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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

III CURSO INTERNACIONAL MICROZONIFICACION Y SU APLICACIÓN EN LA MITIGACION DE DESASTRES MICROZONIFICACION SISMICA DE AREQUIPA Del 11 al 29 de Noviembre del 2002

Zenón Aguilar Bardales Jorge E. Alva Hurtado

CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONES SISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES

Indice 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

Resumen 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.

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 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 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.

N

GM-pA-sA GM-cB

GM-cB GM-pA-sP

PLANO GEOMORFOLOGICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA

GM-pA-sC

LEYENDA

GM-cL

Cordillera de Laderas

GM-cB

Cadena del Barroso Penillanura de Arequipa

-pA GM

h -vC

GM-pA-sS GM-cL

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

GM-pA-sS

Yanqui, 1990

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:

tobas volcánicas blanco-amarillentas, desleznables, muy livianas

- Materiales Aluviales:

gravas y arenas: Aluvial de Acequia Alta, Aluvial Umacollo, Aluvial Miraflores y Aluvial Reciente

- Materiales Eluviales Recientes: arenas limosas de color beige de origen residual

N Qr-a Qr-a Q-fb1

Q-vchi

Qr-pi Qr-aaa

Q-vchi Tp-vs1

MAPA GEOLOGICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA

Qr-e Qr-aaa

Q-fb2

Tp-vs2 Q-fb1

Q-fb2

LEYENDA

Q-vchi Qr-am Qr-a TP-sv2

Q-fb2

Qr-au

Qr-e

Qr-am

Qr-e

Qr-e Qr-a

Eluvial Reciente 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 Q-vchi

Aluvial Acequia Alta Volcánico Chila

Q-ca

Formación Capillune

Tp-vs2

Volcánico Sencca 2

Tp-vs1 KTi-gd

Volcánico Sencca 1 Granodiorita Tiabaya Gabrodiorita

Q-fb1

Q-fb2

K gb

Qr-au

t i-

Qr-a

Kt

Qr-e Qr-e

i-g b

Q-fb2

Q-fb2

Q-fb2 KT

i- g b

Q-fb2 Qr-e

KTi-gd

Yanqui, 1990

KTi-gb

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.

N

G8-sam G5-fb

G9-stc G3-si

G2-rvch

G6-spp

G4-saa

PLANO GEOTECNICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA G5-fb

G2-rvch

G8-sam

LEYENDA qa (Kg/cm2) G7-sau

G5-fb

G1- rtp

G1-rtp

G7-sau

G10-ser G5-fb

G1-rpt

Yanqui, 1990

G1-rpt

Rocas Preterciarias

30.0

G2-rvch

Rocas Volcánicas del Chila

15.0

G3-si G4-saa

Sillar Suelo de Acequia Alta

5.0 3.5

G5-fb

Flujos del Barro

3.0

G6-spp

Suelo Puzolámico 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

Características Dinámicas 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.

N

MAPA DE UBICACIÓN DE MICROTREMOR Y CALICATAS EN LA CIUDAD DE AREQUIPA

LEYENDA

Punto de Medición de Microtrepidaciones Calicata realizada

Aguilar, 1991

. . g g e e s s 3

0 .

3

se g.

0.30

seg.

0

5

0

.

0.35

0 3 . 0 2 . 0

eg. g. 5s 0.1 .20 se seg. . 0 .25 seg 0 .30 eg. 0 g. 5s 0.3 0.40 se

5

seg.

04 .0

seg.

N

0. 35

0.3 5s eg .

se g.

0. 40

0.

g. 0.25 se g. 0.30 se

5s

e

g.

. eg 5s 0.3

0s

eg

.

0 .3

se

MAPA DE CURVAS ISOPERIODO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA

.g es

0.4

. eg 0s 0.3 seg.

H C

I

N IO AC IC NIF

DE

A UIP EQ AR

0.2 eg

5s

eg

.

.

0.40 seg. 0.35 seg.

g. se 35 0.

0 0.3 0. .30 5 s 0. 25 se eg 20 se g . se g. . g.

g.

0

g. s e eg. 5s 0.2 .20

g. 0.30 se

0s

5. 3g 0s. e

30

. eg 0s 0.4 0.35 seg.

0.3

0 . 4 s0e

0.

I ZO O 0.3 5 s R MICR eg.

A MIC SIS

0.40 seg .

O

L

0.1

5se

g.

0 4.0

5 0.2

0 0 .3 0.2 .30 5 se 0.2 5 s seg g. 0 eg. . se g. 0.2 0.2 0 se 5 s g. eg.

0.3 0

LEYENDA

0.40

. seg 0.35

40

g.

0.15 seg. 0.20 seg. 0.25 seg.

eg. 0s 0.4 seg. 5 0.3

0.30 seg. eg. 5s 0.3 g. se 40 . 0

Aguilar, Aguilar,1991 1991

0.30 seg. 0.35 seg. 0.40 seg.

Microzonificación Sísmica de 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.

N

B AEROPUERTO

D A B

C B

A

MICROZONIFICACION SISMICA DE AREQUIPA B A

B

C

A B

LEYENDA

A

D A

C

ZONA A ZONA B

Aguilar, 1991

ZONA C ZONA D

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.

Efectos del Sismo del 23 de Junio del 2001 -

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.

Areas de ruptura de grandes terremotos de subduci nen nen el sur del Per y norte de Chile Tavera et al (2002)

Mapa de intensidades en la escala Mercalli Modificada para el Terremoto de Arequipa del 23 de Junio del 2001. Los n伹eros indican los nombr es de algunas localidades contenidas en el recuadro superior. Tavera et al (2002)

Aceleración - Tiempo Historia Este Oeste a= -0.297 g t= 28.78 s 0.30 Aceleración (g)

0.20 0.10 0.00 -0.10 -0.20 -0.30 0

20

40

60

80

Tiempo (s)

Aceleración - Tiempo Historia Norte Sur a= 0.224 g t= 33.36 s 0.3 Aceleración (g)

0.2

Registros de Aceleraciones Estación Moquegua Sismo 23-06-01

0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.3 0

20

40

60

80

60

80

Tiempo (s)

Aceleración - Tiempo Historia Vertical a= 0.164 g t= 23.10 s

Aceleración (g)

0.2 0.1 0.0 -0.1 -0.2 0

20

40 Tiempo (s)

Aguilar (2001)

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)

Efectos del Sismo en la Ciudad de Arequipa -

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.

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 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 de la superficie del suelo por flujo durante la licuaci n. Anexo Huarangillo, Huarangillo, Sachaca

Emanaci nde nde arena por las grietas superficiales. superficiales. Anexo Huarangillo, Huarangillo, Sachaca

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 corresponde

microzonificación básicamente

resultados obtenidos

del

microtrepidaciones y de los

a

sísmica la

que

se

interpretación

estudio

de

estudios

geotecnia. Los limites de las zonas han sido base a las curvas isoperíodos y al tipo de

propone de

medición

de

los de

geología

y

determinados

en

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.

Referencias -

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 -

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 -

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 -

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 -

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 -

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.

MICROZONIFICACION SISMICA DE LA CIUDAD DE AREQUIPA

Zenón Aguilar Bardales Jorge E. Alva Hurtado

(1) (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) (2)

Investigador Asociado, Laboratorio Geotécnico del CISMID, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. 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 16-0279.

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 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.

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 (15131974)”, 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 G1 - rpt G2 - rvch G3 - si G4 - saa G5 - fb G6 - spp G7 - sau G8 - sam G9 - ste G10 - ser

Df (m) 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

B (m)

γ (gr/cm3)

φ (°)

C (Kg/cm2)

DR (%)

qa (Kg/cm2)

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

30.0 15.0 5.0 3.5 3.0 2.0 1.5 1.0 0.5 0.5

50 - 100 70 - 100 0 - 90 40 - 90 0 - 50 0 - 100 0 - 50

N GM- pA-sA AEROPUERTO

GM-cB

GM-pA-vCh

GM- pA-sA

GM-cB GM- pA-sP

GM- pA-sC

GM- pA-sC

GM- pA-sC

GM-cB

GM- pA-vCh

GM-cL

GM- pA-sS

GM- pA-sS

Yanqui, 1990

GM- cL

LEYENDA GM-cL

Cordillera de Laderas

GM-pA-sS

Superficie de Socabaya

GM-cB

Cadena del Barroso

GM-pA-sP

Superficie de Pachacútec

GM-pA-sA

Superficie del Aeropuerto

Penillanura de Arequipa GM-pA-vCh Valle del Chili GM-pA-sC

Superficie del Cercado

FIGU. 1 : MAPA GEOMORFOLÓGICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA

N

Qr-a Qr-a

Qr-aaa

Q-fb1

Q-vchi

Qr-pl

AEROPUERTO

Tp -vs 1

Tp-vs2

Q-vchi

Tp-vs2

Tp-vs1 Qr-a Q-ca Q

Qr-e Q-aaa

a -a

a

Tp-vs1 s1 Tp-v

Tp-vs2 Tp-vs2

Qr-pl

Tp-vs2

Q-fb1

Q-fb2 Q-fb1 Q-vchi

Qr-a KTi-gb

Qr-am

Qr-a

TP-sv2 Qr-au

Q-fb2

Qr-a KTi-gb Qr-e

Qr-am

Qr-e Q-fb1

KT

i-gb

Q-fb1

Qr-a

KT

i-g b

Qr-e Qr-e

Qr-au

KT i-gb

Q-fb1

Q-fb1

Q-fb1

KTigb KT

i-gb

Q-fb1

Q-fb1 Qr-e

KTi-gd

Yanqui, 1990

LEYENDA Qr-e Eluvial Reciente

Q-fb1 Flujo de Barro Brechoso

Tp-vs2 Volcánico Sencca 2

Qr-a Aluvial Reciente

Q-fb2 Flujo de Barro Rosáceo

Tp-vs1 Volcánico Sencca 1

Qr-am Aluvial Miraflores

Q-aaa Aluvial Acequia Alta

KTi-gd Granodiorita Tiabaya

Qr-au Aluvial Umacollo

Q-vchi Volcánico Chila

KTi-gb Gabrodiorita

Qr-pi Depósitos Piroclásticos

Q-ca

Formación Capillune

FIG. 2: MAPA GEOLÓGICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA

N

G8-sam G5-fb

G9-stc G3-si G1-rtp

G2-rvch

G4-aa G5-fb G6-spp G2-rvch

G8-sam G5-fb G7-sau

G5-fb G1- rtp

G5-fb

G1-rtp

G7-sau

G10-ser

G5-fb

G1-rtp

Yanqui, 1990

LEYENDA 2

2

qa(Kg/m )

G1-rpt

Rocas Preterciarias

30.0

qa(Kg/m )

G6-spp Suelo Puzolánico de Pachacútec 2.0

G2-rvch Rocas Volcánicas de Chila 15.0

G7-sau

Suelo Aluvial de Umacollo

1.5

G3-si

5.0

G8-sam

Suelo Aluvial de Miraflores

1.0

G4-saa Suelo de Acequia Alta

3.5

G9-stc

Suelo Tobáceo Compresible

0.5

G5-fb

3.0

G10-ser

Suelo Aluvial Reciente

0.5

Sillar

Flujos del Barro

FIG. 3 MAPA GEOTECNICO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA

0.35 seg.

0.30 seg.

g. 0.35 se se

g.

0.30 seg.

0.25 seg

eg. g. 5s e . 0 .1 .20 s seg . 0 .2 5 s e g 0 30 e g. 0. 5s 3 se g . . 0 0 .40

0.30 seg.

0.40 seg.

N

0. 35

0 .3

5s

eg

.

seg. 0.40

0.30

se g.

5s

0.3

eg .

5s

eg

0s

eg

.

.

35 0.

se

g.

0.40 seg.

0 .3

0.4

se g.

0.4 0s eg.

0.25

C

AC

IO

N

IC

A

DE

A UIP

0.1 5 se g.

EQ AR

0 .2 0

se

5

se

0.40 seg. 0.35 seg.

.

g.

g.

0.35 seg.

g. 0.30 se

g se

0.40

0

.

0 .3

.

35 0.

0 0 .3 0 .30 5 s 0. .25 se eg. 2 0 s e g. s e g. g.

0.40 seg

eg

0.3

eg.

0.20.20

g. se seg. 5

0s

g.

0.35 seg.

30

0 .4

IC

M SIS

.

e 5s

0s

0.

eg.

O N IF O I OZ R IC R M

I

eg

0.4

5s

L

0s

2 0.

0 0 .3 0.2 .30 5 se 0.2 5 seseg g. 0 s g. . eg . 0 .2 0.2 0 seg 5s . eg .

0.3

H

0.3

. eg . eg 5s

0s

0 .3

0.4

0.30 seg . . eg 5s 0.3 g. se 0 4 0.

Aguilar, 1991

LEYENDA

0.15 0.20 seg. seg. 0.25 seg.

0.30 seg. 0.35 seg. 0.40 seg.

FIG. 4: MAPA DE CURVAS ISOPERIODO DE LA CIUDAD DE AREQUIPA

N

B AEROPUERTO

D A

B

C B

A

B A B

C

A B A

D

C

A

Aguilar, 1991

LEYENDA ZONA A

ZONA C

ZONA B

ZONA D

FIG. 5: MAPA DE MICROZONIFICACION SÍSMICA DE LA CIUDAD DE AREQUIPA

MICROZONIFICACION SISMICA DE LA PUNTA Y EL CALLAO

Carlos E. Huamán Egoávil Jorge F. Meneses Loja Jorge E. Alva Hurtado

(1) (2)

(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) (2) (3)

Asistente de Investigación, Laboratorio Geotécnico del CISMID, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería. Investigador Asociado, Laboratorio Geotécnico del CISMID, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería. 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 17 OCT 1966 31 MAY 1970 3 OCT 1974

FUENTE IGP IGP IGP

COMP N08E . L N82W

DURACIÓN 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.

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

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

N LA MOLINA

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CHORRILLOS

LA PUNTA

Fig. 1.- Mapa de Isosistas del Sismo del 3 de Octubre de 1974 en Lima Giesecke et Al, (1980)

KTi-i

Qe

Qm

Q-al KTi-i

CALLAO

LA PUNTA

Q-al

ISLA

LA MOLINA

SAN LORENZO MIRAFLORES

KTi-i

BARRANCO CHORRILLOS LEYENDA Qe

CUATERNARIO

CRETACEO

JURASICO

Qm

Qe Qm

Depósitos eólicos Depósitos marinos

Qal

Depósitos aluviales

KTi-i

Rocas Intrusivas

Fm.

Piedras Gordas

Fm.

Atocongo y facies metamórficas

Fm.

Pamplona

Fm.

Marcavilca

Fm.

Herradura

Fm.

Salto del Fraile

Fm.

Puente Piedra

Qe Q-al

Granito Granodiorita Diorita, etc.

Qm Qe

Escala Gráfica 0

Fig. 2.- Mapa Geológico de Lima Martínez Y Porturas (1975)

5

10 Km.

FIGURA 4.- MAPA DE DISTRIBUCION DE PERIODOS DE LA PUNTA-CALLAO Huamán, (1991) Base Naval

Puerto del Callao

C A L LAO

BELLAVISTA

CH

U UC

O IT SAN

LA PERLA

LA PUNTA

Escuela Naval

Escala 0

1 Km.

Figura 3.- Mapa de Microzonificación de La Punta Callao Huamán, (1991)

MIGUEL

Base Naval

Puerto del Callao

CALLAO

C

BELLAVISTA

TO UI C HU

SAN MIGUEL

LA PERLA

LEYENDA

LA PUNTA

SIMBOLO Escuela Naval

PERIODO (seg.) < 0.25 0.25 - 0.35 0.35 - 0.45

0

ESCALA

0.45 - 0.55 1 Km.

> 0.55

Figura 4.- Mapa de Microzonificación de La Punta Callao Huamán, (1991)

ESPECTROS NORMALIZADOS DE ACELERACIONES ACELERACION EN LA BASE = 0.4g = β = 5%

4.0

AMPLIFICACIÓN DE ACELERACIONES

3.5 PROMEDIO EN LA BASE NAVAL

3.0

2.5 PROMEDIO EN LA ESCUELA NAVAL

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0 0.0

1.0

2.0 PERIODOS (seg)

3.0

Fig. 5.- Espectros de Respuesta para La Punta y El Callao Huamán, (1991)

4.0