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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL
ZONIFICACIN GEOTCNICA
SSMICA DE LA CIUDAD
DE MOQUEGUA
LEONARDO SALAS CACHAY
Facultad de Ingeniera CivilAv. Tpac Amaru N 1150 - Lima 25. Apartado Postal 31-250, Lima 31
Telfonos (51-1) 482-0777, 482-0804 Fax 481-0170
e-mail:[email protected] http://www.cismid-uni.org
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ZONIFICACIN GEOTCNICA
SSMICA DE LA CIUDAD
DE MOQUEGUA
Primera edicin digital
Julio, 2011
Lima - Per
Leonardo Salas Cachay
PROYECTO LIBRO DIGITAL
PLD 0120
Editor: Vctor Lpez Guzmn
http://www.guzlop-editoras.com/[email protected]
[email protected]/guzloptwitter.com/guzlopster428 4071 - 999 921 348Lima - Per
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PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)
El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigacin(papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital
y difundidos por internet en forma gratuita a travs de nuestra pgina web. Los recursoseconmicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos deedicin y publicacin a terceros, por lo tanto, son limitados.
Un libro digital, tambin conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrnico, es unaversin electrnica de la digitalizacin y diagramacin de un libro que originariamente es editado paraser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza allibro impreso.
Entre las ventajas del libro digital se tienen: su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad), su difusin globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geogrca), su incorporacin a la carrera tecnolgica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable dela competicin por la inuencia cultural), su aprovechamiento a los cambios de hbitos de los estudiantes asociados al internet y a las redessociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento), su realizacin permitir disminuir o anular la percepcin de nuestras lites polticas frente a la supuesta
incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investiga-cin de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no est circunscrita solo a las letras.
Algunos objetivos que esperamos alcanzar: Que el estudiante, como usuario nal, tenga el curso que est llevando desarrollado como un libro (contodas las caractersticas de un libro impreso) en formato digital. Que las profesoras y profesores actualicen la informacin dada a los estudiantes, mejorando suscontenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta. Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevastecnologas. El libro digital bien elaborado, permitir dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnosde las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del pas donde la calidad de laeducacin actualmente es muy deciente tanto por la infraestructura fsica como por el personal docente. El pe rsona l doc e nte j uga r un ro l de tu tor , fa c i l i ta dor y c onduc tor de proy e c tos
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de investigacin de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electr-nicas recomendadas. Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales ymejorar la sustentacin de sus presupuestos anuales en el Congreso.
En el aspecto legal: Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edicin digital, sin perder su autora, permitiendo
que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita. Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versin digital.
Lima - Per, enero del 2011
El conocimiento es til solo si se difunde y aplica
Vctor Lpez Guzmn Editor
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LEONARDO SALAS CACHAY
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Zonificacin Geotcnica Ssmicade la Ciudad de Moquegua
Bach. Leonardo Salas Cachay
1.0 Antecedentes
La ciudad de Moquegua se sita en el Cinturn de Fuego del Pacfico, una zona dealta actividad ssmica. El 23 de junio del 2001 a horas 15:33, ocurri un movimientossmico de Magnitud M S = 8.2 en la escala Richter, el cual alcanz una Intensidad deVIII grados en la escala Mercalli Modificada en la ciudad de Moquegua.
El movimiento ssmico afect las zonas ms vulnerables y dej miles de viviendasdestruidas denotando las zonas de alto riesgo en toda esta regin.
En general, las viviendas mas afectadas fueron las de Adobe que en su mayora han
colapsado, en menor escala fueron afectadas las edificaciones de albailera, algunasse agrietaron y otras sufrieron fallas en la tabiquera en viviendas de uno o ms pisos,lo mismo ocurri en edificios de estructuras aporticadas. Luego de este desastre sevi la necesidad de reubicar las reas que fueron devastadas por este evento y quepresentan un alto peligro ante fenmenos similares. Con la finalidad de seleccionar lasreas ms ptimas para la reubicacin y la expansin urbana, en el presente estudiose realiza la zonificacin geotcnica ssmica de la ciudad de Moquegua, esperandoque ste sea un aporte para el desarrollo sostenible de dicha ciudad.
2.0 Objetivo de la Investigacin
El objetivo de esta investigacin es realizar un estudio geotcnico ssmico de laciudad de Moquegua poniendo nfasis en las reas de expansin urbana que es lazona destinada a la reubicacin de los damnificados por el sismo del 23 de junio de2001. Debido a que se tiene conocimiento que las reas de expansin estnconformadas por suelos con caractersticas especiales, habindose reportado daosen las edificaciones convencionales debido principalmente a la expansin y/o colapsodel suelo de cimentacin, en el estudio de suelos se ha realizado trabajos de campo ylaboratorio para analizar este comportamiento del terreno, con lo cual ha sido posiblecaracterizarlos adecuadamente y proponer alternativas constructivas en este tipo demateriales.
El plan de trabajo realizado nos permiti una exploracin geotcnica extensiva en lasdistintas zonas de expansin y en el centro histrico de la ciudad de Moquegua, con locual se defini zonas con caractersticas geotcnicas similares, dndoserecomendaciones para el diseo de estructuras convencionales de inters social eindicando el uso del suelo para el plan de desarrollo urbano.
En la primera etapa de este estudio, cuyos resultados se reportan en el presenteinforme, se ha realizado el estudio geolgico superficial de todas las zonasinvolucradas. As mismo, se ha realizado una campaa de exploracin geotcnicamediante la excavacin de calicatas de 4 m de profundidad y ensayos de colapso insitu. En la segunda etapa se ha realizado una campaa de densificacin de sondajespara poder definir con mayor criterio las diferentes zonas geotcnicas identificadas.
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Paralelamente se llev a cabo la campaa de ensayos geofsicos de medicin demicrotrepidaciones y de refraccin ssmica, los cuales permitirn conocer la potenciade los diferentes estratos superficiales encontrados y sus caractersticas dinmicas.
3.0 Ubicacin del rea en Estudio
El departamento de Moquegua se localiza al Sur Oeste del pas. Se extiende entre el
litoral peruano y la cadena occidental de los Andes del Sur, abarcando dos regiones: lacosta y la sierra. Su relieve es bastante accidentado debido a su contextura volcnica,encontrndose entre los volcanes Omate y Ubinas.
Su capital es la ciudad de Moquegua (Figuras 1), que est situada entre lascoordenadas:
Longitud Oeste 71 55 ' 54"
Latitud Sur 17 11' 27"
Las zonas en estudio, que comprenden El Cercado, el CPM San Francisco, el CPMSan Antonio, el CPM Los ngeles y la zona de expansin urbana de Chen Chen, se
encuentran situadas a una altitud promedio de 1,400 msnm, precisamente en loslmites de ceja de sierra.
Fig. 1Ubicacin de la Ciudad de Moquegua
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4.0 Geologa Regional
Geolgicamente la zona de estudio est ubicada en la Regin Sur Occidental de losAndes y la Llanura costanera, a una altura promedio de 2,200 m.s.n.m. (Provincia deMariscal Nieto). Especficamente esta zona se encuentra entre el flanco andino y lallanura costanera, de los cuales el primero est conformado por rocas volcnicas delcretceo superior y del terciario inferior, siendo denominado como grupo Toquepala; yla segunda est constituida por rocas sedimentarias del terciario superior, denominadacomo Formacin Moquegua.
El grupo Toquepala est compuesto por riolitas, andesitas, dacitas y flujospiroclsticos (Formacin Toquepala), mientras que la Formacin Moquegua estconstituida por lutitas, areniscas arcsicas y limolitas (Moquegua Inferior);conglomerados y areniscas arcsicas y tufceas (Moquegua Superior). La zonamedia de la ciudad de Moquegua est sentada sobre la formacin Moquegua Inferiory la zona alta sobre la formacin Moquegua Superior, la parte baja est ubicada
sobre depsitos cuaternarios recientes.Estructuralmente la Formacin Moquegua tiene una suave ondulacin que en conjuntose presenta como un extenso plano inclinado en la direccin Sur - Oeste, con unngulo de 0 a 12 y con rumbo NO-SE. Muy prximo a la zona de estudio existe unsistema de fallamiento regional denominado Inkapuquio con rumbo NO-SE quetranscurre paralelo al flanco andino; a su vez, por ser una geoforma escarpada condireccin coincidente al fallamiento, las laderas del Sur Oeste de los cerros Los
Angeles, Estuquia y Huarancane posiblemente sean la prolongacin de dicha falla.La Figura 2 muestra el mapa de geologa superficial de la zona de estudio.
Kti FORMACIN TOQUEPALATs-moi FORMACIN MOQUEGUA INFERIORTs-mos FORMACIN MOQUEGUA SUPERIORQ-co/al CUATERNARIO COLUVIAL/ALUVIAL RECIENTEQ-al/fl CUATERNARIO ALUVIAL/FLUVIAL RECIENTEQ-re/al CUATERNARIO RESIDUAL/ALUVIAL
Fig. 2: Mapa de Geologa Superficial de la Ciudad de Moquegua
Ts-mos
Q-co/al
Q-al/fl
Q-re/al
Kti
Ts-moiTs-mos
Q-re/al
Q-al/fl
Ts-mos
Q-al/fl
Q-al/fl
Ts-moi
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5.0 Geomorfologa
En el rea de estudio se presentan cinco unidades geomorfolgicas, las cuales sedenominan: Llanuras Costeras, Valles, Colinas Costeras, Quebradas y Terrazas, cuya
delimitacin se indica en la Figura 3
Fig. 3: Mapa Geomorfolgico de la Ciudad de Moquegua
6.0 Exploracin Geotcnica
Para determinar las caractersticas geotcnicas del terreno de fundacin de lasdiferentes zonas de la ciudad se realiz un programa de exploracin de campoconsistente en la excavacin de calicatas, ejecucin de ensayos de colapso in-situ y laejecucin de ensayos geofsicos de refraccin ssmica y medicin demicrotrepidaciones.
6.1 Excavacin de Calicatas
La exploracin directa del subsuelo se realiz mediante la excavacin decalicatas de hasta 4 m de profundidad, mediante la cual se logr caracterizar elterreno de fundacin de las diferentes zonas de la ciudad. Durante esta etapade exploracin se ha realizado tambin ensayos de carga directa in situ consaturacin para determinar el grado de colapsabilidad y/o expansividad de lossuelos. Esta exploracin se realiz en todo el rea urbana y las zonas deexpansin, como se muestra en la Figura 4.
LOS ANGELES
CHEN-CHEN
CERCADO
SAN FRANCISCO SAN ANTONIO
- VALLES
- COLINAS COSTERAS
- LANURASCOSTERAS
- QUEBRADAS
- TERRAZA
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Fig. 4 Ubicacin de Calicatas
6.2 Ensayo de Refraccin Ssmica
Estos ensayos fueron realizados en la Zona de Chen Chen, donde se efectuarontres perfiles de refraccin ssmica de 240.0 m de longitud. El primero de ellos en
la parte superior del canal Pasto Grande, donde se determinaron tres horizontes,el primero con una velocidad de que flucta entre los 270.0 m/seg. con unespesor de 2.00 m, el estrato subyacente con velocidades promedio de 525.0m/s y un espesor de 9.0 m en promedio, y el tercer estrato con velocidades que
varan alrededor de los 965.0 m/s, como se puede apreciar en la Figura 5
6.3 Ensayos de Medicin de Microtrepidaciones
En la ciudad de Moquegua se han realizado un total de 150 puntos de medicinde microtrepidaciones, los cuales han sido convenientemente distribuidos en
todo el rea en estudio. La ubicacin de estos puntos de medicin demicrotrepidaciones se indica en la Figura 6.
El anlisis de la informacin ha permitido obtener periodos naturales de acuerdo
a las caractersticas geotcnicas de las zonas identificadas. Para las zonas deChen Chen y Los Angeles se registraron periodos de vibracin superiores a 1.0
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s; para la zona que abarca el cercado de Moquegua periodos predominantesque varan de 0.6 a 0.8 s y para la zona del CPM San Antonio periodospredominantes alrededor de 1.0 s. Estos valores son consistentes con losresultados obtenidos por investigadores japoneses y mexicanos, quienes
realizaron mediciones de microtrepidaciones y observacin de microsismos enalgunos puntos de esta ciudad. Similar comportamiento se observa en elespectro de respuestas del registro ssmico obtenido durante el evento principaldel sismo del 23 de Junio del 2001, donde se presentan amplificaciones
importantes hasta periodos de 0.8 a 1 s. En consecuencia, en las diferenteszonas geotcnicas de la ciudad de Moquegua se presentan amplificacionesssmicas importantes para periodos de vibracin relativamente largos, las cualespueden afectar en mayor medida a edificaciones con periodos de vibracin enlos rangos mencionados.
Fig. 5 Perfil ssmico en la Zona de Chen Chen
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CURVASDENIVEL
CANALPASTOGRANDE
98000
E
PUNTOSDEMICROTREMOR
LINEASDEREFRACCIONSISMICA
EJE DE REFRACCION#02
EJE DE REFRACCION#03
EJE DE REFRACCION#01
Fig. 6: Localizacin de los ensayos de medicin de Microtrepidaciones
7.0 Zonificacin Geotcnica de la Ciudad de Moquegua
La ciudad de Moquegua se ha zonificado en cuatro zonas geotcnicas querepresentan adecuadamente el comportamiento de los suelos de fundacin ante las
solicitaciones externas. Cada una de estas zonas agrupa reas con caractersticasgeotcnicas similares, variando desde la Zona I, constituido por un terreno competente
y con menores niveles de peligros ante fenmenos naturales, hasta la Zona IVconformado por terrenos menos adecuados para la cimentacin de edificacionesconvencionales y con mayores niveles de peligros.
La delimitacin de estas zonas est basada en toda la informacin procesada en esteestudio, para lo cual no solo se han elaborado los perfiles estratigrficos del terreno defundacin de las diferentes reas, sino que adems, con la ayuda de herramientas deinformacin geogrficas se han elaborados mapas de tipos de suelos a diferentes
niveles de profundidad. Las Figuras 7 y 8 presentan dos de estos mapas de tipos desuelos observados a nivel superficial y a 1.0 m de profundidad respectivamente.
La Figura 9 presenta la zonificacin geotcnica propuesta, cuyas caractersticas y
extensin se describen a continuacin:
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Fig. 7Tipos de Suelos Observados a Nivel Superficial en La Ciudad de Moquegua
Fig. 8Tipos de Suelos a Nivel -1.0m en La Ciudad de Moquegua
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ZONA I
Esta zona est conformada por la parte consolidada de la ciudad. Superficialmentepresenta material de relleno constituido por arenas y gravas limosas medianamente
compacta que en algunas zonas llegan hasta los 2.00 m de profundidad. El terrenonatural esta conformado por gravas con matriz arenosa y limosa, de compacidadmedia suelta a densa. La capacidad portante del terreno para cimentaciones tpicasvara de 1.2 Kg/cm2 a 2.00 Kg/cm2para profundidades de cimentacin de 1.00 a 1.20
m.
ZONA II
Zona de deposicin en forma de plano inclinado con pendientes de 3 a 7,
conformada por estratos de grava con matriz limosa y arenosa, de compacidad sueltaa media. En ciertas zonas se encuentran intercalaciones de tufos volcnicos. Lacapacidad portante para la cimentacin superficiales a la profundidad de cimentacinde 1.00 m, sobre el terreno natural varia de 1.2 Kg/cm2 a 1.7 Kg/cm2. Es
recomendable no cimentar en el material de relleno generado durante la nivelacin delterreno a menos que ste haya sido convenientemente conformado.
ZONA III A
El terreno de fundacin esta conformado por un material granular de compacidad
media suelta, el cual en algunas zonas se encuentra cubierto por estratos de rellenosde 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 bajaplasticidad, que presentan un moderado potencial de expansin. La capacidad decarga admisible para estructuras de inters social varia de 1.0 Kg/cm2a 1.5 Kg/cm2auna 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 porun ligero comportamiento colapsable del material granular cementado, as comopequeos levantamientos por expansin de las arcillas limosas.
ZONA III B
El terreno de fundacin esta conformada por estratos de arcillas limosa y arenaarcillosa, cubiertos por un material gravoso de 1.0 m de espesor en promedio. Elmaterial arcilloso tiene una consistencia rgida, baja humedad y alto potencial de
expansin (hasta 18% de expansin libre y cargas de expansin de 4.35 Kg/cm2). Lacapacidad admisible para estructuras de inters social varia de 0.8 Kg/cm2 a 1.0Kg/cm2 en condiciones saturadas. En esta zona el problema de expansin de sueloses severo, por lo que se debe considerar su efecto en las cimentaciones para evitar el
agrietamiento de las edificaciones.
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ZONA IV
Esta zona est conformada por relleno superficial de material gravoso con matrizlimosa, cuyo espesor vara de 0.20 m a 2.00 m, segn su ubicacin topogrfica. El
material subyacente esta constituido predominantemente por gravas limpias, limosas yarcillosas, y en algunas zonas por arcillas limosas con propiedades expansivas. Latopografa es bastante accidentada presentando pendientes mayores a los 70, lo cuales un elemento desfavorable para su uso como rea urbana. Esta zona es propensa a
sufrir grandes amplificaciones ssmicas por efectos topogrficos y posibles problemasde inestabilidad de taludes
Fig. 9Mapa de Zonificacin Geotcnica de La Ciudad de Moquegua
8.0 Conclusiones y Recomendaciones
- La historia ssmica de la regin sur occidental del Per indica que la ciudad deMoquegua se encuentra en una zona de alta actividad ssmica, habindoseregistrado una serie de eventos de gran intensidad que han afectadoconsiderablemente a esta ciudad. El anlisis de peligro ssmico indica que en la
ciudad de Moquegua pueden ocurrir eventos con mayores niveles de sacudimientoque el ltimo evento ocurrido el 23 de Junio del 2001; en consecuencia, es desuma importancia que en las acciones de reconstruccin se considere estaamenaza natural en el diseo de las edificaciones
- Regionalmente la ciudad de Moquegua est ubicada entre la regin Sur Occidentalde los Andes y la llanura costanera, sobre rocas volcnicas de la FormacinToquepala y rocas sedimentarias de la Formacin Moquegua. La geologa local en
ZONA IIIBZONA IIIA
ZO A IZONA II
ZONA IV
ZONA IV
ZONA I
ZONA III-A ZONA III-B
ZONA II
ZONA IIIA
ZONA I
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el rea en estudio muestra el predominio de las rocas sedimentarias de laFormacin Moquegua Superior conformado por depsitos gruesos, y de laFormacin Moquegua Inferior constituido por depsitos finos; as mismo seencuentran depsitos aluviales, fluviales y coluviales, y en menor extensin
afloramientos volcnicos de la Formacin Toquepala.
- Los trabajos de exploracin geotcnica realizados han permitido caracterizar elterreno de fundacin de todo el rea urbana y se ha podido delimitar cuatro zonas
geotcnicas, de las cuales la Zona I presenta las mejores caractersticas, estandoconformado por la parte del valle y la zona consolidada de la ciudad, la Zona II estconformada por la zona de Chen Chen, donde se ha proyectado la expansinurbana, la Zona III A y B estn conformado por suelos de comportamientosespeciales y reas de topografa agreste que presentan niveles de peligro
moderados, y finalmente la Zona IV que es la zona ms desfavorable para eldesarrollo urbano,
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REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
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Regin Sur Occidental del Per. Boletin N22, INGEMMET, Lima-Per.- CISMID, Lab Geo. (1995).Estudio de Cimentacin del Reservorio de 1000 m3 en
Moquegua - AA.HH Mariscal Nieto.
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Centro Peruano Japons de Investigaciones Ssmicas y Mitigacin de Desastres
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