FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
TESIS
“MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA DEL DISTRITO DE ANCÓN”
PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL
ELABORADO POR
JUDITH YIMENA RAMOS ARCE
ASESOR
MSc. FERNANDO LÁZARES LA ROSA
LIMA- PERÚ
© 2017, Universidad Nacional de Ingeniería. Todos los derechos reservados “El autor autoriza a la UNI a reproducir la tesis en su totalidad o en parte, con fines estrictamente académicos.”
Dedicatoria
A mis padres, Wenceslao y Arnulfa, quienes me apoyaron incondicionalmente y cuyo ejemplo de superación siempre será mi motivo para salir adelante.
A Dios, el que me ha dado fortaleza para continuar cuando he estado a punto de caer.
A mis padres que siempre me apoyaron, motivaron e inculcaron valores, por lo que les estaré eternamente agradecida.
A mis hermanos que a pesar de la distancia, siempre me alentaron a continuar con mis metas trazadas.
A la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de Ingeniería. Para mí es un orgullo pertenecer a la mejor Facultad de Ingeniería Civil del Perú.
Al Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres (CISMID), por todas las facilidades en la realización de la presente investigación.
Al M.Sc Fernando Lázares, mi asesor de tesis, por haberme brindado la oportunidad de recurrir a su capacidad, conocimientos y experiencias que contribuyen con mi formación profesional; así como también haberme tenido toda la paciencia del mundo para guiarme durante el desarrollo de la tesis.
Al Dr. Zenon Aguilar, a la Dra Diana Calderón y al Ing. César Zedano por compartir sus conocimientos desinteresadamente que me ayudaron en la realización de mi tesis.
A la Ing. Silvia Alarcón por todo el apoyo que me brindó para la realización de mi tesis.
A mis compañeros y amigos presentes y pasados del CISMID, que sin esperar nada a cambio compartieron su conocimiento, alegrías y tristezas.
ÍNDICE
Pág.
RESUMEN 5
ABSTRACT ... 6
PRÓLOGO ... 7
LISTA DE TABLAS ... 9
LISTA DE FIGURAS ... 11
LISTA DE SÍMBOLOS Y SIGLAS ... 15
INTRODUCCIÓN ... 16
CAPÍTULO I: ASPECTOS GENERALES ... 18
1.1 OBJETIVOS ... 18
1.1.1 Objetivo principal ... 18
1.1.2 Objetivos secundarios ... 18
1.2 ANTECEDENTES ... 18
1.3 GENERALIDADES ... 19
1.3.1 Ubicación ... 19
1.3.2 Clima ... 20
1.3.3 Población ... 20
1.4 CONTENIDO DEL ESTUDIO ... 21
CAPÍTULO II: GEOLOGÍA DEL ÁREA DE ESTUDIO ... 23
2.1 INTRODUCCIÓN ... 23
2.2 GEOLOGÍA REGIONAL ... 23
2.2.1 Geomorfología Regional ... 23
2.3 LITOLOGÍA REGIONAL ... 24
2.3.1 Grupo Puente Piedra ... 24
2.3.2 Grupo Morro Solar ... 25
2.3.3 Formación Pamplona ... 25
2.3.4 Formación Atocongo ... 26
2.3.5 Grupo Casma ... 26
2.3.6 Depósitos Inconsolidados ... 26
2.3.7 Rocas ígneas ... 27
2.4 GEOLOGÍA ESTRUCTURAL REGIONAL ... 27
2.4.1 Sistemas de fallas longitudinales ... 27
2.4.2 Falla Pueblo Viejo ... 28
2.5 GEOLOGÍA HISTÓRICA ... 28
2.6.1 Geomorfología Local ... 30
2.7 LITOESTRATIGRAFÍA LOCAL ... 31
2.7.1 Material de origen marino ... 31
2.7.2 Depósitos eólicos ... 32
2.7.3 Depósitos de flujo de lodo y rocas ... 33
2.7.4 Depósitos aluviales... 33
2.7.5 Depósitos antropogénicos ... 34
2.7.6 Rocas sedimentarias ... 35
2.7.7 Rocas volcánicas ... 35
2.7.8 Rocas intrusivas ... 35
2.8 ASPECTOS GEO ESTRUCTURALES LOCALES ... 36
2.9 PELIGROS GEOLÓGICOS ... 36
2.9.1 Peligros geológicos ... 37
2.9.2Geodinámica externa... 37
2.10 MAPA DE PELIGROS GEOLÓGICOS ... 38
2.10.1 Peligro alto ... 38
2.10.2Peligro medio... 39
2.10.3Peligro bajo ... 39
CAPÍTULO III: EVALUACIÓN DEL PELIGRO SÍSMICO ... 40
3.1 INTRODUCCIÓN ... 40
3.2 ANÁLISIS SÍSMICO PROBABILÍSTICO ... 41
3.2.1 Fundamentos del Análisis... 41
3.2.2 Data Sísmica Analizada ... 43
3.2.3 Distribución Espacial Sísmica ... 46
3.2.4 Evaluación y Caracterización de las Fuentes Sismogénicas ... 46
3.2.5 Leyes de Atenuación de las Ondas Sísmicas ... 55
3.2.6 Determinación del Peligro Sísmico ... 71
CAPÍTULO IV: CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL SUELO ... 74
4.1 INTRODUCCIÓN ... 74
4.2 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN ... 74
4.3 EXPLORACIÓN DE CAMPO ... 75
4.3.1Excavación de Calicatas ... 75
4.3.2Ensayo de Penetración Dinámica Ligera (DPL) ... 77
4.3.3Ensayo de Auscultación Dinámica con el Cono Tipo Peck ... 79
4.4 ENSAYOS DE LABORATORIO ... 80
4.4.2Ensayos de Análisis Químico ... 82
4.5 AGRESIÓN DEL SUELO AL CONCRETO DE CIMENTACIÓN ... 83
4.6 TIPOS DE SUELO ... 85
4.6.1Formaciones rocosas ... 86
4.6.2Gravas ... 86
4.6.3Arenas ... 86
4.7 PERFILES ESTRATIGRÁFICOS ... 87
4.8 ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO... 87
4.8.1Capacidad portante ... 88
4.8.2Asentamientos inmediatos ... 88
4.9 MICROZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA ... 90
4.9.1Zona I ... 91
4.9.2Zona II ... 92
CAPÍTULO V: CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DEL SUELO……….93
5.1 INTRODUCCIÓN ... 94
5.2 DETERMINACIÓN DEL PERIODO DE VIBRACIÓN DEL SUELO ... 95
5.2.1Método de Análisis ... 95
5.2.2Equipos e Instrumentos Utilizados ... 97
5.2.3 Procedimiento del ensayo ... 98
5.2.4Resultados de las Mediciones ... 99
5.3 DETERMINACIÓN DEL PERFIL DE VELOCIDADES DE ONDAS DE CORTE ... 101
5.3.1Ensayo MASW ... 101
5.3.2Arreglos de Microtremores... 104
5.3.3Perfiles de Velocidades de Ondas de Corte ... 109
5.4 DETERMINACIÓN DEL PERFIL DE VELOCIDADES DE ONDAS DE COMPRESIÓN ... 117
5.4.1Ensayo de Refracción Sísmica ... 117
5.4.2Equipos e Instrumentos Utilizados ... 119
5.4.3Procedimiento de los Trabajos de Campo ... 120
5.4.4Perfiles de Velocidades de Ondas de Compresión ... 121
5.5 MAPAS DE ZONAS DE ISOPERIODOS ... 126
5.5.1Zona I ... 126
5.5.2Zona II ... 126
5.5.3Zona III ... 127
CAPÍTULO VI: ANÁLISIS DE RESPUESTA SÍSMICA ... 128
6.1 INTRODUCCIÓN ... 128
6.2 EFECTO DE SITIO ... 129
6.3 GENERACIÓN DE ACELEROGRAMAS POR EL MÉTODO DE AJUSTE ESPECTRAL ... 129
6.4 ANÁLISIS DE RESPUESTA UNIDIMENSIONAL DEL TERRENO ... 130
6.4.1 Método Lineal ... 131
6.4.2 Aproximación Lineal Equivalente a la Respuesta No Lineal ... 132
6.5 METODOLOGÍA DEL ANÁLISIS Y PARÁMETROS DE ENTRADA .... 133
6.5.1 Perfiles sísmicos utilizados ... 133
6.5.2 Propiedades dinámicas de los suelos ... 134
6.5.3 Sismo de análisis ... 134
6.6 RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE RESPUESTA SÍSMICA ... 135
6.6.1 Perfiles sísmicos utilizados ... 136
6.6.2 Factor de amplificación sísmica ... 160
6.6.3 Espectros normalizados... 160
CAPÍTULO VII: MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA ... 165
7.1 INTRODUCCIÓN ... 165
7.2 ANÁLISIS DE TSUNAMI PARA EL DISTRITO DE ANCÓN ... 165
7.2.1Fase de la Deformación Inicial de la Superficie del Oceano ... 166
7.2.2Fase de la Propagación del Tsunami ... 166
7.2.3Fase de Inundación ... 166
7.3 MICROZONIFICACIÓN SISMICA PARA EL DISTRITO DE ANCÓN ... 167
7.2.1Zona I ... 167
7.2.2Zona II ... 168
7.2.3Zona III ... 168
CAPÍTULO VIII: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 169
8.1 CONCLUSIONES ... 169
8.2 RECOMENDACIONES ... 174
BIBLIOGRAFÍA ... 176
RESUMEN
La microzonificación sísmica es un estudio multidisciplinario, que investiga los efectos de sismos y fenómenos asociados, sobre el área de interés. Los estudios suministran información sobre la posible modificación de las acciones sísmicas por causa de las condiciones locales y otros fenómenos naturales.
Así, esta tesis se desarrolló a través de diferentes estudios. El primero estudia las características geológicas y los peligros geológicos, el segundo evalúa el peligro sísmico para estimar la aceleración máxima horizontal en roca y suelo. Los otros son las características geotécnicas y dinámicas del suelo, que son plasmadas en los mapas de Microzonificación Geotécnica y de Isoperiodos. Superponiendo los resultados obtenidos se obtiene el mapa de Microzonificación Sísmica.
Los resultados de los conceptos y metodologías expuestas anteriormente son necesarios, para obtener la Microzonificación Sísmica del distrito y determinar el comportamiento de los suelos frente a movimientos sísmicos.
La Microzonificación Sísmica del distrito de Ancón, tema de la presente tesis, tiene tres zonas. La zona I comprende gravas de compacidad media a densa y a las formaciones rocosas con diferentes grados de fracturación. En menor medida, arenas de compacidad densa. Se encuentran períodos menores a 0.30 s. La zona II comprende arenas de compacidad media. Zonas de peligro geológico medio, se encuentran períodos menores a 0.50 s. La zona III comprende arenas de compacidad media. Se encuentran períodos mayores a 0.50 s. En esta zona se encuentran áreas de peligro geológico alto.
Se realizó además un análisis de respuesta sísmica para obtener una respuesta aproximada del movimiento sísmico en la superficie, así como obtener factores de amplificación sísmica y espectros de respuesta útiles para el diseño sismorresistente de edificaciones.
Se comparó los factores de amplificación con los de la Norma E.030 Diseño Sismorresistente, concluyendo que los factores de diseño son adecuados para la respuesta obtenida.
ABSTRACT
Seismic microzoning is a multidisciplinary study that investigates the effects of earthquakes and associated phenomena on the area of interest. The studies provide information on the possible modification of seismic actions because of local conditions and other natural phenomena.
Thus, this thesis was developed through different studies. The first one studies the geological characteristics and the geological hazards, the second evaluates the seismic hazard to estimate the maximum horizontal acceleration in rock and soil. The others are the geotechnical characteristics and soil dynamics, which are reflected in the maps of Geotechnical Microzonification and Isoperiods. Overlapping the obtained results the map of Seismic Microzoning is obtained. The results of the concepts and methodologies discussed above are necessary to obtain the Seismic Microzoning of the district and to determine the behavior of the soils against seismic movements.
Seismic Microzoning of Ancon district, has four zones. Zone I comprises gravels of medium to dense compactness and rock formations with different degrees of fracturing, to a lesser extent sands of dense compactness. Periods shorter than 0.30 s are found. Zone II comprises sands of average compactness. Periods shorter than 0.50 s are found. In this zona are areas of medium geological. Zone III comprises sands of average compactness, periods greater than 0.50 s are found in this zone and are areas of high geological.
A seismic response analysis was also performed to predict seismic movement at the surface, in addition to obtaining seismic amplification factors and response spectra useful for the seismic-resistant design of buildings.
Amplification factors were compared with those of the E.030 Standard Seismoresistant Design, concluding that the design factors are adequate for the response obtained.
PRÓLOGO
El 31 de mayo de 1970 ocurrió un sismo de Ms=7.8 que afectó predominantemente al departamento de Ancash, ocasionando un total de 67,000 muertos y severos daños materiales; las localidades más afectadas fueron Chimbote, Huaraz y Yungay. Una misión de la FIC-UNI estuvo encargada de realizar la evaluación de la magnitud y extensión de los daños, concluyendo que existían efectos de microzona, recomendando al Gobierno del Perú que la reconstrucción de las ciudades afectadas se realice previos estudios de microzonificación (Kuroiwa, 2002). A las tres semanas de ocurrido el sismo, se solicitó apoyo técnico al Gobierno del Japón, mediante el envío de una misión técnica para realizar el estudio de Microzonificación Sísmica de Chimbote, la cual estuvo presidida por el Dr. Ryohei Morimoto que ocupaba el cargo de Director del Instituto de Investigaciones Sísmicas de la Universidad de Tokio. El resultado final del mapa de microzonificación sísmica fue utilizado por otra misión del Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo-PNUD, la cual elaboró los planes de rehabilitación y expansión de Chimbote (Kuroiwa, 2002).
A partir de esa experiencia, se comenzaron a realizar estudios de Microzonificación Sísmica para diversas ciudades del país en forma de tesis de grado en la FIC-UNI. Producto de tal experiencia el CISMID-FIC-UNI continuó desarrollando estudios de Microzonificación Sísmica para diversos distritos del país, entre ellos la Microzonificación Sísmica de la Ciudad de Pisco a solicitud de la Presidencia del Consejo de Ministros que fue utilizado para su reconstrucción debido a la destrucción ocasionada por el sismo ocurrido el 15 de agosto del 2007 (Mw=7.9).
Se recopiló información geológica y geotécnica del distrito de Ancón, luego de su análisis se propuso la ejecución de ensayos de exploración de suelos y geofísicos en áreas donde no se tenía información. Luego de identificar y caracterizar el suelo se elaboró el mapa de Microzonificación Geotécnica. Con los datos de los ensayos geofísicos se elaboró el mapa de Zonas de Isoperiodos. La información geológica permite obtener el Mapa de Peligros Geológicos. La superposición de estos mapas permite obtener el mapa de Microzonificación Sísmica del distrito de Ancón, al cual se ha incorporado la zona de inundación por Tsunami.
La Microzonificación Sísmica tiene tres zonas. La zona I comprende gravas de compacidad media a densa y a las formaciones rocosas con diferentes grados de fracturación. En menor medida, arenas de compacidad densa. Se encuentran períodos menores a 0.30 s. La zona II comprende arenas de compacidad media. Zonas de peligro geológico medio, se encuentran períodos menores a 0.50 s. La zona III comprende arenas de compacidad media. Se encuentran períodos mayores a 0.50 s. En esta zona se encuentran áreas de peligro geológico alto. Con la finalidad de caracterizar la amplificación sísmica, se hicieron análisis de propagación unidimensional de ondas sísmicas en perfiles estratigráficos representativos de cada zona. Para ello se utilizaron como sismos de entrada los acelerogramas registrados en la estación Parque de la Reserva (suelo rígido) obtenidos por la ocurrencia de los sismos que afectaron a la ciudad de Lima el 17 de octubre de 1966 y 03 de octubre de 1974. Los espectros normalizados de aceleración absoluta obtenidos de este análisis fueron comparados con el factor de amplificación de la norma actual de diseño sismorresistente E.030, el resultado nos indica que los valores de los factores de la norma se encuentran por encima de los factores obtenidos de los espectros normalizados para las tres zonas del mapa de Microzonificación Sísmica del distrito de Ancón.
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla N°1.1 Evolución de la población para el distrito de Ancón. ... ..21
Tabla N°3.1 Coordenadas geográficas de las Fuentes de Interfase . ... 48
Tabla N°3.2 Coordenadas geográficas de las Fuentes de Intraplaca ... 49
Tabla N°3.3 Coordenadas geográficas de las Fuentes Continentales ... 52
Tabla N°3.4 Parámetros sismológicos de las fuentes sismogénicas ... 54
Tabla N°3.5 Clasificación del Sitio (Fuente ASCE-SEI 7-10) ... 55
Tabla N°3.6 Coeficientes de atenuación de aceleraciones espectrales en roca……….……….58
Tabla N°3.7 Coeficientes de atenuación de aceleraciones espectrales en suelo ... 59
Tabla N°3.8 Coeficientes de ley de atenuación de aceleración espectral a nivel de roca (Suelo tipo B) propuesto por Zhao et al. (2006) ... 60
Tabla N°3.9 Coeficientes de la ley de atenuación de aceleración espectral a nivel de roca (Suelo tipo B) propuesto por McVerry et al. (2006) . 63 Tabla N°3.10 Coeficientes de ley de atenuación de aceleración espectral a nivel de roca (Suelo tipo B) propuesto por McVerry et al. (2006) (cont.) ... 64
Tabla N°3.11 Coeficientes de ley de atenuación de aceleración espectral a nivel de roca (Suelo tipo B) propuesto por McVerry et al. (2006) (cont.) ... 64
Tabla N°3.12 Coeficientes que dependen del tipo de suelo ... 65
Tabla N°3.13 Coeficientes para eventos interfase (Atkinson y Boore, 2003) ... 66
Tabla N°3.14 Coeficientes para eventos intraplaca (Atkinson y Boore, 2003) ... 66
Tabla N°3.15 Coeficientes de regresión para la subducción mediana (unidades en g) del modelo GMPE. BC Hydro (2015)... 68
Tabla N°3.16 Coeficientes de regresión para la subducción mediana (unidades en g) del modelo GMPE. BC Hydro (2015) (cont.)... 69
Tabla N°3.17 Coeficientes de atenuación de aceleraciones espectrales en roca propuesta por Sadigh et al. (1997) para magnitudes M≤6.5 ... 70
Tabla N°3.18 Coeficientes de atenuación de aceleraciones espectrales en roca propuesta por Sadigh et al. (1997) para magnitudes M>6.5 ... 70
Tabla N°3.20 Aceleraciones espectrales en roca para diferentes periodos de
retorno dadas en gals ... 73
Tabla N°4.1 Relación de calicatas ejecutadas ... 76
Tabla N°4.2 Relación de ensayos DPL ejecutados ... 78
Tabla N°4.3 Relación de Ensayos de Auscultación Dinámica con el Cono Tipo Peck ejecutados ... 80
Tabla N°4.4 Resultado de ensayos estándar de mecánica de suelos ... 81
Tabla N°4.5 Resultado de Ensayos de Corte Directo ... 82
Tabla N°4.6 Resultado de Ensayo Triaxial ... 82
Tabla N°4.7 Resultado de Ensayo de Densidad Seca Mínima y Densidad Seca Máxima ... 82
Tabla N°4.8 Resultado de ensayos químicos ... 83
Tabla N°4.9 Elementos químicos nocivos para la cimentación ... 85
Tabla N°4.10 Grado de agresividad del pH ... 85
Tabla N°4.11 Valores de relación de módulo de elasticidad... 89
Tabla N°4.12 Valores de relación de Poisson ... 89
Tabla N°4.13 Capacidad admisible y asentamiento diferencial ... 90
Tabla N°5.1 Periodo fundamental de las mediciones de los microtremores ejecutados ... 100
Tabla N°5.2 Líneas MASW realizadas ... 104
Tabla N°5.3 Relación de Arreglos realizados ... 109
Tabla N°5.4 Resumen de Perfiles de Velocidades de Ondas de Corte de MASW ... 113
Tabla N°5.5 Resumen de Perfiles de Velocidades de Ondas de Corte de Arreglos de Microtremores ... 116
Tabla N°5.6 Ubicación de Ensayos de Refracción Sísmica... 118
Tabla N°5.7. Resumen de Perfiles de Velocidades de Ondas de Compresión de Refracción Sísmica ... 124
Tabla N°6.1. Registros Sísmicos Usados en el Análisis ... 124
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura N°2.1. Material de Origen Marino encontrado en el distrito de Ancón. .... 32
Figura N°2.2. Depósitos eólicos recientes ... 33
Figura N°2.3. Material aluvial, donde se observa gravas, gravillas y arenas ... 34
Figura N°2.4. Depósitos antropogénicos encontrados en la zona de estudio ... 35
Figura N°2.5. Presencia de Roca Intrusiva en la zona de estudio ... 36
Figura N°3.1. Límites de contacto entre placas tectónicas ... 43
Figura N°3.2. Fenómeno de Subducción ... 43
Figura N°4.1. Excavación de calicata ... 77
Figura N°4.2. Auscultación con Penetrómetro Dinámico Ligero (DPL) en el área de estudio ... 79
Figura N°4.3. Ensayo de Auscultación Dinámica con el Cono Tipo Peck ... 80
Figura N°5.1. Equipo de medición de microtremores ... 98
Figura N°5.2. Equipo e instrumentos utilizados durante la realización del ensayo de microtremores ... 99
Figura N°5.3. Equipos e instrumentos utilizados durante la realización del ensayo MASW... 103
Figura N°5.4. Equipos e instrumentos utilizados durante la realización de los Arreglos de Microtremores ... 108
Figura N°5.5. Equipos e instrumentos utilizados para la realización del Ensayo de Refracción Sísmica ... 120
Figura N°6.1. Proceso de refracción que produce propagación de ondas casi vertical cerca de la superficie del terreno ... 131
Figura N°6.2. Nomenclatura de la respuesta del terreno. a) suelo sobreyaciendo el basamento rocoso; ningún suelo sobreyaciendo el basamento rocoso. La escala vertical está exagerada. (Kramer, 1996) ... 132
Figura N°6.3. Dos registros tiempo-historia de deformación cortante con idénticas deformaciones cortantes pico. Para el movimiento transitorio de un terremoto real, la deformación cortante efectiva es tomada comúnmente como el 65% de la deformación pico. (Kramer, 1996) ... 134 Figura N°6.4. Acelerograma y espectro de entrada en la base en A-1. (b)
Figura N°6.5. Acelerograma y espectro de entrada en la base en A-2. (b) Acelerograma y espectro de salida en la superficie en A-2. (Sismo de Lima de 1966) ... 138 Figura N°6.6. Acelerograma y espectro de entrada en la base en A-3. (b)
Acelerograma y espectro de salida en la superficie en A-3. (Sismo de Lima de 1966) ... 139 Figura N°6.7. Acelerograma y espectro de entrada en la base en A-4. (b)
Acelerograma y espectro de salida en la superficie en A-4. (Sismo de Lima de 1966) ... 140 Figura N°6.8. Acelerograma y espectro de entrada en la base en A-5. (b)
Acelerograma y espectro de salida en la superficie en A-5. (Sismo de Lima de 1966) ... 141 Figura N°6.9. Acelerograma y espectro de entrada en la base en MASW-9. (b)
Acelerograma y espectro de salida en la superficie en MASW-9. (Sismo de Lima de 1966) ... 142 Figura N°6.10. Acelerograma y espectro de entrada en la base en MASW-10. (b)
Acelerograma y espectro de salida en la superficie en MASW -10. (Sismo de Lima de 1966) ... 143 Figura N°6.11. Acelerograma y espectro de entrada en la base en MASW-11. (b)
Acelerograma y espectro de salida en la superficie en MASW -11. (Sismo de Lima de 1966) ... 144 Figura N°6.12. Acelerograma y espectro de entrada en la base en MASW-12. (b)
Acelerograma y espectro de salida en la superficie en MASW -12. (Sismo de Lima de 1966) ... 145 Figura N°6.13. Acelerograma y espectro de entrada en la base en A-1. (b)
Acelerograma y espectro de salida en la superficie en A-1. (Sismo de Lima de 1974) ... 146 Figura N°6.14. Acelerograma y espectro de entrada en la base en A-2. (b)
Acelerograma y espectro de salida en la superficie en A-2. (Sismo de Lima de 1974) ... 147 Figura N°6.15. Acelerograma y espectro de entrada en la base en A-3. (b)
Acelerograma y espectro de salida en la superficie en A-3. (Sismo de Lima de 1974) ... 148 Figura N°6.16. Acelerograma y espectro de entrada en la base en A-4. (b)
Figura N°6.17. Acelerograma y espectro de entrada en la base en A-5. (b) Acelerograma y espectro de salida en la superficie en A-5. (Sismo de Lima de 1974) ... 150 Figura N°6.18. Acelerograma y espectro de entrada en la base en MASW-9. (b)
Acelerograma y espectro de salida en la superficie en MASW-9. (Sismo de Lima de 1974) ... 151 Figura N°6.19. Acelerograma y espectro de entrada en la base en MASW-10. (b)
Acelerograma y espectro de salida en la superficie en MASW -10. (Sismo de Lima de 1974) ... 152 Figura N°6.20. Acelerograma y espectro de entrada en la base en MASW-11. (b)
Acelerograma y espectro de salida en la superficie en MASW -11. (Sismo de Lima de 1974) ... 153 Figura N°6.21. Acelerograma y espectro de entrada en la base en MASW-12. (b)
Acelerograma y espectro de salida en la superficie en MASW -12. (Sismo de Lima de 1974) ... 154 Figura N°6.22. Comparación entre el espectro de respuesta en la base y
superficie de los perfiles sísmicos A-3, AR-01, 09, MASW-10, MASW-11 y MASW-12 que pertenecen a la zona I de la
Microzonificación Sísmica. (Sismo de Lima de 1966). ... 155 Figura N°6.23. Comparación entre el espectro de respuesta en la base y
superficie de los perfiles sísmicos A-02, A-04 que pertenecen a la zona II de la Microzonificación Sísmica. . (Sismo de Lima de 1966) ... 156 Figura N°6.24. Comparación entre el espectro de respuesta en la base y
superficie para el perfil sísmico A-01. (Sismo de Lima de 1966) 156 Figura N°6.25. Comparación entre el espectro de respuesta en la base y
superficie de los perfiles sísmicos A-3, AR-01, 09, MASW-10, MASW-11 y MASW-12 que pertenecen a la zona I de la
Microzonificación Sísmica. (Sismo de Lima de 1974) ... 157 Figura N°6.26. Comparación entre el espectro de respuesta en la base y
superficie de los perfiles sísmicos A-02, A-04 que pertenecen a la zona II de la Microzonificación Sísmica. (Sismo de Lima de 1974) ... 158 Figura N°6.27. Comparación entre el espectro de respuesta en la base y
Figura N°6.28. Comparación del espectro de respuesta normalizado y el factor de amplificación sísmica propuesto por la NTP E.030 para los perfiles sísmicos A-3, AR-01, MASW-09, MASW-10, MASW-11 y MASW-12 que pertenecen a la zona I de la Microzonificación Sísmica ... 161 Figura N°6.29. Comparación del espectro de respuesta normalizado y el factor
de amplificación sísmica propuesto por la NTP E.030 de los perfiles sísmicos A-02, A-04 que pertenecen a la zona II de la Microzonificación Sísmica. ... 162 Figura N°6.30. Comparación del espectro de respuesta normalizado y el factor
LISTA DE SÍMBOLOS Y SIGLAS
ACI : Instituto Americano del Concreto
ASTM : Sociedad Americana para Ensayos y Materiales
CISMID : Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres
DIN : Instituto Alemán de Normalización DPL : Ensayo de Penetración Dinámica Ligera FIC : Facultad de Ingeniería Civil
IBC : Código Internacional de Construcción
INEI : Instituto Nacional de Estadística e Informática INGEMMENT : Instituto Geológico Minero y Metalúrgico IP : Índice de Plasticidad
LL : Limite Liquido LP : Limite Plástico
MASW : Análisis Multicanal de Ondas de Superficie Mb : Magnitud de Ondas de Cuerpo
MMI : Escala de Mercali Modificada MS : Magnitud de Ondas de Superficie
Mw : Magnitud de Momento Sísmico de Kanamori NTP : Norma Técnica Peruana
m.s.n.m. : Metros sobre el nivel del mar PGA : Aceleración Máxima Horizontal
SENAMHI : Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú SPT : Ensayo de Penetración Estándar
INTRODUCCIÓN
De acuerdo a la historia sísmica de Perú, la región central ha sido afectada en varias oportunidades por eventos sísmicos de variada magnitud que han generado altos niveles de intensidad, puesta en evidencia con los daños observados post-sismo en cada área urbana (Silgado, 1978). Al ser los post-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 construcciones presentes en cada área urbana.
La presente tesis permitirá tener mayor conocimiento sobre las características dinámicas del sub-suelo sobre el cual se levantan las áreas urbanas y/o futuras áreas de expansión. Para ello se realiza la aplicación de diferentes metodologías que consideran información sísmica, geofísica, geológica, geodinámica, geomorfológica y geotécnica. 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.
La microzonificación sísmica es un estudio multidisciplinario, que investiga los efectos de sismos y fenómenos asociados como licuación de suelos, deslizamientos, tsunamis y otros, sobre el área de interés. El estudio suministra información sobre la posible modificación de las acciones sísmicas por causa de las condiciones locales y otros fenómenos naturales. (SENCICO, 2006a)
CAPÍTULO I: ASPECTOS GENERALES
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo Principal
Elaborar la Microzonificación Sísmica del distrito de Ancón evaluando las características mecánicas y dinámicas de los suelos que constituyen el área del distrito, clasificándolos y mostrando los resultados en mapas temáticos que muestren las diferentes respuestas sísmicas de los tipos de suelo existentes.
1.1.2 Objetivos Secundarios
Identificar los tipos de suelos en el distrito de Ancón.
Determinar el periodo natural del suelo.
Obtener factores de amplificación sísmica para las áreas determinadas en la microzonificación sísmica.
1.2 ANTECEDENTES
La microzonificación sísmica es un estudio multidisciplinario, que investiga los efectos de los sismos y fenómenos asociados como licuación de suelos, deslizamientos, caídas de roca, asentamientos, tsunamis y otros, sobre el área de interés. Los estudios suministran información sobre la posible modificación de las acciones sísmicas por causa de las condiciones locales y otros fenómenos naturales.
La historia del Perú ha mostrado que la ciudad de Lima presenta un alto índice de ocurrencia de eventos sísmicos y que de acuerdo a su magnitud, han producido daños severos provocando pérdidas humanas y pérdidas materiales, afectando el desarrollo y la economía de nuestro país.
construidas de manera inadecuada, sin seguir criterios de ordenamiento territorial y, mucho menos, respetando la norma de diseño y construcción vigente (Norma E-030). Asimismo, en algunos distritos, estas viviendas se asientan en laderas de cerros y ríos, cauces de quebradas secas y zonas de terrazas inundables sin medir su vulnerabilidad e incrementando, de este modo, el riesgo en dichas áreas.
El distrito de Ancón, siendo un distrito costero, ha sido objeto de un primer estudio en el año 2005 realizado por el Centro de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres (CISMID) de la FIC UNI; como parte de un programa que incluía a 42 distritos de Lima y Callao, en dicho estudio se evaluaron las características mecánicas y dinámicas del suelo, mediante exploraciones geotécnicas y medición de microtrepidaciones respectivamente. Aunque se obtuvo información en un ámbito general y una aproximación del comportamiento del suelo de Ancón, existen temas que merecen ser trabajados con mayor detalle, para un mejor análisis de respuesta sísmica del suelo.
1.3 GENERALIDADES
1.3.1 Ubicación
El área de estudio comprende el distrito de Ancón. El distrito de Ancón se ubica a 43 Km al norte de Lima; en la provincia de Lima, departamento de Lima y colinda con los siguientes:
Por el norte con el distrito de Aucallama, Provincia de Huaral.
Por el noreste con el distrito de Huamantanga, Provincia de Canta.
Por el este y suroeste con el distrito de Carabayllo, Provincia de Lima.
Por el sur con el distrito de Puente Piedra, Provincia de Lima y el distrito de Ventanilla de la Provincia Constitucional del Callao.
Por el suroeste con el distrito de Santa Rosa.
Por el oeste con el Océano Pacífico.
Su extensión queda definida, aproximadamente, por las siguientes coordenadas geográficas:
La extensión del área de estudio es de aproximadamente 1 532.82 Ha.
El mapa M-1 muestra la ubicación geográfica del área de estudio.
1.3.2 Clima
El clima es cálido y desértico, la temperatura en verano puede registrar mediciones de hasta 28 °C con oscilaciones térmicas moderadas de 1,5 °C, mientras que entre los meses de Abril a Diciembre las temperaturas pueden bajar hasta 13 °C.
Los vientos que tienen una acción indirecta tienen velocidades de 2 a 5 nudos en los meses de invierno, en tanto que durante los meses de verano la velocidad del viento aumenta entre 4 y 7 nudos. La dirección predominante de los vientos es de suroeste a noreste, su acción da lugar a la remoción de arena desde las playas, formando las dunas que avanzan desde el litoral hacia el continente, especialmente en la zona de Pasamayo, al norte de la zona de estudio.
La cantidad de vapor de agua se encuentra en el aire, esto es, la humedad, en época de invierno es alta y superior al 85% de humedad relativa.
1.3.3 Población
La población del distrito de Ancón es de 42 157 habitantes (Censo 2014). De este total la población económicamente activa es del 53%. Las actividades económicas principales del distrito de Ancón son los servicios (61.15%), la producción (15.12%) y el comercio (14.14%). Entre las actividades productivas destaca la pesca artesanal como una de las principales.
La densidad poblacional se define claramente en tres zonas:
Tabla N°1.1 Evolución de la población para el distrito de Ancón.
Año
Censal Población
Incremento Poblacional Incremento
Absoluto
Tasa de Crecimiento
1972 5777
1981 8425 2648 4.28
1993 19695 11270 7.33
2007 34329 14634 4.05
2014 42157 7828 2.98
Fuente: http://www.inei.gob.pe/
1.4 CONTENIDO DEL ESTUDIO
El presente trabajo de investigación se ha desarrollado en ocho capítulos los cuales se detallan a continuación:
En el CAPÍTULO I, se presenta los objetivos planteados y las características del distrito de Ancón.
En el CAPÍTULO II, se desarrolla la geología del distrito, en éste se consideró la geología regional, la geología histórica, la geología local y los peligros geológicos. Esta información es muy importante pues nos dará un panorama general de la zona de estudio y de esta forma facilitar los criterios necesarios para la elaboración del mapa de microzonificación sísmica, puesto que en ciertos sectores que no se cuenten con información necesaria ya sea geotécnica o geofísica nos permitirá tomar decisiones apoyadas en la geología y de esta forma cubrir la totalidad de la zona de estudio.
En el CAPÍTULO III, presenta los resultados de la evaluación del Peligro Sísmico, explicando las fuentes sismogénicas y leyes de atenuación utilizadas.
En el CAPÍTULO V, se presenta la evaluación de las características dinámicas de los suelos que conforman el área de estudio, basadas en la medición de microtremores, ensayos MASW, líneas de refracción y arreglos de microtremores. Realizando los procesamientos de datos se obtiene el mapa de Isoperiodos del distrito de Ancón.
En el CAPÍTULO VI, se realiza el análisis de respuesta sísmica empleando el software Deepsoil v6.1, para el cuál se usaron los perfiles sísmicos obtenidos en el capítulo anterior, las curvas de reducción del módulo de corte y de razón de amortiguamiento, entre otros datos. En el que se obtiene parámetros de diseño sismoresistente.
En el CAPÍTULO VII se desarrolla la Microzonificación Sísmica del distrito, resultado del análisis de Peligros Geológicos, Microzonificación Geotécnica, Zonas de Isoperiodos, e Inundación por tsunami. Son superpuestos para la elaboración del Mapa de Microzonificación Sísmica.
CAPÍTULO II: GEOLOGÍA DEL ÁREA DE ESTUDIO
2.1 INTRODUCCIÓN
Para la evaluación geológica en el área de estudio se han realizado trabajos de campo y gabinete. En este capítulo se explica la evolución de los terrenos del distrito desde la perspectiva de las ciencias geológicas, que incluye información geológica a nivel regional y local.
Dentro del marco geológico regional del área de estudio, se aprecian unidades litológicas conformadas por rocas ígneas, sedimentarias y depósitos inconsolidados que se distribuyen en el distrito de Ancón. En este capítulo, se tipificará las características litológicas, rasgos estructurales, geomorfológicos, y determinará el contexto de la sismicidad que sumados a otros aspectos técnicos, permiten seleccionar áreas de menor y mayor amenaza natural, con la finalidad de desarrollar el mapa de peligros geológicos del área de estudio.
El área de estudio se ubica en el Cuadrángulo Geológico de Chancay (24-i), editado por el INGEMMET, para el cual se realizó un relevamiento geológico regional a escala 1:100 000, del distrito (ver Mapa M-2). Las rocas más antiguas están representadas por rocas volcánico – sedimentarias de edad del Cretáceo inferior, conformantes del Grupo Puente Piedra, y los materiales más jóvenes, lo conforman, depósitos inconsolidados mayormente aluviales y eólicos, de edad geológica del Cuaternario.
En razón a los objetivos de la presente investigación, se ha orientado la descripción litológica para facilitar la interpretación físico-mecánica de los diferentes materiales emplazados y comprometidos en la problemática que se estudia (peligros geológicos), así como para fines de uso del suelo con interés constructivos se ha considerado en el aspecto de la litología: rocas de basamento y material de cobertura.
2.2 GEOLOGÍA REGIONAL
2.2.1 Geomorfología Regional
a) Planicies Costaneras y Conos Deyectivos
Son zonas comprendidas entre el borde litoral y las estribaciones de la Cordillera Occidental constituida por una faja angosta de territorio paralela a la línea de costa, adquiriendo mayor amplitud en los valles Chancay, Chillón, Rímac (en especial) y Lurín.
Constituyen amplias superficies cubiertas por gravas y arenas provenientes del transporte y sedimentación de los ríos Rímac y Lurín y por arena proveniente del acarreo eólico desde las playas, por vientos que corren con dirección SO a NE.
Una de estas planicies constituye el cono aluvial del río Rímac donde se asienta la ciudad de Lima, lo que fue una depresión, ahora rellenada por gravas, arenas y arcillas formando un potente apilamiento, cuyo grosor completo se desconoce. Esta llanura aluvial se continúa al Sur con el cono aluvial del río Lurín interdigitándose sus depósitos por debajo de la cobertura eólica (al Sur de Villa y San Juan). AI Norte la planicie aluvial del Rímac se continúa con la del río Chillón, la cual se interdigita con las arenas de las pampas de Piedras Gordas y Ancón. Más al Norte, pasando los cerros de arena de Pasamayo, se tiene el cono aluvial del río Chancay con una gran amplitud teniendo la señal cerro Macatón a manera de Cerro testigo.
b) Estribaciones de la Cordillera Occidental
Esta unidad geomorfológica corresponde a las laderas y crestas marginales de la Cordillera Andina de topografía abrupta formada por plutones y stocks del Batolito Costanero, emplazado con rumbo NO-SE, el mismo que ha sido disectado por los ríos y quebradas que se abren camino hacia la costa, formando valles profundos con flancos de fuerte inclinación, en donde las crestas más elevadas se estiman entre los 900 y los 3,600 m reflejando la fuerte erosión de los ríos durante el Pleistoceno reciente.
2.3 LITOLOGÍA REGIONAL
2.3.1 Grupo Puente Piedra
porfiríticos. Esta unidad corresponde a un cuerpo lenticular de dimensión regional incrementado su grosor de Sur a Norte.
La Formación Ventanilla es predominantemente sedimentaria. El grosor es variable notándose un cambio lateral de facies como aumento de grosor a medida que se avanza de Sur a Norte. Por ejemplo en Puente Inga las lutitas tobáceas tienen de 30 a 40 m de espesor; mientras que en la señal Alturas Vela se observan tres niveles tobáceos similares litológicamente a los estratos de Puente Inga, alternándose con horizontes volcánicos y sedimentos limolíticos algo fisibles y areniscas feldespáticas finas con espesor de más o menos 260 m.
2.3.2 Grupo Morro Solar
Comprende la Formación Herradura y la Formación Marcavilca.
La Formación Herradura descansa concordante sobre la Formación Salto del Frayle e infrayace igualmente concordante a la Formación Marcavilca. En el valle del Chillón por las observaciones realizadas en la quebrada afluente denominada Gangay, se supone que la parte inferior de esta formación debe encontrarse en contacto transicional, directamente sobre la Formación Cerro Blanco pues en ésta se observan niveles sedimentarios de facies similares a los de la Formación Herradura de la localidad típica.
La Formación Marcavilca descansa en contacto normal sobre la Formación Herradura y subyace a la Formación Pamplona. Sus afloramientos se extienden desde el Morro Solar en Chorrillos donde tiene su localidad típica, hasta el Norte de Lima (espalda de la Universidad Nacional de Ingeniería) prolongándose hasta el valle del Chillón.
2.3.3 Formación Pamplona
2.3.4 Formación Atocongo
Sus facies son la continuación de la Formación Pamplona, siendo su contacto normal y gradacional, pasando de una face arcillo calcárea a una face calcárea de mayor profundidad. Litológicamente está constituida por calizas margosas finamente laminadas; calizas afaníticas gris plomizas, calizas metamorfizadas afaníticas con tonalidades oscuras; bancos gruesos de calizas salificadas de tonos verdosos a grises y calizas metamorfizadas y areniscas en paquetes gruesos interpuestos con paquetes delgados.
2.3.5 Grupo Casma
Comprende la Formación Volcánico Quilmaná que litológicamente está constituido por derrames andesíticos masivos poco estratificados, de textura porfirítica. El espesor total en el valle de Chilca se estima entre 600 y 700 m. disminuyendo su grosor en el valle de Chillón donde alcanza grosores variables que van de 100 a 300 m.
2.3.6 Depósitos Inconsolidados
Son materiales inconsolidados, de edad geológica reciente (Cuaternario), que tapizan las rocas existentes; en el distrito de Ancón se extienden ampliamente, de preferencia hacia el Norte y al Este. Lo conforman los depósitos marinos, depósitos aluviales y los depósitos eólicos.
Depósitos Marinos son depósitos litorales, caracterizados por materiales clásticos, llevados al mar como carga por los ríos y también como resultado de la acción erosiva de las olas y distribuidos por corrientes marinas de deriva. Estos depósitos que han existido siempre y continúan formándose en los actuales tiempos, se les encuentra a lo largo de la línea de costa, en las hojas de Chancay, Lima y Lurín habiéndoseles clasificado como Depósitos Marinos Pleistocénicos (los más antiguos) y Depósitos Marinos Recientes (los más modernos).
Los Depósitos Eólicos están conformados por las arenas móviles. Estas arenas proceden de las diversas playas del litoral, en su movimiento adoptan variadas formas como mantos, dunas y barcanes.
2.3.7 Rocas ígneas
El Batolito de la costa: Súper Unidad Patap está constituido por gabros y dioritas, las más antiguas del Batolito. Los gabros tienen minerales que varían texturalmente de grano medio a grueso conteniendo plagioclasas en un 30 %. Intruyen a las rocas sedimentarias y volcánicas del Mesozoico a las que metamorfizan. Las dioritas presentan un color gris oscuro con grano fino a medio. Gabros y Gabrodiorioritas. En el cuadrángulo de Chancay, se tiene una variación litológica, primero por alteración uralítica y luego por hibridación desde gabro original a piroxeno hasta gabros a hornblenda o rocas de composición diorítica, debiéndose estas transformaciones a soluciones residuales que provocaron la fase uralítica (reemplazo de piroxeno y hornblenda por olivino) después de lo cual se habría producido efectos de hibridación por soluciones graníticas percolantes procedentes de las Superunidades Santa Rosa, granodioríta Jecuán, adamelita Lachay y Santa Rosa de Quives.
2.4 GEOLOGÍA ESTRUCTURAL REGIONAL
En el sector occidental, es evidente un Sistema de Fallas Longitudinales, vinculadas a una fase de compresión intracretácea, así como un sistema de fracturas y fallas transversales que obedecen a procesos tectónicos de compresión post Batolito; es decir del Terciario inferior y superior.
2.4.1 Sistema de Fallas Longitudinales
2.4.2 Falla Pueblo Viejo
Esta falla que se prolonga desde el cuadrángulo de Chancay hasta el cuadrángulo de Lima, ha sido inferida, teniendo en cuenta que si observamos regionalmente la geometría del Anticlinal de Lima entre la ex-hacienda Pueblo Viejo y Tahuantinsuyo e Independencia, salta a la vista la estrechez del flanco oriental, para albergar normalmente los niveles superiores del Grupo Puente Piedra y la Formación Salto del Fraile que estarían faltando.
Se ha podido establecer como evidencia los siguientes rasgos:
- A la altura del Km 42 de la Panamericana Norte (Pampa del Canario) se encuentra a las cuarcitas Marcavilca en contacto con la parte superior de la Formación Pamplona, la misma que se encuentra reducida en potencia. Igual relación se observa en el flanco occidental del cerro Paredes.
- Más al Sureste (600 m. al Norte de la Mina Santa Barbarita) la Formación Salto del Fraile se contrapone a la parte superior de la Formación Pamplona, desapareciendo las Formaciones Herradura y Marcavilca, que sí se encuentran más al Norte; estimándose que en este sector faltan aproximadamente 400 m de sedimentos.
2.5 GEOLOGÍA HISTÓRICA
La historia geológica del área está vinculada al geosinclinal andino. Dentro de este geosinclinal, la cuenca de Lima se ubica en la margen occidental con características de Eugeosinclinal pasando hacia el Este a Miogeosinclinal. Su borde Oeste estaría en la Cordillera de la Costa y su borde este se hace difícil fijarlo dado que el batolito irrumpe, rompiendo las relaciones entre las facies occidental y facies oriental (Miogeosinclinal).
Sin embargo es evidente que el mar mesozoico a lo ancho de la cuenca andina se extendía hasta las inmediaciones de la Cordillera Oriental.
con un foco que emitía materiales como lavas, brechas y cenizas que se van adelgazando hacia el Sur y hacia el Este. Otro foco volcánico se ubicaría al Sur del río Chillón entre los cerros Milla y Mullería de donde los derrames y piroclásticos que se asentaban en un medio marino se adelgazan lateralmente para interdigitarse con los sedimentos arcillosos reconocidos como Formaciones Puente Inga y La Pampilla (Estudio Geológico-Tectónico del Área de Lima, INGEMMET, 1981).
El batolito costanero continuó su emplazamiento a manera de pulsaciones, conformando un complejo de plutones individuales cuya acidez se hace más acentuada tardíamente (Superunidades Santa Rosa y Tiabaya).
Durante el Terciario inferior y en un área ya completamente emergida se produce una segunda fase de compresión que se manifiesta en la costa como de ruptura, observable en las unidades intrusivas del batolito y que hacia el sector andino repliega a la secuencia mesozoica y pliega a las Capas Rojas (Fase Incaica).
Luego como resultado de esta tectónica de compresión se inicia un período de distensión que da lugar a un vulcanismo continental de tipo piroclástico.
Finalmente a fines del Terciario y comienzos del Cuaternario se inicia otro proceso erosivo intenso el mismo que se prolonga hasta la actualidad, profundizando valles, denudando y acarreando materiales hacia las llanuras costeras formando los abanicos aluviales que se extienden entre Chancay, Lima y Lurín y que alcanzan una potente secuencia de arena, cascajo y material conglomerado que forma el soporte de la ciudad capital. Durante el Cuaternario antiguo parece ser que las lluvias fueron intensas lo que ocasionó un acarreo fuerte con el consiguiente relleno de los conos aluviales en las quebradas laterales.
2.6 MARCO GEOLÓGICO LOCAL
Se circunscribe a episodios geológicos en el ámbito de estudio, de los que se ha tomado información de campo a escalas mayores, lo cual ha permitido delinear los límites del contorno de las unidades lito estratigráficas en base a las observaciones de campo de afloramientos rocosos, asimismo se aperturó calicatas y trincheras.
La información producto del levantamiento geológico local, fue comparada con la información geofísica, de manera que ha permitido clasificar las unidades lito estratigráficas e indicadores geológicos de campo.
2.6.1 Geomorfología Local
Las geoformas en el área de estudio, conjuga varios episodios geomorfológicos, que han dado el relieve actual. Los cuales se pueden clasificar según los ítems que se exponen a continuación.
a) Áreas de Llanuras
Al oeste del área del proyecto, que limita a ambos lados de la carretera Panamericana, se observan llanuras semi planas, algo ondulantes, cubiertas con material disgregado fino, que ha sido acarreado por el viento. También se observa superficialmente bloques sueltos y erráticos de diferente granulometría.
b) Área de Lomadas
Progresando más hacia el litoral y al este del área de llanuras, los terrenos aquí son muy ondulantes; se observan colinas bajas en medio de sectores de llanuras semi planas. Las lomadas son producto de médanos (dunas) o de terrazas de quebradas, estando todas estas lomadas cubiertas con materiales finos acarreados por el viento.
c) Área de Colinas
queda al SE denominada Cerro Blanco. Estas colinas también están tapizadas por materiales finos (areno limosos), acarreados por el viento.
d) Quebradas
De las estribaciones de la cordillera bajan quebradas, que en el pasado han debido drenar en el mar, pero cuya parte inferior se pierde en el área de llanuras cubiertas por materiales eólicos. Algunas de estas quebradas han traído materiales consistentes en flujos de lodo y piedras (huaycos), o han depositado materiales fluviales; esto nos indica que antes ha habido periodo de lluvias.
2.7 LITOESTRATIGRAFÍA LOCAL
La litología local, está representada por afloramientos de rocas sedimentarias e ígneas, y materiales disgregados, cuya granulometría van desde fragmentos pelíticos (limos – arcillas) hasta bloques que pueden tener diámetros de más de 1 m. Se describe las propiedades litológicas de estas rocas y materiales sueltos (ver Mapa M-3):
2.7.1 Material de origen marino
Figura N°2.1. Material de Origen Marino encontrado en el distrito de Ancón.
2.7.2 Depósitos eólicos
Los materiales más notorios que se encuentran superficialmente, son los de origen eólico. Se puede diferenciar dos épocas de depositación de estos materiales, de esta manera:
Se encuentran depósitos eólicos pleistocenos. Estos materiales traídos por el viento, granulométricamente varían de arcillas a arenas finas, tienen tonalidades gris parduscas, presentando cierto grado de compactación. Ver Figura N° 2.2.
Se encuentran principalmente en las llanuras, estando mezclados con arenas gruesas, gravillas y bloques que han sido aportados por los flujos de lodo y rocas (huaycos) de quebradas que provienen de las estibaciones de la cordillera. Al Noroeste de los terrenos materia de estudio, estos depósitos eólicos se encuentran mezclado con material muy fino arcilloso, posiblemente traídos por aguas tranquilas de una quebrada que se observa cerca.
depósitos constantemente migran de lugar, por medio de la fuerza del viento. En ciertos lugares se acumulan formando espesores de varios metros; se encuentran tanto en la llanura como trepando lomadas y colinas.
Figura N° 2.2. Depósitos eólicos recientes.
2.7.3 Depósitos de flujo de lodo y rocas
A lo largo del tiempo geológico, se han producido fuerte avenidas de lluvias, esto ha producido que en las quebradas circule agua, y en ciertas circunstancias de lluvias muy fuertes, se han producido flujo de materiales finos y gruesos disgregados formando huaycos.
Los grandes bloques observados superficialmente son productos de estos fenómenos de geodinámica externa. Los bloques están conformados de rocas intrusitas del tipo gabro diorita siendo de tonos gris oscuros.
2.7.4 Depósitos Aluviales
gravillas y arena (Figura N° 2.3). Forman pequeñas terrazas fluviales, en el sector este del área.
Figura N° 2.3. Material aluvial, donde se observa gravas, gravillas y arenas.
2.7.5 Depósitos antropogénicos
Figura N°2.4. Depósitos antropogénicos encontrados en la zona de estudio.
2.7.6 Rocas sedimentarias
Se presentan afloramientos de rocas sedimentarias como areniscas, calizas, margas, lutitas, limo arcillitas en afloramientos que conforman cerros, como los observados al Norte del distrito en la Punta El Buitre, y en algunos pequeños afloramientos al centro y Sur del distrito, actualmente sus laderas están siendo ocupadas por construcciones de viviendas.
2.7.7 Rocas Volcánicas
Estas rocas las del tipo volcánico sedimentario, pertenecen a los Volcánicos Ancón, se les observa mayormente en los cerros que conforman la Bahía de Ancón. Estas rocas limitan con el mar, conformando acantilados y pequeños islotes cerca del litoral. No están muy urbanizados, en ellas existen vestigios arqueológicos.
2.7.8 Rocas Intrusivas
Figura N°2.5. Presencia de Roca Intrusiva en la zona de estudio.
2.8 ASPECTOS GEO ESTRUCTURALES LOCALES
En el distrito de Ancón, se aprecia manifestaciones geo estructurales producto de la tectónica andina. Se aprecian fallas de gran longitud, con rumbos NO a SE, mayormente cubiertas por materiales disgregados como arenas. En las rocas aflorantes, expuestas en los cerros del distrito, se aprecian fracturamientos, plegamientos y fallamientos, en las rocas sedimentarias y fracturamientos y fallamientos en las rocas ígneas intrusivas.
Existen también manifestaciones neotectónicas de edad geológica reciente, que hace que los terrenos tengan ciertas basculaciones, con desplazamientos pequeños.
2.9 PELIGROS GEOLÓGICOS
Se denomina a aquellos elementos del medio ambiente físico, o del entorno físico, perjudicial al hombre y causado por fuerzas ajenas a él (Burton 1978).
severidad y frecuencia, pueden afectar de manera adversa a los seres humanos y a sus actividades.
Es importante entender que la intervención humana puede aumentar la frecuencia y severidad de los peligros naturales. También, puede generar peligros donde no existían antes. Además, las medidas de control pueden causar o agravar los efectos destructivos de los fenómenos naturales, también pueden reducirlos o eliminarlos (OEA, 1993).
2.9.1 Peligros Geológicos
Los peligros geológicos que se deben tener en cuenta, pueden producirse más que nada como consecuencia de lluvias extraordinarias, estas producirían inundaciones, al estar las quebradas tapadas por material eólico. Además de producir huaycos.
También hay que tomar en cuenta la movilidad de los médanos. Los vientos traen arenas levantadas del litoral y constantemente las están depositando en el área. Se debe tener presenta la ocurrencia de maretazos o tsunamis, debido a la cercanía del litoral marítimo, y estar estos terrenos relativamente bajos.
La actividad sísmica es un peligro geológico relacionado a la geodinámica interna. En la tesis, están considerados los elementos que se deben a las fuerzas naturales internas y los que se pueden generar a partir de éstos, como: sismos, deslizamiento, desprendimientos, etc.
2.9.2 Geodinámica Externa
Pueden ser derrumbes, caídas de rocas y flujos de detritos (huaycos, flujos de lodo, avalanchas de rocas o detritos).
El área de estudio ha sufrido fenómenos de geodinámica externa, más que nada por la presencia y movilidad de los médanos.
2.10 MAPA DE PELIGROS GEOLÓGICOS
Las áreas estudiadas del distrito de Ancón, se encuentran geomorfológicamente en llanuras aluviales, cubiertas por arenas eólicas y afloramientos rocosos; su litoral presenta morfología mayormente de erosión marítima, y en menor proporción playas como producto del depósito de arenas marinas. La litología está compuesta por afloramientos de rocas sedimentarias, volcánicas y en menor proporción ígneas intrusivas.
Los procesos de geodinámica externa, están relacionadas a acción de los vientos, acción de la actividad del mar y el acarreo de flujos de materiales provenientes de quebradas procedentes de la Cordillera de los Andes al este del distrito. Se debe considerar que el intenso urbanismo en los últimos años, ha trastocado los relieves naturales, pudiendo en cierta forma afectar el equilibrio natural de las geoformas, como es el caso que al haber sido ocupadas por viviendas algunas laderas de los cerros, ha desestabilizado el equilibrio de las laderas, pudiéndose producir deslizamientos. También se han creado parques y otras áreas verdes, que al ser regadas, propician la filtración de agua en los materiales limo arenosos.
Los peligros geológicos en el distrito de Ancón, se han determinado a base de las características geomorfológicas, litológicas, geodinámicas y geotécnicas, asimismo a la geodinámica externa e interna. Se ha elaborado un mapa de peligros geológicos (Mapa M-4), donde se representa la dispersión areal de las diferentes intensidades de los peligros, asimismo la extensión y el porcentaje de área que ocupan.
2.10.1 Peligro alto
2.10.2 Peligro medio
En sectores centrales y al Sur del área de estudio existen cerros que sus laderas están siendo ocupadas por construcciones de viviendas. Lo cerros están constituidos por rocas sedimentarias, volcánicas e ígneas intrusivas. Aunque las rocas tienen condiciones geotécnicas apropiadas para cimentar viviendas, el problema es que estas no se han construido con dirección técnica, pudiendo ser afectadas por actividad sísmica.
2.10.3 Peligro bajo
Las áreas con peligro geológico bajo en el área de estudio, están constituidos por terrenos planos o semi planos, con algunas lomadas de poca altura, ocupan mayormente la parte central y en menor proporción el sur del distrito de Ancón. Estos terrenos, están actualmente urbanizados, no presentan mayores peligros geológicos, como inundaciones, deslizamientos, huaycos u otros que puedan afectarlos. La tendencia de la expansión urbana del distrito, es hacia el Este (lado Este de la autopista Panamericana Norte).
La descripción de esta Zonificación y Peligro Geológico puede apreciarse en el Mapa M-4.
CAPÍTULO III: EVALUACIÓN DEL PELIGRO SÍSMICO
3.1 INTRODUCCIÓN
El peligro sísmico es una medida de la probabilidad que el sismo más fuerte que puede ocurrir en una zona, en un cierto número de años, exceda (o no exceda) un determinado nivel de intensidad sísmica (intensidad, aceleración, velocidad, etc). La determinación del peligro sísmico se realizó mediante el método probabilístico, determinándose los niveles máximos de solicitación sísmica al que estará sometida el área de estudio que contempla esta tesis en base a diferentes modelos de atenuación sísmica.
Cornell (1968) propuso una metodología para realizar el análisis de peligro sísmico probabilísticamente. Esta metodología fue sistematizada por Mc Guire (1974) en su programa de cómputo RISK, el cual es ampliamente usado en la actualidad, convirtiéndose en una herramienta básica para este análisis, dado que únicamente determina los niveles de demanda sísmica para la aceleración máxima en la base del terreno.
La concepción básica del método consiste en la determinación y caracterización de las fuentes sismogénicas que definen la sismicidad de la zona en estudio; para esto es necesario revisar la actividad sísmica del pasado y analizar las características tectónicas de la región.
Seguidamente se determinan los parámetros de sismicidad local de cada una de las fuentes o zonas sismogénicas y con la ayuda de leyes de atenuación sísmica definidas para cada tipo de fuentes, se determinan los valores probables de intensidades sísmicas que pueden esperarse en un determinado lugar.
En la presente tesis se empleará las leyes de atenuación para ordenadas espectrales propuestas por Youngs et al. (1997), Zhao et al. (2006), McVerry et al. (2006), Atkinson y Boore (2003) y BC HYDRO (Abrahamson 2015) que diferencian los mecanismos focales para sismos de subducción de interfase e intraplaca en la estimación de la máxima aceleración espectral para diferentes periodos estructurales. Además, se ha empleado el modelo de atenuación para aceleraciones espectrales propuestas por Sadigh, et al., (1997) para sismos continentales.
3.2 ANÁLISIS SÍSMICO PROBABILÍSTICO
3.2.1 Fundamentos del Análisis
Como se ha indicado anteriormente, el análisis de peligro sísmico probabilístico consiste en la evaluación de la probabilidad que en un lugar determinado ocurra un movimiento sísmico de una intensidad igual o mayor que un cierto valor fijado. En general, se hace extensivo el término intensidad a cualquier otra característica de un sismo, tal como su magnitud, la aceleración máxima, el valor espectral de la velocidad, el valor espectral del desplazamiento del suelo, el valor medio de la intensidad Mercalli Modificada u otro parámetro de interés para el diseño ingenieril.
La predicción de eventos futuros puede ser realizada por medio de modelos estadísticos, en base a datos pasados. Actualmente el modelo más usado es el de Poisson, aunque algunos investigadores vienen utilizando el modelo de Markov. El modelo de Markov difiere del modelo de Poisson en que las ocurrencias de eventos nuevos dependen de eventos anteriores, mientras que en el modelo de Poisson, estas ocurrencias son independientes de los eventos pasados.
El modelo de Poisson asume que los eventos sísmicos son espacial y temporalmente independientes y que la probabilidad de que dos eventos sísmicos ocurran en el mismo sitio y en el mismo instante es cero. Estas suposiciones, por lo general, no se ajustan a la ocurrencia de eventos de baja magnitud, sin embargo representan adecuadamente la ocurrencia de los movimientos grandes, que son los de mayor interés para fines ingenieriles. Por esta razón, el modelo de Poisson es ampliamente utilizado para evaluar el peligro sísmico probabilísticamente.
La Ley de Poisson es expresada de la siguiente manera:
!
Pn : Probabilidad de que ocurran eventos en un período de tiempo t. n : Número de eventos.
λ : Razón de ocurrencia por unidad de tiempo.
La ocurrencia de un evento sísmico es de carácter aleatorio y la Teoría de las Probabilidades es aplicable en el análisis de la posibilidad de su ocurrencia. Aplicando esta teoría se puede demostrar que si la ocurrencia de un evento A depende de la ocurrencia de otros eventos: E1, E2,....En, mutuamente excluyentes y colectivamente exhaustivos; entonces, de acuerdo al teorema de la probabilidad total, la probabilidad de ocurrencia de A está dada por la siguiente expresión:
)
P(A/Ei) : es la probabilidad condicional que A ocurra, dado que Ei ocurra. )
E (
P i : es la probabilidad de ocurrencia de Ei.
sísmico definido por la probabilidad que la intensidad I sea igual o mayor que una intensidad dada, será: P(I i) y está dada por:
dr
ds
(r)
f
(s)
f
r)]
[I/(s,
P
=
i)
(I
P
S REsta es la expresión que resume la teoría desarrollada por Cornell en 1968, para analizar el peligro sísmico. La evaluación de esta integral es efectuada por el programa de cómputo CRISIS 2015 desarrollado por Ordaz et al.
3.2.2 Data Sísmica Analizada
Para este análisis se ha recurrido al catálogo sísmico para el Perú, que fue compilado utilizando los catálogos del Instituto Geofísico del Perú (IGP); el catálogo del International Seismological Centre (ISC); el catálogo del National Earthquake Information Center (NEIC); el catálogo del National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA); y el catálogo del Global Centroid Moment Tensor (Global CMT) para el periodo actualizado hasta el primero de enero de 2016, entre los meridianos 66° W y 84° W Greenwich y los paralelos 4° N y 23° S y magnitudes momento Mw ≥ 4.0 hasta Mw = 8.8. El catálogo sísmico fue analizado gráfica y estadísticamente considerando el tiempo, la profundidad y la magnitud de los eventos sísmicos registrados en el área de estudio.
a) Homogenización de Datos
Debido a la gran importancia de tener un parámetro uniforme y homogéneo para comparar el tamaño de los sismos en la evaluación del peligro sísmico, el catálogo compilado fue examinado minuciosamente, homogenizando las magnitudes a Magnitud Momento (Mw) y eliminando los eventos registrados con magnitud cero o sin magnitud.
Para eventos con magnitudes mb (ondas de cuerpo) reportadas, MS es
calculado usando las expresiones dadas por el GSHAP (Global Seismic Hazard Assessment Program).
MS = 1.644 mb – 3.753 ; mb < 5.9
MS = 2.763 mb – 10.301 ; mb ≥ 5.9
Para eventos con magnitudes MS (ondas superficiales) reportadas u
obtenidas, MW es calculado usando las expresiones dadas por el ISC
(International Seismological Center; Scordilis, 2006).
MW = 0.67 (±0.005) MS + 2.07 (±0.03) ; 3.0 ≤ MS ≤ 6.1
MW = 0.99 (±0.02) MS + 0.08 (±0.13) ; 6.2 ≤ MS ≤ 8.2
b) Depuración del Catálogo Sísmico
La depuración de los catálogos sísmicos es considerada aún un proceso subjetivo, no es una ciencia exacta, ya que se sabe que no existe ninguna diferencia física entre temblores previos, eventos principales y réplicas. Por lo que existen diversas investigaciones que han tratado de buscar una estandarización para el depurado, pero hasta el momento solo se han conseguido distintos puntos de vista en cuanto a los parámetros a analizar. La depuración es primordial para poder eliminar todas las réplicas y premonitores dejando únicamente eventos principales y mutuamente independientes entre sí.
En principio, existen dos enfoques para la depuración: método probabilístico y método determinístico. Los métodos probabilísticos calculan las probabilidades para cada terremoto para ser activado por una anterior. Cualquier terremoto puede, por lo tanto, tener una probabilidad de ser asociado con un número diferente de grupos. Para los algoritmos determinísticos cualquier terremoto puede ser parte de solo un grupo. Aquí nos centramos en los algoritmos deterministas, donde dos enfoques diferentes se pueden distinguir: (1) algoritmos vinculantes, donde los grupos están vinculados por los terremotos más pequeños y se les permite crecer en el tiempo y espacio a medida que avanza la sismicidad; y (2) los algoritmos de ventana, donde se utilizan ventanas de magnitud dependiente en el espacio y el tiempo para identificar los terremotos de la misma agrupación.
