zonificación sísmica - geotécnica del distrito de sachaca - arequipa

INSTITUTO GEOFÍSICO DEL PERÚ MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE SACHACA

ZONIFICACIÓN SÍSMICA - GEOTÉCNICA DEL DISTRITO DE SACHACA - AREQUIPA

(Comportamiento Dinámico del Suelo)

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Hernando Tavera RESPONSABLE DEL PROYECTO

Lima - Perú 2013

INSTITUTO GEOFISICO DEL PERU MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE SACHACA



Hernando Tavera

Lima - Perú 2012

© Municipalidad Distrital de Sachaca Av. Fernandini s/n Sachaca, Arequipa, Perú Teléfonos [054] 23-3892 • 23-1235 <http:www. munisachaca. gob. pe>

© IGP Instituto Geofísico del Perú Calle Badajoz 169, Mayorazgo IV Etapa, Lima, Perú Teléfono [0051-1] 317-2300, correo electrónico [email protected] www.igp.gob.pe

Hecho el Depósito Legal en la Biblioteca Nacional del Perú N.° 2013-20755

Primera edición: Lima, enero de 2014 Tiraje: 500 ejemplares

Impreso por Ediciones Nova Print S.A.C. Av. Ignacio Merino 1546, Lima 14, Perú

Esta rigurosamente prohibida la reproducción total o parcial de este libro, la recopilación en sistema informá-tico, la transmisión en cualquier forma o por cualquier medio, por registro o por otros métodos sin el permiso previo y por escrito de los propietarios del copyright.

ZONIFICACIÓN SÍSMICA - GEOTÉCNICA

DEL DISTRITO DE SACHACA - AREQUIPA


Responsable del Proyecto : Hernando Tavera

Ejecución del Proyecto : Hernando Tavera

Isabel Bernal

Juan Carlos Gomez

Software SIG : Julio Martinez

Rider Navarro-Valderrama

Trabajos de Campo Henry Salas

Julio Martinez

Eliana Vizcarra

Joseth Flores

Anthony Lopez

Capacitación Hernando Tavera

Patricia Guardia

Consuelo Agüero

Apoyo Administrativo : Estela Torres

CONVENIO 1NTERINSTITUCIONAL MUNICIPALIDAD DE SACHACA Y EL INSTITUTO GEOFÍSICO DEL PERÚ

Dr. Ronald Woodman y Sr. Emilio Diaz durante la firma del convenio entre la Municipalidad Distrital de Sachaca y el IGP

El día 13 de abril de 2012, la Municipalidad Distrital de Sachaca y el Instituto Geofísico del Perú

(IGP), sede adscrita al MINAM, firmaron un convenio de cesión de terreno para la construcción de

un moderno observatorio vulcanológico en este distrito de la ciudad de Arequipa. Asimismo, se es-

tableció el convenio para la realización de estudios sísmicos, geofísicos, geológicos y geotécnicos

para la caracterización física del suelo sobre el cual se encuentra el distrito. Estos estudios que

tuvieron la coordinación técnica del Ing. José Montaño Enríquez por parte de la Municipalidad,

permiten tener como producto el Mapa de Zonificación Sísmica-Geotécnica para el Distrito de

Sachaca.

En la firma del convenio participó el Dr. Ronald Woodman, Presidente Ejecutivo del IGP y el Sr.

Emilio Díaz, Alcalde de la Municipalidad Distrital de Sachaca. Ambas autoridades indicaron que

la construcción del observatorio vulcanológico y la ejecución de los estudios de ingeniería, van a

contribuir enormemente al desarrollo del Distrito de Sachaca.

ÍNDICE

RESUMEN EJECUTIVO 11

1. INTRODUCCIÓN 13

2. UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO 15

3. OBJETIVOS 18

4. ANTECEDENTES 19

5. CONDICIONES LOCALES DE SITIO 20

6. CONDICIONES MECÁNICAS - DINÁMICAS DEL SUELO: NORMA E030 21

7. METODOLOGÍA 24

7.1. Peligro Sísmico 24

7.2. Sismicidad Regional 24

7.3. Estudios Geológicos y Geotécnicos 24

7.4. Estudios Sísmicos y Geofísicos 27

8. ASPECTOS SISMOLÓGICOS 31

8.1. Análisis del Peligro Sísmico 31

8.2. Análisis de la Sismicidad Regional 32

9. ZONIFICACIÓN SÍSMICA GEOTÉCNICA 34

9.1. Geología, Geomorfología y Geodinámica 35

9.2. Geotecnia 40

9.3. Cuantificación de Eventos Extremos 43

9.3.1. Estabilidad de Taludes 46

9.3.2. Peligro a Inundaciones 52

9.4. Aspectos Sísmicos y Geofísicos 63

9.4.1. Estudios Sísmicos con la Técnica H/V 63

9.4.2. Estudios Sísmicos con la Técnica de Arreglos Lineales 72

9.5. Mapa de Zonificación Sísmica - Geotécnica 82

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 84

BIBLIOGRAFÍA 87

10

HERNANDO TAVERA

ANEXOS (CD)

ANEXO 1: Análisis de Calicatas

ANEXO 2: Análisis de Estabilidad de Taludes

ANEXO 3: Análisis de Zonas Susceptibles a Inundación

ANEXO 4: Mapa Zonificación Sísmica - Geotécnica

NOTA: La base de datos de campo, la información procesada y material fotográfico puede ser

solicitado a la Dirección de Sismología del Instituto Geofísico del Perú. Contacto, Dr. H. Tavera

([email protected]. pe)


11

RESUMEN EJECUTIVO

Dentro del Convenio de Cooperación Interinstitucional (firmado en el mes de junio del 2012)

existente entre el Instituto Geofísico del Perú (IGP) y la Municipalidad Distrito( de Sachaca de la

Provincia y Departamento de Arequipa, se ha realizado el estudio de Zonificación Sísmica - Geo-

técnica del Distrito de Sachaca. Este estudio tiene como objetivo conocer el Comportamiento

Dinámico del Suelo a partir de la aplicación de métodos sísmicos, geofísicos, geológicos, geomor-

fológicos y geotécnicos.

Los resultados obtenidos para el Distrito de Sachaca han permitido identificar, según los proce-

dimientos establecidos en la Norma E-030, la existencia de dos (2) zonas sísmicas-geotécnicas

correspondientes a suelos Tipo S 1 y S2.

El Mapa de Zonificación Sísmica-Geotécnica del Distrito de Sachaca debe ser considerado como in-

formación primaria a ser utilizada por ingenieros civiles y arquitectos en el diseño y construcción

de estructuras apropiadas para cada tipo de suelo identificado en este estudio.


13

1. INTRODUCCIÓN

Dentro del Convenio de Cooperación Interinstitucional acordado entre el Instituto Geofísico del

Perú (IGP) y la Municipalidad Distrital de Sachaca de la Provincia y Departamento de Arequipa

firmado el 4 de junio del 2012, se ha realizado el estudio de Zonificación Sísmica - Geotécnica del

Distrito de Sachaca (Comportamiento Dinámico del Suelo) aplicando metodologías y técnicas de

geología, geotecnia, sísmica y geofísica.

Por otro lado, de acuerdo a la historia sísmica de Perú, la región sur ha sido afectada en varias

oportunidades por eventos sísmicos de variada magnitud que han generado altos niveles de inten-

sidad, puesta en evidencia con los daños observados post-sismo en cada área urbana de los princi-

pales departamentos ubicados en la zona costera (Silgado, 1978). Al ser los sismos cíclicos, es de

esperarse que en el futuro, las mismas áreas urbanas sean afectadas por nuevos eventos sísmicos

con la misma o mayor intensidad. Entonces, no es tan importante el tamaño del sismo, sino la

intensidad del sacudimiento del suelo, la educación de la población y la calidad de las construc-

ciones presentes en cada área urbana

Los estudios de Zonificación Sísmica - Geotécnica (Comportamiento Dinámico del Suelo) permitirán

tener mayor conocimiento sobre las características dinámicas del sub-suelo sobre el cual se levan-

tan las áreas urbanas y/o futuras áreas de expansión. Para ello se realiza la aplicación de diferen-

tes metodologías y técnicas que consideran información geológica, geodinámica, geomorfológica,

geotécnica, sísmica y geofísica. Los resultados que se obtienen permiten comprender que no hay

suelo malo y que solamente se debe considerar la construcción de estructuras adecuadas para cada

tipo de suelo. Dentro de este contexto, la población del Distrito de Sachaca debe comprender que

existen tres (3) reglas para construir una casa sismorresistente (www.acerosarequipa.com):

a) Buenos Planos. Los planos de construcción deben ser hechos por profesionales con pleno co-

nocimiento de las características dinámicas del suelo descritas en los Mapas de Zonificación

Sísmica - Geotécnica.

b) Buenos Profesionales. Para la construcción de las viviendas y/o obras de ingeniería se debe

contar siempre con la supervisión de ingenieros civiles, arquitectos, etc.

c) Buenos materiales. Solo la calidad de los materiales que se utilizan en la construcción permi-

tirá tener la seguridad de que las estructuras sean bien edificadas.

Estos tres aspectos permitirán tener la confiabilidad de que las estructuras sean sismorresistentes

a un nivel determinado de sacudimiento del suelo.

14

HERNANDO TAVERA

Es importante remarcar que el Mapa de Zonificación Sísmica - Geotécnica permite conocer las ca-

racterísticas dinámicas del suelo y se constituye como información primaria a ser utilizada por los

ingenieros civiles y arquitectos en el diseño y construcción de las estructuras apropiadas para cada

tipo de suelo identificado en este estudio. Asimismo, con este documento la Municipalidad Distrital

de Sachaca cumple con su responsabilidad como ente conformante las políticas sobre Gestión del

Riesgo de Desastres establecidos por el gobierno central.

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15

2. UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

El Distrito de Sachaca es uno de los 29 distritos que conforman la Provincia de Arequipa en el De-

partamento Arequipa, se encuentra bajo la administración del Gobierno Regional de Arequipa en la

región sur del Perú (Figura 1). Cuenta con una superficie de 26.6 km2 y alberga a una población del

orden de 17,537 habitantes; es decir, una densidad poblacional de 590 hab/ km2. Su altitud media

es de 2240 m.s.n.m. Sachaca está ubicado a 4 km en dirección sur-oeste del centro histórico de

Arequipa y está conformada por un gran número de Urbanizaciones, Asociaciones de Vivienda, Asen-

tamientos Humanos (A.H.), Pueblos Jóvenes (P.J.) y Pueblos Tradicionales ( PT); además de un barrio

Residencial, una Cooperativa y un Centro Poblado. Los límites políticos del distrito de Sachaca son:

por el norte, con los distritos de Cerro Colorado y Yanahuara; por el sur, con los distritos de Tiabaya y

Hunter; por el este, con la margen derecha del rio Chili y por el oeste, con el distrito de Uchumayo.

FIGURA 1. Ubicación geográfica del Distrito de Sachaca, en la provincia y departamento de Arequipa.

16

HERNANDO TAVERA

El detalle de todas las Urbanizaciones (Urb.), Asociaciones de Viviendas (Asoc.), Asentamientos

Humanos (AA.HH.), Pueblos Jóvenes (P.J.), Pueblos Tradicionales (PT); Residenciales (Res.), Coo-

perativas (Coop.) y Centros Poblados (C.P.) existentes en el Distrito de Sachaca se presenta en la

Tabla 1 y su distribución espacial en el mapa de la Figura 2.

TABLA 1 Relación de Urbanizaciones, PT, Pueblos Jóvenes, Asociaciones de Vivienda y

otros existentes en el Distrito de Sachaca.

Residencial Huaranguillo Residencial Santa Fe

Coop. José Carlos Mariátegui

Urb. Casa Campo Urb. La Catedral Urb. El Ángel Urb. La Beneficencia Urb. La Wayra Urb. Los Portales de Tahuaycani Urb. Residencial Tahuaycani Urb. Asís Zona y Zona B Urb. La Peña Urb. Campo Verde Urb. El Olivar Urb. Tahuaycani Urb. Wayra Urb. El Palacio 1 Urb. El Palacio II

Urb. El Dorado Urb. Quinta Sachaca Urb. Las Praderas Urb. Residencial Montebello Urb. Quinta Montebello 1 Urb. Quinta Montebello II Urb. La Planicie Urb. Las Condes Urb. El Ensueño 1 Urb. El Ensueño II Urb. Magisterial Amauta Urb. Los Diamantes Urb. El Buen Pastor

Asoc. José Carlos Mariátegui Asoc. de Vivienda 11 de Setiembre Asoc. de Vivienda 28 de Julio Asoc. de Vivienda Los Granjeros del Bosque Asoc. de Vivienda Corazón de Jesús

Asoc. de Vivienda Buena Vista Asoc. de Vivienda José María Arguedas

P.T. Pasos del Señor P.T. Alto de Amados P.T. Arancota P.T. Los Arrayanes P.T. Calle Cusco P.T. Sachaca P.T. Tío Chico

P.T. Calle Marcarani P.T. Tahuaycani P.T. Cerro La Aparecida P.T. Huaranguillo P.T. Pampa de Camarones P.T. Tio Grande P.T. Calle J. A. Taboada

P.J. 7 de Junio P.J. 23 de Junio P.J. Alto Guadalupe Pacifico P.J. Ampliación Chiriguana P.J. Ángeles de la Cruz de Sachaca P.J. Alto Alata

P.J. Chiriguana P.J. San Jerónimo P.J. Villa El Triunfo P.J. Villa Esperanza P.J. Ampliación Villa El Triunfo P.J. Cerrito los Brequeros

A.H. Asoc. de Viv. La Nueva Esperanza A.H. Túpac Amaru II A.H. Santa María de Guadalupe A.H. Villa María El Triunfo

A.H. General Pedro Vilcapaza A.H. Coronel Víctor Maldonado A.H. 1 de Julio Alto Arguedas


17

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18

HERNANDO TAVERA

3. OBJETIVOS

El principal objetivo a cumplir en este estudio es obtener el Mapa de Zonificación Sísmica - Geo-

técnica (Comportamiento Dinámico del Suelo) para el Distrito de Sachaca de la Provincia y Depar-

tamento de Arequipa. Asimismo, es de interés del presente estudio que las autoridades dispongan

de un documento técnico que les ayude en el desarrollo de proyectos sobre la gestión del riesgo

ante sismos, lo cual conlleve a mejorar la calidad de vida de sus pobladores, así como proyectar

hacia el futuro una adecuada expansión urbana.


19

4. ANTECEDENTES

La historia del Perú ha mostrado que el borde occidental de la región sur presenta un alto índice

de ocurrencia de eventos sísmicos y que de acuerdo a su magnitud, muchos de ellos han produci-

do daños importantes en esta región. La ocurrencia de efectos secundarios como asentamientos,

licuación de suelos, derrumbes, caídas de roca y tsunamis propiciaron el incremento de pérdidas

humanas y materiales (Silgado, 1978; Dorbath et al, 1990; Tavera y Buforn, 2001).

Por otro lado y de acuerdo a los informes del Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI),

a partir de los años 90, la Provincia de Arequipa y por ende, el Distrito de Sachaca han soportado

procesos continuos de migración de población proveniente de otros departamentos del país y,

debido a la falta de una adecuada planificación urbana y de acertadas políticas de planeamiento,

la población inmigrante ha ocupado áreas de alto riesgo ante la ocurrencia de peligros como los

sismos y otros de carácter geodinámico. A estas condiciones se suma el hecho que las viviendas

son construidas de manera inadecuada, sin seguir criterios de ordenamiento territorial y, mucho

menos, respetando la norma de construcción vigente (Norma E-030). Asimismo, en algunas áreas

del distrito, las viviendas se asientan en laderas de cerros, ríos, cauces de quebradas y zonas de

terrazas inundables sin medir su vulnerabilidad e incrementando, de este modo, el riesgo en dichas

áreas.

En el año 2005, la Asociación Peruana de Empresas de Seguros (APESEG) a través del Centro de

Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres, y en el año 2011, el Instituto Geofísico del Perú

(IGP) realizaron un importante aporte para la mejora en la Gestión de Riesgos de la ciudad de Lima

Metropolitana. Estas instituciones establecieron las metodologías de análisis y evaluación de la

información geológica, geotécnica, sísmica y geofísica a fin de realizar los respectivos estudios de

Zonificación de Suelos. De este modo, y con los lineamientos ya establecidos, se iniciaron diversos

estudios sobre zonificación de suelos. Por ejemplo. El IGP aplicó estas metodologías a los distritos

de Pucusana, Santa María, Punta Negra, Punta Hermosa, El Agustino, Sata Rosa, Chosica, Chacla-

cayo, Huaycan (Ate) y Carapongo (Chosica). En el presente estudio, se aplica las metodologías ya

establecidas al Distrito de Sachaca a fin de conocer y proponer la zonificación de sus suelos.

20

HERNANDO TAVERA

5. CONDICIONES LOCALES DE SITIO

En la actualidad es ampliamente conocido que las condiciones locales de sitio son uno de los

principales factores responsables de los daños que se producen en cualquier tipo de edificación

durante la ocurrencia de sismos severos. Este factor es fuertemente dependiente de las condicio-

nes geológicas, geomorfológicas, geodinámicas, geotécnicas, sísmicas y geofísicas de las zonas en

estudio y que en conjunto controlan la amplificación de las ondas sísmicas causantes de los daños

a observarse en superficie después de ocurrido un sismo.

Las condiciones locales de sitio son evaluadas en los estudios de zonificación sísmica-geotécnica y

el resultado se constituye como una de las herramientas más importantes orientadas a minimizar

los daños producidos por sismos. La finalidad es evaluar el comportamiento dinámico de los sue-

los (CDS), teniendo en cuenta que la intensidad de las sacudidas sísmicas varía considerablemente

a distancias cortas y áreas pequeñas.

Las metodologías a seguir para lograr el mayor conocimiento sobre el comportamiento dinámico

del suelo o efectos de sitio en regiones de moderada a alta sismicidad, consideran los estudios

geológicos, geomorfológicos, geotécnicos, sísmicos y geofísicos. Cada uno de estos campos de

investigación proveen de información básica obtenida de observaciones de campo y de la toma de

data in situ, para lo cual es necesario disponer de mapas catastrales actualizados de las zonas en

estudio, así como los correspondientes a las zonas de futura expansión urbana.

En conclusión, los efectos que produce cada tipo de suelo sobre la propagación y amplitud de las

ondas sísmicas, permiten tipificar los suelos y estimar el comportamiento dinámico del mismo.

El resultado final es el Mapa de Zonificación Sísmica-Geotécnica que debe constituirse como el

documento más importante en las tareas y programas de gestión del riesgo ante la ocurrencia de

sismos.


21

6. CONDICIONES MECÁNICAS-DINÁMICAS DE SUELOS: NORMA E-030

En el Perú, la construcción de obras civiles de cualquier envergadura debe considerar las indica-

ciones contenidas en el Reglamento Nacional de Construcción o Norma E-030 (2003). Básicamen-

te, esta norma considera la clasificación de los suelos en función de sus propiedades mecánicas,

espesor de estrato, período fundamental de vibración y velocidad de propagación de las ondas de

corte.

La Norma E-030, establece que los suelos pueden ser clasificados en cuatro tipos:

• Suelos muy rígidos (Tipo S1). Corresponden a suelos en los cuales la velocidad de propaga-

ción 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 las

cimentaciones se realiza 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 Si y S3.

• Suelos flexibles o con estratos de gran espesor (Tipo S3). Corresponden a suelos que pre-

sentan períodos fundamentales mayores a 0.6 segundos con vibraciones de baja amplitud.

• 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 se deberá considerar 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 2.

22

HERNANDO TAVERA

TABLA 2 Parámetros del suelo según la Norma E-030 (2003)

Tipo Descripción Tp (S) S

Si Roca o suelos muy rígidos 0,4 1,0

S, Suelos intermedios 0,6 1,2

S3 Suelos flexibles o con estratos de gran espesor 0,9 1,4

S4 Condiciones excepcionales * .

* Los valores de Tp S para este caso serán establecidos por el especialista, pero en ningún caso serán menores que los especificados para el perfil tipo S3.

Una extensión para esta clasificación de suelos, fue implementada por el CISMID y el IGP para su aplicación en los estudios de zonificación sísmica - geotécnica de los distritos de Lima y Callao, ver Figura 3. De acuerdo a este estudio y según las características mecánicas y dinámicas de los suelos que conforman el terreno de cimentación del área de estudio, así como las consideraciones dadas por el Código de Diseño Sismorresistente del Reglamento Nacional de Edificaciones (Norma E-030, 2003), se ha definido las siguientes zonas sísmicas-geotécnicas:

ZONA I: Esta zona está conformada por los afloramientos rocosos, los estratos de grava colu-vial-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 pe-riodos 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 la superficie del terreno, se considera que el factor de amplificación sísmica, por efecto local del suelo, es de S=1.0 con un periodo natural de Ts=0.4 s, correspondiendo a un suelo Tipo Si de la norma sismorresistente peruana.

ZONA II: En esta zona se incluyen las áreas de terreno conformado por estratos superficiales de suelos granulares finos y suelos arcillosos con espesores que varían entre 3.0 y 10.0 m., subyaciendo a estos estratos se tiene grava aluvial o grava coluvial. Los periodos predominan-tes del terreno, determinados por las mediciones de microtrepidaciones, varían entre 0.3 y 0.5 s. Para la evaluación del peligro sísmico a nivel de la superficie del terreno, se considera que el factor de amplificación sísmica, por efecto local del suelo, en esta zona es S=1.2 con periodo natural del suelo es Ts=0.6 s, correspondiendo a un suelo Tipo S2 de la norma sismo-rresistente 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 en-contrados en estos suelos varían entre 0.5 y 0.7 s, por lo que su comportamiento dinámico ha sido tipificado como un suelo Tipo S3 de la norma sismorresistente peruana, con un factor de amplificación sísmica de S=1.4 y periodo natural de Ts=0.9 s.

ZONA IV: Esta zona está conformada por los depósitos de arena eólicas de gran espesor, depósitos fluviales, depósitos marinos y suelos pantanosos. Los periodos predominantes en-contrados en estos suelos son mayores que 0.7 s; por lo que, su comportamiento dinámico ha sido tipificado como un suelo Tipo S4 de la norma sismorresistente peruana, asignándoles un factor de amplificación sísmica de S=1.6 y periodo natural de Ts=1.2 s (Según la Norma E03, es un caso especial).

Santa Rosa

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Santa María —

ZONA V "h." ,}esmont. basura .meados r- 1 Pucusana

tl

FIGURA 3. Mapa de Zonificación de suelos para Lima Metropolitana elaborado por el CISMID

ZONIFICACIÓN SÍSMICA - GEOTÉCNICA DEL DISTRITO DE SACHACA - AREQUIPA 23

ZONA V: Están constituidos por áreas puntuales conformadas por depósitos de rellenos suel-

tos de desmontes heterogéneos que han sido colocados en depresiones naturales o excavacio-

nes realizadas en el pasado, con espesores entre 5 y 15 m. En esta zona se incluyen también

a los rellenos sanitarios que en el pasado se encontraban fuera del área urbana y que, en la

actualidad, han sido urbanizados. El comportamiento dinámico de estos rellenos es incierto

por lo que requieren un estudio específico.

(APESEG, 2005) y el IGP (distritos en recuadro) dentro del proyecto PNUD (PNUD, 2010)

24

HERNANDO TAVERA

7. METODOLOGÍA

Para la ejecución del estudio de Zonificación Sísmica - Geotécnica del Distrito de Sachaca se ha

realizado la aplicación de diversos métodos como parte de los estudios geológicos-geotécnicos,

sísmicos y geofísicos, cuyas características se detallan a continuación.

7.1. PELIGRO SÍSMICO

Considera en términos de probabilidad, conocer la severidad sísmica con la cual podría ser sacudi-

da un área en un determinado lapso de tiempo y puede ser expresado en términos de aceleración.

Para tal efecto, se hace uso del catálogo sísmico y fuentes sismogénicas definidas por el Instituto

Geofísico del Perú, las ecuaciones de atenuación definidas por Young et al (1997) y de Sadigh et al

(1997), y el algoritmo CRISIS-2007 (Ordaz et al, 2007).

7.2. SISMICIDAD REGIONAL

Para conocer el potencial sísmico de la región sur del Perú se realiza el análisis espacial de

la sismicidad instrumental e histórica a fin de identificar la existencia de fuentes sismogénicas

generadoras de esto sismos. El análisis de la sismicidad se realiza a partir de data contenida en el

catálogo sísmico proveniente del IGP.

7.3. ESTUDIOS GEOLÓGICOS Y GEOTÉCNICOS

Estos estudios consideran la recolección, en campo, de diferentes tipos de información geológica,

geomorfológica, geodinámica y de zonas susceptibles a deslizamientos y/o peligros por inunda-

ción. Las técnicas de análisis son:

• Técnica de Levantamiento Geológico y Geomorfológico. Considera el desarrollo de trabajos

de campo orientados a recopilar información sobre las características geológicas y geomorfo-

lógicas de carácter local (Figura 4), considerando bases de datos topográficos, de pendientes,

drenajes, litología, uso de suelos y de áreas susceptibles a deslizamientos y/o producidas por

inundación.

• Técnica de Análisis Geodinámico: Considera la evaluación de los diversos procesos de intem-

perismo y meteorización que conducen a movimientos en masa, así como el inventario de los


25

mismos teniendo en cuenta parámetros intrínsecos como la litología, pendientes, geomorfolo-gía, cobertura vegetal y drenaje.

FIGURA 4. Imagen del terreno sobre el cual se ha realizado el trabajo geológico y geomorfológico en el Distrito de Sachaca

• Técnica de Análisis Geotécnico: Se establece la construcción de calicatas para la obtención

de muestras de suelo a fin de realizar análisis como el granulométrico (Figura 5), límites de

elasticidad, contenido de humedad y corte directo (capacidad portante). Las calicatas tuvie-

ron dimensiones de 1.5 m x 1.5 m x 3.0 m, siendo este último valor el correspondiente a la

profundidad máxima. Las muestras se obtuvieron de la capa más profunda y representativa

del tipo de suelo en el sitio evaluado. Con la primera muestra de suelo obtenida se hicieron

los análisis granulométricos, límites de elasticidad y contenido de humedad, y con ello se

procedió a realizar la clasificación de los mismos haciendo uso del Código SUCS (Clasificación

Unificada de Suelos) para el total de las muestras.

La clasificación SUCS fue propuesto por Arturo Casagrande y sus modificaciones fueron realizadas

en el año 1942, siendo actualmente la más utilizada a nivel mundial para la clasificación de suelos

desde un punto de vista geotécnico. La SUCS divide los suelos en:

Suelos de grano grueso

Suelos de grano fino

Suelos orgánicos

26

HERNANDO TAVERA

FIGURA 5. Calicata construida por una retroexcavadora proporcionada por el Municipio del Distrito de Sachaca.

Los suelos de grano grueso y fino se distinguen mediante el tamizado del material por el tamiz No.

200. Los suelos gruesos corresponden a los retenidos en dicho tamiz y los finos a los que pasan,

de esta forma se considera que un suelo es grueso si más del 50% de las partículas del mismo son

retenidas en el tamiz No. 200 y fino si más del 50% de sus partículas son menores que dicho tamiz.

Los suelos se designan por símbolos de grupo, los mismos que constan de un prefijo y un sufijo.

Los prefijos son las iniciales de los nombres en inglés de los seis principales tipos de suelos (grava,

arena, limo, arcilla, suelos orgánicos de grano fino y turbas); mientras que, los sufijos indican sub-

divisiones en dichos grupos:

G = Grava C = Arcilla L = Baja plasticidad

S = Arena O = Limo o arcillas Orgánicas W = Bien graduado

M = Limo H = Alta plasticidad P = Mal graduado

La segunda muestra fue utilizada para el análisis de corte directo que consiste en la aplicación de

cargas diferenciadas hasta que la muestra falle, lo cual permite determinar la capacidad portan-

te del suelo (capacidad admisible última). En caso de que la muestra de suelo sea una grava sin


27

contenido de arena, no es posible aplicar el ensayo de corte directo, sino el de densidad máxima,

método que también permite estimar el valor de capacidad portante.

7.4. ESTUDIOS SÍSMICOS Y GEOFÍSICOS

Estos estudios consideran la recolección, en campo, de diferentes tipos de información utilizando

instrumental sísmico para el registro de señales o para realizar arreglos sísmicos lineales, todos

orientados a conocer el comportamiento dinámico del suelo y sus propiedades físicas. Las técnicas

de análisis utilizadas son:

FIGURA 6. Equipo sísmico utilizado para el registro de vibraciones ambientales: sensores Lennartz (2N) y registrador CityShark

• Técnica de H/V: considera como hipótesis de base que las vibraciones ambientales o microtre-

mores generadas por la actividad humana se deben principalmente a la excitación de las ondas

tipo Rayleigh en las capas superficiales. El registro de esta información y su interpretación,

permite conocer el periodo natural del suelo y el factor de amplificación, parámetros que de-

finen el comportamiento dinámico del suelo ante la ocurrencia de eventos sísmicos. Estos re-

sultados son correlacionados y complementados con los obtenidos de los estudios geológicos,

geomorfológicas, geodinámicos y geotécnicos. Para los registros de vibración ambiental se

utiliza un equipo sísmico compuesto por un registrador tipo CitySharp y sensores tipo Lennartz

de tres componentes de registro (Figura 6).

En la Figura 7, se muestra la disposición del equipo sísmico al momento de la toma de datos, ade-

más de ejemplos de registros de vibración ambiental. El registro "A" fue tomado en una zona libre

de ruidos de fondo. Contrariamente, la señal del registro "B" presenta alteraciones debidas a la

presencia de ruidos de variada amplitud, que al momento de ser analizados, son filtrados a fin de

no afectar a la información a utilizarse en este estudio. Con la información disponible, se procede

de construir las razones espectrales H /V (registros de las componentes horizontales / registros en

la componente vertical) a fin de identificar las frecuencias predominantes y amplificaciones rela-

tivas que caracterizan al tipo de suelo presente en el área de estudio (ver Figura 8), el mismo que

está definido por las condiciones geológicas y geomorfológicas de las primeras decenas de metros

de la superficie terrestre. Debe entenderse que, de acuerdo a la variación de las propiedades

físicas del suelo, cualquier medio al ser afectado por algún tipo de onda de cuerpo o superficial,

puede o no, causar su amplificación debido al efecto de las capas estratigráficas superficiales de

diferente espesor, geometría y composición litológica.

Nord-Sud

Est-Ouest

2m

28

HERNANDO TAVERA

Para aplicar la técnica H/V, se consideran los siguientes pasos:

1) Los registros de vibración ambiental fueron tratados por ventanas 20 segundos de señal no

perturbada por el ruido de fondo. Para tal efecto, se selecciona de, forma aleatoria, diversos

tramos de señal sin la presencia de ruidos transitorios.

2) Se calcula la Transformada Rápida de Fourier para un número mayor a 10 ventanas de obser-

vación para cada punto.

3) Los espectros horizontales de la señal se dividieron entre el espectro vertical para obtener

la relación H/ V y luego se promediaron estos, para cada punto de observación, considerando

su respectiva desviación estándar. Luego se procedió a identificar la frecuencia predominante

considerando, como condición, presentar una amplificación máxima relativa mayor a 2 veces.

FIGURA 7. Imágenes de la disposición del equipo sísmico y ejemplos de registros de vibración ambiental obtenidos sobre una zona libre de ruido de fondo (registro A) y otro con ruido aleatorio de baja amplitud (registro B). Obsérvese las diferentes amplitudes registradas en cada punto.

Zonificación Sísmica-Geotécnica del Distrito de Sachaca - Arequipa Frecuencias Predominantes del Suelo

(HIV)

Punto SAC-035

Señal registrada y ventanas seleccionadas para el análisis

Variación Azimutal de la Amplitud

Interpretación de Resultados

Dudoso O Pico(s) H/V O

(Hz)

fo fi

Ningún pico o 6.5±0.3

Observaciones

Ver. azimutal Homogénea O Amplitud max.:4


29

FIGURA 8. Ejemplo de selección de ventanas de registro de vibración ambiental

(rectángulos de colores) en sus tres componentes y con sus respectivos gráficos de

razones espectrales H/V. Así mismo, se muestra en escala de colores, la variación

azimutal de la amplitud del registro. En la parte inferior el valor de la frecuencia predominante.

Para definir la frecuencia predominante se consideraron tres criterios (Lermo y Chávez-García

-1994 a,b; Lachet y Bard, 1994): primero, debe estar presente en un rango de interés que fluctúa

entre 0.5 a 30 Hz; segundo, debe presentar amplificaciones relativas de al menos 2 veces (se con-

sidera la amplitud de "1" como punto de referencia) y por último, se considera el pico/rango de

frecuencias más representativos para cada punto de medida.

Finalmente, para la presentación de los resultados, las frecuencias son expresadas en periodos

dominantes.

30

HERNANDO TAVERA

FIGURA 9. Imagen de la disposición del equipo de refracción sísmica para la toma de data en el Distrito de Sachaca

Técnica de Arreglos Lineales: Se hace uso de tendidos lineales de 24 sensores sísmicos a fin de

registrar ondas de volumen y superficiales generados por fuentes artificiales (Figura 9). Con este

procedimiento se pretende conocer la velocidad de las ondas de corte (ondas S) utilizando el méto-

do MASW; es decir, conocer los cambios de velocidades a lo largo de los diversos estratos existentes

en el subsuelo.

La aplicación de esta técnica permite determinar las características físicas del subsuelo bajo un

punto en forma indirecta, basándose en el cambio de las propiedades físicas de los materiales que

la conforman, permitiendo de este modo, definir el perfil de velocidades de las ondas de corte

(Vs) que caracteriza a dicha línea. La interpretación de la información recolectada proporciona

una curva de dispersión (velocidad de fase de las ondas superficiales versus la frecuencia) para las

ondas superficiales, ya que estas conservan hasta el 90% del valor de la velocidad de las ondas de

corte (Vs). Luego mediante un procedimiento de cálculo iterativo inverso se obtiene el perfil de

velocidad de las ondas de corte (Vs) para el punto medio de cada línea de estudio. La aplicación

de un nuevo cálculo iterativo inverso, permite conocer el periodo predominante teórico corres-

pondiente al perfil de velocidades, el cual es correlacionado con el obtenido con la técnica H /V a

fin de validar ambos resultados.

CONDESUYOSC CAYLLOMA

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Curvas de aceleración

Área de Estudio Km

0 15 30 60 90 120


31

8. ASPECTOS SISMOLÓGICOS

Durante el estudio de Zonificación Sísmica-Geotécnica del Distrito de Sachaca, se procedió a es-

timar el Peligro Sísmico desde el punto de vista probabilístico y a la vez, analizar la distribución

espacial de la sismicidad en la región de Arequipa que pudiera afectar al área de estudio.

8.1. PELIGRO SÍSMICO

Esta metodología permite conocer, en términos de probabilidad, la severidad sísmica con la cual po-

dría ser sacudida un área en un determinado lapso de tiempo. Este parámetro es expresado en térmi-

nos de aceleración. Para tal efecto, se hace uso del catálogo sísmico y fuentes sismogénicas definidas

por el Instituto Geofísico del Perú (Tavera et al, 2012), las ecuaciones de atenuación para fuentes de

subducción definidas por Young et al (1997) y para fuentes continentales propuestas de Sadigh et al

(1997). El algoritmo utilizado para el cálculo del peligro sísmico es el CRISIS-2007 (Ordáz et al, 2007).

OWS

FIGURA 10. Peligro Sísmico para la región de estudio correspondiente a un periodo de retorno de 50 años con el 10% de excedencia.

LEYENDA

Profundidad (krni Magnitud (Mw)

4_0 5.0 8_0 7_0 8.0

Superificial (s 60) • • •

Intermedio (61-300) • *III • • Profundo ( 5301) • • •

Capital de Departamento

Capital de Provena

Lagos y [II Lagunas

1:3

Rios

32 HERNANDO TAVERA

Para el Distrito de Sachaca se obtiene, para un periodo de retorno de 50 años con el 10% de ex-

cedencia, valores de aceleración del orden de 360 gals (Figura 10), equivalentes a intensidades

del orden de VI-VII (MM); es decir, suficientes como para producir posibles daños estructurales,

deslizamientos en zonas de pendientes altas y procesos de licuación de suelos en zonas inestables.

8.2. SISMICIDAD REGIONAL

La región sur del Perú se caracteriza por ser una de las de mayor índice de ocurrencia de sismos

de variada magnitud a diversos niveles de profundidad, así como la mayor cantidad de energía

liberada, la misma que se debe principalmente al proceso de convergencia y subducción entre las

placas de Nazca y Sudamericana, proceso que se desarrolla frente a la línea de costa hasta una

distancia del orden de 200 km mar adentro (Figura 11). Los sismos de foco superficial (h<60 km) se

distribuyen frente a la costa y muchas veces han alanzado magnitudes del orden de 8.0 Mw (mag-

nitud momento), tal como ocurrió con el sismo del 23 de junio de 2001. Otros sismos de menor

magnitud ocurrieron en el interior del continente y básicamente, a lo largo de todo el sistema de

fallas presentes en el cañón del Colca (fallas de Huambo-Cabanaconde, Huanca e Ichupampa). Sis-

mos de foco intermedio (61<h<350 km) presentan sus epicentros, en mayor número, en el interior

del continente, mostrando coherencia con la presencia de la cadena volcánica. En general, estos

eventos no son percibidos en superficie; por lo tanto, no causan efectos secundarios.

FIGURA 11. Distribución espacial de la sismicidad en la región sur del Perú, para el periodo 1960 a 2013 (Mw>4.0)

-12° Madre de Otos

-6°

-9°

-o

Apurimac

co

-15° -

-18° -

-21°

SISMOS HISTÓRICOS IMPORTANTES

(1500 - 1959)

La ubica.n de lea epicentros 03 referencia!

-81° -78° -75° -7T -69°


Por otro lado, históricamente la región sur del Perú ha sido afectada por un gran número de sismos de intensidad alta, siendo los más importantes los ocurridos en 1604 y 1868, ambos con magnitudes próximas a 8.5 Mw e intensidades del orden de IX-X en la escala de Mercalli Modificada. Otros even-tos importantes, son los ocurridos en 1582, 1913 y 1958, este último con epicentro en continente y produjo daños principalmente en la ciudad de Arequipa y alrededores. En el mapa de la Figura 12, se puede observar la ubicación geográfica de los epicentros de sismos históricos que afectaron a la ciudad de Arequipa y por ende, al Distrito de Sachaca.

FIGURA 12. Distribución espacial de los epicentros aproximados correspondientes a sismos históricos ocurrido en el Perú. Todos ellos con epicentros en la región del sur del Perú, afectaron a la ciudad de Arequipa.

34

HERNANDO TAVERA

9. ZONIFICACIÓN SÍSMICA-GEOTÉCNICA

El Distrito de Sachaca se encuentra ubicado en la Provincia y Departamento de Arequipa; por lo

tanto, es frecuentemente afectado por sismos de variada intensidad, todos con epicentros frente

a la línea costa y con origen en el proceso de convergencia de placas. En los últimos 20 años, el

distrito ha tenido un fuerte crecimiento poblacional, lo que permitió se realizara una expansión

urbana no planificada que considera el asentamiento de viviendas al pie de algunos cerros y en

la cercanía de la cuenca del rio Chili (Figura 13), incrementando de este modo su riesgo ante la

posible ocurrencia de peligros naturales como los sismos, flujos de detríticos y crecidas del rio.

FIGURA 13. Diferentes tipos de viviendas presentes en la variada morfología del Distrito de Sachaca.


35

9.1. GEOLOGÍA, GEOMORFOLOGÍA Y GEODINÁMICA

Para los estudios geológicos, geomorfológicos, geodinámicos y geotécnicos, se ha hecho uso de la

base topográfica digital a escala 1/5,000 adquiridos del Instituto Geográfico Nacional (IGN). Del

mismo modo, para las coberturas temáticas se ha hecho uso de fotografías aéreas de la zona a

escala 1/15,000. Toda la información fue georeferenciada en el Sistema de Información Geográfica

(SIG) e integrada a la información topográfica de un Modelo Digital de Terreno (MDT). Del mismo

modo, se ha recopilado información de fuentes como INGEMMET, Municipalidad de Sachaca y otros

publicados por fuentes privadas. Finalmente, se realizó un detallado trabajo de campo y cuya in-

formación permitió correlacionar y lograr mejor resolución en los datos georeferenciados.

• Aspectos Geológicos: La geología de Arequipa expone diferentes unidades litológicas cuya

naturaleza son: ígneas, sedimentarias y metamórficas, con edades que datan desde el Pre-

cambriano hasta el Cuaternario reciente (Vargas, 1970). El área de estudio (Distrito de Sacha-

ca) se asienta sobre unidades de tipo volcánico intrusivo y sedimentos de edad reciente, cuyas

características se describen a continuación (Figura 14):

• Rocas ígnea - intrusivas: En la zona de colinas, se reconocieron afloramientos de roca ígnea

intrusiva del tipo granodiorita que se presentan con una morfología suave y como parte de

colinas altas moderadamente empinadas (25` a 45' ) y medianamente meteorizadas

• Volcánico Sencca: Debe mencionarse que existe dos tipos de volcánico Sencca, el primero

aflora en el cañón del río chili, muy compacto, comúnmente identificado como sillar, y el se-

gundo denominado como volcánico Sencca salmón, que se encuentra en la margen occidental

del río Chili, cerca de la zona de Pampa de Camarones (parte del Distrito de Sachaca). Esta

unidad es de composición arena limosa de color salmón, de ahí el derivado del nombre, con

clastos subredondeados y menos compacto que el primero.

• Depósitos inconsolidados: Comprenden los materiales no consolidados, producto de la me-

teorización y erosión de los terrenos preexistentes y posterior deposición. Estas unidades se

caracterizan por presentar una morfología plana y/o levemente inclinada, siendo las principa-

les, las siguientes:

• Aluviales: se encuentran ocupando la ladera del río Chili (margen derecha) y están formados

por gravas de grandes dimensiones, todas de forma angulosas a sub angulosas con una matriz

areno limosa o areno arcillosa como parte de una llanura aluvial. Estas unidades son depósitos

de materiales provenientes del río cuando aumenta su caudal.

• Eluviales: conformado por material areno-limoso de coloración beige claro a oscuro y marrón,

cuyo origen es residual y por lo general, abarca los terrenos de cultivo. Este material se en-

cuentra sobre la penillanura de Sachaca.

• Eólicos: conformado por capas de arenas y cenizas, están presentes formando mantos delga-

dos de manera dispersa sobre las laderas de las colinas presentes en el distrito.

• Aspectos Geomorfológicos: Regionalmente, en la ciudad de Arequipa se reconoce la presen-

cia de cuatro unidades geomorfológicas: la cordillera occidental, la cordillera volcánica, el

altiplano y la llanura costanera, siendo sus principales características, las siguientes (Figura

15):

36 HERNANDO TAVERA

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38 HERNANDO TAVERA

• La Penillanura: Abarca la mayor superficie del Distrito de Sachaca (80% del área) y está con-

formada por sedimentos sub horizontales constituidos por arcillas, limos, arenas y arenas gra-

vosas. En su mayoría corresponden a terrenos llanos a suavemente ondulados, con una ligera

inclinación en dirección oeste (Figura 16).

• Valle Fluvial (cauce del río Chili): Presenta una morfología sub horizontal, con un ancho va-

riable de 25 a 50 m (basado en las secciones topográficas). La unidad es alimentada por preci-

pitaciones pluviales variables a lo largo del año y sus principales componentes litológicos son

los materiales que arrastra desde su naciente y los que se van incorporando en su recorrido,

encontrándose arenas, limos, arcillas y gravas de diferentes diámetros (Figura 17).

• Cerros y Laderas: La periferia del distrito presenta zonas elevadas pero con una topografía

suave y ondulada. Las laderas presentan pendientes moderadas (25° a 45° ) y gran parte de

estas, se encuentran pobladas. En estas superficies, el suelo se encuentra cubierto por mate-

rial de origen eólico (arenas sueltas) y mantos de cenizas; mientras que, el substrato rocoso

lo conforman rocas intrusivas de tipo granodiorita (Figura 18).

FIGURA 16. Penillanura en el Distrito de Sachaca, la mayor parte está cubierta por parcelas agrícolas.

FIGURA 17. Valle del río Chili, con presencia de vegetación que recubren las terrazas.


39

FIGURA 18. Zonas de cerros presentes en el Distrito de Sachaca, todos con gran densidad poblacional.

• Aspectos Geodinámicos: Los procesos de geodinámica superficial dan lugar a diversas geo-

formas que están sometidas a procesos de intemperismo y meteorización que conducen a la

ocurrencia de movimientos en masa. Estos movimientos están relacionados a los siguientes

parámetros intrínsecos (Santacana, 2001): litología, pendientes, geomorfología, cobertura

vegetal y drenaje; y como agentes detonantes intervienen las precipitaciones, los sismos y la

actividad antrópica que afectan la infraestructura establecida en la zona; es decir, la diversi-

dad de viviendas. En el área de estudio, no ha sido posible inventariar movimientos en masa

activos, pues solo se han reconocido la existencia de materiales inestables en algunas laderas

formadas como consecuencia del desarrollo de actividades antrópicas, tal como se muestra en

las Figuras 19 y 20.

FIGURA 19 Obsérvese la caída de rocas en la ladera de una colina perteneciente al P.J. Villa El Triunfo (inclinación de 29 ). En el caso de un sismo de gran magnitud, los bloques de roca pueden caer cuesta abajo afectando a las viviendas ubicadas en la parte media y baja de la ladera.

40

HERNANDO TAVERA

FIGURA 20 En la línea de color rojo se muestra la zona que favorece a caída de rocas y correspon-de a la parte alta del P.J. 23 de Junio. El escenario es el resultado del desarrollo de actividades antrópicas.

9.2. GEOTECNIA

Los estudios geotécnicos tienen por finalidad analizar y cuantificar las características físicas de los suelos, siendo su comportamiento geotécnico relevante al momento de utilizarlo como elemento de medida para el soporte de una estructura determinada (cimentaciones). Para el estudio de los suelos en el Distrito de Sachaca se construyeron 15 calicatas (Figura 21, Tabla 3) distribuidas de tal modo que cubran toda el área de estudio. El análisis de laboratorio permitió clasificar los suelos utilizando el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), así como conocer su capacidad portante. En la Figura 22 se muestra el mapa de clasificación SUCS, siendo posible identificar la existencia de hasta 3 tipos de suelos cuyas características se describen a continuacion (Tabla 4):

TABLA. 3

Coordenadas UTM de las 15 (quince) calicatas construidas en el Distrito de Sachaca, Arequipa

CALICATAS NORTE(m) ESTE(m) ELEVACION

S-01 8182963 226416 2252

S-02 8185099 227245 2240

S-03 8183933 227698 2273

S-04 8184017 223926 2295

S-05 8183284 222669 2259

S-06 8182984 223783 2251

S-07 8181329 223872 2213

5-08 8181769 226027 2268

S-09 8183136 225655 2256

S-10 8183395 226395 2289

5-11 8183721 225610 2297

S-12 8183706 224534 2285

S-13 8181212 223967 2226

S-14 8180507 225296 2205

S-15 8182380 225277 2251


41

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42 HERNANDO TAVERA

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• Suelos tipo SM, corresponden a suelos compuestos por arenas limosas que se encuentran

presentes en el 74% del área total (identificados en 11 calicatas) y abarcando a los A.H. Nueva

Esperanza, Coronel Victor Maldonado, 1 de Julio, José María Arguedas, El Mirador de Sacha-

ca, Los Angeles de la Cruz de Sachaca y Santa María de Guadalupe. Del mismo modo, los P.

T. Tío Grande, Tío Chico, Huaranguillo, Cerro La Aparecida, Pasos del Señor, Arancota, Calle

Marcarani, Calle Cusco y Pampa Camarones. También los P.J. Villa el Triunfo, Villa Esperanza y

Alto Guadalupe Pacifico; además, de las Asociaciones de Vivienda José Carlos Mariátegui, José

Maria Arguedas, 28 de Julio, Corazón de Jesús y Las Praderas. Asimismo, este tipo de suelo

está presente en Coop. Jose Carlos Mariátegui y en las Urbanizaciones El Ensueño!, El Palacio,

Casa Campo, La Planicie y los Portales de Tahuaycani. En este tipo de suelo, el porcentaje de

humedad varía entre 5.3% y 34.3%, y en general, no presentan plasticidad.

TABLA 4 Clasificación de suelos SUCS para el Distrito de Sachaca

Calicata Profundidad

(m) Uniformidad Curvatura

Límite

plástico

(%)

Límite

líquido

(%)

Contenido

de Humedad

(%)

Grava

(> 4.76

mm)

Arena

(> 0.74mm

< 4.76 mm)

Finos

(< 0.07 mm)

Clasificación

SUCS Denominación

S-01 2,70 NP NT 10,66 7,0 76,0 17,0 SM Arena limosa

S-02 3,40 19,97 0,5 NP NT 7,17 31,0 65,0 4,0 SP con grava

Arena pobremente

gradada

S-03 2,90 14,93 0,42 NP NT 8,98 33,0 66,0 1,0 SP con

grava

Arena

pobremente gradada

S-04 2,50 - - NP NT 7,11 0,0 5,3 47,0 SM Arena limosa

S-05 2,50 - NP NT 5,63 0,0 65,0 35,0 SM Arena limosa








S-13 3,00 3,23 1,47 NP NT 8,06 0,0 91,0 9,0 SP-SM

Arena

pobremente

gradada -

Arena limosa


S-15 3,30 7,72 0,93 NP NT 5,91 5,0 86.0 90 , SP-SM

Arena

pobremente

gradada -

Arena limosa

• Suelos tipo SP, corresponden a suelos constituidos por arena pobremente gradada, pero con

partículas de tamaño uniforme. Este suelo es característico en un 13% del área de estudio y

considera a las Urbanizaciones Quinta Montebello 1, Quinta Montebello II, El Olivar, Las Con-

des, Los Diamantes, Tahuaycani, El Buen Pastor, El Angel, Santa Fe, Asís, Magisterial Amauta,

y el P.T. Los Arrayanes. El porcentaje de humedad que presentan es de 7.17% y 8.98%, y no

presentan plasticidad.

• Suelos tipo SP-SM: corresponden a suelos conformados por arena pobremente gradada y are-

na limosa, presentes en un 13 % del área de estudio. Estos suelos están presentes en las urba-

44

HERNANDO TAVERA

nizaciones La Peña, El Dorado, La Catedral, Wayra, Campo Verde, El Ensueño II y el Palacio II.

Estos suelos presentan humedad entre 8.06% y 6.91%.

Por otro lado y de acuerdo a la Figura 14, todos los P.J. que se encuentran sobre los cerros presen-

tan suelos rocosos conformados por granodioritas.

Finalmente, en base a los ensayos de corte directo aplicado a las muestras de suelos de las

quince (15) calicatas, se ha calculado la capacidad portante, llamada también capacidad última

de carga del suelo de cimentación. Es decir, es la carga que puede soportar un suelo sin que su

estabilidad sea amenazada, siendo los valores obtenidos para una profundidad y ancho mínimo

de cimentación de 1m.

Para el Distrito de Sachaca, la capacidad portante de los suelos se presenta en la Figura 23 y en la

Tabla 5 los valores obtenidos para cada calicata. En general, los valores definen suelos con alta,

media y baja resistencia al corte, distribuidos de la siguiente manera: los suelos con capacidad

portante alta se encuentran en las Urbanizaciones Asis y Magisterial Amauta; ademas, del P. T. Los

Arrayanes. Suelos con capacidad portante media se encuentran en las urbanizaciones Quinta Mon-

tebello 1, Quinta Montebello II, El Olivar, Las Condes, Los Diamantes, Tahuaycani, El Buen Pastor,

El Angel, Santa Fe, Los Portales de Tahuaycani y Residencial Montebello. En el resto del área de

estudio, los suelos presentan capacidad portante baja.

El detalle de los resultados obtenidos en el análisis geotécnico se presenta en el Anexo 1.

TABLA 5

Valores de capacidad portante para cada calicata construida en el Distrito de Sachaca y rangos de capacidad

de carga admisible

CALICATAS Angulo de Fricción interna del Suelo

(°)

Cohesión Aparente del Suelo (Kg/cm2 )

Densidad seca Promedio (gr/cm3 )

( < N ° 4)

Humedad Natural (%)

Capacidad Carga Admisible (Kg/cm2 )

S-01 27.07 0.05 1.66 10.66 1.78 kg/cm2

S-02 3.98 kg/cm2

S-03 - - - - 6.50 kg/cm'

S-04 24.43 0.05 1.59 7.11 1.32 kg/cm2

S-05 26.39 0.10 1.60 5.63 2.23 kg/cm2

5-06 24.94 0.04 1.51 12.88 1.24 kg/cm'

S-07 24.07 0.05 1.52 22.93 1.27 kg/cm'

S-08 28.94 0.02 1.67 5.26 1.76 kg/cm'

S-09 24.40 0.03 1.67 8.52 1.11 kg/cm'

S-10 25.46 0.06 1.61 15.92 1.68 kg/cm2

5-11 25.82 0.09 1.59 21.95 1.98 kg/cm2

S-12 23.89 0.04 1.58 34.30 1.31 kg/cm2

5-13 25.84 0.03 1.63 8.06 1.32 kg/cm2

5-14 25.81 0.04 1.69 22.41 1.46 kg/cm2

S-15 28.84 0.02 1.61 6.91 1.44 kg/cm2

Capacidad Carga Admisible (Kg/cm 2 )

DENOMINACIÓN

5.0 - 7.0 ALTA

3.0 5.0 MEDIA

1.0 - 3.0 BAJA


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46

HERNANDO TAVERA

9.3. CUANTIFICACIÓN DE EVENTOS EXTREMOS

Para la cuantificación de eventos extremos presente en el Distrito de Sachaca, se ha considerado

la estabilidad de taludes y el peligro de inundaciones debidas a crecidas del rio Chili, siendo sus

características principales las siguientes:

9.3.1. Estabilidad de Taludes

En el Distrito de Sachaca se ha identificado la presencia de 27 zonas de laderas con posibles índices

de inestabilidad de taludes, todas en los cerros ubicados dentro del mismo distrito (Figura 24).

Estos cerros presentan material de cobertura de origen coluvial con no más de 90 cm de espesor en

su parte central y de 40 cm en sus extremos; mientras que, en las cumbres la cobertura es escasa

debido a los procesos de erosión que los afecta.

Estos cerros están distribuidos en los P. J. Villa Esperanza, Villa El Triunfo, Ampliación Villa El

Triunfo, 23 de Junio, La Chiriguana, Alto Guadalupe Pacifico, 7 de Junio y San Jerónimo. También

en los A. H. La Nueva Esperanza, Coronel Victor Maldonado, 1 de Julio, Alto Arguedas, Mirador de

Sachaca, y General Pedro Vilcapaza. Del mismo modo en las Asociaciones de Vivienda Corazón de

Jesús, Buena Vista, José Maria Arguedas, 28 de Julio; además, del P. T. Pasos del Señor, todos den-

samente poblados (Figuras 25 y 26).

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48

HERNANDO TAVERA

FIGURA 25. Viviendas asentadas sobre las laderas del cerro "Arguedas". Se observa la presencia de caminos de herradura sobre la cima. El rango de pendiente en la zona es de 25° a 40°.

FIGURA 26 Viviendas asentadas sobre la ladera del cerro donde se ubican las Asoc. 28 de Julio y José Maria Arguedas. Obsérvese que el cerro está cubierto por viviendas y de ocurrir un movimiento en masa, estas serían afectadas


49

Por otro lado, se ha observado que las 27 laderas identificadas en este estudio presentan, en

promedio, pendientes de 25° a 40° , y tal como se indicó, sus superficies están compuestas por

un substrato rocoso de granodiorita y una cobertura de material coluvial de variado espesor.

Considerando estas características y las propiedades geotécnicas de dichos materiales (Tabla

6), se procede a realizar el análisis de estabilidad de taludes haciendo uso del software SLIDE.

TABLA 6

Propiedades geotécnicas de las unidades geológicas presentes en los cerros del Distrito de Sachaca

(Ocola, 2005)

Tipo de material

Tipo de resistencia

Peso unitario (KN/m3 )

Cohesión (KPa)

Angulo de fricción (°)

Nivel freático

Coluvial Mohr-Coulomb 26-28 15-20 35 N.P

Roca Mohr-Coulomb 18 0-0.30 27 N.P

El software SLIDE tiene como función principal, realizar el análisis de estabilidad de taludes, lle-

gándose a proporcionar un "factor de seguridad" para cada una de las zonas evaluadas en campo

(Tabla 7). Para las laderas de todos los cerros presentes en el Distrito de Sachaca se aplica las

condiciones de un modelo estático y de otro pseudo estático. El modelo estático se aplica al talud

cuando este se encuentra en estado de equilibrio-limite y sin tener en cuenta las deformaciones

del terreno; mientras que, para el modelo pseudo-estático se le añade un coeficiente sísmico,

cuya magnitud debe simular la naturaleza de la intensidad o aceleración del suelo producido por

el sismo. En general, se asume que este coeficiente es igual a 1/3 0 1/2 de la máxima aceleración

pico esperada para un evento sísmico característico y para ello, se requiere de estudios de peligro

sísmico o del registro de aceleraciones en tiempo-historia. En el caso de Arequipa, el sismo del año

2001 alcanzo picos de aceleración del orden de 0.40g; por lo tanto, el coeficiente sísmico aplicado

para el modelo pseudo estático será 1/2 de la aceleración máxima; es decir, 0.20g. El análisis de

la información se realiza utilizando el método de Bishop, que en este momento es el de mayor uso

para el cálculo de factores de seguridad en taludes.

TABLA 7

Rango de factor de seguridad en taludes (Sowers y Sowers, 1970)

FACTOR DE SEGURIDAD SIGNIFICADO

< 1 Inseguro

1.00-1.20 Seguridad cuestionable

1.30-1.40 Satisfactorio para cortar y terraplenes, cuestionable para presas

>1.50 Seguro para presas

Por ejemplo, para la ladera L18 ubicada en el cerro en donde se encuentra el A. H. Coronel Victor

Maldonado se obtiene con el modelo estático, un factor de seguridad de 2.748 (Figura 27), lo cual

indica que dicha unidad se encuentra en equilibrio. Para el modelo pseudo-estático, considerando

un coeficiente de carga sísmica de 0.2 g, se obtiene como resultado un factor de seguridad de

2.151; es decir, la unidad sigue siendo estable (Figura 28).

ANALISIS PSEUDO-ESTATICO

Titulo del Proyecto. Microzonificación Sismica-Geotecnica de la Municipalidad distrital de Sachaca. Method. bishop simplified FS: 2.151490 Seismic Load Coefficient (Horizontal): 0.2

Coeficiente de carga sísmica

Material- Coluvial Strength Type Mohr-Coulomb Unit Weight 17 kNfrn3 Cohesion 0 3 kPa Friction Angle 27 degrees Water Surface None

P.iatenal Roca Strength Type Mohr-Coulomb Uno Weight 28 kNint3 Cohesion 30 kPa Fnction Angle 35 degrees Water Surface None

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ANÁLISIS ESTÁTICO

Titulo del Proyecto Microzonificacion Sismica - Geotecnica de la Municipalidad Distrito' de Sachaca Method bishop simplified

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Material Roca

Unit Weight 28 khi/m3 Cohesion 30 kPa Fnction Angle 35 degrees

Strength Type Mohr-Coulomb

Water Surface None

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FIGURA 27. Factor de seguridad para la ladera L18 del cerro ubicado en el A. H. Coronel Victor Maldonado considerando un modelo estático.

FIGURA 28. Factor de seguridad para la ladera L18 del cerro ubicado en el A. H. Coronel Victor Maldonado considerando un modelo pseudo estático.

Del mismo modo, para la ladera L24 del cerro ubicado en el P.J. Villa El Triunfo, se obtiene un fac-

tor de seguridad de 1.39 considerando el modelo estático (Figura 29), lo cual indica que dicha uni-

dad es estable. Para la misma unidad y considerando un modelo pseudo estático y un coeficiente

sísmico de 0.2g (Figura 30), se obtiene un factor de seguridad de 0.945; es decir, bajo condiciones

sísmicas, dicha unidad es inestable


51

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FIGURA 29. Factor de seguridad para la ladera L24 del cerro ubicado en el P.J. Villa El Triunfo considerando un modelo estático.

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ANÁLISIS PSEUDO ESTÁTICO

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FIGURA 30. Factor de seguridad para la ladera L24 del cerro ubicado en el P.J. Villa El Triunfo considerando un modelo pseudo estático.

A continuación, en la Tabla 8 se detalla los resultados obtenidos para las 27 laderas evaluadas y

con mayor detalle en el Anexo 2.

Estable Precario Inestable

52

HERNANDO TAVERA

TABLA 8 Valores de factor de seguridad para las 27 laderas identificadas en los cerros existentes

en el Distrito de Sachaca

Ladera Modelo Estático (F.S) Modelo Pseudo Estático

S.L.0 (0.2)

L-01 1.178 0.885

L-02 1.695 1.332

L-03 2.439 1.317

L-04 2.414 1.902

L-05 2.086 1.554

L-06 2.465 1.947

L-07 3.520 3.008

L-08 3.428 2.858

L-09 1.428 1.113

L-10 1.749 1.359

L-11 1.587 1.247

L-12 1.514 1.162

L-13 1.853 1.448

L-14 1.448 1.192

L-15 4.461 3.225

L-16 2.137 1.789

L-17 2.536 1.332

L-18 2.748 2.151

L-19 2.010 1.577

L-20 2.246 1.751

L-21 4.104 3.11

L-22 3.296 2.507

L-23 1.003 0.868

L-24 1.390 0.945

L-25 4.805 4.004

L-26 3.293 2.686

L-27 2.865 2.124

9.3.2. Peligro a Inundaciones

Las inundaciones son fenómenos naturales cuyo efecto es la acumulación de agua en un lugar don-de habitualmente no existe. Esta acumulación se produce por un exceso de agua registrado en un lugar y momento dado, esto debido frecuentemente a la ocurrencia de precipitaciones pluviales. Estas precipitaciones son las más frecuentes y al exponerse durante un tiempo largo, serán las causantes del aumento del caudal del río, que al llegar a sobrepasar su nivel de almacenamiento, provocará su desborde ocasionando la inundación. Si junto al río se encuentran centros poblados o terrenos agrícolas, estos serán los más afectados.

El río Chili se constituye como el principal colector hídrico de la Provincia de Arequipa, tiene su origen en la unión de los ríos Sumbay y Blanco, e ingresa a la ciudad de Arequipa por su borde

e a agricolas


53

oriental a través de un cañón profundo de flancos escarpados ubicado entre los volcanes Chachani

y Misti para luego formar un amplio valle. El valle del río Chili se encuentra en el límite de una de-

presión somera, flanqueada por un dorso de dirección norte - sur en la cual sobresale la presencia

de terrazas agrícolas (Vargas, 1970), con una geomorfología típicamente antrópica, tal como se

muestra en la Figura 31.

FIGURA 31. Valle del Rio Chili en el cual se observa la presencia de terrazas agrícolas con influencia antrópica que invaden parcialmente el cauce del río

El río Chili aumenta su caudal durante los meses de afluencia de lluvias; es decir, los meses de

enero a marzo, alcanzando como máximo un caudal de 180m3 /seg (SENAMHI, 2012), situación que

reúne las condiciones favorables para provocar el desborde del mismo, arrasando con ello terrenos

de cultivo y urbanizaciones cercanas, además de modificar la morfología del paisaje. En épocas

de poca acción pluvial, el río retoma su cauce natural e incluso llega a ser menor, llegando a pre-

sentar caudales promedio de 14 m3 /seg (SENAMHI, 2012), escenario propio de los meses de abril

a diciembre.

En la Figura 32 se muestra en cuadros estadísticos, los caudales máximos alcanzados por el río Chili

entre los años de 1973 al 2012 (39 años) y en ella se observa que las precipitaciones pluviales se

presentan en mayor cantidad durante el mes de febrero, aunque en el mes de febrero del 2012 el

río Chili llegó a presentar un caudal promedio de 177.625 m3 /seg llegando a provocar el desborde

del río para arrasar con terrenos de cultivos y afectando, no solo al Distrito de Sachaca, sino tam-

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54

HERNANDO TAVERA

FIGURA 32. Caudales medios alcanzados por el río Chili en la ciudad de Arequipa durante un periodo de 39 años


bién, a los Distritos de Tiabaya, Hunter y Uchumayo. En Sachaca, tres viviendas ubicadas en las

cercanías del puente San Isidro fueron dañadas y como medidas de prevención para evitar posibles

inundaciones de procedió a realizar el reforzamiento provisional del cauce con muros de piedras

y sacos de tierra cerca de la Urb. El Palacio 1. En la Figura 33, se muestra escenarios para el río

Chili correspondientes a los meses de febrero y setiembre, el primero en épocas de alto caudal y

el segundo, de bajo caudal.

FIGURA 33. Caudales en el rio Chili durante los meses de febrero (caudal alto) y setiembre (caudal normal) durante el año 2012

Otro caudal importante que resaltar se presentó en el mes de febrero del año 1994 con 220m3 /

seg., llegándose a reportar daños por desbordes en varias zonas a lo largo del cauce del rio Chili.

En este caso, la zona de estudio se encuentra comprendida dentro de la cuenca del río Chili, a lo

largo de aproximadamente 5 km, considerando sectores del P.T. Arrayanes, terreno del ex-Mercado

La Parada y la zona del P.T. Arancota. Durante el trabajo de campo se llegó a identificar la pre-

sencia de 6 zonas susceptibles a inundaciones por incremento del caudal del río Chili, todas deno-

minadas en la Figura 34 con letras de la A a la F. Para realizar una mejor evaluación del riesgo de

inundación, para cada una de las zonas se ha construido una sección topográfica y sus coordenadas

UTM se detallan en la Tabla 9 (ver Anexo 3).

TABLA 9

Coordenadas UTM de ubicación de las secciones topográicas sobre el río Chili

PUNTOS NORTE (m) ESTE(m) ELEVACION (m)

Sección "A" 8180768 0225572 2207

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Sección "D" 8182715 0227039 2263

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56

HERNANDO TAVERA


Para obtener las simulaciones por inundación en cada zona identificada como susceptible a este

peligro, se utilizó el software HEC-RAS y los datos topográficos levantados en campo. Los resulta-

dos obtenidos en este estudio tienen un rango de aproximación del 10% al 20% debido básicamente

a que las condiciones asumidas para el escenario de la simulación no son datos exactos. Los resul-

tados obtenidos se describen en la figura 34.

Zona "A" (Figura 35): se encuentra en el P.T. Arancota. En la zona el rio presenta un ancho pro-

medio de 38.85 m con una profundidad de 0.75 m (sección topográfica A-A' ) y un caudal promedio

de 15.425 m3 /seg (SENAMHI, Junio 2012). En la zona se observa la presencia de un enrocado que

ZONA SUSCEPTIBLE A INUNDACIÓN "A"

FIGURA 35. Principales caracteristicas geomorfológicas en la Zona "A" suceptible a inundación

SECCION TOPOGRAFICA B-B'

58 HERNANDO TAVERA

funciona como muro de contención en la margen derecha del río, acumulación de rocas en la parte

central del cauce provenientes del arrastre de materiales durante el aumento de su caudal. Así

mismo, en la margen derecha del rio existen varios terrenos agrícolas en producción.

Los resultados obtenidos en la simulación numérica sugieren que el río Chili, a lo largo de la

Sección A, se desbordaría con un caudal superior a 170 m3 /seg afectando a viviendas y terrenos

agrícolas más cercanos a este.

Zona "B" (Figura 36): se ubica a 12 metros del Puente de Tingo y cerca del P.T. Arancota. En la

zona el río presenta un ancho promedio de 59 m con una profundidad de 0.90 m (sección topográfi-

ZONA SUSCEPTIBLE A INUNDACIÓN "B"

FIGURA 36. Principales características geomorfológicas en la Zona "B" suceptible a inundación

Muro de

contención


ca B-B" ) y en promedio, presenta un caudal de 15.425 m3 /seg (SENAMHI, Junio 2012). En esta zona

se observa la presencia de un talud enrocado en su margen izquierda, la acumulación de detritos

en la parte central del cauce provenientes del arrastre de los materiales durante el aumento del

caudal del río. Asimismo, la presencia de terrenos agrícolas en la margen derecha del río.

Los resultados obtenidos en la simulación numérica sugieren que el rio Chili, a lo largo de la Sec-

ción B, se desbordaría con un caudal superior a 177 m3 /seg afectando urbanizaciones y terrenos

agrícolas más cercanos a este.

Zona "C" (Figura 37): se encuentra ubicada en la Urb. El Palacio. En esta zona el río presenta un

ancho promedio de 26 m y una profundidad de 1.00 m (sección topográfica C-C ) con un caudal

ZONA SUSCEPTIBLE A INUNDACIÓN "C"

FIGURA 37. Principales características geomorfológicas en la Zona "C" suceptible a inundación

Señal registrada y ventanas seleccionadas para el procesamiento

Variación Azimutal de la Amplitud


Zonificación Sísmica — Geotécnica del Distrito de Sachaca - Arequipa Frecuencias Predominantes del Suelo

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FIGURA 42. Ejemplo de la ficha HP,/ para el punto SAC 014 en la cual se recopila la información registrada y analizada. Arriba, señal registrada; Medio; razón espectral (H/V) en línea gruesa y su desviación estándar en línea discontinua. Espectrograma y Abajo: resultados.

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FIGURA 43. Ejemplos de razones espectrales H/V identificados en el Distrito de Sachaca y su correlación aproximada con la distribución de suelos sobre el basamento rocoso.


67

A partir de los valores extraídos de las razones espectrales H/V, se obtiene mapas con la distribu-

ción espacial de los valores de frecuencias predominantes considerando diferentes rangos. En el

Distrito de Sachaca se ha identificado la existencia de dos rangos de frecuencias predominantes: el

primero entre 2.0 y 3.0Hz y el segundo entre 3.1 a 10Hz. Asimismo, se ha identificado, en algunos

puntos de medición, la existencia de hasta dos picos de frecuencias que definen la existencia de

suelos heterogéneos o complejos.

Distribución de Periodos Dominantes: Para un mejor análisis de los resultados obtenidos para los

valores H/V, se ha procedido a convertir los valores de frecuencias a periodos y para su interpreta-

ción se ha considerado la Norma Peruana de Construcción Sismorresistente E0-30 (Capitulo 6). Por

otro lado, para construir los mapas de periodos dominantes se ha considerado, para cada punto de

medición, un radio de confiabilidad del orden de 10 metros y los resultados han permitido identi-

ficar la presencia de áreas de similar comportamiento dinámico. Asimismo, a partir de la relación

H=Vs/4F y asumiendo un determinado rango de velocidad para las ondas de corte (Vs) obtenidos de

los perfiles de velocidad, se procedió a estimar el espesor de las diversas capas sedimentarias pre-

sentes en cada rango de periodos dominantes identificados para los suelos del Distrito de Sachaca.

Rango de Periodos entre 0.1 - 0.3 s (3.1 a 10 Hz): En la Figura 44, se presenta el mapa del

Distrito de Sachaca y la distribución espacial de los periodos dominantes en el rango de 0.1 a 0.3

segundos, observándose que estos valores se encuentran cubriendo casi el 85% del área total de

estudio y definiendo la existencia de una capa sedimentaria, por encima del basamento rocoso,

con un espesor entre 4 y 14 metros.

En la Figura 45 se presenta la distribución espacial de 7 razones espectrales representativas para

este rango de periodos y frecuencias (3.1 - 10.0 Hz) a fin de buscar evidenciar su relación con los

aspectos geomorfológicos y/o geodinámicos de la zona. Obsérvese que existe diferencia en la am-

plitud de las curvas H/V obtenidas cerca del rio Chili en comparación con las del extremo norte

del distrito, lo cual sugiere que los suelos son ligeramente menos compactos en las proximidades

del rio.

Rango de Periodos entre 0.31 - 0.5 s (2.0 - 3.0 Hz): En la Figura 46, se presenta el mapa del

Distrito de Sachaca y la distribución espacial de los periodos dominantes en el rango de 0.31 a 0.5

segundos, observándose que estos valores son menores en número y se encuentran en el extremo

norte del P. T. Alto de Amados, entre los A. H. Coronel Victor Maldonado y 1 de Julio, entre los P.T.

Tío Grande, Tío Chico y el A. H. General Pedro Vilcapaza. Asimismo, entre las urbanizaciones El

Dorado, Campo Verde y El Palacio II. Valores aislados en el P. T. Cerro La Aparecida y en el extremo

oeste del distrito. Estos valores sugieren que en la zona existe una capa sedimentaria con mayor

espesor que en el resto del distrito (entre 12 y 18 metros). Asimismo, es posible que la composición

geológica de esto suelos sea diferente a la identificada para el rango de periodos de 0.1 a 0.3 s.

En la Figura 47 se presenta la distribución espacial de 5 razones espectrales representativas para

este rango de periodos y frecuencias (2.0 a 3.0 Hz) a fin de buscar evidenciar su relación con los

aspectos geomorfológicos y/o geodinámicos de la zona. Obsérvese que los picos de frecuencias

son más nítidos en el extremo sur del distrito, lo cual sugiere que los suelos son más homogéneos.

Por otro lado, en un número importante de puntos de medición de H/V se ha identificado la pre-

sencia de hasta 2 picos de frecuencias predominantes para el rango de 1.0 a 15.0 Hz, evidenciando

la existencia sobre el basamento rocos, en estos puntos, de al menos dos capas de sedimentos

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72

HERNANDO TAVERA

con diferente composición geológica. En la Figura 48 se muestra 8 ejemplos representativos H/V

correspondiente a estos suelos y en la Figura 49, su correlación espacial con suelos en los cuales

se identificó la existencia de un pico de frecuencia predominante. Según la figura, el 40% del área

total del Distrito de Sachaca presenta suelos compuestos por dos capas sedimentarias de diferente

espesor. Estos suelos están presentes en el área que considera a las urbanizaciones Campo Ver-

de, El Dorado, La Planicie hasta Tahuaycani, Los Portales de Tahuaycani y Asís; además, de los P.

T. Cerro La Aparecida y Calle Cusco. Otro grupo de puntos se encuentran en dirección norte del

P. T. Huaranguillo y P. J. Ampliación Villa el Triunfo. Asimismo, es notoria la presencia de grupos

pequeños al norte del P. T. Alto de Amados y entre el A. H. General Pedro Vilcapaza, Asociación de

Vivienda 7 de Junio y P. T. Arancota.

Los resultados obtenidos a partir del análisis de curvas H/V sugieren que el Distrito de Sachaca

cuenta con suelos constituidos por una y dos capas sedimentarias, siendo ambos de diferente es-

pesor, pero con similar composición geológica.

9.4.2. Estudios Sísmicos con la Técnica de Arreglos Lineales

La técnica MASW (Multichannel Análisis of Surface Waves) permite conocer la velocidad de propa-

gación de las ondas sísmicas en el subsuelo a partir del análisis de la dispersión de ondas superfi-

ciales registradas por arreglos lineales de estaciones sísmicas. Como resultado de la inversión de

la curva de dispersión se obtiene el perfil de velocidades para las ondas de corte (Vs) en el punto

central de cada arreglo.

Para el registro de la data sísmica se ha utilizado un equipo de refracción sísmica que consta de

un registrador multipropósito, modelo GEODE (24 canales), geófonos de 4.5 Hz y registros a una

resolución de 24 bits con un rango dinámico mayor a 110dB. Como fuente de impacto y/o energía

para generar las ondas sísmicas, se utilizó un martillo de 20 lbs. Los parámetros de registro, tales

como la geometría del tendido, espaciamiento entre geófonos (entre 3 y 6 metros) y el punto de

impacto del martillo, fue variable ya que dependía de la geomorfología de la zona de estudio. La

frecuencia de muestreo fue de 4000 Hz con un pre-trigger de -0.1s y una longitud de registro de

2 segundos. Para eliminar el registro de ruido de fondo se realizaron entre 6 y 12 golpes en cada

punto de disparo, permitiendo el estaqueo temporal de los datos y así, aumentar la coherencia en

los resultados. La calidad del registro fue verificada en campo y analizada con el software Geopsy

2.8. Las curvas de dispersión de ondas obtenidas para cada tendido y número de impactos, fueron

promediadas y luego invertidas usando el algoritmo DINVER a fin de obtener los perfiles de velo-

cidad para puntos específicos de toma de datos. Para el análisis de los resultados se considera la

clasificación que la Norma E030 establece para cada tipo de suelo, en base a los siguientes rangos

de velocidades para las ondas de corte (Vs):

• Rocas duras, velocidades Vs > 1,500 m/s

• Rocas moderadamente duras, velocidades Vs de 760 a 1500 m/s

• Suelo muy duro o roca blanda, velocidades Vs de 360 a 760 m/s

• Suelo duro, velocidades Vs de 180 a 360 m/s

• Suelo blando, velocidades Vs <180 m/s

En la Figura 50, se presenta el mapa del Distrito de Sachaca con la ubicación espacial de las 8

líneas de refracción sísmica codificadas como: 5001, S002, ..., S008 y en la Figura 51, imágenes del

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74

HERNANDO TAVERA

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76

HERNANDO TAVERA

tendido de línea en el Estadio de Sachaca y el registro de las señales sísmicas correspondientes.

Las principales características de cada arreglo sísmico son:

FIGURA 51. Imágenes de la disposición del equipo de refracción sísmica y registro de ondas sísmicas en el local del es-tadio de futbol ubicado en el A.H. Santa María de Guadalupe

Arreglos Lineal 5001: El arreglo se realizó en los terrenos de la Universidad Católica Santa María y

de acuerdo al perfil elaborado (Figura 52), se ha identificado la presencia de dos capas: La primera

presenta espesores de hasta 4.4 metros con velocidades Vs de 150 m/s correspondiente a suelos

blandos, y la segunda capa presenta espesores de 2. 6 metros y velocidades Vs alrededor de 220

m/s, correspondientes a suelos duros. La superficie de contacto con la siguiente capa, alcanza ve-

locidades Vs de hasta 380 m/s y corresponden a suelos muy duros o rocas blandas. Obsérvese que

en esta zona, la capa sedimentaria presenta suelos blandos con espesores de hasta 4.4 m.

FIGURA 52. Análisis e interpretación geofísica obtenido con el método MASW para el arreglo S001

Arreglos Lineal 5002: El arreglo se realizó en el A. H. Santa María de Guadalupe y de acuerdo

al perfil elaborado (Figura 53), se ha identificado la presencia de dos capas: La primera presenta

espesores de hasta 3.5 metros con velocidades Vs de 200 m/s correspondiente a suelos duros, y


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5002: A. H. SANTA MARÍA DE GUADALUPE

FIGURA 53. Análisis e interpretación geofísica obtenido con el método MASW para el arreglo 5002

la segunda capa presenta un espesor de 11 metros y velocidades Vs alrededor de 280 m/s, corres-

pondientes a suelos duros. La superficie de contacto con la siguiente capa, alcanza velocidades Vs

de hasta 450 m/s y corresponden a suelos muy duros o roca blanda. Obsérvese que en esta zona,

las dos capas sedimentarias corresponden a suelos duros, pero existe una diferencia de espesor,

entre ambas, de 7.5 metros y en Vs del orden de 80 m/s, lo cual sugiere importantes diferencias

geológicas.

Arreglos Lineal 5003: El arreglo se realizó en el P.T. Alto de Amados y de acuerdo al perfil ela-

borado (Figura 54), se ha identificado la presencia de dos capas: La primera presenta espesores

de hasta 13 metros con velocidades Vs de 300 m/s correspondiente a suelos duros, y la segunda

presenta espesores de 4 metros y velocidades Vs alrededor de 480 m/s, correspondientes a suelos

muy duros o rocas blandas. La superficie de contacto con la siguiente capa, alcanza velocidades Vs

de hasta 600 m/s y corresponden a suelos muy duros o rocas blandas. Obsérvese que en esta zona,


S004: P. T. HUARANGUILLO

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78

HERNANDO TAVERA

la primera capa sedimentaria presenta mayor espesor, además de importantes diferencias en sus

valores de Vs.

Arreglos Lineal 5004: El arreglo se realizó en el P.T. Huaranguillo y de acuerdo al perfil elaborado

(Figura 55), se ha identificado la presencia de dos capas: La primera presenta espesores de hasta

4.6 metros con velocidades Vs de 180 m/s correspondiente a suelos blandos y la segunda presenta

espesores de 4.2 metros y velocidades Vs alrededor de 290 m/s, correspondientes a suelos duros.

La superficie de contacto con la siguiente capa, alcanza velocidades Vs de hasta 640 m/s y co-

rresponden a suelos muy duros o rocas blandas. Obsérvese que en esta zona, la capa sedimentaria

presenta suelos blandos con espesores de hasta 4.6 m.


Arreglos Lineal S005: El arreglo se realizó en la Urb. El Ensueño y de acuerdo al perfil elaborado (Figura

56), se ha identificado la presencia de dos capas: La primera presenta espesores de hasta 1.8 metros con

velocidades Vs de 160 m/s correspondiente a suelos blandos y la segunda, presenta espesores de 4.2 metros

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79

y velocidades Vs alrededor de 250 m/s, correspondientes a suelos duros. La superficie de contacto

con la siguiente capa, alcanza velocidades Vs de hasta 340 m/s y corresponden a suelos muy duros

o rocas blandas. Obsérvese que en esta zona, la capa sedimentaria presenta suelos blandos con

espesores de tan solo 1.8 m.

Arreglos Lineal 5006: El arreglo se realizó en la Urb. El Palacio 1 y de acuerdo al perfil elaborado


3 metros con velocidades Vs de 200 m/s correspondiente a suelos duros y la segunda, presenta

espesores de 8.5 metros y velocidades Vs alrededor de 440 m/s, correspondientes a suelos muy

duros o rocas blandas. La superficie de contacto con la siguiente capa, alcanza velocidades Vs de

hasta 690 m/s y corresponden a suelos muy duros o rocas blandas.


Arreglos Lineal 5007: El arreglo se realizó en el P.T. Arrayanes y de acuerdo al perfil elaborado


FIGURA 58. Análisis e interpretación geofísica obtenido con el método MASW para el arreglo 5007

80 HERNANDO TAVERA

1.5 metros con velocidades Vs de 160 m/s correspondiente a suelos blandos y la segunda, presenta

espesores de 2.5 metros y velocidades Vs alrededor de 220 m/s, correspondientes a suelos duros.

La superficie de contacto con la siguiente capa, alcanza velocidades Vs de hasta 530 m/s y corres-

ponden a suelos muy duros o rocas blandas. Obsérvese que las dos capas sedimentarias presentan

poco espesor y prácticamente corresponden a suelos blandos.

Arreglos Lineal 5008: El arreglo se realizó en el interior del Estadio Municipal de Sachaca, lugar

en donde actualmente funciona la Municipalidad del Distrito de Sachaca. De acuerdo al perfil ela-

borado (Figura 59), se ha identificado la presencia de dos capas: La primera presenta espesores

de hasta 2.4 metros con velocidades Vs de 160 m/s correspondiente a suelos blandos y la segun-

da, presenta espesores de 3.5 metros y velocidades Vs alrededor de 220 m/s, correspondientes a

suelos duros. La superficie de contacto con la siguiente capa, alcanza velocidades Vs de hasta 600

m/s y corresponden a suelos muy duros o rocas blandas. Obsérvese que las dos capas sedimentarias

presentan poco espesor y prácticamente corresponden a suelos blandos.

S008: ESTADIO MUNICIPAL DE SACHACA


Una manera de evaluar los valores de velocidad de ondas Vs obtenidas con el método MASW, es

utilizar el perfil de velocidad para generar, mediante un método inverso, la función de transferen-

cia teórica expresada en términos de frecuencias y en este, identificar el valor de la frecuencia

predominante. Seguidamente, este valor o valores deben ser correlacionados con los valores de

frecuencias predominantes obtenidos con el método H/V. Si estos valores de frecuencias son simi-

lares, entonces se corrobora que los resultado obtenidos para el área de estudio, son realmente re-

presentativos. En la Figura 60 se presentan como ejemplo los resultados obtenidos para el Arreglo

Lineal 5006 correspondiente a la Urb. El Palacio 1 y en él se observa que existe buena correlación

entre la función de transferencia teórica y el valor de H /V, lo cual confirma los resultados obteni-

dos en este estudio.

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82

HERNANDO TAVERA

9.5. MAPA DE ZONIFICACIÓN SÍSMICA - GEOTÉCNICA

El Mapa de Zonificación Sísmica-Geotécnica para los suelos presentes en el Distrito de Sachaca

considera el análisis e interpretación de la información geológica, geomorfológica, geodinámica,

geotécnica, sísmica y geofísica. Las características dinámicas del suelo han permitido identificar

en el área de estudio, de acuerdo a la Norma de Construcción Sismorresistente (Norma E030), la

existencia de dos tipos de suelo; es decir, suelos de Tipo S1 y S2. Esta información ha permitido

proponer para el Distrito de Sachaca la siguiente zonificación (Figura 61):

ZONA 1: Esta zona está conformada por estratos de grava coluvial-aluvial 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 medicio-

nes de vibración ambiental, entre 0.1 y 0.3 s correspondientes a suelos de Tipo Si. Asimismo,

en esta zona predominan periodos de 0.2 s que se concentran en el extremo Norte y Sur del

área urbana. Esta zona considera casi el 80% del suelo del distrito.

ZONA II: En esta zona se incluye a las superficies de aluviales conformadas por columnas de

gravas con arenas intercaladas con niveles finos limosas y arcillosas cuyos espesores varían

entre 3 y 10 m. Los periodos predominantes del terreno, determinados por las mediciones de

vibración ambiental, entre 0.3 y 0.5 s correspondientes a suelos de Tipo S2. Esta zona con-

sidera áreas pequeñas comprendidas entre los P.T. Alto de Amados, Tío Chico y Tío Grande;

otra en la Urb. El Ensueño, entre Campo Verde y el Palacio, y finalmente, un área alargada

paralela al rio Chili entre el P.T. Arancota y la Urb. El Palacio I.


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H ERNANDO TAVERA

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La realización del estudio de Zonificación Sísrnica-Geotécnica (Comportamiento Dinámico del Sue-

lo) para el Distrito de Sachaca, Provincia y Departamento de Arequipa, ha permitido llegar a las

siguientes conclusiones y recomendaciones:

CONCLUSIONES

Aspectos Geológicos:

La geología de Arequipa expone diferentes unidades litológicas cuya naturaleza son: ígneas, se-

dimentarias y metamórficas, con edades que datan desde el Pre-cambriano hasta el Cuaternario

reciente. El área de estudio (Distrito de Sachaca) se asienta sobre unidades de tipo volcánico in-

trusivo y sedimentos de edad reciente, formado por rocas ígneas-intrusivas, el volcánico Senca y

depósitos no consolidados de material aluvial, fluvial y eólicos.

Aspectos Geomorfológicos:

Regionalmente, en la ciudad de Arequipa se reconoce la presencia de cuatro unidades geomorfo-

lógicas: la cordillera occidental, la cordillera volcánica, el altiplano y la llanura costanera. En el

área de estudio sobresalen unidades como una penillanura, un valle fluvial, así como la presencia

de cerros con laderas de variada pendiente.

Aspectos Geodinámicos:

En el área de estudio, no ha sido posible inventariar movimientos en masa activos, pero se han re-

conocido la existencia de una gran variedad de materiales inestables presentes en algunas laderas

y que se han formado a consecuencia del desarrollo de actividades antrópicas como la construccion

de rutas de acceso a las partes altas de los cerros y la construccion de viviendas sobre zonas de

pendiente.

Aspectos Geotécnicos:

La elaboración de 15 calicatas y el respectivo análisis de muestras realizadas en laboratorio han

permitido identificar para el Distrito de Sachaca, ta presencia de hasta 3 tipos de suelos, los mis-

mos que ha sido caracterizado de acuerdo a la clasificación SUCS (Suelos tipo SM, SP y SP-SM).

Los valores de capacidad portante definen suelos con alta y baja resistencia al corte, distribuidos

de la siguiente manera: En general, los valores definen suelos con alta, media y baja resistencia al

corte, distribuidos de la siguiente manera: los suelos con capacidad portante alta se encuentran en

las urbanizaciones Asis y Magisterial Amauta; ademas, del R T. Los Arrayanes. Suelos con capacidad


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portante media se encuentran en las urbanizaciones Quinta Montebello 1, Quinta Montebello II, El

Olivar, Las Condes, Los Diamantes, Tahuaycani, El Buen Pastor, El Angel, Santa Fe, Los Portales de

Tahuaycani y Residencial Montebello. En el resto del área de estudio, los suelos presentan capaci-dad portante baja.

Por otro lado, en importante señalar que todos los pueblos que se encuentran asentados sobre los

cerros, lo hacen en suelos netamente rocosos.

Estabilidad de Taludes:

En el Distrito de Sachaca se ha identificado la presencia de 27 zonas de laderas con posibles índices

de inestabilidad de taludes, todas en los cerros ubicados dentro del mismo distrito. Estos cerros

presentan material de cobertura de origen coluvial con no más de 90 cm de espesor en su parte

central y de 40 cm en sus extremos; mientras que, en las cumbres la cobertura es escasa debido a

los procesos de erosión que los afecta. Estos cerros están distribuidos en los P. J. Villa Esperanza,

Villa El Triunfo, Ampliación Villa El Triunfo, 23 de Junio, La Chiriguana, Alto Guadalupe Pacifico,

7 de Junio, Alto Alata y San Jerónimo. También en los A. H. La Nueva Esperanza, Coronel Victor

Maldonado, 1 de Julio, Alto Arguedas, Mirador de Sachaca, y General Pedro Vilcapaza. Del mismo

modo en las Asociaciones de Vivienda Corazón de Jesús, Buena Vista, José Maria Arguedas 28 de

Julio; además, del P. T. Pasos del Señor, todos densamente poblados

Peligro de Inundación:

El río Chili es el principal colector hídrico de la Provincia de Arequipa e ingresa a la ciudad por su

borde oriental a través de un cañón profundo de flancos escarpados ubicado entre los volcanes

Chachani y Misti para luego formar un amplio valle. El valle del río Chili se encuentra en el límite

de una depresión somera, flanqueada por un dorso de dirección norte - sur en la cual sobresale

la presencia de terrazas agrícolas con una geomorfología típicamente antrópica. En este caso, el

área de estudio se encuentra comprendida dentro de la cuenca del río Chili, a lo largo de aproxi-

madamente 5 km, considerando sectores del P.T. Arrayanes, el terreno del ex-Mercado La Parada y la zona del P.T. Arancota.

En el cauce del rio que limita con el Distrito de Sachaca se ha identificado la presencia de 6 zonas

susceptibles a inundaciones por incremento del caudal del río Chilí entre el P.T. Arancota y el P.T.

Los Arrayanes, siendo la ribera comprendida entre el P.T. Arancota y la Urb. El Palacio 1, la de ma-yor riesgo a este tipo de peligro.

Aspectos Sismológicos y Peligro Sísmico

La región Arequipa y por ende el Distrito de Sachaca, se ubican en una de las regiones de mayor

ocurrencia de sismos de diversa magnitud y variados niveles de profundidad. Esta sismicidad ha

caracterizado la ocurrencia de sismos de magnitud elevada que históricamente han causado altos

niveles de daño en la Provincia de Arequipa. En tal sentido, es importante la ejecución de estudios

relacionados a la gestión del riesgo de peligros como los sismos.

El estudio de peligro sísmico ha permitido estimar para un periodo de retorno de 50 años con el

10% de excedencia, aceleraciones de 360 cm/seg2. Este valor es equivalente a intensidades de VI-

VII (MM); es decir, suficientes como para producir años estructurales y deslizamientos en las zonas de pendiente alta.

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HERNANDO TAVERA

Aspectos Sísmicos y Geofísicos: El análisis de las razones espectrales H/V obtenidos en 204 puntos de medición, ha permitido

observar gran variedad de frecuencias predominantes que van desde 0.5 a 30 Hz, lo cual sugiere

que el suelo sobre el cual se encuentra el área urbana de Sachaca es muy heterogéneo y por ende,

complejo. El rango de frecuencias entre 2 y 10 Hz ha permitido identificar la presencia de dos ca-

pas sedimentarias de variado espesor. Estos resultados son confirmados con los obtenidos a partir

de estudios de refracción sísmica aplicando el método MASW.

Los resultados obtenidos indican que el Distrito de Sachaca cuenta con suelos constituidos por una

y dos capas sedimentarias, siendo ambas de diferente espesor.

Zonificación Sísmica-Geotécnica (Comportamiento Dinámico del Suelo): Los resultados obtenidos en este estudio han permitido identificar, según la Norma de Construcción

Sismorresistente (Norma E030), la existencia en el Distrito de Sachaca de 2 zonas sísmicas - geo-

técnicas, las mismas que corresponden a suelos de Tipo S1 y S2. Esta clasificación permite propo-

ner, en este estudio, el Mapa de Zonificación Sísmica - Geotécnica (Comportamiento Dinámico del

suelo) para el Distrito de Sachaca.

RECOMENDACIONES

Es importante realizar estudios complementarios de geofísica (georadar y/o perforaciones de dia-

mantina) a fin de lograr mayor detalle en la caracterización de los suelos en el Distrito de Sachaca,

esto debido a la compleja heterogeneidad identificada en la composición de sus suelos.

Este documento técnico debe ser utilizado por las autoridades del Distrito de Sachaca para una

mejor Gestión del Riesgo ante la ocurrencia de sismos, deslizamientos e inundaciones. Del mismo

modo, para aportar información técnica a las normativas necesarias para el desarrollo y expansión

urbana del distrito.


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