MICROZONIFICACIN GEOTCNICA Y SSMICA DE SUELOS
CATEDRA:
I
1.1 INTRODUCCION
La falta de un conocimiento pleno de la geologa y del
suelo de una Ciudad, se manifiesta de manera muy
adversa en sus distintas conformaciones; es decir por la
falta del estudio del entorno geogrfico, se encuentran con
un medio de crecimiento urbanstico muy desordenado y
no planificado y propenso al colapso y a fallar ante
eventos naturales como movimientos ssmicos,
deslizamiento de laderas, inundaciones o excesos de
lluvias, entre otros; a ello se adiciona la variabilidad y la
mala calidad del suelo portante y la mala utilizacin del
mismo as como el modo de construccin deficiente;
elevando a un grado de riesgo mayor una Ciudad.
1.2 ANTECEDENTES Y SITUACION
ACTUAL DEL PROBLEMA EXISTENTE
CASO:
CIUDAD DE HUANCAVELICA
UNA CIUDAD EXPRESA DESARROLLO, A LA VEZ COMODIDAD PARA UNA VIDA PLENA; NO UN MEDIO GEOGRAFICO DONDE SE APRECIA PRECARIEDAD, CAOS Y DESORDEN URBANO
PLANIFICACION
Qu hace falta?:
CONOCIMIENTO
DEL SUELO, SU
TERRENO Y SU
MEDIO
GEOGRAFICO, EN
LA QUE SE
ENCUENTRA.
Suelo tpico de muchos sectores, Quintanillapampa; con
nivel fretico alto y distintos tipos de estratos.
SUELO:
Se muestra terrenos conformado por
relleno desmontes o cumulo de desechos, que sobre ellas se
proyectan y construyen edificaciones.
Sector Puyhuan Grande; Terreno fangoso con presencia
de suelo orgnico y arcilloso, no adecuados para
proyectar construcciones.
Futuras reas de construccin, donde probablemente se
establecern viviendas familiares.
Construccin en laderas sobre suelos inestables, muy
vulnerables al colapso.
Sector San Jernimo; Suelo orgnico y arcilloso, con
presencia de cursos de agua superficiales, as como taludes
muy inestables
Futuros asentamientos
Sector Chunca Horno; terreno propiamente de origen
coluvial relleno natural reciente, sobre ella se vienen proyectando edificaciones.
Sector Ccoripaccha; Laderas con rocas y suelo suelto,
propensos a deslizarse; as como al pie del mismo rellenos
de desmontes de basura en medio de un curso de agua
natural.
Ciudad propenso a inundaciones por el ro y
lluvias intensas.
Ciudad propenso a avalanchas y deslizamientos,
cuando se presentan climas muy adversos.
Anomalas Constructivas Pblicas y Privadas
Archivo del colegio Rosa de Amrica; donde se observa daos
estructurales interno y externo del local, tpico accionar de
un suelo de mala calidad y con deficiencias en el estudio de
suelos.
Construccin de viviendas donde se muestra inundacin
de suelos y asentamientos de las edificaciones.
Construcciones en medio de inundaciones
falta de drenaje urbano.
En la imagen se observa, deterioro de las estructuras por efecto del suelo entre orgnico y
arcilloso
Asentamiento del suelo, generando grandes grietas en
las construcciones.
Edificacin afectado por inundacin y/o sobre elevacin
del nivel fretico.
Falla generalizado del rea de ingreso del coliseo multiuso Suelo tratado inadecuadamente.
Deterioro de un muro de contencin, poniendo
en riesgo a las viviendas colindantes.
Efecto del suelo, adems se aprecia construccin de
mala calidad.
Construcciones en medio de taludes
Efecto del suelo, hace que se generen grietas en las construcciones en general.
AUN NO APRENDEMOS DE
LAS LECCIONES
1.3 OBJETIVOS DE LA MICROZONIFICACON
1.3.1.- General
Encaminar un proyecto de Microzonificacin Geotcnica y
Ssmica; implica en realizar el estudio del suelo de una
Ciudad y permita un crecimiento urbano planificado, se
aplique en la ingeniera de construccin, ambiental y de
vulnerabilidad, as como permita planificar variados
proyectos que integre el modo de vivencia y la mejora de la
calidad de vida del ciudadano.
1.3.2.- Especfico
* Comprende en hacer el estudio en la parte de
geologa, geomorfologa, hidrogeologa-nivel
fretico, mecnica de suelos y dinmica del terreno
y a partir de ella identificar las reas del terreno
propensos a riesgos, a fallas de suelos, probables
daos por efecto de sismos y los efectos locales del
subsuelo.
* Identificar la vulnerabilidad de las construcciones, as como analizar los riesgos ante
eventos ssmicos, deslizamientos, inundaciones,
drenajes superficiales, etc., para plantear
propuestas de mitigacin.
1.3.2.- Especfico
* Subdividir la ciudad en reas o zonas geotcnicas
relativamente homogneas en trminos de tipo,
clasificacin y propiedades ndices, as como en
resistencia y deformacin del mismo.
* Establecer unidades de anlisis de respuesta del
suelo ante eventos externos.
* Integrar la mejora de la calidad de vida con el
cuidado y manejo responsable de informacin
geotcnica y ssmica de los suelos, permitiendo
capacitar, educar y asesorar cientfica y tcnicamente
en actividades relacionadas con el tema.
1.4 ALCANCES Y LIMITACIONES
Un estudio relacionado a la Microzonificacin debe
comprender todo el rea de una ciudad, es decir debe
abarcar el entorno del permetro urbano, as como las reas
de futura expansin y reas de rgimen diferido.
Lo que implica hacer un detalle semi emprico de los
aspectos geotcnicos que caracterizan el suelo bajo la
ciudad, la cual estar limitada a la informacin
disponible a obtener de la distribucin, cantidad y
calidad de exploracin, y de los resultados de los ensayos
de campo y laboratorio ejecutados.
El principal propsito del mapa de zonificacin
geotcnica es servir de modelo para los anlisis de
respuesta ssmica local, aplicndose como una
herramienta indicativa de las condiciones geo-mecnicas
generales del subsuelo o para las primeras fases de
planeacin de obras.
1.5 METODOLOGIA
La metodologa a seguir, est comprendido en el
siguiente cuadro:
Bsicamente comprende tres aspectos a tomar en
cuenta:
1.- Es la recopilacin y anlisis de la informacin
disponible proveniente bsicamente de estudios
anteriores de la ciudad.
2.- Es la exploracin del subsuelo realizada por el
proyecto en desarrollo, utilizando para ello mtodos
directos e indirectos.
3.- Comprende el proceso detallado empleado para la
obtencin del mapa de zonificacin geotcnica y ssmica.
II. BASE DE DATOS GEOTECNICOS DE
UNA CIUDAD (BDG) 2.1 IMPLEMANTACION Y ALIMENTACION
2.1.1 Compilacin de la Informacin Disponible
Se debe acudir a todas las posibles fuentes de informacin
confiables, tales como entidades pblicas y privadas de la
ciudad que elaboraron estudios de suelos.
Lo mismo que debe clasificarse a cada una segn el tipo,
cantidad, veracidad y accesibilidad.
2.1.2 Alimentacin de la Base de Datos Geotcnicos
Se debe recabar toda la informacin, cada estudio con su
localizacin cartogrfica y coordenadas, as como se debe
prestar mucho cuidado en la informacin proveniente,
bsicamente el que proviene de un lugar, un tipo de suelo o
una caracterstica especfica.
2.2 ANALISIS ESTADISTICO 2.2.1 Clasificacin de Muestras
Es necesario clasificar los suelos recabados para
analizar la calidad y homologar los diferentes
tipos utilizados por la fuente consultada.
Para poder establecer de
forma adecuada los perfiles
tpicos, es conveniente
identificar las diferentes
clases de materiales
existentes en el rea de
estudio, para luego
agruparlos y simplificar el
anlisis.
Como modelo, se agrupan los
suelos en finos, gruesos y
mixtos, con el fin de obtener
perfiles tipos y por zonas.
2.2.2 Mapas de Materiales Tipo
Al organizar, identificamos los depsitos superficiales
agrupando como Finos (F), Arenas (S) y Gravas (G); con
esta clasificacin se deben elaborar coberturas para cada
grupo, en ella se observar su distribucin tanto en rea
como en profundidad.
Toma de datos de los Sondeos superficiales a profundos.
III. INVESTIGACION DEL SUBSUELO
Un adecuado modelamiento numrico de un fenmeno
fsico como la respuesta de suelo ante un sismo, requiere
de un conocimiento adecuado de las propiedades
mecnicas del depsito tanto en rea como en
profundidad.
Para lo cual, luego del programa de exploracin realizado
se debe presentar a detalle los resultados obtenidos de la
exploracin del subsuelo, con la finalidad de conocer la
estratigrafa del terreno, obtencin de muestras
inalteradas, que permita definir los parmetros
geomecnicos requeridos para el modelamiento numrico
de la respuesta ssmica y efectos locales.
Los trabajos de campo, debe comprender la realizacin de
ensayos de perforaciones mecnicas, ensayos de CPTU,
pruebas de DMT, PMT, ensayos SPT y CPT y la ejecucin
de ensayos de refraccin ssmica o de Down Hole.
3.1- Perforaciones
Manuales y Mecnicas:
a).- Exploracin a travs de
calicatas/trincheras.
A partir de la construccin de
calicatas se llegar a obtener
muestras de suelos
representativos para
determinar la clasificacin del
mismo, que alcanzar hasta
profundidades no mayores a
los 3 m.; y a la vez permitir
apreciar en forma directa la
estratigrafa de los suelos en
los puntos asignados.
a).- Exploracin a travs de calicatas.
Sondeos Manuales y Directas.
b).- Exploracin a travs de Sondeos Mecnicos:
Sondeo por rotacin
Sondeo a
Presin:
Sondeo a Rotacin
Helicoidal
Sondeo por Percusin o
Golpe
Sondeo con equipos de
propsito mltiple.
Obtencin y embalaje de
muestras de suelos, para
llevar a laboratorio,
previo registro detallado.
3.2- Ensayos de Campo In Situ:
Los equipos que deben intervenir y desarrollar
mnimamente las pruebas in situ deben ser el Piezocono
Ssmico (CPTU), Dilatmetro (DMT), Presurmetro (PMT),
un Cono Dinmico (CPT) y SPT, ms la aplicacin de un
equipo tipo Down Hole.
Ejm.
Las pruebas CPT y CPTU tienen las siguientes
aplicaciones principales:
a) Determinar la estratigrafa del subsuelo e
identificacin de los materiales presentes.
b) Estimar parmetros geotcnicos.
c) Proveer resultados para diseo directamente.
d) Evaluar el potencial de licuacin de suelos.
Dilatmetro DMT (Marchetti):
Es un interesante ensayo in situ Carga-Deformacin; con
deformacin controlada que cubre suelos granulares como
cohesivos de poco a muy densos y de blandos a duros.
Presenta tres aplicaciones principales:
a) Determinar el perfil estratigrfico del terreno
b) Evaluar los parmetros geotcnicos de las capas
investigadas.
c) Calcular la capacidad portante y asentamiento del
terreno frente a solicitaciones externas.
Diagrama
esquemtico de la
prueba con el
dilatmetro ssmico.
PRUEBA DEL PRESURIMETRO (PMT)
El presurmetro es
un equipo que
permite conocer la
resistencia de los
suelos y la
deformacin en el
sitio.
ENSAYO DOWN HOLE.
Se debe emplear un sismgrafo mnimo de 12 canales, con
sistema de control y sonda triaxial.
Donde las ondas se generan mediante golpes de comba, para
obtener.
a) Velocidades compresionales (Vp) y de corte (Vs) para cada
estrato del subsuelo.
b) Calcular los mdulos dinmicos del subsuelo; es decir el
mdulo de corte G, el mdulo de Elasticidad E, el mdulo
Bulk y la relacin de Poisson.
IV. ENSAYOS DE LABORATORIO
Se debe realizar un plan de ensayos de laboratorio,
orientado a la obtencin de parmetros de
compresibilidad y resistencia esttica y dinmica, se
orienta a los siguientes aspectos:
- Evaluar las caractersticas de expansin y
compresibilidad de los suelos finos, determinar la
variacin del esfuerzo de preconsolidacin en
profundidad, a fin de utilizar este parmetro en los
anlisis no lineales de respuesta ssmica local.
- Se evala el comportamiento esttico y dinmico de las
arcillas, limos, arenas y gravas; a partir de la obtencin
de parmetros geomecnicos se moldea los efectos locales
y fenmenos de licuacin por posibles hundimientos del
terreno o corrimientos laterales.
En este orden de ideas, se recolecta el mayor nmero de
muestras inalteradas para su anlisis en laboratorio.
Se hace mencin a los ensayos a tomar en cuenta:
4.1- ENSAYOS DE COMPRESIBILIDAD
Con el fin de determinar las caractersticas de
compresibilidad y/o expansin de los suelos finos
encontrados en el subsuelo, se deben realizar varios
ensayos edomtricos, tendientes a evaluar el esfuerzo de
preconsolidacin, el ndice de compresin, el ndice de
precompresin, as como la delimitacin del espesor de la
capa preconsolidada.
4.2- ENSAYOS DE CORTE DIRECTO.
Con el fin de obtener los parmetros efectivos (c, ); para ello se consolidad las muestras a presiones similares a las
existentes, y se lleva al ensayo hasta su falla en condicin
drenada y con una velocidad controlada.
4.3- ENSAYOS CONSOLIDADOS NO DRENADOS CU.
Este tipo de pruebas corresponde a ensayos triaxiales
estticos con medicin de presin de poros. Primero las
muestras se consolidad a presiones similares a las
existentes en el terreno y una vez consolidadas se fallan
en condicin no drenada y con carga controlada.
4.4- ENSAYOS TRIAXIALES DINAMICOS. Suelos Arcillosos y Limosos:
Se caracteriza por su alta rigidez y resistencia, que lleva a la
necesidad de aplicar esfuerzos desviadores importantes, con el
fin de obtener las respectivas curvas esfuerzodeformacin. Se debe a que los elevados esfuerzos de preconsolidacin que
posee un suelo, hacen que para niveles de esfuerzo inferiores
al esfuerzo de preconsolidacin el material se comporte
elsticamente y no disipe energa.
Suelos Arenosos:
Se caracteriza por la
generacin de presiones
de poros importantes
durante la aplicacin de
cargas peridicas. Se
aprecia el incremento del
esfuerzo desviador con el
fin de acelerar la falla.
Suelos Gravosos:
Se realiza el ensayo triaxial para este tipo de suelos en la
condicin de que la muestra debe ser sometido a
presiones de consolidacin similares a las existentes en el
campo.
V. PERFILES Y SECCIONES GEOTECNICAS
5.1- PERFILES GEOTECNICOS
De acuerdo a la informacin acumulada, es posible realizar
perfiles geotcnicos que pueden oscilar entre unos metros a
profundidades mayores, estos perfiles de los sitios
explorados renen la informacin recopilada en campo,
como las descripciones geotcnicas y litolgicas de los
materiales, homologadas y ajustadas con los ensayos de
clasificacin, adems de los registros Vs de Down Hole y los
resultados de laboratorio realizados.
Para lo cual se debe tomar los siguientes aspectos:
- Columnas Estratigrficas.
- Materiales Tpicos.
- Caracterizacin Geomecnicas.
a.- Columnas Estratigrficas.
Se debe homologar para cada estrato utilizando las
siguientes descripciones:
Tipos de suelo: Bloques, bolones, gravas, arenas, limos, arcillas y posibles combinaciones.
Color: color predominante, vetas, trazas y ndulos.
Consistencia y Compacidad: para arcillas y limos como muy blando a rgido y de muy
sueltos a muy compactos.
Humedad: Seco, medio hmedo, hmedo, muy hmedo y empapado.
Estructural: Figurado o agrietado. Origen: Aluvial, Coluvial, Rellenos, otros. Otras caractersticas: Observaciones particulares y del
material.
b.- Materiales Tpicos.
Se agrupan los suelos de comportamiento geomecnico
similar en materiales tpicos, con base en sus
propiedades ndice, de compresibilidad y resistencia. Esto
se realiza con el fin de poder caracterizar de una manera
ms general y de alguna forma simplificar los perfiles
para el posterior anlisis de respuesta ssmica.
c.- Caracterizacin Geomecnica.
Las propiedades ndice y parmetros geomecnicos de
cada unos de los materiales tpicos encontrados, son
determinados a partir del anlisis estadstico de los
resultados de los ensayos, representndose por
histogramas con sus estadsticas por cada parmetro
estudiado.
Para Materiales arcillosos, Limosos, Arenosos, Gravosos y
Orgnicos.
5.2- SECCIONES GEOTECNICOS
Las secciones geotcnicas se plantean en el sentido de la
depositacin de los materiales provenientes de las
cuencas de la cordillera, para visualizar las zonas como;
piedemonte, el pice, la parte media y distal de los
abanicos.
Secciones Geomorfolgicos Tipo
Estas secciones geotcnicas recogen informacin geolgica,
geofsica y geotcnica, tanto a nivel superficial y profunda.
En general el perfil de sedimentacin se caracteriza por que
los materiales ms gruesos se encontrarn hacia los pices
de los abanicos, mientras que hacia la parte distal de los
mismos se hallarn los materiales ms finos.
VI. ZONIFICACION GEOTECNICA
El Mapa de Zonificacin Geotcnica y Ssmica, debe buscar
integrar informacin proveniente de diferentes fuentes;
como son los mapas geolgicos y geomorfolgicos, la
exploracin geofsica, las pruebas de microtrepidaciones, los
reconocimientos de campo, la caracterizacin de los
materiales hallados en la exploracin del subsuelo, la
informacin proveniente de estudios de suelos realizados
previamente, las sugerencias de terceros, entre otros.
En s la Zonificacin pretende realizar la concepcin de
un modelo geolgico geofsico - geotcnico de los materiales (rocas y suelos), presentes en el rea de
estudio.
Este modelo es de gran utilidad en los anlisis de efectos
locales y respuesta ssmica ya que incorporar
implcitamente aspectos como; secuencia estratigrfica,
materiales, tipo, periodos de vibracin, anomalas
residuales, profundidad del basamento ssmico,
propiedades dinmicas de los suelos entre otros como
suelos expansivos, licuables capacidad portante, etc.
SISTESIS E
INTEGRACION DE
INFORMACION
Proceso metodolgico
detallado para la
Zonificacin Geotcnica
de una Ciudad con
propsitos de
Respuesta Ssmica.
La que permite
consolidar el proyecto.
Ejemplo de una Urbanizacin organizada y planificada.
EJEMPLO DE MICROZONIFICACIN DE LA CIUDAD DE
LIMA - PER.
MAPA DE
DISTRIBUCION
ESPACIAL DE
LA CIUDAD DE
LIMA EN
ESTUDIO
Ubicacin de
exploraciones
geotcnicas.
MAPA DE MICROZONIFICACIN GEOTCNICA
MAPA DE
MICROZONIFICACIN
SSMICA DE LA CIUDAD
DE LIMA Distribucin de Suelos.
MAPA DE
INUNDACION
POR EFECTO DE
TSUNAMI
Plano
ubicacin de
puntos de
microtremores
en la Ciudad
de Lima.
Mapa de zonas
de isoperiodos
en la
Ciudad de
Lima.
(CISMID,2004)
MODELOS DE LA ESTRUCTURA SUPERFICIAL DEL SUELOS
EVALUACION ESTRUCTURAL - URBANA
Modelamiento 3D
VII. CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES La investigacin del subsuelo debe orientarse a obtener
propiedades estticas y dinmicas del subsuelo, a partir de
ensayos de laboratorio sobre muestras alteradas e
inalteradas de suelo y pruebas in situ.
Los ensayos debe enfocarse a la determinacin de
parmetros geomecnicos para los modelos de anlisis,
dichos parmetros se obtiene principalmente de ensayos de
consolidacin, triaxiales estticos y triaxiales cclicos.
La totalidad de los ensayos de laboratorio y de campo
correspondientes a las investigaciones geotcnicas
ejecutadas en una ciudad, deben ser incorporados a la Base
de Datos Geotcnicos con el fin de facilitar el manejo y
anlisis estadsticos de los mismos.
El Mapa de Zonificacin para Respuesta Ssmica, es el
resultado de los anlisis e integracin de informacin de
tres grandes disciplinas: geologa, geofsica y geotecnia;
lo que permitir proponer un modelo de la conformacin
de los depsitos presentes de una localidad.
Se recomienda continuar con la incorporacin a la base
de satos los futuros estudios que se emprendan en la
ciudad, siguiendo la estructura planteada en el presente,
considerando la confiablidad de los datos. Con ello se
lograr avanzar en el conocimiento de las caractersticas
geotcnicas locales de la ciudad.
Ok
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