel freático se encuentra a mas de 5 m. de profundidad, excepto en la zona del balneario Tingo, en la que el nivel freático se encuentra muy cerca de a la superficie. Los valores de períodos predominantes obtenidos en esta zona se encuentran en el rango de 0.30 a 0.45 seg. ZONA D: Conformada por el material piroclástico que cubre las urbanizaciones Alto Cayma y Francisco Bolognesi, y por los suelos eluviales de Bellapampa, donde el nivel freático se encuentra cercano a la superficie. Esta zona presenta condiciones geotécnicas desfavorables, encontrándose valores de capacidad portante de 0.50 Kg/cm2 . Los valores de períodos predominantes obtenidos en esta zona también se encuentran en el rango de 0.30 a 0.45 seg. En la Fig. 5 se presenta el mapa de Microzonificación Sísmica Preliminar de la Ciudad de Arequipa.
  • 65. ZONIFICACION DE DAÑOS DEL SISMO DEL 16-02-79 El sismo de Arequipa del 16-02-79 ha sido estudiado con mayor detalle (Kuroiwa, 1979; Ocola, 1979; Barriola y San Bartolomé, 1980), lográndose obtener una valiosa información sobre los efectos del sismo en esta ciudad. La zonificación de daños ocasionados por el sismo del 16-02-79 en viviendas tipo “B”, realizado por Orihuela (1981), tiene una buena correlación con la zonificación sísmica propuesta, así tenemos: - En la zona A se encuentran viviendas con edades desde muy antiguas a recientes, que presentan daños leves o ningún daño. - En gran parte de la zona B se encuentran viviendas antiguas y recientes que presentan daños leves o ningún daño, y en áreas pequeñas existen viviendas con daños moderados. - En la zona C existen áreas con daños severos y con colapso parcial, ubicadas principalmente en el centro de la ciudad, donde las viviendas son muy antiguas. En esta zona también se presentan áreas con daños leves o daños moderados, ubicadas en los alrededores de la ciudad, donde las viviendas son medianamente antiguas y recientes. - En la zona D no se puede determinar los efectos del sismo, pues en la fecha de su ocurrencia existían muy pocas edificaciones en estas áreas, las cuales son de edades recientes. Dado el actual crecimiento de la ciudad, si se tiene que construir en esta zona, se recomienda tomar las debidas precauciones en el diseño sísmico de las edificaciones. CONCLUSIONES 1) Debido al origen volcánico de los suelos, la ciudad de Arequipa presenta una geología muy errática, encontrándose unidades constituidas por depósitos aluviales, flujos de barro, depósitos piroclásticos, etc., las que presentan características geotécnicas muy variadas. 2) La zonificación geotécnica ha sido delimitada en base a la información obtenida de los estudios de suelos realizados en el pasado y recopilados; pero debido a que éstos son escasos, se ha apoyado en el tipo de unidad geológica para cubrir toda el área urbana. En consecuencia, esta delimitación podrá ser afinada con la incorporación de nuevos estudios geotécnicos. 3) Mediante la técnica de medición de microtrepidaciones se obtuvo resultados concordantes con la geología de la zona, encontrándose períodos predominantes con valores bajos en los afloramientos rocosos y con valores relativamente altos en las zonas conformadas por suelos aluviales con distintos grados de compacidad. Estos valores han sido verificados en algunas zonas mediante el análisis de amplificación sísmica.
  • 66. 4) La microzonificación sísmica que se propone corresponde básicamente a la interpretación de los resultados obtenidos del estudio de medición de microtrepidaciones y de los estudios de geología y geotecnia. Los limites de las zonas han sido determinados en base a las curvas isoperíodos y al tipo de suelo que ellas encierran. 5) Como puede concluirse del análisis de los resultados obtenidos, la técnica de medición de microtrepidaciones permite determinar con bastante precisión el comportamiento dinámico de los suelos, por lo cual es muy conveniente utilizarla en este tipo de estudio. Esta técnica es bastante sencilla y además, por la rapidez con la que puede realizarse, permite cubrir grandes extensiones de terreno en poco tiempo, resultando muy económica en comparación con otros tipos de ensayos de exploración de campo. REFERENCIAS 1) Barriola J. y San Bartolomé A. (1980) “El Sismo del 16 de Febrero de 1979 en Arequipa”, III Congreso Nacional de Ingeniería Civil, Cusco. 2) Chávez O. (1986), "Amplificación Sísmica en Algunas Ciudades del Perú", Tesis de Grado, Facultad de Ingeniería Civil, UNI, Lima. 3) Daza H. (1960) “Contribución al Estudio de los Sismos en Arequipa”, Tesis de Bachiller, Facultad de Geología, UNSA, Arequipa. 4) Huamán C. (1990), "Microzonificación Sísmica de La Punta y El Callao”, Tesis de Grado, Facultad de Ingeniería Civil, UNI, Lima. 5) Kanai K. y Tanaka T. (1961) “On Microtremors VIII”, Bulletin of the Earthquake Research Institute, Vol. 39, pp. 97-114, Tokyo, Japan. 6) Kosaka A. (1976) “Estudio de Sismicidad de la Región Sur-Oeste del Perú”, Tesis de Grado, Facultad de Geología, UNSA, Arequipa. 7) Kuroiwa J. (1979) “Aspectos Ingenieriles del Sismo de Majes, Arequipa, del 16 de Febrero de 1979”, Boletín Nº 1 de la Asociación Peruana de Ingeniería Sísmica, pp. 13-43, Lima. 8) Lazo M. (1989) “Características de la Sismicidad de la Región de Arequipa”, Ponencia presentada en el Seminario de Microzonificación Sísmica – 1989 del CISMID, FIC, UNI, Lima. 9) Ocola L. (1979) “Problemática Sísmica en el Perú y el Sismo de Arequipa de Febrero de 1979”, Boletín Nº 1 de la Asociación Peruana de Ingeniería Sísmica, pp. 7-12, Lima.
  • 67. 10) Orihuela P. (1981) “Sismo Arequipa 16-02-79. Influencias de las Condiciones Locales”, Tesis de Grado, Facultad de Ingeniería Civil, UNI, Lima. 11) Silgado E. (1978) “Historia de los Sismos más Notables Ocurridos en el Perú (1513- 1974)”, Boletín Nº 3, Serie C, Instituto de Geología y Minería, Lima. 12) Thomas O, Monge, J. y Saragoni R. (1980) “Microzonificación Sísmica de La Serena y Coquimbo”, Publicación SES I 3/80(152), Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile. 13) Tokeshi, J. (1990) “Microtrepidaciones en las Ciudades de Cusco y Tacna”, Tesis de Grado, Facultad de Ingeniería Civil, UNI, Lima. 14) Yanqui C. (1990) “Geología Preliminar de la Ciudad de Arequipa”, Informe Técnico presentado al CISMID, FIC, UNI, Lima. 15) Yanqui, C. (1990) “Zonificación Geotécnica de Arequipa”, VIII Congreso Nacional de Ingeniería Civil, pp. 623-637. Piura. TABLA N° 1 CARACTERÍSTICAS GEOTECNICAS DE LAS ZONAS PROPUESTAS. Zona Df (m) B (m) γ (gr/cm3 ) φ (°) C (Kg/cm2 ) DR (%) qa (Kg/cm2 ) G1 - rpt G2 - rvch G3 - si G4 - saa G5 - fb G6 - spp G7 - sau G8 - sam G9 - ste G10 - ser 0.00 – 0.50 0.40 – 0.50 0.40 – 0.50 0.80 – 1.00 0.80 – 1.00 0.80 – 1.00 1.00 – 1.50 1.00 – 1.50 1.00 – 1.50 1.00 – 1.50 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.50 2.2 – 2.4 1.7 – 2.2 1.3 1.4 – 1.8 1.3 – 2.0 1.1 – 1.6 1.5 – 2.0 1.4 – 1.7 0.6 – 1.2 1.4 – 1.7 30 - 39 32 30 29 - 32 30 - 36 26 - 31 30 - 35 32 - 36 30 - 35 29 - 36 70.0 - 90.0 0.0 - 30.0 --- 0.0 - 0.4 0.0 - 2.0 0.0 - 0.4 0.0 - 0.5 0.0 0.0 - 0.1 0.0 > 100 50 - 100 70 - 100 0 - 90 40 - 90 0 - 50 0 - 100 0 - 50 30.0 15.0 5.0 3.5 3.0 2.0 1.5 1.0 0.5 0.5
  • 68. LEYENDA GM-cL Cordillera de Laderas GM-cB Cadena del Barroso GM-pA-vCh Valle del Chili GM-pA-sC Superficie del Cercado GM-pA-sS Superficie de Socabaya GM-pA-sP Superficie de Pachacútec GM-pA-sA Superficie del Aeropuerto Penillanura de Arequipa N AEROPUERTO GM- pA-sA GM-cB GM- pA-sC GM- pA-sS GM-cL GM- cL GM- pA-vCh GM- pA-sS GM-cB GM-pA-vCh GM-cB GM- pA-sC GM- pA-sC GM- pA-sP GM- pA-sA Yanqui, 1990 FIGU. 1 : MAPA GEOMORFOLÓGICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA
  • 69. AEROPUERTO N Qr-a Qr-aaa Tp-vs2 Qr-a Qr-e Tp-vs2 Q-fb1 Q-vchi Q-vchi Q-fb1 Qr-pl Tp-vs1 T p - v s 1 Tp-vs2 Tp-vs1 Q-vchi Q-fb1 Qr-pl Q-fb2 Tp-vs1 Qr-am Qr-a Qr-a Q-fb2 Qr-am Q-fb1 Qr-e Qr-au KTi-gb Q-fb1 Qr-e K T i - g b Qr-a Qr-e Q-fb1 Qr-au Q-fb1 Qr-e KTi-gb KTi-gb KTi-gb KTi-gb Qr-e Q-fb1 Q-fb1 KTi-gd Q-fb1 Q -aaa Q-ca Tp -v s2 TP-sv2 KTi-gb Tp-vs2 Q-aaa Qr-a Qr-a Yanqui, 1990 LEYENDA Qr-e Eluvial Reciente Qr-a Aluvial Reciente Qr-am Aluvial Miraflores Qr-au Aluvial Umacollo Qr-pi Depósitos Piroclásticos Q-fb1 Flujo de Barro Brechoso Q-fb2 Flujo de Barro Rosáceo Q-aaa Aluvial Acequia Alta Q-vchi Volcánico Chila Q-ca Formación Capillune Tp-vs2 Volcánico Sencca 2 Tp-vs1 Volcánico Sencca 1 KTi-gd Granodiorita Tiabaya KTi-gb Gabrodiorita FIG. 2: MAPA GEOLÓGICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA
  • 70. G4-aa G5-fb G2-rvch G8-sam G10-ser G1-rtp G1-rtp G7-sau G5-fb G5-fb G3-si G7-sau N G1- rtp G5-fb G5-fb G2-rvch G9-stc G8-sam G6-spp G5-fb Yanqui, 1990 G1-rtp LEYENDA qa(Kg/m 2 ) qa(Kg/m 2 ) FIG. 3 MAPA GEOTECNICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA G1-rpt Rocas Preterciarias 30.0 G2-rvch Rocas Volcánicas de Chila 15.0 G3-si Sillar 5.0 G4-saa Suelo de Acequia Alta 3.5 G5-fb Flujos del Barro 3.0 G6-spp Suelo Puzolánico de Pachacútec 2.0 G7-sau Suelo Aluvial de Umacollo 1.5 G8-sam Suelo Aluvial de Miraflores 1.0 G9-stc Suelo Tobáceo Compresible 0.5 G10-ser Suelo Aluvial Reciente 0.5
  • 71. 0. 40 se g. 0. 35 se g. 0.30 seg. 0.25 seg 0.40 seg. 0.35 seg. 0.30 seg. 0.25 seg. 0.20 seg. 0.15 seg. 0.3 0 se g. 0 . 3 5 s e g . 0.40 seg. 0.25 seg. 0.30 seg. 0.35 seg. 0 .4 0 s e g . 0.40 seg. 0.35 seg. 0.35 seg. 0.35 seg. 0.30 seg. 0.25 seg. 0.40 seg . 0 . 3 5 s e g . 0 . 3 0 s e g . 0 . 2 5 s e g . 0 . 2 0 s e g . 0 . 2 0 s e g . 0 .2 5 s e g . 0.40 seg. 0.35 seg. 0.35 seg. 0 . 3 0 s e g . 0 .2 5 s e g . 0 .2 0 0.35 seg. 0.30 seg. 0.25 seg. 0.20 seg. 0.30 seg. 0 .4 0 0.30 seg. 0.35 seg. 0.40 seg. 0 . 3 5 s e g . 0 .4 0 s e g . 0 . 3 5 s e g . 0.30 0.4 0 seg . 0 .4 0 s e g . 0.35 seg. 0.40 seg. 0.35 seg. 0.3 0 seg. 0.2 5 seg. 0.30 seg. 0.35 seg. R I O C H L I M IC RO ZO NIF IC ACIO N SIS M IC A DE AREQ UIP A 0 .1 5 s e g . N Aguilar, 1991 LEYENDA 0.25 seg. 0.20 seg. 0.15 seg. 0.40 seg. 0.30 seg. 0.35 seg. FIG. 4: MAPA DE CURVAS ISOPERIODO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA
  • 72. LEYENDA ZONA C ZONA D ZONA A ZONA B FIG. 5: MAPA DE MICROZONIFICACION SÍSMICA DE LA CIUDAD DE AREQUIPA AEROPUERTO N A B B B D A B B D A A A A C C C B Aguilar, 1991
  • 73. MICROZONIFICACION SISMICA DE LA PUNTA Y EL CALLAO Carlos E. Huamán Egoávil (1) Jorge F. Meneses Loja (2) Jorge E. Alva Hurtado (3) RESUMEN El presente trabajo tiene el propósito de establecer aquellas áreas más susceptibles de sufrir daño sísmico por efecto de los depósitos de suelo subyacentes a La Punta y El Callao. En principio se hace una revisión del contexto geológico sobre el que se ubica el área estudiada, en especial la geología del Cuaternario aluvial del Río Rímac. En base a la información recopilada sobre estudios de suelos para cimentación y a los registros de pozos de agua subterránea, se establece una zonificación geotécnica del área estudiada, encontrándose depósitos profundos de material blando en La Punta y bajas capacidades portantes en El Callao. Luego se presenta los resultados de los 257 ensayos de microtrepidaciones realizados, los cuales se resumen en un plano de curvas isoperíodo. En general, La Punta tiene períodos que varían de 0.40 a 0.70 seg. y El Callao de 0.10 a 0.40 seg. Se encuentra que estos resultados concuerdan con las características geotécnicas y con la distribución de daños sísmicos en el pasado, que han sido generalmente mayores que los producidos en el centro de Lima. Finalmente, se realiza el análisis dinámico de perfiles de suelo modelados en base a la información geotécnica, para establecer el comportamiento de estos suelos ante sismos registrados en Lima. Se concluye presentando espectros de respuesta que demuestran que los suelos de La Punta y El Callao son susceptibles de producir el fenómeno de amplificación (1) Asistente de Investigación, Laboratorio Geotécnico del CISMID, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería. (2) Investigador Asociado, Laboratorio Geotécnico del CISMID, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería. (3) Profesor Principal y Director del CISMID, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería Ponencia presentada en el VI Congreso Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentación, Lima, 11-13 de Noviembre de 1995.
  • 74. INTRODUCCIÓN A partir de los terremotos ocurridos en 1940, 1966 y 1974 en la ciudad de Lima, ha quedado demostrado que el centro de la ciudad ha sufrido menor intensidad de daños que algunas zonas periféricas, como son los distritos de La Molina, Barranco, Chorrillos, La Punta y El Callao. Las condiciones del subsuelo de estas áreas difieren de las existentes en el centro de Lima, que corresponden a un depósito grueso de grava aluvial con nivel freático profundo. En este artículo se describen los avances en los trabajos de microzonificación sísmica de La Punta y El Callao, como parte de la microzonificación sísmica de Lima. La Punta y El Callao están ubicados al Oeste de la ciudad de Lima, en la costa occidental de Sudamérica, en una franja desértica entre el Océano Pacífico y los Andes. El área estudiada está ubicada al sur de la desembocadura del río Rímac sobre el Océano Pacífico. La importancia de esta zona radica en las múltiples actividades económicas que se desarrollan en ella, derivadas de la presencia del Puerto del Callao, el más grande puerto exterior del país, que soporta actividades comerciales, navales y pesqueras, las cuales han determinado la presencia de una densa infraestructura urbana que sirve y alberga a cerca de medio millón de habitantes. SISMICIDAD OBSERVADA La zona de subducción del Pacífico, que corre paralela a gran parte de la costa oeste de Sudamérica, es lugar frecuente de reajustes de la corteza terrestre, los cuales producen sismos de gran magnitud. Por ello, el Perú ha sufrido sismos muy severos de consecuencias devastadoras. La ciudad de Lima ha experimentado en los pasados 40 años, 6 sismos con magnitudes de onda superficial en el rango de 6 a 7.6. Estos sismos han causado niveles de daño relativamente bajos en la ciudad, a pesar de que las aceleraciones en la superficie del suelo han sido tan altas como 0.40 g (terremoto de 1966), y las duraciones del movimiento fuerte han sido mayores que 1 minuto (terremoto de 1974). (Repetto et al, 1980). Sin embargo, daños mayores han sido observados en áreas fuera del centro de la ciudad de Lima. Uno de estos lugares es el Puerto del Callao que durante el sismo del 3 de Octubre de 1974 (con magnitud Ms=7.5, a 90 Km de Lima), sufrió considerable daño en instalaciones navales y portuarias. Se registraron intensidades máximas de IX y VIII MM para La Punta y El Callao, respectivamente. Los mayores daños se presentaron en modernas estructuras de concreto armado en la Escuela Naval-La Punta; en la Oficina de Correos en El Callao y en un antiguo silo del Terminal Marítimo que colapsó perdiendo 20 m. de los 60m. de altura original. La Fig. 1 muestra el mapa oficial de distribución de intensidades de este sismo según el Instituto Geofísico del Perú (Giesecke et al, 1980). CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS Y GEOTÉCNICAS La Punta y El Callao, así como la ciudad de Lima, se encuentran dentro de los límites de
  • 75. influencia del cono deyectivo Cuaternario del Río Rímac, según se muestra en la Fig. 2 (Martínez et al, 1975). Este cono consiste de material aluvial de estructura lentiforme, donde se superponen depósitos de cantos rodados, arena, arcilla y limo, en forma heterogénea. Estos sedimentos aluviales han sido depositados durante la última etapa del Pleistoceno sobre el zócalo rocoso más antiguo, compuesto por rocas mesozoicas. Debido a movimientos tectónicos basculares, el cauce del río ha evolucionado virando de SO a NO, desde fines del Terciario Superior y comienzos del Pleistoceno, en que el río tenía un gran poder erosivo, hasta el Holoceno en que disminuye su poder de erosión, dejando en este lapso terrazas aluviales que caracterizan la geomorfología del área final del cono deyectivo. Al disminuir la velocidad del río, en el Holoceno, se deposita el material fino que ha originado la cubierta superficial arcillosa de hasta 15 m. en El Callao (Maggiolo, 1969). Por otra parte, la formación geológica de La Punta se explica por la acción erosiva del mar que en tiempos anteriores ha atacado el cono deyectivo del Rímac, socavándolo y formando el barranco que se extiende desde el Morro Solar hasta El Callao. Los materiales caídos al mar estuvieron sujetos a su acción y fueron arrastrados hacia las zonas de las Islas San Lorenzo y El Frontón, acumulándose el material que ha formado la península de La Punta (Martínez y Téves, 1966). La revisión de diversos estudios de mecánica de suelos para cimentación de estructuras, así como la recopilación de registros de perforación de pozos de agua subterránea, ha permitido establecer la siguiente zonificación geotécnica en el área estudiada: ZONA IV: Esta zona comprende toda el área de La Punta y Chucuito. La estratigrafia generalizada está conformada por un relleno gravoso artificial no mayor de 3 m., suelto y a veces mezclado con limos, debajo del cual se encuentra un estrato de suelos granulares gruesos conformado por gravas y arenas de gradación pobre, GP y SP, que tiene un espesor promedio de 12m. a lo largo de La Punta. A continuación, existe un estrato compuesto por arena fina con lentes de limo y/o arcilla, de clasificación SM/SC. Dicho estrato tiene una profundidad promedio de 20m. a lo largo de La Punta, y llega a tener hasta 28 m. en el área de la Escuela Naval. Finalmente, debajo del estrato anterior se halla la grava arenosa densa que pertenece al cono de deyección del Rímac. Para el primer estrato, la capacidad portante varía de 1.5 a 2.0 kg/cm2 , a profundidades de cimentación de 1.4 a 3.0 m, es decir, por debajo del relleno superficial gravoso y encima de la napa freática, que oscila entre 1.50 a 3.50 m. Para edificaciones de poca altura, es recomendable el empleo de zapatas conectadas, y para edificaciones de cierta altura, el uso de plateas reforzadas. En el casos de existir bolsones de materiales muy sueltos, arenosos o limosos, entremezclados con la grava, las plateas reforzadas siguen teniendo un buen comportamiento. El uso de pilotes no es recomendable. ZONA III: En esta zona estaría comprendida por una franja que sigue la línea de playa sobre la que se ha establecido el Puerto del Callao. Se trata de un área donde los suelos tienen una disposición errática, debido a que habrían sido colocados artificialmente como rellenos para ganar tierras al mar. Estos rellenos son del tipo gravoso GP y gravoso limosa GM en las cercanías del Puerto, y el Puerto mismo aparecen intercalaciones de arcillas orgánicas
  • 76. limosas CL-ML. La profundidad de estos rellenos pueden llegar a los 11 m., profundidad a la cual puede hallarse el estrato resistente de cantos rodados con arena fina. Esto obliga al uso de pilotes de punta, ya que los rellenos, especialmente aquellos limosos orgánicos del Puerto, tiene resistencia nula a la penetración. Por su naturaleza indeterminada, es necesario realizar estudios específicos para cualquier construcción en esta zona. El nivel freático se encuentra entre 1.7 y 3.2 m. de profundidad. ZONA II: Esta zona incluye las áreas bajas del Callao, Bellavista y La Perla, es decir, aquellas áreas con cotas entre 2 y 15 m. El perfil estratigráfico que caracteriza a está zona está formado por suelos blandos que alcanzan en promedio una potencia de 10 m. llegando hasta los 15 m. cerca a la desembocadura del río Rímac, hacia el Norte. Los materiales que conforman los estratos blandos son principalmente suelos limo-arcillosos de baja plasticidad CL-ML, que suprayacen arenas limosas SM, y presentan intercalaciones de turbas Pt o eventualmente suelos plásticos CH y OH, hasta encontrar la grava arenosa del cono deyectivo del Rímac. En el sur, cerca a Mar Brava, existe un ligero predominio de suelos arenosos SM, en tanto que al Norte se presentan mayormente suelos limosos y arcillosos. Los suelos orgánicos, cuando son superficiales y están saturados, producen asentamientos en las edificaciones y hundimientos en las pistas. Esto es muy común por la presencia de niveles freáticos entre 1.0 y 2.5 m. bajo la superficie. Las condiciones de cimentación hacen recomendable el empleo de zapatas armadas conectadas entre si por vigas de cimentación para edificaciones de poca carga; plateas de cimentación para estructuras de más de 2 pisos y pilotes para estructuras pesadas o de más de 4 pisos. Para las cimentaciones superficiales, se recomienda profundidades de cimentación de 1.0 a 3.0 m., con capacidades de carga generalmente menores de 1 kg/cm2 . ZONA I: Esta zona presenta una estratigrafía similar a la Zona II, con la diferencia que casi desaparecen los suelos orgánicos, pues no se han observado asentamientos ni hundimientos de pistas. Otra característica es que la base de los suelos gravosos arenosos del conglomerado típico de Lima, se halla a una profundidad menor, en promedio, que 5 m. La estratigrafía en esta zona está conformada por arenas limosas SM y limos arcillosos CL-ML alternados, suprayacendo las gravas del conglomerado de Lima. Las capacidades de carga recomendadas están entre 1.0 y 2.0 kg/cm2 para cimentaciones superficiales, tipo zapatas conectadas. Puede aprovecharse la capacidad portante de la grava, estimada en 4 kg/cm2 , de llegar a ésta. El nivel freático está bastante profundo. La Fig. 3 muestra el plano de zonificación geotécnica, donde pueden apreciarse las zonas descritas. MEDICIÓN DE MICROTREPIDACIONES
  • 77. El ensayo de medición de microtrepidaciones consiste en medir las vibraciones del suelo que están en el rango de 0.1 a 1 micra de amplitud, y de 0.05 a 2 seg. de periodo, según la definición japonesa de Kanai (1961). Estas vibraciones son producto de fuentes relativamente remotas como son el tráfico vehicular, el viento, las olas del mar, etc. y son detectadas por pequeños sensores electromagnéticos de gran sensibilidad. Luego son grabadas con un adecuado nivel de amplificación y reproducidas después para analizar su contenido de frecuencias y periodo predominante, valor que sirve para conocer comparativamente el comportamiento dinámico del suelo y determinar los parámetros sísmicos relativos al diseño de las construcciones sismo-resistentes. En el presente estudio se ha utilizado la técnica de microtrepidaciones con el objeto de establecer aquellas zonas susceptibles de sufrir mayor daño sísmico, según el período predominante del suelo, en La Punta y El Callao. Se realizaron mediciones en 257 puntos, distribuidos uniformemente en el área comprendida por el estudio. El programa de mediciones se inició en lugares abiertos que ofrecieran menor perturbación de tráfico vehicular, tales como parques, campos deportivos, etc., donde los sensores se colocaron generalmente sobre terreno natural firme. Posteriormente, se optó por medir en calles con poco tránsito, colocándose los sensores sobre veredas de concreto o sobre el pavimento mismo. La Fig. 4 presenta el área estudiada con las curvas isoperíodo de microtrepidaciones cada 0.05 seg. Estas curvas fueron trazadas interpolando los puntos con valor conocido de período predominante del suelo. La zona estudiada presenta periodos en el rango de 0.10 a 0.70 seg. El Callao, Bellavista y La Perla tienen un periodo promedio de 0.30 seg., en tanto que La Punta y Chucuito están caracterizados por un periodo promedio de 0.50 seg. Se ha encontrado concordancia entre el plano de curvas isoperíodo y las zonas establecidas en la zonificación geotécnica. Así, la Zona IV corresponde a un periodo de 0.50 seg. en promedio, lo cual es concordante por tratarse de un perfil formado por suelos blandos de hasta 40 m. de profundidad, que producen periodos largos. La Zona III presenta períodos ligeramente más largos que el promedio para El Callao, alrededor de 0.40 seg, lo que puede explicarse por los rellenos sueltos de esta área, que alcanzan hasta 10 m. de profundidad en la zona del Puerto. La Zona II, compuesta por estratos blandos de 7 a 15 m. de profundidad, tiene períodos de alrededor de 0.30 seg. La Zona I, geotécnicamente la mejor zona con el conglomerado de Lima a pocos metros de la superficie, tiene los períodos más cortos (hasta 0.10 seg). También existe una clara relación entre las zonas definidas en este estudio según su período del suelo y los niveles de intensidad del sismo del 3 de Octubre de 1974. En especial existe buena concordancia entre la zona que corresponde al área de la Escuela Naval, donde se produjeron los mayores daños, con intensidad de IX MM, y que tiene los periodos más largos; y entre la zona que comprende casi toda La Punta, donde los daños alcanzaron intensidades de hasta VIII MM. En tanto que en el centro de Lima, con un suelo firme, las intensidades llegaron a VII MM en promedio.
  • 78. ANÁLISIS DINAMICO DE PERFILES DE SUELOS Para efectuar el análisis de la respuesta dinámica por amplificación unidimensional de los suelos de La Punta y El Callao, se ha utilizado el programa PCSHAKE, una versión para computadoras personales del programa SHAKE (Schnabel et al, 1972). Se ha escogido dos perfiles representativos del área estudiada, éstos se ubican en: a) La Escuela Naval en La Punta. b) La Base Naval en El Callao. Los parámetros dinámicos de estos perfiles han sido establecidos en base a la información geotécnica disponible. Se ha considerado que estos perfiles son representativos de los casos más desfavorables para La Punta y El Callao, respectivamente. Se han utilizado tres acelerogramas de movimiento fuerte obtenidos en la estación IGP (centro de Lima) como señales de entrada en la roca base, con un intervalo de digitización de 0.02 seg., con 0.4 g. de aceleración máxima y las siguientes longitudes de registro acondicionadas para el programa PCSHAKE: SISMO FUENTE COMP DURACIÓN 17 OCT 1966 31 MAY 1970 3 OCT 1974 IGP IGP IGP N08E . L N82W 60 seg. 40 seg. 60 seg. Las curvas de variación del módulo cortante y amortiguamiento con respecto a la deformación que han sido empleadas, son las mismas que incluye el programa PCSHAKE en el archivo MODDAMP, las cuales fueron propuestas por Seed Idriss (1970). Los espectros de respuesta de aceleraciones en la superficie, con un amortiguamiento de 5%, para un nivel de entrada en la roca base de 0.4 g, presentan los siguientes resultados: TABLA Nº 1 AMPLIFICACION MAXIMA DE RESPUESTA DE ACELERACIONES NIVEL ACELERACION BASE = 0.4 g. AMPLIFICACION MAXIMA SISMO Escuela Naval Base Naval
  • 79. 1966 1970 1974 2.2 2.5 2.1 4.3 4.6 4.3 La Fig. 5 presenta los espectros normalizados de aceleraciones para un nivel de 0.4 g en la roca base. En este gráfico se han superpuesto los espectros de respuesta promedio de los tres sismos utilizados, correspondientes a la Escuela Naval en La Punta y a la Base Naval en El Callao. Puede observarse que existen diferencias en las formas espectrales de los dos perfiles de suelo analizados. La amplificación máxima del espectro de respuesta promedio para la Base Naval es alrededor de 2 veces la amplificación máxima para la Escuela Naval. El espectro de la Base Naval muestra una forma pronunciada para cierto rango de períodos, en tanto que el espectro para la Escuela Naval es plano y presenta amplificación para un periodo mayor, característico de los depósitos de suelo blando. De esta figura se observa también que para propósitos de diseño estos resultados pueden expresarse mejor con el periodo donde termina la platea de diseño. En este caso se propone que dicho periodo sea de 1.2 seg. para ambos lugares. El Reglamento Nacional de Diseño Sismo-resistente contempla 3 tipos de suelo en atención a su periodo Ts. Estos tipos son: Suelo Tipo I Ts = 0.3 seg. Suelo Tipo II Ts = 0.6 seg. Suelo Tipo III Ts = 0.9 seg. Esto significa que habría que extender la platea de diseño para suelos Tipo III hasta por lo menos 1.2 seg. o establecer un nuevo suelo Tipo IV. Estos resultados anteriores confirman que existen suelos blandos en La Punta-Callao. Por comparación, el rango de periodos donde se produce amplificación en los sismos registrados en el centro de Lima está entre 0 y 0.055 segundos (Meneses, 1985), y la platea de diseño en este tipo de suelo alcanza sólo 0.30 segundos. Se establece así una clara diferencia entre el comportamiento dinámico del suelo de El Callao y de La Punta, y entre ambos y el suelo del centro de Lima. Se ha encontrado amplificación de las ondas sísmicas y de la fuerza sísmica en El Callao, respecto al centro de Lima, en tanto que para La Punta no existe tal amplificación, sin embargo varía la forma del espectro. Por otro lado, se ha encontrado que los periodos fundamentales del suelo crecen para el nivel de aceleración máxima utilizado, alrededor de 2 veces en La Punta y El Callao, cuando los perfiles están sometidos a movimientos fuertes. Según esto, y teniendo en cuenta que los periodos fundamentales de los perfiles de suelo calculados son similares a los periodos medidos por microtrepidaciones, se propone que el periodo del suelo bajo sismos fuertes se considere aproximadamente igual a 2 veces el valor medido por microtrepidaciones, por lo menos en el caso de los suelos blandos de La Punta y El Callao. CONCLUSIONES
  • 80. a) Las mediciones de microtrepidaciones muestran que los períodos del suelo en la zona estudiada presentan valores en el rango de 0.10 a 0.70 seg. El Callao, Bellavista y La Perla tienen un período promedio de 0.30 seg., en tanto que La Punta y Chucuito están caracterizados por un período promedio de 0.50 seg. b) Geotécnicamente se han distinguido 4 zonas. La Zona IV, que comprende La Punta y Chucuito, resulta la más desfavorable, no por la capacidad estática del primer estrato, formado por gravas sueltas de unos 12 m. de espesor, que es regular, sino por la profundidad del estrato blando arenoso arcilloso que subyace a la grava, de hasta 28 m., constituyendo un suelo muy flexible desde el punto de vista dinámico, con períodos largos. c) La Zona III es prácticamente artificial, compuesta de rellenos colocados para recuperar terrenos al mar, y se hace imprescindible cimentar edificaciones importantes mediante pilotes que alcancen la grava del conglomerado de Lima. d) La Zona II presenta problemas de asentamientos por la presencia de suelo orgánico y alto nivel freático, lo que le confiere baja capacidad portante. e) La Zona I se constituye como la mejor zona, con buena capacidad portante y nivel freático profundo. En cierto sector, este tipo de suelo es similar al del centro de Lima. f) Se ha encontrado concordancia entre los valores de período medidos por microtrepidaciones y las características geotécnicas de La Punta y El Callao. Según esto, se nota claramente que los períodos van creciendo conforme se profundizan los depósitos blandos, tal como ocurre en La Punta. g) También existe una clara relación entre los periodos relativamente largos de los suelos encontrados en este estudio y los altos niveles de intensidad de daños observados en el sismo del 3 de Octubre de 1974 en El Callao. En especial, existe buena concordancia entre el área que corresponde a la Escuela Naval, donde se produjeron los mayores daños, intensidad IX MM; y en la zona que comprende casi toda La Punta, donde los daños alcanzaron intensidades de hasta VIII MM. En tanto que en el centro de Lima, con un suelo firme, y períodos predominantes de alrededor de 0.1 seg., las intensidades llegaron a VII MM en promedio. h) Respecto a los resultados del análisis dinámico, se ha encontrado que existe una clara diferencia entre el comportamiento dinámico del suelo de El Callao y el del suelo de La Punta respecto a las amplificaciones. El primero puede considerarse medianamente blando, en tanto que el segundo es blando. Para ambos suelos se propone una platea de diseño que llegue a 1.2 seg. Respecto al centro de Lima, se produce amplificación en las ondas sísmicas y en los espectros para la Base Naval (Callao), en tanto que para la Escuela Naval (La Punta) no existe este efecto para los sismos estudiados.
  • 81. i) Teniendo en cuenta que los periodos fundamentales calculados para deformaciones pequeñas son similares a los periodos medidos por microtrepidaciones, se propone que el periodo del suelo bajo sismos fuertes se considere aproximadamente igual a 2 veces el valor medido por microtrepidaciones, por lo menos en el caso de suelos blandos. Esto permitirá una evaluación rápida del periodo del suelo en las condiciones reales que requiere el diseño de las obras civiles. j) De las conclusiones anteriores se deduce que el actual Reglamento Nacional de Diseño Sismo-resistente debería adaptarse a la realidad de suelos blandos como los encontrados en este trabajo, en La Punta y El Callao. Para ello, es necesario establecer un nuevo tipo de suelo (Tipo IV) que refleje adecuadamente los periodos largos que se producen en depósitos blandos bajo sismos intensos. k) Es necesario, por otro lado, realizar ensayos directos de medición de velocidades de ondas de corte para modelar mejor el suelo de La Punta y El Callao, y confirmar las propuestas aquí contenidas. REFERENCIAS 1. Espinosa A. F., Husid R., Algermissen S.T., and De las Casas J. (1977), “The Lima Earthquake of October 3, 1974: Intensity Distribution”, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 67, Nº 5, pp. 1429-1439. 2. Giesecke A., Ocola L., Silgado E., Herrera J. y Gindiani H. (1980), “El Terremoto de Lima del 3 de Octubre de 1974”, CERESIS UNESCO. 3. Huamán C. (1991), “Microzonificación Sísmica de La Punta y El Callao”. Tesis de Grado, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. 4. Kanai K. and Tanaka T. (1961), "On Microtremor VIII", Bulletin of the Earthquake Research Institute, Vol 39, pp. 94-104, Tokyo, Japan. 5. Maggiolo O. (1969), "Características del Suelo de Cimentación de Lima Central (y Alrededores), Aspectos Geológicos Generales y el Comportamiento de los Suelos ante los Sismos en Relación a las Estructuras", I Congreso Nacional de Sismología e Ingeniería Antisísmica, Lima, Perú. 6. Martínez A. y Téves N. (1966), "Estudio de Investigación sobre los Acantilados desde La Punta hasta el Morro Solar", Pub. Lgga. Nº25, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. 7. Martínez A.y Porturas F.(1975), “Planos Geotécnicos para Lima, Perú. Análisis y Visión en Ingeniería Sísmica”, Pontificia Universidad Católica del Perú, Lima, Perú
  • 82. 8. Meneses J. (1985), "Evaluación de Acelerogramas y Determinación de Espectros de Respuesta en Lima", Tesis de Grado, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. 9. Schnabel P., Lysmer J. and Seed H. B. (1972), "SHAKE: A Computer Program for Earthquake Response Analysis of Horizontally Layered Sites", Earthquake Engineering Research Center, Report No. EERC 72-12, College of Engineering, University of California, Berkeley-California. 10. Repetto P., Arango I. and Seed H. B. (1980), "Influence of Site Characteristics on Building Damage during the October 3, 1974 Lima Earthquake", Earthquake Engineering Research Center, Report Nº EERL 80-41, College of Engineering, University of California Berkeley
  • 83. Fig. 1.- Mapa de Isosistas del Sismo del 3 de Octubre de 1974 en Lima Giesecke et Al, (1980) LIMA LA VICTORIA SAN LUIS CHACARILLA DEL ESTANQUE LA MOLINA CIUDAD DE DIOS SURQUILLO MIRAFLORES SANTIAGO DE SURCO JESUS MARIA SAN ISIDRO PUEBLO LIBRE SAN MIGUEL LA PERLA CALLAO BELLAVISTA O C E A N O P A C I F I C O BARRANCO CHORRILLOS BREÑA R í o R i ma c AEROPUERTO INTERNACIONAL LA PUNTA RIMAC N
  • 84. Fig. 2.- Mapa Geológico de Lima Martínez Y Porturas (1975) LA PUNTA ISLA SAN LORENZO Qe Qm KTi-i Fm. Fm. Fm. Fm. Fm. Fm. Fm. Qal Puente Piedra Salto del Fraile Herradura Marcavilca Pamplona Atocongo y facies Depósitos marinos Piedras Gordas Rocas Depósitos aluviales Depósitos eólicos metamórficas Intrusivas Granito Diorita, etc. Granodiorita CRETACEO CUATERNARIO JURASICO Qe Qm Q-al Q-al Q-al Qe Qm Qe KTi-i KTi-i KTi-i 0 5 10 Km. Escala Gráfica LEYENDA Qe Qm LA MOLINA CALLAO MIRAFLORES BARRANCO CHORRILLOS
  • 85. Figura 3.- Mapa de Microzonificación de La Punta Callao Huamán, (1991) FIGURA 4.- MAPA DE DISTRIBUCION DE PERIODOS DE LA PUNTA-CALLAO Huamán, (1991) Base Naval Puerto del Callao Escuela Naval SAN MIGUEL BELLAVISTA C A L L A O LA PERLA LA PUNTA 0 1 Km. Escala CHUCUITO
  • 86. Figura 4.- Mapa de Microzonificación de La Punta Callao Huamán, (1991) SIMBOLO PERIODO (seg.) < 0.25 0.25 - 0.35 0.35 - 0.45 0.45 - 0.55 > 0.55 L E Y E N D A Escuela Naval 0 1 Km. ESCALA LA PUNTA CALLAO LA PERLA BELLAVISTA SAN MIGUEL Callao Puerto del Naval Base CHUCUITO
  • 87. ACELERACION EN LA BASE = 0.4g = β = 5% PROMEDIO EN LA BASE NAVAL PROMEDIO EN LA ESCUELA NAVAL 4.0 3.5 3.0 2.5 1.5 2.0 1.0 0.5 0.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 PERIODOS (seg) AMPLIFICACIÓN DE ACELERACIONES ESPECTROS NORMALIZADOS DE ACELERACIONES Fig. 5.- Espectros de Respuesta para La Punta y El Callao Huamán, (1991)