FORMATO N 4 - B

6

ESTUDIO DE SUELOS

GENERALIDADES

El Centro Peruano Japons de Investigaciones Ssmicas y Mitigacin de Desastres (CISMID) de la facultad de Ingeniera Civil de la Universidad Nacional de Ingeniera, ha presentado el trabajo de investigacin, fruto de varios meses de trabajo en campo, laboratorio y gabinete. Cuya Investigacin ha sido titulado Zonificacin Geotcnica Ssmica de la Ciudad de Moquegua, que surge como respuesta a los desafortunados momentos que atraves la regin sur del pas, y en particular la ciudad de Moquegua, que fue devastada por el terremoto ocurrido el 23 de Junio del 2001. Ante la necesidad de realizar las obras de reconstruccin en forma ordenada y segura de la ciudad, el CISMID propuso el proyecto de Zonificacin Geotcnica, para evaluar las caractersticas geotcnicas y ssmicas de esta rea urbana, y proponer un ordenado uso del suelo con fines de planificacin urbana La importancia del estudio radica en que las reas de expansin de la ciudad de Moquegua se extienden mayormente sobre suelos problemticos, que requieren de una evaluacin adecuada para poder cimentar estructuras livianas, como son las edificaciones de inters social. Estas edificaciones por lo general son fuertemente daadas por las caractersticas expansivas del suelo, efecto que si bien es conocido en esta localidad, hasta el momento no se ha planteado una solucin viable para evitarlo. En consecuencia, las futuras edificaciones no solamente estarn expuestas a los peligros generados por un evento ssmico, sino que adems, y en forma ms directa estarn expuestas al comportamiento especial de dichos suelos.1.00Centro Poblado Menor San Antonio

El Centro Poblado Menor de San Antonio est ubicado aproximadamente a 3.00 km al oeste del centro de la ciudad de Moquegua. En este sector el perfil del terreno presenta una configuracin muy errtica pudindose definir dos reas predominantes con caractersticas geotcnicas similares. La primera est conformada por la parte central del CPM San Antonio, la cual se encuentra asentada sobre antiguos lechos de quebradas que han sido rellenados por depsitos de material gravoso. La potencia del estrato de grava superficial en esta zona es mayor a los 4.00 m de profundidad, por debajo del cual se encuentra la arcilla arenosa o arena arcillosa caracterstica de la formacin Moquegua Inferior. La grava posee una matriz arenosa y limosa, de compacidad medio suelta y presenta lentes de arena gruesa de espesores variables. Este material presenta partculas de 5de tamao predominante y baja humedad. A pesar de la potencia del estrato de grava, en esta zona se observan manifestaciones de daos en las edificaciones debido a la expansin del material arcilloso subyacente. La segunda zona que se puede representar con un perfil caracterstico est conformada por las reas cercanas a las laderas de los cerros que se ubican a ambos lados del CPM San Antonio. En esta zona los estratos de arcilla arenosa y arena arcillosa de la formacin Moquegua Inferior se encuentran mucho mas superficiales, llegando a aflorar en las laderas y partes altas de los cerros. El estrato superficial est constituido tambin por un material gravoso similar al encontrado en la primera zona, aunque se encuentra ms estratificado con lentes de arenas gruesas y material fino. La arcilla limosa a arenosa, que generalmente constituye el terreno de fundacin de las edificaciones, se encuentra en estado seco y muy rgida, siendo muy difcil de excavar por lo que los pobladores suelen humedecerla para poder excavar las zanjas para la cimentacin de sus viviendas. Los resultados de los ensayos de expansin muestran que estos suelos tienen un potencial de expansin de hasta 18%, las cuales generan cargas o presiones de expansin de hasta 4.6 kg/cm2 , ocasionando un serio problema a las edificaciones convencionales. 2.00Determinacin de la Capacidad Portante del Terreno para Edificaciones de Inters Social

En el diseo de cimentaciones, para garantizar un comportamiento satisfactorio de

las estructuras, se deben cumplir las dos condiciones siguientes:

a. La cimentacin debe ser segura contra la falla de corte del suelo que la soporta, y

b. Los asentamientos producidos por la carga transmitida por la cimentacin deben ser menores que los permisibles para cada tipo de edificacin.En consecuencia, considerando que se cumplan estas dos condiciones, se ha realizado el clculo de la capacidad de carga admisible para una cimentacin convencional de una vivienda de inters social, consistente en un cimiento corrido de 0.60 m de ancho y profundidades de cimentacin de 1.00 a 1.20 m. Para tal fin, se ha utilizado la teora de capacidad de carga de Terzaghi, con los factores de capacidad de carga propuestos por Vesic (1973).

Para la evaluacin de la capacidad de carga admisible del terreno, en funcin a la caracterizacin geotcnica realizada, se ha dividido preliminarmente el rea de estudio en cuatro zonas, como se describe a continuacin:

Zona III .- Conformada principalmente por el CPM San Antonio, y parte del Asentamiento Humano El Siglo. Esta zona se ha subdividido en dos zonas en funcin a la profundidad en que se encuentra el estrato de suelo arcilloso, que presenta caractersticas expansivas. Los valores de capacidad de carga admisible determinados para estas sub-zonas son las siguientes:

- Zona IIIA: El terreno de fundacin esta conformado por un material granular de compacidad media a suelta, el cual en algunas zonas se encuentra cubierto por estratos de rellenos de poca potencia. Subyaciendo a este material, en algunos casos a profundidades mayores a los 4.00 m, se encuentran estratos de arcillas limosas y arenosas de baja plasticidad, que presentan un moderado potencial de expansin. La capacidad de carga admisible para edificaciones de inters social vara de 1.0 a 1.5 Kg/cm 2 a una profundidad de cimentacin de 1.00 m. En el diseo de cimentaciones en estos tipos de suelos se debe considerar la posibilidad de asentamientos diferenciales por un leve potencial de colapso del material granular cementado, as como pequeos levantamientos por expansin de las arcillas limosas.- Zona IIIB: Esta zona abarca la parte lateral del CPM San Antonio, ubicado al pie y en las laderas de los cerros circundantes de esta zona urbana. El terreno de fundacin est conformado por estratos de arcilla limosa y arena arcillosa, cubiertos en las zonas bajas por un material gravoso de 1.0 m de espesor en promedio. El material arcilloso tiene una consistencia rgida, bajo contenido de humedad y alto potencial de expansin (hasta 18% de expansin con cargas de expansin de 4.6 Kg/cm 2 ). La capacidad de carga admisible del terreno en condiciones saturadas vara de 0.8 a 1.0 Kg/cm 2 para edificaciones de inters social, con profundidades de cimentacin de 1.0 m. En esta zona el problema de expansin de suelos es severo, por lo que se debe considerar su efecto en las cimentaciones para evitar el agrietamiento de las edificaciones. 3.00Caractersticas Dinmicas de los Suelos de Fundacin

El anlisis del comportamiento dinmico de los suelos de fundacin de la ciudad de Moquegua ha sido realizado mediante ensayos de medicin de microtrepidaciones. Estos ensayos han permitido determinar los perodos predominantes de vibracin natural del terreno en todo el rea de estudio, con los cuales se ha elaborado un mapa de curvas isoperiodos para la ciudad de Moquegua (Plano P07). La evaluacin de dicha informacin, conjuntamente con el anlisis de los registros ssmicos obtenidos durante el terremoto de Junio del 2001, ha permitido definir las caractersticas dinmicas del terreno en cada una de las zonas geotcnicas preliminarmente definidas en el acpite anterior, las cuales se describen a continuacin:

Zona III. Conformada principalmente por el CPM San Antonio, y parte del Asentamiento Humano El Siglo. Esta zona se ha subdividido en dos zonas en funcin a la profundidad en que se encuentra el estrato de suelo arcilloso, que presenta caractersticas expansivas. Los valores de periodos predominantes obtenidos en estas sub-zonas son las siguientes:- Zona III A. Conformado por un material granular de compacidad media a suelta, el cual en algunas zonas se encuentra cubierto por estratos de relleno de poca potencia. Subyaciendo al material granular, a profundidades mayores a los 4.0 m en promedio, se encuentra un estrato de arcillas limosas y arenosas, de baja plasticidad. Los periodos predominantes registrados en la zona que abarca el CPM San Antonio varan de 0.5 a 0.8 s en la parte mas llana, disminuyendo hasta 0.2 s en las partes altas. En la zona de AA.HH Mariscal Nieto y la Quebrada del Pedregal los periodos predominantes varan desde 0.16 s en el sector de topografa accidentada hasta 0.40 s en la zona baja de la quebrada. Los parmetros de diseo sismo-resistente recomendados para esta zona corresponden al Suelo Tipo S3 del RNC.- Zona III B. El terreno de fundacin est conformado por estratos de arcilla limosa y arena arcillosa, cubiertos por un material gravoso de 1.0 m de espesor en promedio. El material arcilloso tiene una consistencia rgida, bajo contenido de humedad y moderado a alto potencial de expansin. Los periodos predominantes determinados en esta zona tienen poca variacin, encontrndose en el rango de 0.20 a 0.40 seg. En este sector tambin se han observado grandes amplificaciones ssmicas (Lermo, 2002), por lo que su comportamiento dinmico puede ser caracterizado como el de un Suelo Tipo S2 del RNC.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1.00 CONCLUSIONES

La presente investigacin busca contribuir con respuestas tcnicas a las amenazas de los fenmenos naturales con los cuales convive el poblador, de manera que se pueda mitigar sus efectos. Las conclusiones que se derivan de la evaluacin e interpretacin de los resultados, documentados en los captulos precedentes, se reportan a continuacin:

1.- La geologa local del rea de estudio muestra que la ciudad de Moquegua se encuentra asentada predominantemente sobre dos unidades geolgicas, constituidas por las formaciones Moquegua Superior y Moquegua Inferior. La primera cubre la mayor parte del rea de estudio y est constituida superficialmente por un suelo residual, de un espesor de 5 a 15 m aproximadamente, compuesto por gravas y arenas de compacidad suelta a media y en sectores compactos y cementados. La Formacin Moquegua Inferior est conformada por lutitas, areniscas arcsicas, limolitas y arcillas cementadas de color marrn y marrn claro, altamente compactas. Existen adems depsitos cuaternarios recientes, los cuales se dividen en depsitos residuales y transportados, estos ltimos conformados por suelos coluviales, aluviales y fluviales.

2.- La geodinmica de la zona de estudio muestra evidencias de erosiones generadas por las diversas quebradas secas y de movimientos de masas de suelos en el cerro El Siglo. Los peligros geodinmicos latentes son los deslizamientos, desprendimientos y cadas de rocas en los taludes de corte de las vas que comunican El Cercado con San Antonio, la carretera binacional y las zonas de fuerte pendiente, los cuales pueden ser activados por los movimientos ssmicos que ocurren en esta zona. As mismo, en la mayora de las quebradas y valles secos existen evidencias de ocurrencia de huaycos, especialmente en la quebrada El Pedregal, que pueden reactivarse en pocas de lluvias extraordinarias.

3. La historia ssmica de la regin sur occidental del Per indica que la ciudad de Moquegua se encuentra en una zona de alta actividad ssmica, habindose registrado una serie de eventos de gran intensidad que han afectado considerablemente a esta ciudad. El anlisis de peligro ssmico indica que en la ciudad de Moquegua pueden ocurrir eventos con mayores niveles de sacudimiento que el ltimo evento ocurrido el 23 de Junio del 2001; en consecuencia, es de suma importancia que en las acciones de reconstruccin se considere esta amenaza natural en el diseo de las edificaciones.

4.- El anlisis de peligro ssmico probabilstico muestra que, para un tiempo de exposicin ssmica de 50 aos y un nivel de confianza del 90%, la ciudad de Moquegua est expuesta a la ocurrencia de un evento ssmico que genere aceleraciones mximas de 0.41 g, y para 100 aos de exposicin ssmica las aceleraciones mximas esperadas son de 0.51 g.

5.- El programa de exploracin geotcnica ha consistido en la ejecucin de calicatas, ensayos estndar y especiales de laboratorio, ensayos de carga directa in situ y ensayos geofsicos de refraccin ssmica y medicin de microtrepidaciones. La evaluacin de toda esta informacin ha permitido definir cuatro zonas geotcnicas en la ciudad de Moquegua, de acuerdo a las caractersticas fsico mecnicas y dinmicas de los suelos de fundacin.

La Zona III ha sido subdivididas en dos subzonas con las siguientes caractersticas:

Zona III A, Conformada por el sector llano del rea central del CPM San Antonio, as como por la zona mas elevada del cerro El Siglo y los asentamientos humanos El siglo y Mariscal Nieto, terminando en la Quebrada del Pedregal. El terreno de fundacin est conformado por un material granular de compacidad media a suelta. La capacidad de carga admisible para edificaciones de inters social vara de 1.0 a 1.5 Kg/cm2 a una profundidad de cimentacin de 1.00 m. Los periodos predominantes registrados en la zona que abarca el CPM San Antonio varan de 0.5 a 0.8 s, disminuyendo hasta 0.2 s en las partes altas. En la zona de AA.HH Mariscal Nieto y la Quebrada del Pedregal los periodos predominantes varan desde 0.16 s hasta 0.40 s en la zona baja de la quebrada. Los parmetros de diseo sismo-resistente recomendados para esta zona corresponden al Suelo Tipo S3 del RNC. Para efecto de diseo de cimentaciones en estos tipos de suelos se debe considerar la posibilidad de asentamientos diferenciales por un leve potencial de colapso del material granular cementado, as como pequeos levantamientos por expansin de las arcillas limosas. de baja plasticidad.

Zona III B, Esta zona abarca las dos partes laterales del CPM San Antonio, donde existen afloramientos de la Formacin Moquegua Inferior. El terreno de fundacin est conformado por estratos de arcilla limosa y arena arcillosa, cubiertos por un material gravoso de 1.0 m de espesor en promedio. El material arcilloso tiene una consistencia rgida, bajo contenido de humedad y alto potencial de expansin, por lo que se debe considerar su efecto en las cimentaciones para evitar el agrietamiento de las edificaciones. La capacidad de carga admisible del terreno en condiciones saturadas vara de 0.8 a 1.0 Kg/cm2 para edificaciones de inters social, con profundidades de cimentacin de 1.0 m. Los periodos predominantes determinados en esta zona tienen poca variacin, encontrndose en el rango de 0.20 a 0.40 s. Sin embargo, en este sector tambin se han observado grandes amplificaciones ssmicas (Lermo, 2002), por lo que su comportamiento dinmico debe ser caracterizado como el de un Suelo Tipo S2 del RNC.La zona del proyecto de acuerdo a la zonificacin realizado por el CISMID en la Zona IIIB que abarca las dos partes laterales del CPM San Antonio, cuenta con capacidad portante de 0.8 a 1.0 Kg/cm2 para profundidades de cimentacin de 1.00m cuyos periodos predominantes obtenidos para esta zona varan desde 0.2 hasta 0.4s. Se recomienda considerar parmetros ssmicos correspondientes a un Suelo Tipo S2 del RNC.

2.00 RECOMENDACIONES

1.-

En las zonas donde se presentan los suelos con caractersticas expansivas (Zona III predominantemente), se requiere disear una cimentacin que transmita una carga lo suficientemente elevada para controlar en parte la carga de expansin pero cuidando de no sobrepasar la resistencia cortante del terreno. Adems la estructura deber ser lo suficientemente flexible para soportar ciertas deformaciones sin sufrir daos de consideracin. Se recomienda orientar a la poblacin sobre el comportamiento de este tipo de suelo y las consideraciones que deben tener para la construccin de sus viviendas.

2.-Si bien es cierto que el mayor peligro al que est expuesta la ciudad de Moquegua es la ocurrencia de eventos ssmicos, no se debe descartar la posibilidad de precipitaciones pluviales extraordinarias que tambin pueden generar grandes desastres en las reas de las torrenteras y quebradas secas que han sido pobladas. Se recomienda prohibir y controlar el asentamiento en estas reas.

27