INFORME SOBRE COMPORTAMIENTO DINÁMICO DE LOS SUELOS POR EFECTOS SISMICOS.

INFORME SOBRE COMPORTAMIENTO DINÁMICO DE LOS SUELOS POR EFECTOS SISMICOS.

INTRODUCCION

La historia sísmica de la región central del Perú pone en evidencia que, desde el pasado, Lima Metropolitana y la Provincia Constitucional del Callao han sido y vienen siendo afectadas por la ocurrencia continua, a través del tiempo, de sismos de gran magnitud e intensidad. Estos sismos han producido, en dichas ciudades y en reiteradas ocasiones, daños materiales y pérdidas de vidas humanas. La recopilación detallada de los sismos ocurridos en esta región, desde el año 1500, puede ser consultada en detalle en Silgado (1978) y Dorbath et al (1990). La principal fuente que genera estos sismos se encuentra en la superficie de fricción existente entre las placas de Nazca y Sudamericana debido al proceso de convergencia que se desarrolla entre ambas. En esta fuente, los sismos históricos habrían alcanzado magnitudes de hasta 9.0Mw como el ocurrido en Octubre de 1746, sismos recientes presentaron magnitudes de hasta 8.0Mw, tal es el caso de los ocurridos en Mayo de 1940, Octubre de 1966 y Octubre de 1974. De acuerdo al desarrollo urbanístico de Lima Metropolitana, a través de los años, los posibles efectos desastrosos de estos sismos serían más fuertes debido principalmente a condiciones como antigüedad de las construcciones, mala calidad del material utilizado y, principalmente, al poco conocimiento de la calidad del suelo sobre el cual se ha levantado la ciudad y en otras áreas consideradas como proyectos de expansión urbana. Ejemplos recientes, son los procesos de licuación de suelos que se produjeron en Tambo de Mora (Ica) con la ocurrencia del sismo de Agosto del 2007.

En este informe se presentan los resultados obtenidos del estudio detallado de Microzonificación Sísmica-Geotécnica (comportamiento dinámico del suelo) realizado en siete (7) Distritos de Lima Metropolitana (Pucusana, Santa María, San Bartolo, Punta Negra, Punta Hermosa, Santa Rosa y El Agustino) haciendo uso de registros de vibración ambiental y geotécnica (Figura 1) y aplicando metodologías internacionalmente aceptadas para el procesamiento e interpretación de la información recolectada en campo.

5.- CONDICIONES MECANICAS-DINAMICAS DE SUELOS: NORMA E-030

En la actualidad, la construcción de obras civiles de cualquier envergadura se basa en la Norma E-030 (2003), la cual clasifica a los suelos en función de sus propiedades mecánicas, espesor del estrato, período fundamental de vibración y la velocidad de propagación de las ondas de corte. Según la norma antes indicada, los suelos son de cuatro tipos:

.- Suelos muy rígidos (Tipo S1).

A este tipo corresponden los suelos muy rígidos en los cuales la velocidad de propagación de la onda de corte es similar al de una roca, además el período fundamental de vibración del suelo es de baja amplitud sin exceder los 0,25 s. Se incluyen los casos en los cuales se cimienta sobre:

- Roca sana o parcialmente alterada, con una resistencia a la compresión no confinada mayor o igual que 500 kPa (5 kg/cm2).

- Grava arenosa densa.

- Estrato de no más de 20 m de material cohesivo muy rígido, con una resistencia al corte, en condiciones no drenadas, superior a 100 kPa (1 kg/cm2), sobre roca u otro material con velocidad de onda de corte similar al de una roca.

- Estrato de no más de 20 m de arena muy densa con N > 30, sobre roca u otro material con velocidad de onda de corte similar al de una roca.

.- Suelos intermedios (Tipo S2).

Suelos con características intermedias entre las indicadas para los suelos S1 y

S3 Suelos flexibles o con estratos de gran espesor (Tipo S3). Corresponden a este tipo los suelos flexibles o estratos de gran espesor en los cuales el período fundamental para vibraciones de baja amplitud es mayor a 0,6 s. Condiciones excepcionales (Tipo S4)

A este tipo corresponden los suelos excepcionalmente flexibles y los sitios donde las condiciones geológicas y/o topográficas son particularmente desfavorables.

En general, para cualquier estudio deberá considerarse el tipo de suelo que mejor describa las condiciones locales de cada zona de interés y utilizar los correspondientes valores de periodos Tp y del factor de amplificación del suelo S definido en la Norma E-030 (2003), ver Tabla 1

ZONA I: Esta zona está conformada por los afloramientos rocosos, los estratos de grava coluvial-aluvial de los pies de las laderas que se encuentran a nivel superficial o cubiertos por un estrato de material fino de poco espesor. Este suelo tiene un comportamiento rígido, con periodos de vibración natural determinados por las mediciones de microtrepidaciones (registros de vibración ambiental) que varían entre 0.1 y 0.3 s. Para la evaluación del peligro sísmico a nivel de superficie del terreno se considera que el factor de amplificación sísmica por efecto local del suelo es de S=1.0 y un periodo natural de Ts=0.4 s, correspondiendo a un suelo Tipo-1 de la norma sismorresistente peruana.

ZONA II: En esta se incluyen las áreas de terreno conformado por un estrato superficial de suelos granulares finos y suelos arcillosos, cuyas potencias varían entre 3.0 y 10.0 m. Subyaciendo a estos estratos se encuentra la grava aluvial o grava coluvial. Los periodos predominantes del terreno determinados por las mediciones de microtrepidaciones, en esta zona varían entre 0.3 y 0.5 s. Para la evaluación del peligro sísmico, a nivel de superficie del terreno, se considera que el factor de amplificación sísmica por efecto local del suelo, es S=1.2 y el periodo natural del suelo es Ts=0.6 s, correspondiendo a un suelo Tipo-2 de la norma sismorresistente peruana.

ZONA III: Esta zona está conformada, en su mayor parte, por los depósitos de suelos finos y arenas de gran espesor, que se encuentra en estado suelto. Los periodos predominantes encontrados en estos suelos varían entre 0.5 y 0.7 s, por lo que su comportamiento dinámico ha sido tipificado como un suelo Tipo-3 de la norma sismorresistente peruana, con un factor de amplificación sísmica S=1.4 y un periodo natural de Ts=0.9 s.

COMPORTAMIENTO DEL SUELO EN LAS ZONAS CRÍTICAS DE LOS GRANDES SISMOS PERUANOS

Se hace un análisis del comportamiento del suelo y sus efectos producidos por grandes sismos ocurridos en el Perú en las últimos décadas, análisis que muestra que estas catástrofes, asociadas al comportamiento desfavorable de los suelos, han causado daños considerables en pérdidas de vida estimándose que en los últimos sismos de 1966, 1970, 1974 y 2007 han fallecido mas de 50,000 personas y se han producido perdidas económicas de muchos miles de millones de dólares.

El conferencista establece que existen diferentes tipos de suelos, desde suelos resistentes o duros, como el caso del suelo subyacente al cono de deyección del Río Rímac, en Lima, o suelos blandos o sueltos, como ocurre en los alrededores de la metrópoli y en otras ciudades importantes del país, dándose el caso que en algunas zonas tienden a registrarse efectos de modificación de onda y en otros densificación o licuefacción de suelos, los cuales han dañado estructuras importantes como otras de menor importancia .Comprendiendo la importancia que tiene el tipo de suelo y su probable comportamiento en los proyectos de ingeniería, desde hace varios años se ha venido investigando y publicando resultados de numerosos avances en el campo de la Geotecnia de Terremotos , lo que ha permitido una aceptable interpretación del comportamiento dinámico de los suelos del Perú

En la investigación del proceso de deformación elástica de los suelos, las partículas sólidas que constituyen el “Conglomerado de Lima”, pueden ser consideradas como elementos absolutamente rígidos depositados en estratos potentes que llegan hasta la profundidad de 450 m en algunos casos, por lo tanto, pueden considerarse como suelo clasificado sísmicamente como “duro”(Figura 1 y 2).Por medio de ensayos de carga vertical y lateral (Figura 3) así como de rotura progresiva (Figura 4), fue evaluada la condición pseudo elástica de las arenas y gravas de los suelos de Lima.

De estos análisis se estableció que en las arenas las cargas cíclicas repetitivas producen módulos de deformación elástica 40% mayor que su comportamiento por aplicación de carga estática uniforme; mientras que en el caso de gravas compactas, los módulos se incrementan en un rango de 40 a 50%.

Por otro lado, los suelos arenosos saturados son inestables en caso de un terremoto severo, habiendo originado el fenómeno de licuación en diferentes regiones del país .Esto se ha podido apreciar específicamente en las áreas de Chimbote, Huacho y Samanco en el norte del Perú y en Chincha (Tambo de Mora), Pisco e Ica en el sur donde se ha establecido y comprobado fehacientemente el desarrollo del fenómeno de licuación durante los terremotos de 1970 y 2007, en áreas donde el nivel freático se ubica muy cercano a la superficie y los rangos de la distribución granulométrica de suelo y valoración del ensayo de normal de penetración son similares a los casos ocurridos en otros lugares del mundo (Figuras 5 y 6).

Tomando en consideración las comparaciones efectuadas con los resultados de los ensayos de carga directa en suelos estables con la evaluación de la distribución de intensidades del sismo del 3 de Octubre de 1974 (Lima y alrededores), se estableció una adecuada correlación, en la mayoría de los casos, entre el tipo de suelo subyacente a cada localización y la evaluación

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