Zonificacin Geotcnica Ssmicade la Ciudad de Moquegua
1.0
2.0
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 hancolapsado, 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.
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.
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 ellitoral 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 OesteLatitud Sur 71 55 ' 54"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, seencuentran situadas a una altitud
promedio de 1,400 msnm, precisamente en loslmites de ceja de
sierra.
Fig. 1 Ubicacin de la Ciudad de Moquegua
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 ubicadasobre
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 LosAngeles, 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
Q-al/fl
Q-co/al
Q-re/al
Ts-mos
Q-al/fl
Ts-moi Ts-mos
Q-al/fl
Q-re/al
Q-al/fl
Ts-mos Ts-moi
KtiTs-moi
FORMACIN TOQUEPALAFORMACIN MOQUEGUA INFERIORTs-mos FORMACIN
MOQUEGUA SUPERIORQ-co/al CUATERNARIO COLUVIAL/ALUVIAL
RECIENTEQ-al/flQ-re/al CUATERNARIO ALUVIAL/FLUVIAL
RECIENTECUATERNARIO RESIDUAL/ALUVIALFig. 2: Mapa de Geologa
Superficial de la Ciudad de Moquegua
5.0
Geomorfologa
En el rea de estudio se presentan cinco unidades geomorfolgicas,
las cuales sedenominan: Llanuras Costeras, Valles, Colinas
Costeras, Quebradas y Terrazas, cuyadelimitacin se indica en la
Figura 3
- VALLESLOS ANGELES
CERCADO
CHEN-CHEN - COLINAS COSTERAS- LANURASCOSTERAS- QUEBRADAS-
TERRAZA
SAN FRANCISCO
SAN ANTONIO
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.
Fig. 4 Ubicacin de Calicatas
6.2
6.3
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 enla 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 quevaran alrededor de los 965.0 m/s, como se puede
apreciar en la Figura 5
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 entodo 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 acuerdoa las caractersticas geotcnicas de las zonas
identificadas. Para las zonas deChen Chen y Los Angeles se
registraron periodos de vibracin superiores a 1.0
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, quienesrealizaron 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
amplificacionesimportantes 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
EJE DE REFRACCION # 01
PUNTOS DE MICROTREMORLINEAS DE REFRACCION SISMICACURVAS DE
NIVELCANALPASTOGRANDEEJE DE REFRACCION # 02EJE DE REFRACCION #
03
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 lassolicitaciones externas. Cada una de
estas zonas agrupa reas con caractersticasgeotcnicas similares,
variando desde la Zona I, constituido por un terreno competentey
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
diferentesniveles 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 yextensin se describen a continuacin:
298000 E
Fig. 7 Tipos de Suelos Observados a Nivel Superficial en La
Ciudad de Moquegua
Fig. 8 Tipos de Suelos a Nivel -1.0m en La Ciudad de
Moquegua
ZONA I
Esta zona est conformada por la parte consolidada de la ciudad.
Superficialmentepresenta material de relleno constituido por arenas
y gravas limosas medianamentecompacta 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/cm 2 para profundidades de
cimentacin de 1.00 a 1.20m.
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/cm 2.
Esrecomendable 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 compacidadmedia suelta, el cual en algunas zonas se encuentra
cubierto por estratos de rellenosde poca potencia. Subyaciendo a
este material, en algunos casos a profundidadesmayores 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/cm2 a 1.5 Kg/cm2 auna profundidad de cimentacin de
1.00 m. En el diseo de cimentaciones en estostipos 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 deexpansin (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
1.02
es severo, por lo que se debe considerar su efecto en las
cimentaciones para evitar elagrietamiento de las
edificaciones.Kg/cm en condiciones saturadas. En esta zona el
problema de expansin de suelos
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. Elmaterial 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 asufrir grandes amplificaciones
ssmicas por efectos topogrficos y posibles problemasde
inestabilidad de taludes
ZONA I
ZONA IIIA
ZONA IZONA II
ZONA IV
ZONA IIIB
ZONA IIIA
ZONA IZONA IIZONA III-AZONA III-BZONA IV
Fig. 9 Mapa 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 laciudad 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
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 extensinafloramientos 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 zonasgeotcnicas, 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 peligromoderados, y finalmente la Zona IV que es la zona
ms desfavorable para eldesarrollo urbano,
