Efectos de sitio en Concepción

Captulo 4: Efectos de Sitio en el Gran Concepcin 21

CAPTULO 4 EFECTOS DE SITIO EN EL GRAN CONCEPCIN

4.1 Introduccin

Para llegar a entender los patrones del dao, en el pasado Terremoto del 27F de 2010, deben ser

considerados una amplia gama de factores, partiendo por el concepto de que no existe una causa

nica y responsable del dao. Suponiendo una misma distancia epicentral y dejando de lado el

devastador Tsunami, los factores explicativos ms influyentes, en la causa del dao son: i) tipo y

calidad de la construccin; ii) las condiciones locales del subsuelo; y iii) su entorno topogrfico.

Aunque no es fcil discernir el papel que juega cada uno, parece evidente la existencia de

condiciones locales del subsuelo que afectan la intensidad de los sismos, y que una buena

exploracin geotcnica debiera aclarar. Es relevante mencionar que este Terremoto, como ningn

otro de los que han ocurrido en Chile, durante el siglo XX, produjo importantes amplificaciones

ssmicas y una gran cantidad de sitios afectados por el fenmeno de licuacin.

4.2 Efectos de Sitio

La ocurrencia de este fenmeno, se presume bastamente en Concepcin, y se deriva precisamente

de las condiciones del subsuelo de la zona afectada. Se enfatiza el hecho de que la influencia de

las condiciones geolgicas y topogrficas en un sismo, inciden fuertemente en el nivel del dao,

en su naturaleza, en su distribucin y por ende en las intensidades ssmicas que deja a su paso, de

este hecho se derivan los efectos de sitio (Leyton et al., 2012). La Figura A 4.1 del Anexo 4.1

muestra las diferentes respuestas del terreno que pueden existir en un mismo terremoto

Un estudio completo del efecto de sitio, requiere considerar todos los aspectos geolgicos, como:

sus caractersticas dinmicas; espesor de las capas; resistencia y rigidez del geo-material; la

profundidad que se encuentra el sustento rocoso, entre otros; adems de las caractersticas de la

seal ssmica (composicin, direccin de la radiacin incidente etc.). Sin embargo, dada la

complejidad del fenmeno, en muchas ocasiones los estudios se realizan asumiendo

simplificaciones y considerando solamente alguno de los aspectos anteriormente mencionados. El

objetivo, del presente captulo, es mostrar la ubicacin de las infraestructuras ms afectadas y las


zonas donde es ms susceptible la ocurrencia del efecto de sitio (ms especficamente la

amplificacin de la onda ssmica) y no explicar precisamente el fenmeno.

4.3 Amplificacin de la Onda Ssmica

Es importante recordar que el terremoto, es una onda (que nace del hipocentro), la cual se

propaga por el suelo e ingresa a la estructura a travs de sus fundaciones. Por ello se observa,

que el patrn de dao registrado durante sismos de gran magnitud, presentan una importante

variabilidad de un lugar a otro, aun en distancias relativamente cortas, siendo posible explicarlas

mayoritariamente por las variaciones locales del tipo de suelo y la topografa. Este fenmeno de

amplificacin local de las ondas ssmicas, asociado principalmente a las propiedades geotcnicas

del subsuelo y la profundidad del basamento rocoso, se suele denominar, amplificacin de la

onda ssmica. De este modo, el dao causado por sismos es fuertemente dependiente de las

condiciones locales del terreno y por tanto la caracterizacin del subsuelo, es un tema de

considerable inters en ingeniera. La Figura 4.1 muestra de forma didctica los efectos del

subsuelo en la onda ssmica.

Figura 4.1 Efectos del subsuelo en la onda ssmica

Cabe sealar, que toda estructura debe soportar una demanda de esfuerzos cuantificable, es decir,

la clave del diseo, es que la capacidad de cualquier estructura debe ser mayor o igual que la


demanda a la cual es sometida, para esto existen los terremotos de diseo (Espectros de

Respuesta). Es relevante saber que para un edificio emplazado sobre un suelo muy blando y

flexible, se requiere un terremoto de diseo mucho ms severo, que para uno montado sobre roca

(suelo competente). De ello se desprende de forma natural, que la exploracin y la correcta

caracterizacin del suelo bajo un edificio nuevo, es un tema esencial, ya que esto permite saber

con ms certeza la demanda del sismo y lo ms importante, que tipo de suelo de fundacin se

debe considerar para el diseo. Se enfatiza el hecho de que un edificio en suelo blando, va a tener

un mayor dao ssmico que otro construido sobre otra superficie (Valenzuela, 2012).

4.3.1 El Centro Urbano de Concepcin

En Concepcin, se constat bastante dao en infraestructura, en una proporcin mucho mayor

que en otras ciudades afectadas. En concordancia con el dao en edificios catastrados en el centro

urbano de Concepcin (Captulo tres), fue en esta rea donde se registr uno de los ms

importantes efectos de amplificacin dinmica de suelos, en torno a las frecuencias bajas

(perodos altos, alrededor de los dos segundos), lo que indica que durante el terremoto, vibro en

su totalidad la columna de arena de 100 m (aprox.) que existe entre la superficie del suelo y la

roca basal. Registros como los de Concepcin, se haban observado en el terremoto de la ciudad

de Mxico de 1985, pero no se consideraban posibles en Chile. La vibracin de la totalidad de las

columnas de suelo durante este Terremoto, produjo una importante discordancia por el lado de la

inseguridad ssmica, entre los periodos de los picos de los espectros de respuesta, medidos en la

ciudad de Concepcin, y los espectros de diseo de la norma vigente (NCh433.Of96), al

momento del terremoto. Esta es una de las razones ms importantes de las fallas observadas en

numerosos edificios altos del centro urbano de Concepcin, y que debe ser mejor estudiada. Otro

hecho relevante es que instrumentos ubicados en el Gran Concepcin, registraron

desplazamientos ssmicos del suelo, mayores a dos metros (Boroscheck et al., 2012).

En esta ciudad, se destaca un cuadrante comprendido aproximadamente por las avenidas: Av.

Chacabuco; Av. Paicav; Av. Arturo Prat y Av. Los Carrera; que se puede extender hasta Av.

Manuel Rodrguez. Esta zona es donde se constat la mayor cantidad de edificios con dao

estructural, por el Terremoto 27F. El cuadrante mencionado, pertenece mayoritariamente a

depsitos de sedimentos fluviales, de cauces antiguos, abandonados por el ro Biobo. Los


sedimentos Biobo estn conformados principalmente por arenas baslticas de granulometra

media a fina y limos asociados al proceso de depositacin fluvial, denominados generalmente:

suelo blando. Estas caractersticas del sub-suelo y su profundidad al sustento rocoso (100 m

aprox.), hacen de esta zona en particular, muy vulnerable a los efectos de amplificacin dinmica

(Valenzuela et al., 2013).

Para verificar si existe una relacin entre los edificios severamente daados, los suelos de

fundacin y su respuesta ssmica (amplificacin de onda), SERNAGEOMIN elaboro un mapa de

microzonificacin ssmica y superpuso las edificaciones severamente afectadas, en la zona de

inters. La Figura 4.2 muestra el trabajo elaborado por Ramrez y Falcn, 2010.

Los puntos rojos (en la Figura 4.2) representan los edificios con dao severo, catastrados por la

Ilustre Municipalidad de Concepcin (IMC). En cuanto a la zonificacin ssmica. La Zona I (de

color ms plido) corresponde a un periodo predominante (T0) que vara entre 1,0 y 1,3 segundos,

la Zona II a un T0 = 0,7 y 1 segundo, Zona III T0 = 0,5 y 0,7 segundos y para la Zona IV el

periodo (T0) vara entre 0,3 y 0,5 segundos. La Zona Z/I, no dispone de registros.

Figura 4.2 Detalle del Mapa de Microzonificacin

Ssmica del centro urbano de Concepcin

Se destaca del estudio que el 80% de los edificios catastrados, por la IMC, estaban ubicados en la

Zona I. Como se mencion, es en esta zona donde los edificios altos y flexibles, estn expuestos a


solicitaciones ssmicas mayores, por los efectos de la amplificacin de la onda ssmica. Dicho

esto, es clara la importancia que posee una buena exploracin del suelo y el rol de las normas de

diseo. Como ejemplo, se registraron dos edificios adyacentes al puente Llacoln, que tuvieron

comportamientos muy dismiles para el Terremoto 27F. El primero, un edificio de 15 pisos de

altura (Alto ro), que se construy sobre una fundacin superficial, utilizando un terremoto de

diseo con suelo tipo II (NCh433.Of96), sufri dao estructural grave en sus lneas resistentes, lo

que produjo el colapso de la estructura. El segundo, un edificio de 21 pisos de altura, que se

construy sobre pilotes de fundacin, utilizando un terremoto de diseo con suelo tipo III

(NCh433.Of96) (lo que implica un terremoto de diseo ms severo), solo recibi daos severos y

se pudo reparar. Cabe sealar que no hay evidencia de que las condiciones del suelo fueran

distintas en la ubicacin de las estructuras (estaban a 20 m de distancia aprox.) (Boroschek et al.,

2012). Estos edificios se muestran en la Figura A 4.3 del Anexo 4.2.

Por ltimo, Valenzuela et al., 2013, realizaron un estudio que de manera ilustrativa, muestra dos

perfiles estratigrficos, correspondientes al edificio Torre Libertad (comuna de Concepcin) y al

edificio Torre Prat (comuna de Talcahuano). La connotacin de estos sectores es la comparacin

de dao ssmico, ocurrido en estas dos estructuras, prcticamente gemelas. Se destaca del estudio,

que la demanda ssmica para el sector de Concepcin, posee una importante amplificacin

dinmica, coincidiendo con el espectro del Terremoto 27F. Llama la atencin que el suelo de

Talcahuano, a pesar de ser ms blando geotcnicamente, tiene velocidades de ondas de corte

Vs30, comparables a las del centro urbano de Concepcin. Queda demostrado entonces, que la

amplificacin dinmica depende en gran medida, de la profundidad del estrato de suelo. Ms aun,

dentro de la misma unidad geolgica, con Vs30 similares, se observan comportamientos muy

distintos, lo que claramente indica que la velocidad de ondas de corte, no es el nico parmetro

influyente para la clasificacin del suelo, y que el espesor del estrato H, juega un rol fundamental,

ya que el suelo est amplificando para un periodo cercano a la razn T = 4H/Vs. Este es un hecho

que la normativa vigente no considera. La Figura A 4.4 del Anexo 4.2, muestra una fotografa de

en elevacin, de las edificaciones mencionadas. La Tabla A 4.1 del Anexo 4.2, muestra la

modelacin estratigrfica de estas dos torres.


4.4 Caractersticas y Efectos del Fenmeno de Licuacin

Es importante destacar, que se tom conciencia de este fenmeno en el ao 1964, por su

extensiva ocurrencia en los terremotos de Nigata y Alaska, por ende, los casos de licuacin, en el

Terremoto de Valdivia de 1960, no fueron conceptualizados como tales. Pasado el Terremoto de

1985 (MW = 7.8), no hubo reportes de casos serios de licuacin. Motivos suficientes para que,

antes del Terremoto del 27F, existiera una controversia acerca de la relevancia de este fenmeno

en Chile (Verdugo et al., 2012a).

El fenmeno de licuacin, se produce por la elevada presin de agua en los poros del suelo, y si

esta llega a igualar la fuerza de contacto entre los granos que lo componen, la resistencia del

suelo se reduce a cero, es decir, se pierde totalmente su capacidad de soporte, lo que es

incompatible con la estabilidad de cualquier estructura. La ocurrencia, gatillada por un evento

ssmico, es condicionada por varios factores, los principales son: i) el origen del suelo; ii) la

distribucin del tamao de los granos; iii) la profundidad del agua subterrnea; iv) edad del

depsito; v) amplitud y duracin de la vibracin; vi) peso del recubrimiento y vii) profundidad

del suelo.

Es relevante el hecho que las reas que ms presentaron sitios con licuacin corresponden a la

Regin del Biobo, con concentracin en Concepcin (Verdugo et al., 2012b). En los siguientes

sub-captulos, el fenmeno de licuacin se enmarca, slo en los casos de mayor relevancia para

Concepcin, en donde hay evidencia de prdida de resistencia del suelo, movimiento del terreno

o asentamientos post-Terremoto. En un intento de agrupar los sitios afectados por este fenmeno,

se opt por clasificarlos segn las condiciones del terreno y/o estructuras afectadas. En la Tabla

A 4.2 del Anexo 4.3 se presentan todos los sitios donde se pudo evidenciar licuacin en la Regin

del Biobo, se proporciona para cada uno de los sitios, informacin de la ubicacin y una breve

indicacin de las observaciones del terreno.

4.4.1 Licuacin en Terrenos Planos

El fenmeno con estas caractersticas, se registr en forma ms masiva en las comunas de

Hualpn, San Pedro de la Paz y Concepcin.


En Hualpn, en el Condominio Los Presidentes, el edificio Riesco (ubicado al suroeste del plano

del Condominio) fue el nico que presento dao estructural severo, atribuidos a asentamientos

diferenciales en su fundacin, segn las investigaciones realizadas por La Asociacin de

Reconocimiento de Eventos Extremos de Geo-Ingeniera (GEER, por sus siglas en ingles 2010).

En Concepcin, hubo ms de un sitio, con problemas de licuacin con estas caractersticas

(terrenos planos). Como ejemplo, es posible citar el caso de Las Lomas de San Andrs, donde se

edificaron total o parcialmente, terrenos de quebradas y humedales. Debido al asentamiento y

obviamente a las solicitaciones ssmicas, las edificaciones y calles sufrieron daos de diversa

consideracin (SERNAGEOMIN, 2010). Cercano a la ciudad de Concepcin, las lneas frreas

tambin sufrieron los efectos de licuacin y posterior asentamiento de algunos sectores.

En la comuna de San Pedro de la Paz, los sectores ms afectados por este fenmeno corresponden

a: i) zonas de humedales, que haban sido rellenados y ocupados con fines habitacionales; ii) las

riberas del ro Biobo; y iii) cuerpos de aguas superficiales como lagunas y esteros, ubicados en el

borde costero (Cceres y Ramrez, 2012). Un sector con bastante dao fue el de Bayona, un

Conjunto Residencial construido en las cercanas del ao 1990, ubicado en la transicin de los

suelos residuales del regazo de una colina y en la antigua locacin del humedal Los Bastros,

donde. En la calle Ainoha, el reemplazo del suelo superficial por arena compactada, no fue

suficiente para evitar el efecto de licuacin.

Ms detalles acerca stos sucesos, se pueden ver en al Anexo 4.3 del presente trabajo.

4.4.2 Lateral Spreading

El fenmeno de lateral spreading o desplazamiento lateral, generado por licuacin de terrenos

inclinados, ms comnmente en terrenos aledaos a riberas de ros o lagos, es probablemente el

fenmeno ms recurrente observado a pequea y gran escala en este terremoto. En algunos casos

se generaron grietas que alcanzaron varios kilmetros de extensin, con aberturas y

profundidades mtricas (Verdugo et al., 2012d). Los casos ms crticos se detectaron en las

comunas de Talcahuano, Concepcin y San Pedro de la Paz.


En la comuna de Talcahuano, se observ este fenmeno en el Condominio Brisa del Sol, donde el

conjunto de viviendas, con menos de un ao de construccin (con respecto al 2010), emplazadas

al extremo de un canal, sufrieron rotacin y un serio desplazamiento lateral. En el extremo del

canal, se gener un desplazamiento de cerca de dos metros, el cual dejo a las viviendas sin

soporte, en otras palabras, les fue removido el suelo de fundacin. Cabe sealar, que el terreno es

un depsito de suelos blandos y sueltos con caractersticas de humedal y que la tcnica de mejora

del suelo funciono bien, para la mayora del terreno urbanizado, excepto para el borde de este

canal. Las Figuras A 4.11 (a) y A 4.11 (b) del Anexo 4.3, evidencian la significativa rotacin de

una casa, como el resultado del movimiento lateral de su suelo de fundacin y el desplazamiento

del suelo en el extremo del canal.

La comuna de Concepcin, present los mayores efectos de Lateral Spreading, donde se destacan

los sitios aledaos a las lagunas de la comuna (Tres Pascuales, Redonda, etc.) y la Ribera Norte

del Ro Biobo. En la Figura A 4.12 del Anexo 4.3, se puede observar los efectos de este

fenmeno en las cercanas de la laguna Tres Pascualas.

En la ribera Norte del Ro Biobo, es importante destacar el buen desempeo que tuvo el proyecto

de urbanizacin, donde se us compactacin dinmica como una tcnica de mejora de suelo. El

proyecto del conjunto de viviendas, Ribera Norte Biobo, tuvo como criterio principal, que no

debiera ocurrir licuacin del subsuelo, incluso bajo solicitaciones de terremotos de magnitud

importante. Vale la pena sealar, que el paseo costero, entre la autopista y el Ro Biobo, donde el

suelo no tuvo compactacin dinmica, sufri un desplazamiento lateral considerable, destruyendo

paseos peatonales, ciclo-vas, jardines, pequeas tiendas, etc. (Verdugo et al., 2010). Estos

hechos se pueden ver en la Figura A 4.13 del Anexo 4.3.

En la comuna de San Pedro de la Paz, se observaron patrones de agrietamientos relevantes a lo

largo de la orilla Sur del Ro Biobo, junto al camino de Santa Juana. El desplazamiento lateral

del terreno, ocasiono considerables daos en restaurantes, casas, piscinas, tuberas y jardines, los

que se pueden observar en la Figura A 4.14 del Anexo 4.3. Se cree que la licuacin se produjo

entre dos y tres metros desde la superficie, en depsitos de arena suelta y saturada, a nivel del ro

(Mendoza et al., 2011).


4.4.3 Licuacin en Puentes

De acuerdo a la informacin recopilada en Concepcin, existi una concentracin de puentes

afectados principalmente por fallas en el terreno de fundacin de la estructura o de los accesos,

ambos atribuibles a la licuacin del terreno natural. Es posible sealar que el puente Juan Pablo II

fue el ms perjudicado por este fenmeno. Este puente tuvo un importante asentamiento

diferencial ocurrido a lo largo de sus tableros, tambin sufri el corrimiento lateral (lateral

spreading) y falla de la pila del estribo de la ribera norte del ro Biobo (lado Concepcin)

(Verdugo et al., 2012e). En los siguientes captulos, se ver con ms precisin los casos de

puentes de Concepcin.

4.4.4 Licuacin en Puertos y Muelles

Los casos de fallas ms relevantes ocurrieron entre Talcahuano y Lota (Regin del Biobo),

especficamente en los muelles la poza (Talcahuano); Lo Rojas (Coronel); Lota Bajo (Lota); y en

el Puerto Comercial de Coronel. Adems, parte de las obras tipo sifn colector de agua de mar,

ubicadas en Coronel, tambin sufrieron los efectos de licuacin. Se destaca que, la licuacin del

terreno del borde costero indujo el movimiento de ste, hacia el mar, en una falla del tipo lateral

spreading, arrastrando los pilotes que soportan la superestructura (Verdugo et al., 2012d). En la

Figura A 4.15 del Anexo 4.3 se presentan parte de los daos observados en estas obras martimas

Otra falla importante de licuacin de obras construidas en el borde costero, ocurri en una planta

de alimentos marinos ubicada en la Baha de San Vicente, provincia de Concepcin. Ms detalles

de los casos vistos hasta ahora sern discutidos en los siguientes captulos.

4.4.5 Licuacin en Estructuras Enterradas

Una de las fallas ms directas, que evidencian la prdida de resistencia de un suelo licuado y de

su comportamiento semejante al de un fluido, corresponde al levantamiento de estructuras

enterradas. Esta situacin se constat en varias alcantarillas en Concepcin, en las cercanas de la

Laguna Tres Pascualas y con ms relevancia en la planta de aguas residuales de San Pedro del

Valle, un conjunto residencial, ubicado casi encima del humedal Los Bastros, sin embargo, solo


unas pocas casas sufrieron daos de licuacin. Por otro lado la planta de aguas residuales,

localizada en la Av. Laguna Grande, tuvo un dao importante causado por el levantamiento de las

estructuras enterradas. Dos tanques enterrados se elevaron de su posicin original y rotaron 1.2 m

aprox., rompiendo la tubera de acero que los conectaba, como se puede observar, en la Figura A

4.16 del Anexo 4.3.

4.5 Conclusiones

Se evidencia que el rea metropolitana del Gran Concepcin, es mucho ms vulnerable frente a la

amenaza ssmica con respecto a otras reas y regiones de Chile, por lo que, antes de construir se

deben reconocer muy bien las caractersticas del suelo, para as optar por la mejor alternativa de

construccin. Bajo estos hechos, la Ingeniera Chilena se destaca a nivel internacional.

Con respecto a la amplificacin dinmica de los suelos de fundacin, existen terrenos, que

pueden duplicar y en ocasiones triplicar la seal ssmica, en tramos de frecuencias bajas (periodos

altos), produciendo una modificacin en la amplitud, frecuencia y duracin de la vibracin. Estos

efectos incrementan el nivel de dao, especialmente en estructuras altas (mayores de 15 pisos).

Las principales caractersticas de los depsitos, donde es factible que pasen estos efectos, son los

de consistencia blanda y velocidades de ondas de corte bajas, sin embargo, se resalta el hecho que

la profundidad al sustento rocoso (espesor del estrato H) juega un rol importantsimo que no est

considerado por la normativa vigente. Otro aspecto importante, es que las edificaciones con

cimentaciones superficiales, tuvieron un peor desempeo que aquellas con cimientos profundos

(Mendoza et al., 2011).

En cuanto a la licuacin, es interesante el hecho que donde hubo concentracin de dao

estructural, no correlaciona del todo con la ocurrencia de licuacin. La influencia de la

profundidad del nivel fretico, y la compactacin de los niveles superficiales del suelo, son

factores que condicionan la ocurrencia de licuacin, ms all de las caractersticas de sitio,

representadas por la frecuencia natural de vibracin del suelo. Se resalta el hecho, de que predecir

el riesgo de licuacin de una zona es muy complicado, por lo que se enfatiza siempre estar del

lado seguro en cualquier proyecto de construccin.

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