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ZONIFICACIN GEOTCNICA SSMICA DE LA CIUDAD DE MOQUEGUA Aguilar, Zenn(1), Chang, Luis A.(2), Castro-Cuba, Milagro E.(2), Chaia, Wilber E.(2), Salas, Leonardo R. (3), Moreno, Rodolfo A.(3), Piedra, Ramiro.(3)

Resumen La ciudad de Moquegua, ubicada en la regin suroccidental del Per, a lo largo de su historia ha sufrido los efectos devastadores de una serie de eventos ssmicos. Durante el terremoto del 23 de Junio del 2001, esta ciudad fue la que sufri los mayores daos, registrndose intensidades de VIII en la Escala de Mercalli Modificada. El objetivo de esta investigacin es realizar la zonificacin geotcnicassmica de la ciudad de Moquegua poniendo nfasis en las reas de expansin urbana, que es la zona destinada a la reubicacin de los damnificados de dicho terremoto. Con tal fin, se realizaron intensivos trabajos de exploracin geotcnica que permitieron determinar las caractersticas de los suelos de cimentacin de las diferentes reas urbanas, identificndose cuatro zonas que agrupan reas cuyos comportamientos representan un nivel de peligro ssmico similar. En general se ha determinado que el comportamiento dinmico de las diferentes zonas presentan amplificaciones importantes en periodos relativamente largos, lo cual incrementa el nivel de peligro al que estn expuestas las edificaciones en esta ciudad.

1.0

Antecedentes La ciudad de Moquegua se sita en el Cinturn de Fuego del Pacfico, una zona de alta actividad ssmica. El 23 de junio del 2001 a horas 15:33, ocurri un movimiento ssmico de Magnitud MS = 8.2 en la escala Richter, el cual alcanz una Intensidad de VIII grados en la Escala de Mercalli Modificada en la ciudad de Moquegua. El movimiento ssmico afect las zonas ms vulnerables y dej miles de viviendas destruidas denotando las zonas de alto riesgo en toda esta regin. En general, las viviendas mas afectadas fueron las de adobe que en su mayora han colapsado, en menor escala fueron afectadas las edificaciones de albailera, algunas se agrietaron y otras sufrieron fallas en la tabiquera en viviendas de uno o ms pisos, lo mismo ocurri en edificios de estructuras aporticadas. Luego de este desastre se vio la necesidad de reubicar las reas que fueron devastadas por este evento y que presentan un alto peligro ante fenmenos similares. Con la finalidad de seleccionar las reas ms ptimas para la reubicacin y la expansin urbana, en el presente estudio se realiza la zonificacin geotcnica ssmica de la ciudad de Moquegua, esperando con ello contribuir con el desarrollo sostenible de dicha ciudad.

2.0

Objetivo de la Investigacin El objetivo de esta investigacin es realizar la zonificacin geotcnicassmica de la ciudad de Moquegua poniendo nfasis en las reas de expansin urbana, que es la zona destinada a la reubicacin de los damnificados por el sismo del 23 de Junio de

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Investigador Principal, Sub director Acadmico del CISMID-FIC-UNI Investigador Asociado del Laboratorio Geotcnico del CISMID-FIC-UNI (3) Asistente de Investigacin del Laboratorio Geotcnico del CISMID-FIC-UNI

2001. Se tiene conocimiento que las reas de expansin estn conformadas por suelos con caractersticas especiales, habindose reportado daos en las edificaciones convencionales debido principalmente a la expansin y/o colapso del suelo de cimentacin. Por lo tanto, en este estudio se ha realizado trabajos de campo y laboratorio para analizar el comportamiento del terreno y poder caracterizarlos adecuadamente, agrupndolos en zonas que representen similares niveles de peligros ante amenazas de origen natural.

3.0

Ubicacin del rea en Estudio El departamento de Moquegua se localiza al Sur Oeste del pas. Se extiende entre el litoral peruano y la cadena occidental de los Andes del Sur, abarcando dos regiones: la costa y la sierra. Su relieve es bastante accidentado debido a su contextura volcnica, encontrndose entre los volcanes Omate y Ubinas. Las zonas en estudio, que comprenden El Cercado de la ciudad de Moquegua, el CPM San Francisco, el CPM San Antonio, el CPM Los ngeles y la zona de expansin urbana de Chen Chen, se encuentran situadas a una altitud promedio de 1,400 msnm, precisamente en los lmites de ceja de sierra. La Figura 1 muestra la ubicacin y la topografa de la ciudad de Moquegua.

Fig. 1 Ubicacin de la Ciudad de Moquegua

4.0

Geologa Regional Geolgicamente la zona de estudio est ubicada en la Regin Sur Occidental de los Andes y la Llanura costanera, a una altura promedio de 2,200 m.s.n.m. (Provincia de Mariscal Nieto). Especficamente esta zona se encuentra entre el flanco andino y la llanura costanera, de los cuales el primero est conformado por rocas volcnicas del cretceo superior y del terciario inferior, siendo denominado como grupo Toquepala; yCONCYTEC CISMID UNI

la segunda est constituida por rocas sedimentarias del terciario superior, denominada como Formacin Moquegua. La Figura 2 muestra el mapa de geologa superficial de la zona de estudio.

Kti

Q-al/fl Q-co/al Q-re/al Ts-mos Ts-mos Q-al/fl Ts-moi Q-al/fl Q-re/al Ts-mosQ-al/fl

Ts-moi

Kti Ts-moi Ts-mos Q-co/al Q-al/fl Q-re/al

FORMACIN TOQUEPALA FORMACIN MOQUEGUA INFERIOR FORMACIN MOQUEGUA SUPERIOR CUATERNARIO COLUVIAL/ALUVIAL RECIENTE CUATERNARIO ALUVIAL/FLUVIAL RECIENTE CUATERNARIO RESIDUAL/ALUVIAL

Fig. 2: Mapa de Geologa Superficial de la Ciudad de Moquegua

5.0

Geomorfologa El rea de estudio est emplazada sobre el lecho y los flancos del valle que transcurre en direccin Noreste a Suroeste, dentro del cual se ubica la ciudad de Moquegua y las zonas agrcolas. La otra parte del territorio es rida, y est compuesta por colinas y penillanura costera, en la cual se ubican los poblados de San Antonio, Chen Chen, Samegua y Los Angeles. Todas las unidades geomorfolgicas estn constituidas por depsitos clsticos del terciario superior pertenecientes a la Formacin Moquegua y a depsitos del cuaternario, los cuales estn disectados por numerosas quebradas que confluyen en el valle de los ros Tumilaca, Torata, Huanrancane. En esta zona se presentan cinco unidades geomorfolgicas, las cuales se denominan: Llanuras Costeras, Valles, Colinas Costeras, Quebradas y Terrazas, cuya delimitacin se indica en la Figura 3

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LOS ANGELES

- VALLES - COLINAS COSTERAS - LANURASCOSTERAS - QUEBRADAS - TERRAZACHEN-CHEN CERCADO

SAN FRANCISCO

SAN ANTONIO

Fig. 3: Mapa Geomorfolgico de la Ciudad de Moquegua

6.0

Exploracin Geotcnica Para determinar las caractersticas geotcnicas del terreno de fundacin de las diferentes zonas de la ciudad se realiz un programa de exploracin de campo consistente en la excavacin de calicatas, ejecucin de ensayos de colapso in-situ y la ejecucin de ensayos geofsicos de refraccin ssmica y medicin de microtrepidaciones, la ubicacin de los cuales se muestran en la Figura 4. Durante estos trabajos se obtuvieron un gran nmero de muestras de suelos, con las cuales se realizaron ensayos estndar y especiales de mecnica de suelos para determinar sus caractersticas fsicas y mecnicas. Los resultados de los ensayos de laboratorio muestran que los suelos arcillosos de la Formacin Moquegua Inferior, que afloran predominantemente en el CPM San Antonio, presentan un alto potencial de expansin, con valores que alcanzan hasta el 18% y cargas de expansin de hasta 4.4 kg/cm2. Tambin se realizaron ensayos de colapso en los suelos arenosos que en grandes extensiones se encuentran sobre el suelo expansivo, as como en el rea de expansin urbana de Chen Chen. Los resultados de dichos ensayos muestran que stos presentan un ligero potencial de colapso.

6.1

Comportamiento Dinmico del Terreno Para determinar el comportamiento dinmico del terreno se utiliz la tcnica de medicin de microtrepidaciones, la cual permite estimar el periodo de vibracin natural de terreno y los factores de amplificacin ssmica. Mediante este ensayo

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se definieron curvas isoperiodos de las diferentes zonas del rea urbana, encontrndose los siguientes rangos de periodos: En la zona de El Cercado las urbanizaciones aledaas, los periodos predominantes de vibracin natural varan de 0.1 a 0.35 segundos, observndose amplificaciones importantes en este rango de periodos. En el CPM Los Angeles se presentan valores de periodos predominantes con poco rango de variacin, encontrndose entre 0.2 y 0.3 s En el CPM San Antonio se observan dos reas , la primera con valores que varan de 0.2 a 0.35 s, distribuidos en las laderas de los cerros. La segunda con valores que varan de 0.4 a 0.8 s, distribuidos en la parte baja de este centro poblado. En la zona de Chen Chen, tambin se presentan dos reas bien marcadas, con valores de periodos bastante diferentes. El sector aledaas a la planta de tratamiento presenta periodos predominantes en el rango de 0.1 a 0.3 s, reflejando un comportamiento de suelo rgido. La zona destinada a la expansin urbana presenta periodos de 0.9 a 1.5 s, con factores de amplificacin importantes en este rango de periodos. En el CPM San Francisco los periodos predominantes varan de 0.20 a 0.35 s. En esta zona las amplificaciones son importantes especialmente por el efecto topogrfico y las grandes pendientes de las laderas de los cerros.

Fig. 4 Ubicacin de Sondajes

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7.0

Zonificacin Geotcnica Ssmica de la Ciudad de Moquegua La evaluacin de toda la informacin obtenida en el desarrollo de esta investigacin, ha permitido definir cuatro zonas geotcnicas en la ciudad de Moquegua, de acuerdo a las caractersticas fsico mecnicas y dinmicas de los suelos de fundacin, las cuales se muestran en la Figura 5 y se describen a continuacin. La Zona I est conformada por la parte consolidada de la ciudad. Superficialmente presenta un material de relleno medianamente compacto, que alcanzan hasta los 2.0 m de pro

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