INFORME SOBRE COMPORTAMIENTO DINMICO DE LOS SUELOS POR EFECTOS SISMICOS.INTRODUCCION

La historia ssmica de la regin central del Per 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 travs del tiempo, de sismos de gran magnitud e intensidad. Estos sismos han producido, en dichas ciudades y en reiteradas ocasiones, daos materiales y prdidas de vidas humanas. La recopilacin detallada de los sismos ocurridos en esta regin, desde el ao 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 friccin existente entre las placas de Nazca y Sudamericana debido al proceso de convergencia que se desarrolla entre ambas. En esta fuente, los sismos histricos habran 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 urbanstico de Lima Metropolitana, a travs de los aos, los posibles efectos desastrosos de estos sismos seran ms fuertes debido principalmente a condiciones como antigedad 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 reas consideradas como proyectos de expansin urbana. Ejemplos recientes, son los procesos de licuacin 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 Microzonificacin Ssmica-Geotcnica (comportamiento dinmico del suelo) realizado en siete (7) Distritos de Lima Metropolitana (Pucusana, Santa Mara, San Bartolo, Punta Negra, Punta Hermosa, Santa Rosa y El Agustino) haciendo uso de registros de vibracin ambiental y geotcnica (Figura 1) y aplicando metodologas internacionalmente aceptadas para el procesamiento e interpretacin de la informacin recolectada en campo.

5.- CONDICIONES MECANICAS-DINAMICAS DE SUELOS: NORMA E-030 En la actualidad, la construccin de obras civiles de cualquier envergadura se basa en la Norma E-030 (2003), la cual clasifica a los suelos en funcin de sus propiedades mecnicas, espesor del estrato, perodo fundamental de vibracin y la velocidad de propagacin de las ondas de corte. Segn la norma antes indicada, los suelos son de cuatro tipos: .- Suelos muy rgidos (Tipo S1). A este tipo corresponden los suelos muy rgidos en los cuales la velocidad de propagacin de la onda de corte es similar al de una roca, adems el perodo fundamental de vibracin 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 compresin no confinada mayor o igual que 500 kPa (5 kg/cm2). - Grava arenosa densa. - Estrato de no ms de 20 m de material cohesivo muy rgido, 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 ms 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 caractersticas intermedias entre las indicadas para los suelos S1 yS3 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 perodo 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 geolgicas y/o topogrficas son particularmente desfavorables. En general, para cualquier estudio deber considerarse el tipo de suelo que mejor describa las condiciones locales de cada zona de inters y utilizar los correspondientes valores de periodos Tp y del factor de amplificacin del suelo S definido en la Norma E-030 (2003), ver Tabla 1

ZONA I: Esta zona est 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 rgido, con periodos de vibracin natural determinados por las mediciones de microtrepidaciones (registros de vibracin ambiental) que varan entre 0.1 y 0.3 s. Para la evaluacin del peligro ssmico a nivel de superficie del terreno se considera que el factor de amplificacin ssmica 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 reas de terreno conformado por un estrato superficial de suelos granulares finos y suelos arcillosos, cuyas potencias varan 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 varan entre 0.3 y 0.5 s. Para la evaluacin del peligro ssmico, a nivel de superficie del terreno, se considera que el factor de amplificacin ssmica 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 est conformada, en su mayor parte, por los depsitos de suelos finos y arenas de gran espesor, que se encuentra en estado suelto. Los periodos predominantes encontrados en estos suelos varan entre 0.5 y 0.7 s, por lo que su comportamiento dinmico ha sido tipificado como un suelo Tipo-3 de la norma sismorresistente peruana, con un factor de amplificacin ssmica S=1.4 y un periodo natural de Ts=0.9 s.

COMPORTAMIENTO DEL SUELO EN LAS ZONAS CRTICAS DE LOS GRANDES SISMOS PERUANOSSe hace un anlisis del comportamiento del suelo y sus efectos producidos por grandes sismos ocurridos en el Per en las ltimos dcadas, anlisis que muestra que estas catstrofes, asociadas al comportamiento desfavorable de los suelos, han causado daos considerables en prdidas de vida estimndose que en los ltimos sismos de 1966, 1970, 1974 y 2007 han fallecido mas de 50,000 personas y se han producido perdidas econmicas de muchos miles de millones de dlares.El conferencista establece que existen diferentes tipos de suelos, desde suelos resistentes o duros, como el caso del suelo subyacente al cono de deyeccin del Ro Rmac, en Lima, o suelos blandos o sueltos, como ocurre en los alrededores de la metrpoli y en otras ciudades importantes del pas, dndose el caso que en algunas zonas tienden a registrarse efectos de modificacin de onda y en otros densificacin o licuefaccin de suelos, los cuales han daado estructuras importantes como otras de menor importancia .Comprendiendo la importancia que tiene el tipo de suelo y su probable comportamiento en los proyectos de ingeniera, desde hace varios aos se ha venido investigando y publicando resultados de numerosos avances en el campo de la Geotecnia de Terremotos , lo que ha permitido una aceptable interpretacin del comportamiento dinmico de los suelos del Per En la investigacin del proceso de deformacin elstica de los suelos, las partculas slidas que constituyen el Conglomerado de Lima, pueden ser consideradas como elementos absolutamente rgidos depositados en estratos potentes que llegan hasta la profundidad de 450 m en algunos casos, por lo tanto, pueden considerarse como suelo clasificado ssmicamente como duro(Figura 1 y 2).Por medio de ensayos de carga vertical y lateral (Figura 3) as como de rotura progresiva (Figura 4), fue evaluada la condicin pseudo elstica de las arenas y gravas de los suelos de Lima. De estos anlisis se estableci que en las arenas las cargas cclicas repetitivas producen mdulos de deformacin elstica 40% mayor que su comportamiento por aplicacin de carga esttica uniforme; mientras que en el caso de gravas compactas, los mdulos 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 fenmeno de licuacin en diferentes regiones del pas .Esto se ha podido apreciar especficamente en las reas de Chimbote, Huacho y Samanco en el norte del Per y en Chincha (Tambo de Mora), Pisco e Ica en el sur donde se ha establecido y comprobado fehacientemente el desarrollo del fenmeno de licuacin durante los terremotos de 1970 y 2007, en reas donde el nivel fretico se ubica muy cercano a la superficie y los rangos de la distribucin granulomtrica de suelo y valoracin del ensayo de normal de penetracin son similares a los casos ocurridos en otros lugares del mundo (Figuras 5 y 6).

Tomando en consideracin las comparaciones efectuadas con los resultados de los ensayos de carga directa en suelos estables con la evaluacin de la distribucin de intensidades del sismo del 3 de Octubre de 1974 (Lima y alrededores), se estableci una adecuada correlacin, en la mayora de los casos, entre el tipo de suelo subyacente a cada localizacin y la evaluacin de daos registrados. Se estableci que para una magnitud ssmica de MM. 7.6, 0.19g de aceleracin mxima del suelo y 100 segundos de duracin aproximada, el suelo areno-gravoso presenta una intensidad promedio de VI MMI y un rango de mdulo elstico de 150 a 500 kg/cm2. Adems, se encontr que para mdulos elsticos promedio, correspondientes al suelo especificado, los daos siempre han sido menores que en otro tipo de suelo, tomando en cuenta los sismos ocurridos anteriormente. Para estos materiales geotcnicos los mdulos elsticos son altos, comprendidos entre 170 a 975kg/cm2, y su valor crece al aplicarse cargas repetidas por ciclos.Sin embargo, los suelos donde se presentaron casos de amplificacin, reflexin y refraccin de ondas ssmicas, o efectos de densificacin, o licuacin, tienen parecido mdulo elstico, son bajos y estn entre rangos de 98 a 130 kg/cm2, decreciendo o permaneciendo estables cuando son aplicadas cargas cclicas.(Figura 7)

Para las arenas licuadas durante el terremoto ocurrido en 1970 en Ancash, se aplicaron relaciones aproximadas que permiten determinar si la tensin cortante inducida en cualquier punto de la masa del suelo por un terremoto es suficientemente grande para causar la licuacin, establecindose que la relacin entre la aceleracin mxima y la densidad relativa puede calcularse para condiciones especficas de cada tipo de suelo, ciclos de tensin y posicin del nivel fretico. Tomando en cuenta estas consideraciones, se elaboraron diagramas con rangos de variacin de licuefaccin y no-licuefaccin, bajo condiciones promedio de ubicacin de nivel fretico intensidad ssmica, adoptndo

tensiones comprendidas entre 10 y 30 ciclos para llegar a diagramas que relacionan la mxima aceleracin superficial de terreno con la densidad relativa del suelo. (Figura 8). Todo esto indica que el grado del potencial de licuacin de los suelos depende de su comportamiento dinmico y de factores como la intensidad y duracin de los terremotos, la ubicacin de la tabla de agua,, la gradacin del tamao de las partculas, la forma de las partculas, el entorno de los depsitos del suelo, las condiciones de drenaje, la presin de confinamiento del suelo, la duracin del sismo y la cementacin del suelo que conforma los depsitosPor otro lado, la licuacin de los depsitos de arena siempre va seguida por un asentamiento del terreno, lo cual se produce como resultado de la disipacin del exceso de presin de poro. De acuerdo con Ishihara (1990), tales asentamientos pueden alcanzar normalmente entre 10 a 20 centmetros, sin embargo tanto en Chimbote (zona norte del Per) cuanto en Chincha (zona sur del Per) estos asentamientos fueron ms importantes en el descenso de los terraplenes de acceso a puentes de la Carretera Panamericana Norte y los desplazamientos de la plataforma de la misma carretera y en el Puerto General San Martn, en la zona Sur, evidenciaron el comportamiento anmalo del suelo licuado (Figuras 9a 20). COMENTARIOS FINALESFinalmente, concluimos que la regin afectada por el sismo de Ancash en 1970 cubre una zona extensa en donde las principales ciudades presentan suelos de cimentacin generalmente de tipo granular, arenas pobremente graduadas en estado suelto o medianamente compacto intercaladas en algunos casos por limos o gravas muchas veces recubiertas superficialmente por un estrato de arcilla plstica que se utiliza para el cultivo agrcola. La resistencia a la penetracin (SPT), en algunos casos, no es mayor de 15 golpes por pie hasta profundidades cercanas a 8.00 metros, ms all de la cual se alcanzan resistencias del orden de los 50 golpes por pie de penetracin con el muestreador estndar; sin embargo, en muchos casos, la posicin del nivel fretico hace que estas resistencias disminuyan sobre todo cuando el agua se encuentra muy cercana a la superficie.En el caso de la zona del sismo Pisco-Per-2007, los depsitos de suelos granulares en las zonas afectadas por el sismo presentan caractersticas de suelos granulares saturados que han fallado por efectos combinados de licuacin, deslizamientos y densificaciones.

La surgencia de agua por las grietas del suelo o pavimento es evidencia de un fenmeno de licuacin incompleto, que ha hecho disminuir la capacidad portante de los suelos de cimentacin del sitio. La destruccin de edificaciones de adobe, ladrillo y concreto armado en la zona ha sido magnificada por la ampliacin de las ondas ssmicas, debido al tipo de suelos subyacentes a cada uno de los lugares afectados.En la regin del reciente sismo Pisco-Per-2007, ocurrido en el sur del pas, el sismo produjo daos importantes en un gran nmero de viviendas de la ciudad de Pisco (aproximadamente el 80%) y menor en las localidades aledaas, llegndose a evaluar una intensidad del orden de VIII en la escala de Mercalli Modificada (MM). Este sismo present su epicentro y replicas entre las reas de ruptura de los terremotos ocurridos en Lima en 1974 (7.5 Mw) e Ica en 1996 (7.7 Mw), Asimismo, este sismo origin un fuerte maretazo, cercano a un tsunami, que se produjo frente a las localidades ubicadas al sur de la pennsula de Paracas. (IGP- Tavera et al., 2007).El estudio de estos efectos ha sido de gran importancia en la Zona de de la catstrofe del 2007, Chincha, Pisco, Ica, por lo tanto, la evaluacin del potencial de licuacin y la formulacin de las correspondientes medidas de mitigacin son un factor muy importante en la siguiente evaluacin de las cimentaciones por efectuarse en el rea:1. Se ha establecido fehacientemente que los mayores daos originados por el sismo de Pisco-Per, 2007, ocurrido el 15 de Agosto, se han originado por el desarrollo de altas presiones intersticiales que produjeron licuacin en los estratos superficiales del suelo arenoso saturado subyacente a obras de ingeniera de todo tipo que soportaron un terremoto de magnitud 8.0 Mw y aceleracin que lleg hasta 0.48 g, segn datos de las Agencias Oficiales peruanas.2. De las investigaciones efectuadas se detect una substancial disminucin de la capacidadde carga del suelo licuado que lleg a superar el 50%. Para preservar a las estructuras de daos graves en caso de un sismo severo futuro se adoptaron procedimientos de mejoramiento convenientes para lograr una mejor performance en las cimentaciones repara-das para soportar cargas despus del sismo. Las columnas de grava tambin han representado una solucin eficaz y econmica y se han instalado dentro de rellenos reforzados, cimentacin en platea sobre rellenos compactados y otras estructuras especiales cimentadas sobre suelos dbiles y licuables por sismo.3. Finalmente, hemos recomendado tomar en consideracin el efecto de post-licuacin en caso de un terremoto severo, esto es que el fenmeno ocurra nuevamente en el mismo lugar de ocurrencia anterior, y que los procesos de mitigacin se efecten antes que las obras de recuperacin evitando la carencia de estrategias que no aprovechan la experiencia anterior.

CONCLUSIONESSe concluye que los efectos que produce cada tipo de suelo sobre la amplitud y naturaleza de las ondas ssmicas, ha sido reconocido y su estudio aceptado internacionalmente como una herramienta til para la estimacin del comportamiento dinmico del suelo, a fin de proponer mapas de zonificacin del tipo de suelo para una determinada ciudad, localidad o rea de inters

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http://www.indeci.gob.pe/proyecto58530/objetos/archivos/20110606103342.pdf