Estudio geotécnico en el análisis del riesgo sísmico de la Zona Norte de la Ciudad de Tacna

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA ESCUELA DE POSGRADO FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y FORMALES UNIDAD DE POSGRADO. “ESTUDIO GEOTÉCNICO EN EL ANÁLISIS DEL RIESGO SÍSMICO DE LA ZONA NORTE DE LA CIUDAD DE TACNA” Tesis presentada por el Magíster: CARLOS HUISA CCORI Para optar el Grado Académico de: DOCTOR EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍAS MEDIOAMBIENTALES. Asesor: Dr. HUGO BENITO CANAHUA LOZA AR EQUIPA – PERÚ 2017.

(2) Para mi asistente. Lady Janine Stephany. Para mi querida esposa. Francisca Norma y mis hijos. Alexanders Carlos y Ana Carolina, a mis padres: Juan y Juana (que están en la gloria de Dios) a todos ellos mi eterna gratitud. I.

(3) AGRADECIMIENTOS. . A la Escuela de Posgrado de la Universidad. Nacional de San Agustín de. Arequipa. . A los docentes de la Escuela de Posgrado, por sus valiosos aportes impartidos. . A mi asesor: Doctor Hugo Canahua Loza, por su apoyo e interés incondicional, sobre todo por las valiosas y oportunas sugerencias en la elaboración de la presente tesis.. . A los estudiantes del 5to año promoción 2013 de la escuela de ingeniería de Minas y Geotecnia de la UNJBG. Por su apoyo en las encuestas y muestreo.. . A la Escuela de Ingeniería de Minas. por su apoyo en la utilización de sus. laboratorios de Mecánica de Rocas y Suelos de la UNJBG. Por todo ello mis más sinceros agradecimiento.. Msc. Carlos Huisa. II.

(4) RESUMEN. La zona sur del Perú desde 1868, hace 147 años, se encuentra en un estado de silencio sísmico; frente a esta realidad la población tacneña conformada por un 70 % de foráneos no aceptan las normas y recomendaciones técnicas que se difunden para construir sus viviendas; lo que se demuestra con la actitud de los pobladores del distrito de Alto de la Alianza y Ciudad Nueva que construyen sus viviendas en las laderas de los cerros. La presente investigación fue realizar un estudio Geotécnico de las laderas y suelos de la zona norte de Tacna, con miras a crear una plataforma suficientemente amplia, que permita racionalizar los criterios de evaluación de estos suelos y rocas en concordancia con su importancia relativa, a la prevención, al riesgo sísmico. Sabiendo que el riesgo sísmico físico se define como el grado de pérdidas esperadas debido a un sismo y como una función de la peligrosidad sísmica y de la vulnerabilidad de las estructuras; en este sentido, se ha comprobado que la peligrosidad de desplazamiento del talud del cerro Intiorko, utilizando la metodología Newmark, para un sismo de magnitud de 7,2 ML (Tac 002 – 2005) arrojó un desplazamiento de 0,0058 cm, lo que da como probabilidad de falla de 2,7 x 10 -4 % indicando que por el momento no hay peligro. Pero la ladera inferior del cerro y el suelo está formada por material cuaternario conglomerádica y cenizas volcánicas, esto según estudio de suelos es declarado suelo flexible y malo de peligro alto. La vulnerabilidad sísmica de las edificaciones y viviendas. evaluadas por los. métodos de Blondet M. y Benedetti Petrini en Ciudad Nueva es alta con 88,37 % y en Alto de la Alianza es media con 43,35 % y las edificaciones públicas es media con 73,68 %. El riesgo sísmico en Ciudad Nueva es alto con 84,88 %, por otro lado, en Alto de la Alianza también es alta con 47,67 %. Palabras claves: Geotecnia, peligrosidad, vulnerabilidad, riesgo, sismo.. III.

(5) ABSTRACT. The southern zone of Peru since 1868, 147 years ago is in a state of seismic silence; Against this reality the tacneña population conformed by a 70% of foreigners do not accept the norms and technical recommendations that are diffused to construct their houses; Which is demonstrated by the attitude of the inhabitants of the district of Alto de la Alianza and Ciudad Nueva that build their houses on the slopes of Intiorko hill. The present investigation was to carry out a geological analysis and a geotechnical study of the slopes and soils of the northern zone of Tacna, with a view to creating a sufficiently wide platform that rationalizes the evaluation criteria of these soils and rocks in accordance with their relative importance, to the prevention, to the seismic irrigation. Knowing that physical seismic risk is defined as the degree of expected loss due to an earthquake and as a function of the seismic hazard and the vulnerability of the structures; In this sense, it has been verified that the danger of displacement of the slope of the Intiorko hill, using the Newmark methodology, for an earthquake of magnitude of 7,2 ML (Tac 002 - 2005) showed a displacement of 0,0058 cm, which gives As a probability of failure of 2,7 x 10-4% indicating that for the moment there is no danger. But the lower slope of the hill and the ground is formed by conglomerate quaternary material and volcanic ash, this according to study of soils is declared flexible and bad soil of high danger. The seismic vulnerability of buildings and homes evaluated by the methods of Blondet M. and Benedetti Petrini in New Town is high with 88,37% and in Alto de la Alianza it is average with 43,35% and the public buildings is average with 73, 68%. The seismic risk in Ciudad Nueva is high with 84, 88% on the other hand in Alto de la Alianza is also high with 47, 67%. Key words: Geotechnics, danger, vulnerability, risk, earthquake. IV.

(6) INTRODUCCIÓN. El Perú está comprendido entre una de las regiones de más alta actividad sísmica que existe en la tierra, por lo tanto, está expuesto a este peligro, que trae consigo la pérdida de vidas humanas y pérdidas materiales. Es necesario efectuar estudios que permitan conocer el comportamiento más probable de este fenómeno para poder planificar y mitigar los grandes efectos que trae consigo. Una forma de conocer el probable comportamiento sísmico de un lugar es mediante la evaluación del peligro sísmico, es decir, predecir las posibles aceleraciones que podrían ocurrir en un lugar determinado. Por otro lado, el Perú al igual que muchos países latinoamericanos con problemas de subdesarrollo, las diferencias socio-económicas que se acrecienta y las deficiencias de servicios y equipamiento colectivo son cada vez mayores, el déficit de vivienda se ahonda a la par con la incapacidad económica de la población. Desde los años 60 las llamadas inicialmente barriadas, urbanizaciones populares y posteriormente pueblos jóvenes en el Perú y Tacna, constituyen desde entonces un nuevo espacio no solo urbano sino, básicamente social, donde un diversificado grupo lucha por realizar su legítimo derecho a la reproducción de su fuerza de trabajo, tanto en términos residenciales como de satisfacción de sus necesidades básicas. En otro sentido, los desastres naturales suelen hacer aumentar las tasas de morbilidad y mortalidad. La adopción de medidas apropiadas de mantenimiento de las condiciones del medio ambiente y estudio de suelos permitirá reducir o eliminar el riesgo de destrucción y enfermedades. Por lo predicho, Tacna no escapa de este problema esencialmente en la parte norte de la ciudad involucrando los distritos de Ciudad Nueva y Alto de la Alianza, en las faldas y cima del Cerro Intiorko.. V.

(7) El presente trabajo está estructurado de la siguiente forma: . Capítulo I.- Planteamiento del problema. Contiene la descripción del problema, formulación del problema, los objetivos, la justificación de la investigación, las hipótesis y las variables.. . Capítulo II.- Marco teórico. También llamado estado de arte, está compuesto de tres aspectos: antecedentes, bases teóricas y el marco conceptual.. . Capítulo III.- Materiales y métodos. Se expone el tipo y diseño de la investigación, la población y muestra del estudio, procedimientos de desarrollo, técnicas e instrumentos de recolección de datos. Métodos para procesamiento de datos y poder probar la hipótesis.. . Capítulo IV.- Resultados. Se expresa aquí los resultados obtenidos en cuadros y gráficos; las conclusiones parciales; los entregables.. . Capítulo V.- Discusión, en la discusión es donde se demuestra la validez de los datos encontrados y poder inferir a la población.. . Conclusiones y Recomendaciones. . Referencias Bibliográficas y Anexos.. VI.

(8) ÍNDICE Dedicatoria. I. Agradecimiento. II. Resumen. III. Abstrac. IV. Introducción. V. Índice. VII. Índice de Tablas. XII. Índice de figuras y fotos. XVI. Índice de anexos. XIX. CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 Descripción del problema. 01. 1.2 Formulación del problema. 03. 1.3 Justificación e importancia de la investigación. 03. 1.4 Objetivos. 04. 1.4.1 Objetivo general. 04. 1.4.2 Objetivos específicos. 04. 1.5 Variables. 04. 1.6 Hipótesis. 05. 1.7 Usuarios potenciales de los resultados. 05. CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes del estudio. 07. VII.

(9) 2.2 Bases legales. 11. 2.3 Bases teóricas y marco conceptual. 11. 2.3.1 Factores que afectan el comportamiento de un talud. 11. 2.3.2 Análisis de la estabilidad de talud. 28. 2.3.3 Concepto de superficie de falla. 29. 2.3.4 Método de límite de equilibrio en el análisis de los movimientos de talud. 29. 2.3.5 Comparación de los diversos métodos. 32. 2.3.6 Comportamiento sísmico de los taludes. 33. 2.3.7 Sismicidad. 35. 2.3.8 Características de las ondas sísmicas. 40. 2.3.9 Amplificación de las ondas sísmicas por efectos topográficos. 42. 2.4 Selección de modelos numéricos para deslizamientos inducidos por sismos. 44. 2.4.1 Procedimiento de aplicación del modelo de los desplazamientos de Newmark. 48. 2.4.2 Presentación de la metodología para obtención de mapas de peligrosidad de deslizamientos activados por sismos. 49. 2.5 Aspectos generales de peligrosidad, vulnerabilidad y riesgo sísmico. 59. 2.5.1 Introducción. 59. 2.5.2 Peligrosidad sísmica. 60. VIII.

(10) 2.5.3 Vulnerabilidad sísmica. 62. 2.5.3.1 Método del índice de vulnerabilidad Benedetti Petrini. 65. 2.5.3.2 Método del análisis de vulnerabilidad sísmica de viviendas Blondet. 67. 2.5.4 Riesgo sísmico. 69. 2.6 Softwares que apoyan al proceso de estudio. 70. CAPÍTULO III: MATERIALES Y MÉTODOS 3.1 Tipo y diseño de la investigación. 74. 3.2 Población y muestra. 74. 3.3 Técnicas e instrumentos de recolección de datos. 75. 3.4 Informacion base preliminar del área en estudio. 76. 3.4.1 Ubicación y delimitación política. 76. 3.4.2 Población y aspecto socio-económico de los distritos de Ciudad Nueva y Alto de la Alianza. 78. 3.4.3 Estructura urbana. 79. 3.4.4 Vivienda. 81. 3.4.5 Educación. 82. 3.4.6 Salud. 82. 3.4.7 Líneas vitales. 83. 3.5 Metodología para el análisis de desplazamiento del talud en roca. 85. 3.5.1 Procedimiento para determinar el talud en roca del cerro Intiorko. 85. IX.

(11) 3.5.2 Procedimiento del análisis de la Geología y estudio Geotécnica. 85. 3.5.3 Procedimiento para calcular la cohesión ( c ) y ángulo de fricción (Ø). 86. 3.5.4 Procedimiento para determinar la evaluación de la estabilidad de talud. 89. 3.5.5 Procedimiento para estimar la sismicidad de la zona en estudio. 90. 3.6 Metodología para el análisis de la peligrosidad, vulnerabilidad y riesgo Sísmico de viviendas. 97. CAPÍTULO IV: RESULTADOS 4.1 Introducción. 99. 4.2 Análisis de desplazamiento del talud en roca. 99. 4.2.1 Resultados del análisis de la Geología y estudio Geotécnica del talud. 99. 4.2.2 Características climáticas. 105. 4.2.3 Topografía de la zona en estudio. 109. 4.2.4 Análisis del suelo de la zona en estudio. 111. 4.3 Evaluación de la estabilidad de taludes. 112. 4.3.1 Cálculo de la aceleración crítica (Ac). 112. 4.3.2 Cálculo de desplazamiento de Newmark en el talud del cerro Intiorko. 123. 4.4 Análisis del peligro, vulnerabilidad y riesgo sísmico de las viviendas del Distrito de Alto de la Alianza y Ciudad Nueva. 126. 4.4.1 Análisis del peligro sísmico de las viviendas. 127. 4.4.2 Análisis de la vulnerabilidad sísmica de las viviendas. 127. X.

(12) 4.4.3 Diagnóstico del riesgo sísmico. 134. CAPÍTULO V: DISCUSIÓN 5.1 Discusiones y Contrastaciones. 140. CONCLUSIONES. 146. RECOMENDACIONES. 148. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 149. ANEXOS. 159. XI.

(13) ÍNDICE DE TABLAS Tabla N° 01 Variables e indicadores de la investigación. 05. Tabla N°02 Métodos de análisis de estabilidad de taludes. 31. Tabla N°03 Diferencias básicas entre diversos métodos de análisis de estabilidad de taludes.. 33. Tabla N°04 Posibilidad de deslizamiento causados por sismos. 37. Tabla N°05 Escala de intensidad Mercalli modificado. 39. Tabla N°06 Escala numérica del índice de vulnerabilidad de los edificios de mampostería no reforzado (Benedetti y Petrini 1984). 67. Tabla N°07 Vulnerabilidad sísmica de las viviendas método Blondet M.. 68. Tabla N°08 Nivel de la vulnerabilidad sísmica de las viviendas. 69. Tabla N°09 Técnicas e instrumentos para levantamientos de datos. 75. Tabla N°10 Población total de los distritos de C. Nueva y A. de la Alianza. 79. Tabla N°11 Población por grupo de edad de los distritos de C. Nueva y A. de la Alianza de Tacna.. 79. Tabla N°12 Estructura urbana por sectores de los distritos de C. Nueva y Alto de la Alianza. 80. Tabla N°13 Uso de los suelos de los distritos C. Nueva y A. de la Alianza. 80. Tabla N°14 Características constructivas de las viviendas. 81. Tabla N°15 Equipamiento educativo. 82. XII.

(14) Tabla N°16 Equipamiento de los centros de salud. 83. Tabla N°17 Tipo de abastecimiento de agua de C. Nueva y A. Alianza. 84. Tabla N°18 Servicios Higiénicos en las viviendas de C. Nueva y A. Alianza.. 84. Tabla N°19 Sismos actuales percibidos en ciudad de Tacna (Mw >4,0). 93. Tabla N°20 Daños ocasionados por el terremoto del 23 de junio del 2001. 94. Tabla N°21 Principales acelerogramas seleccionados local y regional. 95. Tabla N°22 Muestreo seleccionado para el estudio de riesgo sísmico. 98. Tabla N°23 Resumen de la clasificación Geotécnica por Hoek and Brown. 105. Tabla N°24 Resumen del cálculo de cohesión y ángulo de fricción de las secciones A – A’, B – B’ y C – C’ Tabla N°25 Tabla climática de temperatura y precipitación de Tacna – 2016. 105 106. Tabla N°26 Ocurrencia del fenómeno climatológico “El Niño” y nivel de precipitación periodo 1980 – 2000. 109. Tabla N°27 Cálculo de la aceleración crítica por el método N°01 secc. A-A’. 113. Tabla N°28 Cálculo de la aceleración crítica de la sección A-A’ ángulo 30°. 114. Tabla N°29 Cálculo de la aceleración crítica de la sección A-A’ ángulo 35°. 114. Tabla N°30 Cálculo de la aceleración crítica de la sección A-A’ ángulo 40°. 114. Tabla N°31 Cálculo de la aceleración crítica (Método N°1 con el Met. N°2). 115. Tabla N°32 Cálculo de la aceleración crítica por el método N°01 secc.B-B’. 116. Tabla N°33 Cálculo de la aceleración crítica de la sección B-B’ ángulo 30°. 117. XIII.

(15) Tabla N°34 Cálculo de la aceleración crítica de la sección B-B’ ángulo 35°. 117. Tabla N°35 Cálculo de la aceleración crítica de la sección B-B’ ángulo 40°. 117. Tabla N°36 Cálculo de la aceleración crítica (Método N°1 con el Met. N°2). 118. Tabla N°37 Cálculo de la aceleración crítica por el método N°01 secc. C-C’. 119. Tabla N°38 Cálculo de la aceleración crítica de la sección C-C’’ ángulo 30°. 120. Tabla N°39 Cálculo de la aceleración crítica de la sección C-C’ ángulo 35°. 120. Tabla N°40Cálculo de la aceleración crítica de la sección C-C’ ángulo 40°. 120. Tabla N°41 Cálculo de la aceleración crítica (Método N°1 con el Met. N°2). 121. Tabla N°42 Cuadro comparativo y selectivo de aceleración crítica. 122. Tabla N°43 Valores de aceleraciones críticas estimados para las diferentes secciones y pendientes de la zona en estudio Tabla N°44 Resultado del cálculo de desplazamiento por el Met. Newmark. 122 124. Tabla N°45 Probabilidad de falla en función de los desplazamientos de Newmark posibles para el talud del cerro Intiorko.. 126. Tabla N°46 Análisis del peligro sísmico de las viviendas de C. Nueva y A. de la Alianza. 127. Tabla N°47 Características constructivas de viviendas del distrito C. Nueva. 129. Tabla N°48 Características constructivas de viviendas del distrito A. Alianza. 130. Tabla N°49 Vulnerabilidad sísmica de viviendas C. Nueva y A. Alianza. 133. Tabla N°50 Vulnerabilidad sísmica de locales publicas. 134. XIV.

(16) Tabla N°51 Resumen del análisis de riesgo sísmico de viviendas urbanas. 135. Tabla N°52 Resumen del análisis de peligro, vulnerabilidad y riesgo sísmico de Locales institucionales más importantes.. 137. Tabla N°53 Desplazamiento de Newmark en cm, calculados para los sismos adoptados para Andorra vs Tacna.. 144. Tabla N°54 Resumen del porcentaje de peligrosidad, vulnerabilidad y riesgo de las viviendas y edificios de C. Nueva y A. de la Alianza.. XV. 144.

(17) ÍNDICE DE FIGURAS Y FOTOS Figura N°2.1 Las características de la litología y la estructura de la formación geológica.. 13. Figura N°2.2 Superficie de falla y dirección de la resistencia al corte. 29. Figura N°2.3 Llegada de las ondas sísmicas primero, se siente las ondas P. luego las S y finalmente las ondas Love y las superficiales. 34. Figura N°2.4 Algunas distancias para los estudios de ingeniería sísmica. 36. Figura N°2.5 Ondas de cuerpo P y S. 41. Figura N°2.6 Ondas de cuerpo Rayleigh y Love.. 42. Figura N°2.7 Diagrama de flujo del procedimiento del modelo de los desplazamientos de Newmark.. 49. Figura N°2.8 Modelo de un deslizamiento potencial con pendiente constante mostrando la interacción de carga (L) y la fuerza (R). Figura N°2.9 Demostración del análisis del algoritmo de Newmark.. 50 57. Figura N°2.10 Proporción de cuadriculas como función de los desplazamientos de Newmark.. 59. Figura N°2.11 Ventana de entrada al programa Roclab.. 71. Figura N°3.1 Mapa de ubicación de la zona en estudio. 77. Figura N°3.2 Modelo de elevación digital de fotografía aérea indicando la ubicación de los distritos de C. Nueva y A. Alianza. XVI. 78.

(18) Figura N°3.3 Sismos históricos ocurridos en el sur del Perú. 92. Figura N°3.4 Zonas sísmicos del Perú de aceleración máxima. 96. Figura N°4.1 Plano Geológico de la zona de estudio. 100. Figura N°4.2 Curva característica del comportamiento de la temperatura y precipitación en la ciudad de Tacna – 2016. 106. Figura N°4.3 Histograma de precipitaciones en la estación J. Basadre. 107. Figura N°4.4 Sección longitudinal de la región de Tacna. 110. Figura N°4.5 Sección (A – A’) transversal de la zona de estudio. 111. Figura N°4.6 Ejemplo de análisis con Slide 6.0 el F.S. (1,371) Bishop. 115. Figura N°4.7 Ejemplo de análisis con Slide 6.0 el F.S. (0,920) Spencer. 118. Figura N°4.8 Ejemplo de análisis con Slide 6.0 el F:S (0,962) Spencer. 121. Figura N°4.9 Resultado del análisis del pico de velocidad /tiempo. 124. Figura N°4.10 Resultado de la progresión de desplazamiento del Acelerograma (Tac 002 – 2005). 125. Figura N°4.11 Esquema de la planilla de integración utilizando EXCEL. 125. Figura N°4.12 Características constructivas de viviendas de C. Nueva. 131. Figura N°4.13 Características constructivas de viviendas de A. Alianza. 131. Figura N°4.14 Porcentaje del riesgo sísmico de las viviendas de C. Nueva y Alto de la Alianza. 135. Figura N°4.15 Porcentaje del peligro, vulnerabilidad y riesgo sísmico de. XVII.

(19) locales institucionales y servicios. 136. FOTOS: Foto N°01 Construcción de viviendas en las laderas del cerro Intiorko – Tacna. 02. Foto N°02 Vista del afloramiento de la formación Huaylillas.. 15. Foto N°03 Deposito de cenizas volcánicas de tonalidad rosada en C. Nueva. 18. Foto N°04 Secuencia típica de los depósitos encontrados en el cono norte. 19. Foto N°05 Sucesión de avenidas de flujos de lodo, arena y conglomerados. 21. Foto N°06 Corte al lado izquierdo de la Av. Circunvalación Norte – Este.. 22. Foto N°07 Capa inclinada de depósitos diluviales del cerro Intiorko. 24. Foto N°08 Muestra de 50 x 40 x 20 cm para obtener testigos por per. Diamant.. 87. Foto N°09 Perforadora diamantina saca testigos. 87. Foto N°10 Testigos diamantinos de diámetro 2,5 pulgadas. 88. Foto N°11 Prensa Universal. 88. Foto N°12 Vista del afloramiento de la formación Huaylillas en el corte de salida de Tacna al norte. 102. Foto N°13 Vista del afloramiento de la formación Huaylillas en la cascada de la Quebrada Caramolle. 103. XVIII.

(20) ÍNDICE DE ANEXOS. Anexo N°01 Formato de encuesta de la vulnerabilidad sísmica de viviendas. 160. Anexo N°02 Cálculo de la cohesión y ángulo de fricción con datos de laboratorio de Mecánica de Rocas sección A-A’ , B-B’ y C-C’. 172. Anexo N°03 Características constructivas de las viviendas de los distritos Ciudad Nueva y Alto de la Alianza. 175. Anexo N°04 Análisis del peligro, vulnerabilidad y riesgo sísmico de viviendas de los distritos de C. Nueva y Alto de la Alianza (M. Blondet). 182. Anexo N°05 Evaluación de vulnerabilidad sísmica de los institutos públicos de los distritos de C. Nueva y A. de la Alianza (Método Benedetti P.). 191. Anexo N°06 Cálculo de la Acel. Crítica con uso de Slide 6,0 sec. A-A’, B-B ’y C-C’. 201. Anexo N°07 Aceleraciones de sismos locales y regionales. 217. Anexo N°08 Análisis del riesgo sísmico de viviendas método Blondet. M.. 238. Anexo N°09 Determinación del ángulo del talud con diagramas estereográficas. 243. Anexo N°10 Mapeo de la linea de detalle Geomecánica. 245. Anexo N°11 Planos Geológico, Geomorfológico y riesgo sísmico. 248. XIX.

(21) CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 1.1DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Para ningún Tacneño es desconocido que esta latitud de América Latina está identificada por los sismólogos como zona de alta sismicidad, donde los sismos liberan gran cantidad de energía con efectos catastróficos a la vida y el patrimonio de la sociedad; como el ocurrido el 13 de agosto de 1868 hace 147 años. Los especialistas indican que terremotos de esta naturaleza tienen periodos de recurrencia cada 150 a 270 años. Nishenco (1991); por esta razón la latitud comprendida entre los 15° a 17° Sur, al no haber tenido otro sismo de gran magnitud, está considerada como zona de silencio sísmico. Frente a esta realidad la población tacneña conformada por un 70 % de foráneos es reacia a aceptar las normas y recomendaciones técnicas que se difunden para construir sus viviendas, que permitiría mitigar los efectos sísmicos, y prefieren continuar con prácticas ancestrales; lo que se demuestra con la actitud de los pobladores de Alto Alianza y Ciudad Nueva que construyen sus viviendas en las laderas del cerro Intiorko y suelos no compactos. (Ver Foto N° 01) El sismo del 23 de junio de 2001afectó a toda la región sur del país, incluyendo la ciudad de Arica, Iquique en Chile y la Paz en Bolivia. El epicentro del sismo fue localizado en la región sur y cerca de la linea de la costa a 82 km al NW de la ciudad de Ocoña, Camana, Mollendo (Arequipa), que soportaron una intensidad de VIII en la escala de Mercalli modificado. A su vez las ciudades de Ilo, Moquegua, Tacna soportaron una intensidad de VII - VIII. La ciudad de Tacna por efecto del sismo ha sufrido daños considerables en los edificios ubicados en el casco urbano de la ciudad, principalmente en las viviendas antiguas, construidas de adobe y quincha. En las zonas periféricas, cono norte (Distritos Alto de la Alianza y.

(22) Ciudad Nueva) las viviendas construidas de ladrillos y bloquetas, y las edificaciones construidas de concreto armado, resultaron con daños considerables en su estructura. La población resultó damnificada con pérdidas de vidas humanas.. Foto N°01. Construcción de viviendas en las laderas del cerro Intiorko – Tacna (Distritos de C. Nueva y A. de la Alianza) Fuente: Elaboración Propia. Cámara fotográfica Nikon Coolpix Wide 7x 14.2 Megapixels. Por los antecedentes indicados con el fin de prevenir y reducir los riesgos originados por los sismos, es necesario realizar, el estudio Geotécnico de las zonas para poder Identificar su peligrosidad como la vulnerabilidad de sus viviendas.. 2.

(23) 1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. ¿En qué medida el estudio Geotécnico de los cerros y suelos de la zona Norte de Tacna podrá manifestar la peligrosidad, la vulnerabilidad y el riesgo a los efectos sísmicos? 1.3 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN La investigación se justifica por las siguientes razones: a) Originalidad El trabajo es original en todo su ámbito porque los datos para su análisis son obtenidos del campo de la zona norte (Alto de la Alianza y Ciudad Nueva) de Tacna, además porque el proyecto de investigación se origina por el planteamiento de un problema que es resuelto teórico, práctico y metodológicamente con hechos verídicos. b) Relevancia En este proyecto se consideran los siguientes criterios: . Tiene una justificación legal; o sea que la investigación se realizó cumpliendo con los dispositivos, normas, directivas y otros que tiene la región de Tacna.. . En un sentido práctico; los resultados y logros de la investigación servirán para reajustar políticas de acciones concretas que permitan actuar sobre los fenómenos descubiertos en beneficio del pueblo. Por otro lado, para mitigar el riesgo sísmico de una zona es necesario disminuir la vulnerabilidad y el costo de la reparación de las estructuras afectadas. Por lo tanto, se deben proponer nuevos y mejores sistemas constructivos que exhiban un buen comportamiento bajo cargas sísmicas y/o generar nuevas filosofías de diseño que garanticen el buen desempeño de los elementos expuestos en salvaguarda de la vida humana.. 3.

(24) . Desde un punto de vista teórico – científico o tecnológico, con los resultados de la investigación se está contribuyendo al desarrollo de la ciencia y la Tecnología.. . Finalmente se puede inferir el Impacto Ambiental que ocasiona ejecutar construcciones en las laderas y faldas de los cerros de la Región Sur del Perú.. 1.4 OBJETIVOS 1.4.1 Objetivo General Realizar un estudio geotécnico de las laderas y suelos de la zona norte (Alto de la Alianza y Ciudad Nueva) de Tacna, con miras a crear una plataforma suficientemente amplia, que permita racionalizar los criterios de evaluación de estos suelos y rocas en concordancia con su importancia relativa, a la prevención, al riesgo sísmico. 1.4.2 Objetivos Específicos . Evaluar las características geotécnicas de las laderas y faldas del cerro Intiorko (Alto de la Alianza y Ciudad Nueva) para identificar. la. composición de sus formaciones. . Comprobar la peligrosidad al deslizamiento del talud del cerro Intiorko activado por sismos.. . Evaluar. la. peligrosidad,. vulnerabilidad. y. riesgo. sísmico. edificaciones en los distritos de Alto de la Alianza y Ciudad Nueva. 1.5 VARIABLES En la tabla N° 01 se presenta las variables e indicadores del estudio. 4. de. las.

(25) 1.6 HIPÓTESIS Dada la evaluación geotécnica de las laderas del cerro y suelos de la zona norte de Tacna y realizado un acercamiento a la valoración de la peligrosidad sísmica de las mismas, como el análisis de la vulnerabilidad de sus viviendas es probable que pueda cuantificar el riesgo sísmico. 1.7 USUARIOS POTENCIALES DE LOS RESULTADOS . Gobiernos regionales. . Defensa civil. . Municipalidades. . Asentamientos humanos etc. Tabla N°01 Variables e Indicadores de la Investigación. VE1. VARIABLES  Estudio geotécnico. . Análisis geológica y evaluación de la estabilidad de talud. . Evaluación de la peligrosidad y vulnerabilidad de las viviendas. INDICADORES  Geología  Geomorfología  Geotecnia  Sismicidad. VE2 .     . Análisis de suelo y roca de la zona Factor de seguridad Aceleración critica Desplazamientos Probabilidad de falla, peligrosidad. . Vulnerabilidad sísmica. . Metodología, para el análisis de peligrosidad, vulnerabilidad y riesgo Mapa de riesgo sísmico. Análisis del riesgo sísmico . 5.

(26) MATRIZ DE CONSISTENCIA TITULO: ESTUDIO GEOTÉCNICO EN EL ANÁLISIS DEL RIESGO SÍSMICO DE LA ZONA NORTE DE LA CIUDAD DE TACNA PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA PREGUNTA GENERAL: ¿En qué medida el estudiogeotécnico de los cerros y suelos de la zona Norte de Tacna podrá manifestar la peligrosidad y la vulnerabilidad al riesgo sísmico?. OBJETIVOS. OBJETIVO GENERAL:Realizar un estudio geotécnico de las laderas y suelos de la zona Norte (Alto de la Alianza y Ciudad Nueva) de Tacna, con el fin de evaluar estos suelos y rocas en concordancia con su importancia relativa, a la prevención, al riesgo sísmico. OBJETIVOSESPEC. -Evaluar las características geotécnicas de las laderas y faldas del cerro Intiorko (Alto de la Alianza y Ciudad Nueva) para identificar la composición de sus formaciones. -Comprobar la peligrosidad al deslizamiento del talud del cerro Intiorko activado por sismos. -Evaluar la peligrosidad, vulnerabilidad y riesgo sísmico de las edificaciones en los distritos de Alto de la Alianza y Ciudad Nueva. Fuente: Elaboración propia. HIPÓTESIS. VARIABLES E INDICADORES. MUESTRA. DISEÑO. INSTRUMENTOS. ESTADÍSTICA. HIPÓTESIS GENERAL: Dado la evaluación geotécnica de las laderas del cerro y suelos de la zona norte de Tacna y realizado un acercamiento a la valoración de la peligrosidad sísmica de las mismas, como el análisis de la vulnerabilidad de sus viviendas es probable que pueda cuantificar el riesgo sísmico.. VARIABLE DEPENDIENTE . Estudio geotécnico . Evaluación de la estabilidad del talud . Evaluación de la peligrosidad y vulnerabilidad de las viviendas. POBLACION: Zona Norte de Tacna. Distritos de Alto de la Alianza y Ciudad Nueva Cerro Intiorko. La investigación es de tipo no experimental, transversal y descriptiva.. Equipos de topografía GPS diferencial Extensómetros Horizontal y vertical Medidor de agrietamiento Inclinómetros Piezómetros Laboratorio de Mecánica de rocas de la UNJBG. Computadoras y software. Estadígrafos de coeficientes de correlación. VARIABLE INDEPENDIE . Análisis del Riesgo Sísmico. 6. Muestra: Calicatas En forma sistemática y encuesta a las viviendas.

(27) CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO 2.1 ANTECEDENTES DEL ESTUDIO Existen varios trabajos de investigación referidos al tema planteado de los cuales mencionamos algunos de ellos: . Torrico Frisancho, Francisco. (2003) UNJBG “Vivienda popular en Tacna”. En el presente trabajo de investigación se demuestra que la coyuntura en el país ha llevado a una situación social y económica muy delicada por lo que la. autoconstrucción permanece en el dilema entre la economía y la. seguridad. Se ha tomado un muestreo en los sectores del cono sur y del cono norte el mismo que ha servido para determinar indicadores como; si reciben o no apoyo del gobierno y en qué formas, quiénes y cuánto auto construyen, qué procesos constructivos emplean, los procesos de urbanización que están generando. Como documento pretende llamar la atención de los entes gubernamentales encargados del desarrollo de la región, de las municipalidades encargadas del desarrollo urbano, de las instituciones que propician la autoconstrucción a los colegios profesionales y las universidades para que investiguen y difundan sistemas, procesos constructivos que garanticen las construcciones en esta zona altamente sísmica. . Podestá Llosa, Juan (2004) INDECI “Estudio mapa de peligros de la ciudad de Tacna”.. 7.

(28) La ciudad de Tacna está ubicada en el extremo Sur del Perú, frontera con Chile, en una región de especiales características geológicas donde el borde continental de Sudamérica muestra una importante inflexión, y va paralelamente a la cordillera de los andes, sufre también un cambio de rumbo producto de la geodinámica interna del planeta, que condicionan la ocurrencia de fenómenos físicos muy importantes como sismicidad y movimiento de los vientos que a su vez son los agentes condicionantes de las lluvias, otorgándole a la región características climáticas de aridez, conformando el gran desierto de Atacama, de importante extensión en Chile. Está determinado que en la región hay silencio sísmico, a pesar de haberse dado el terremoto del 23 de junio de 2001, cuyo epicentro estuvo frente a las costas de Ocoña, departamento de Arequipa; por lo tanto, se espera la ocurrencia de un sismo de mayor intensidad que el del 2001, por tanto, la población y la infraestructura física debe estar preparada para tal hecho. En la parte Norte de la ciudad, distrito de Pocollay, se ha identificado suelos de buenas características geotécnicas, con amplificación sísmica media a baja, clasificación, de arenas limosas correspondientes a cenizas volcánicas, con capacidades portantes mayores a 3 kg/cm2. Características confirmadas con ensayos in situ de sondajes de penetración a dos metros de profundidad, la gran mayoría de suelos en los distritos de cercado y Gregorio Albarracín Lanchipa son de clasificación (GW y GP) gravas bien graduadas y pobremente graduadas respectivamente, de baja amplificación sísmica y buenas características geotécnicas con capacidades portantes mayores a 3 kg/cm2. Los distritos de Alto de la Alianza y Ciudad Nueva en sus actuales áreas urbanas, sus suelos son de malas características geotécnicas, con amplificación sísmica alta y capacidades portantes menores a 1 kg/cm2. Sus áreas de expansión en la parte alta del cerro Intiorko, zona de pampas costaneras, están conformadas por roca, debajo de una pequeña capa de suelo menor a 0,50cm.. 8.

(29) La derivación Calana, del río Caplina de su margen oeste hacia la margen este, constituye una zona clasificada como de peligro muy alto. Asimismo, la zona de la junta vecinal La Florida, en el distrito de Alto de la Alianza, zona de entrega de la quebrada del Diablo, está clasificada como de peligro muy alto. . Chura Arocutipa, Edgar (2002) UNJBG “Evaluación y reparación de viviendas del cono norte de la ciudad de Tacna”. Concluye que el sismo del 23 de junio del 2001, ocurrido en la zona sur del país, ha puesto en evidencia, que las viviendas de adobe, albañilería confinada, concreto armado en la zona del cono norte de la ciudad de Tacna, resultaron ser altamente vulnerable, frente al sismo de una intensidad VII en la escala de Mercalli Modificada, ocasionando daños severos y colapso en las viviendas.. . Santacana Nuria (2001) “Análisis de la susceptibilidad del terreno a la formación. de. deslizamientos superficiales y grandes deslizamientos. mediante el uso de Sistemas de Informacion, Geográfica aplicación a la cuenca alta del Río Llobregat”. El trabajo presentado en esta tesis aplica la tecnología de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) a la evaluación de la susceptibilidad del terreno a deslizamientos y a su cartografía. Con esta perspectiva se han llevado a cabo dos procedimientos distintos de estimación de la susceptibilidad, aplicados cada uno a un fenómeno diferente: los deslizamientos superficiales y grandes deslizamientos de tipo traslacional. El SIG utilizado ha sido ARC/INFO con la versión 7.2.1. El análisis de la susceptibilidad de una ladera a la rotura por deslizamientos superficiales a escala regional se ha realizado mediante tratamiento estadístico multivariante de tipo discriminante. El objetivo principal del análisis ha sido la captura automática de la mayor parte de los factores relacionados con estos deslizamientos, derivados de un modelo digital de elevaciones (MDE). El resto de factores no derivados del MDE, así como el inventario de deslizamientos, han sido capturados de forma tradicional. 9.

(30) mediante. fotointerpretación,. reconocimiento. de. campo. y. posterior. digitalización. El procedimiento de análisis se ha realizado en formato raster (malla regular) y ha considerado las zonas de rotura de deslizamientos como puntos que al ser rasterizados han sido definidos como celdas inestables. El resto de celdas se han considerado como estables. Para el tratamiento estadístico se ha obtenido una muestra aleatoria con la mitad de las celdas con roturas y un número similar de celdas sin ellas. Las celdas no utilizadas para el tratamiento han servido para validar los resultados del mismo y la predicción del mapa final.  Coral Moncayo Hugo (2002) UPC. “Utilización de métodos experimentales y de simulación numérica para la microzonificación sísmica de áreas urbanizadas en Andorra”. En primer lugar se ha realizado una descripción geográfica, geológica y sísmica de la zona de estudio que comprende los núcleos urbanos de Andorra La Vella, Escaldes-Engordany, Santa Coloma y la Margineda, con el propósito de aportar elementos para la microzonificación en esta zona poco estudiada. Fundamentalmente se tratan dos aspectos: por un lado, lo referente a tratamiento de posibles efectos de amplificación debido a los depósitos de sedimentos de la cubeta y por otro, la peligrosidad de deslizamientos activados por terremotos. Se ha realizado una descripción de los diferentes factores que intervienen en el movimiento del suelo. En particular se ha descrito el fenómeno relacionado con los efectos locales. Para ello se ha realizado una síntesis bibliográfica de los estudios que han puesto de manifiesto estos efectos tanto los relacionados con los rellenos sedimentarios como los debidos a efectos topográficos y su toma en consideración en normativas actuales como es el caso de la norma sismo resistente Francés. Además se presenta una síntesis, ilustrada por las referencias bibliográficas correspondientes relativas a los métodos más usados para estimar los efectos locales en función de los datos disponibles.. 10.

(31) 2.2 BASES LEGALES . Decreto Ley N° 19338, Ley de creación del sistema nacional de defensa civil, sus modificatorias y ampliatorias. . D.S. N° 005-88-SGMD "Reglamento de la ley sistema nacional de defensa civil y sus ampliatorias.. . Decreto Supremo N° 059-2001-PCM , Reglamento de organización y funciones del instituto nacional de defensa civil y sus modificatorias.. . Ley N° 27867 -Ley orgánica de los gobiernos regionales y sus modificatorias.. . Ley N° 27972 -Ley orgánica de municipalidades y sus modificatorias.. . Decreto Supremo N° 001-A-2004-DE/SG "Plan nacional de prevención y atención de desastres". . Decreto Supremo N° 098-2007 -PCM "Plan nacional de operaciones de emergencia". . Decreto Supremo N° 037-2010-PCM "Plan de prevención por sismos 2010". . Oficio N° 2338-2010-INDECI/1.0, de fecha 14 de mayo de 2010, "Preparación de las autoridades de los gobiernos locales, instituciones y población frente a un eventual maremoto o tsunami".. . Oficio N° 2947-2010/1.0, de fecha 17de junio de 2010, "Preparación de las autoridades de los gobiernos regionales y locales, instituciones y población, para hacer frente a un eventual sismo de gran magnitud".. . Ley N° 29664 de fecha 19 febrero de 2011, Sistema nacional de gestión de desastres (SINAGER).. 2.3 BASES TEÓRICAS Y MARCO CONCEPTUAL 2.3.1 Factores que afectan el comportamiento de un talud Según Varnes D.J.(1978)Los procesos que ocurren en un talud son generalmente complejos y dependen de gran cantidad de factores, los cuales. 11.

(32) interactúan entre ellos para definir un comportamiento. A continuación, se presenta una descripción de algunos de los factores fundamentales que afectan la estabilidad de los taludes. a) La Litología o formación geológica Cada litología o formación geológica posee un determinado patrón de comportamiento. Por ejemplo: Un granito y una caliza bajo condiciones similares, desarrollan características diferentes de perfil geotécnico y presentan un comportamiento diferente de los taludes como resultado de las diversas características de los materiales (permeabilidad, potencial de meteorización, erosividad, etc.). Si el material que conforma el talud es homogéneo, el modelo conceptual es relativamente sencillo y fácil de interpretar; sin embargo, cuando el talud está formado por varios tipos de roca o suelo, el comportamiento geotécnico del conjunto es diferente al de cada material por separado. Este es el caso de los suelos residuales donde el material completamente descompuesto, tiene un comportamiento muy diferente al del material menos descompuesto, la roca. Ver figura N° 2.1. La Litoestratigrafica de la zona regional según INDECI – PNUD – PER 02/51 (2004) considera que está formado por tres formaciones principales que son: Formación Moquegua Superior (T Mo_s), Formación Huaylillas (T_Hy) y depósitos Cuaternarios, las que se describen a continuación. Ver plano N° 01. En el anexo N° 11. 12.

(33) Figura N° 2.1.Las características de la litología y la estructura de la formación geológica. El ejemplo muestra un deslizamiento complejo en North Carolina.. Fuente: Texto. Estabilidad de taludes en zonas tropicales (Suarez. J. 1998) cap. 09. a-1) Formación Moquegua superior (T Mo_s) La mayor parte de los afloramientos están cubiertos por depósitos cuaternarios recientes de ladera y solo se les puede apreciar en los cortes de carretera de los cerros: Arunta e Intiorko (Salida de Tacna y carretera a Tarata) de la ciudad de Tacna. De esta manera, se hace difícil determinar su extensión en Tacna y alrededores. En el corte de la carretera del cerro Arunta que sale del cuartel Tarapacá al Este de la ciudad los afloramientos comprenden una secuencia dominada por una media deposición fluvial corto. No obstante esta secuencia presenta una variante en su tope, la sedimentación se torna más gruesa, presentando rasgos litológicos de un ambiente de deposiciones fluviales más marcadas. Los. 13.

(34) estratos de esta formación tienen una inclinación de 4° grados al Oeste. La secuencia fluvial corta está formada por capas de arena limosa gris clara y micro conglomerados de hasta 1 m de espesor, esta presenta una estratificación plana y paralela, e intercalaciones del orden de centímetros de arcillas marrones que en algunos sectores se presentan como grietas de desecación. En esta secuencia se nota la presencia de contenido de sales y sulfatos como parte de la matriz y en forma de cristales en fracturas y oquedades, formando superficies muy duras en los afloramientos. El tope de esta secuencia corresponde a una sedimentación más fluvial de depósitos residuales decanal. Los conglomerados en los canales están formados por guijarros subredondeados de rocas ígneas y volcánicas con relleno arenoso que en conjunto dan una coloración gris oscura, los cuales gradan hacia el tope a arenas tufáceas gruesas y micro conglomerados de tonalidad rojiza. Este sistema de canales presenta coloraciones rojizas en conjunto, lo que sugiere que estuvo dominado por un intenso período de intemperización de los depósitos, causando su oxidación. a-2) Formación Huaylillas (T_Hy) La mayor exposición de los afloramientos de esta formación se halla ubicada en los cortes de las carreteras del cerro Arunta, cerro Intiorko y cerros ubicados al nor-oeste de la irrigación alto Magollo. Igualmente se la puede apreciar en la cascada de la quebrada Caramolle, ubica en la parte alta del distrito Ciudad Nueva. Esta formación se encuentra suprayaciendo a la formación Moquegua superior en discordancia paralela, y consiste básicamente de rocas volcánicas que corresponden a depósitos piroclásticos diferencia en su color y textura.. 14. con cierta.

(35) Suprayaciendo a la formación Huaylillas se encuentra una unidad conglomerádica, a manera de una terraza colgada antigua, que se distingue por su definida estructura clástica y color gris oscuro. Recientemente, en 2004 se le ha reportado como unidad Magollo A. Flores, (2004) ver foto N°02.. Foto N° 02. Vista del afloramiento de la Formación Huaylillas. Se aprecian los bloques ignimbríticos con un pequeño nivel sedimentario al tope de la secuencia. Fuente: Elaboración propia.. 15.

(36) a-3) Depósitos cuaternarios  Unidad conglomerádica (Q Uc) Esta unidad se encuentra suprayaciendo a la formación Huaylillas, a manera de una terraza colgada antigua, y se le puede distinguir por su tonalidad gris oscura que cubre parcialmente los cerros de la ciudad de Tacna. Tiene un espesor aproximado de 15 m. Se puede notar que de la base al tope existe una disminución del tamaño de grano en general, comenzando con conglomerados y areniscas de grano grueso y fino. En el corte de la carretera que conduce al monumento de los héroes caídos en el Alto de la Alianza, se puede notar que esta unidad está definida claramente por tres secuencias: La primera corresponde a secuencias de canales efímeros formada por depósitos residuales de conglomerados que gradan hacia arenas gruesas. El conjunto presenta una secuencia gris clara y tiene un espesor de 4 metros, a continuación. una. segunda. secuencia. de. 12. metros.. Aproximadamente, formada por arenas gruesas de color gris oscuro, con intercalaciones de capas de conglomerados de hasta 20 cm, de diámetro; la tercera secuencia tiene 10 metros aproximadamente y corresponde a un evento de actividad volcánica formada por intercalaciones de 50 cm de arenas tufáceas de tonalidades verdes con ignimbritas cremas de Lapilli.. 16.

(37)  Depósitos de cenizas volcánicas (Q ce) Al Nor-Este de la ciudad de Tacna se encuentran grandes depósitos de cenizas volcánicas que ocupan los distritos de Pocollay y Calana. Al parecer estos depósitos conformaban una sola capa que rellenaba el valle de Tacna antiguamente, la cual fue erosionada parcialmente por el río Caplina, quedando en la actualidad lomas con formas de grandes lenguas a lo largo del valle. Tienen una tonalidad rosada (ver foto 03) y contienen abundante pómez y fragmentos angulosos de rocas volcánicas andesítica. En los distritos de Alto de Alianza y Ciudad Nueva los depósitos de ceniza volcánica afloran parcialmente y se encuentran debajo de los depósitos aluviales (ver foto 04) e interdigitada con los depósitos diluviales de la ladera del cerro Intiorko.. 17.

(38) Foto N° 03. Depósitos de cenizas volcánicas de tonalidad rosada, ubicados en la parte alta del distrito Ciudad Nueva con dirección hacia los distritos de Pocollay y Calana. Fuente: Elaboración propia. 18.

(39) Foto N° 04. Secuencia típica de los depósitos encontrados en el Cono Norte. En la base se aprecian cenizas volcánicas rosadas, seguidas por arenas y limos marrones de origen aluvial. La secuencia está cubierta por depósitos antropogénico de basura y desmonte. Urbanización 28 de Agosto, distrito de Ciudad Nueva Fuente: Elaboración propia. 19.

(40)  Depósitos aluviales (Q al) Los depósitos aluviales se presentan en la. quebrada. Caramolle, compuesto de flujos de barro con clastos de ignimbritas (ver Foto 05). En este tipo de depósitos se halla asentado parte del distrito de Ciudad Nueva, a la que se denominó zona de cauce del río seco, además aquí se encuentran la zona pecuaria sostenible (criadero de porcinos y aves de corral) ZCE – 10. Estos depósitos aluviales por sectores presentan contenido de sales y sulfatos, las cuales se encuentran aglutinando las arenas en terrones y formando lentes de 30 - 50 cm muy compactos y competentes (en estado seco) conocidos como "caliche". En la parte más baja hacia el sur – oeste se manifiesta el depósito aluvial con un espesor de 3 m formado por arenas limosas con clastos dispersos de 5 cm de diámetro. (ver foto N°06). 20.

(41) Foto Nº 05. Sucesión de avenidas de flujos de lodo de conglomerados ubicados en la quebrada Caramolle. Fuente: Elaboración propia. 21. arenas de grano medio y.

(42) Foto N° 06. Corte al lado izquierdo de la Av. Circunvalación Nor – Este (Parque Industrial), donde se aprecian depósitos aluviales con espesores que alcanzan los 3 m , están formados por arenas limosas con clastos dispersos de hasta 5 cm de diámetro. Fuente: Elaboración propia. 22.

(43)  Depósitos fluviales (Q fl) Dentro de los depósitos cuaternarios se consideran depósitos fluviales a aquellos formados por las corrientes de los ríos. Se ubican a lo largo del valle del río Caplina, el cual ha definido claramente depósitos de canal y depósitos de llanura de inundación. Los depósitos fluviales de canal (Q fl_c) son aquellos que definen. el. curso. de. los. ríos,. están. conformados. principalmente de gravas y guijarros con relleno arenoso. En el distrito de Tacna estos depósitos ocupan parte del cauce antiguo del rio Caplina, donde en la actualidad se encuentra la Avenida Leguía. El depósito de llanura se extiende a lo largo del distrito Gregorio Albarracín (Cono Sur), donde parte de ellos, son explotados como agregados para construcción.  Depósitos diluviales (Q de). Estos depósitos se forman por la erosión de suelos y roca por gravedad y viento, y comprenden capas desuelo fino con arenas limosas con inclusiones de fragmentos pequeños a medianos de ignimbritas soldadas violáceas de la formación Huaylillas, que se depositan y cubren las laderas de los cerros (ver foto 07). Estos suelos pueden alcanzar hasta 2 metros de espesor y en algunos casos están descansando sobre una secuencia residual de areniscas grises de la formación Moquegua. Su mayor extensión se ubica en las laderas del Cerro Intiorko a lo largo de los Distritos del Alto de la Alianza y Ciudad Nueva. Estos suelos presentan tonalidades rosadas y marrón claras.. 23.

(44) Foto Nº 07. Capas inclinadas de depósitos diluviales ubicados en las laderas del cerro Intiorko, nótese que son capas de arenas con fragmentos de ignimbritas, con tonalidad rosada y marrón clara. Fuente: Elaboración propia. 24.

(45)  Depósitos antropogénico (Q an) Dentro de este tipo de depósitos están incluidos aquellos generados por el hombre y están formados por desmonte (Q an_d) y basurales (Q an_b). Se encuentran repartidos mayormente en el cono norte, cono sur y el distrito de Pocollay, así como a lo largo de la quebrada del Diablo. Los depósitos de desmonte están representados por escombros de viviendas, y canteras abandonadas de ignimbritas de la formación Huaylillas, mientras que en los depósitos de basura se consideran los antiguos botaderos municipales. El primer botadero que tubo Tacna se ubicaba en el sector NO del distrito de Alto de la Alianza, hacia el sector oeste de las faldas del cerro Intiorko dentro de la garganta en forma de abanico aluvial, formado en el extremo sur de la quebrada del Diablo (deyección de la quebrada); aquí después de un aplanamiento con desmonte y material aluvial, se estableció 5 asociaciones de vivienda conformada por: La Florida, San Pedro, Señor de los Milagros, Corazón de Jesús y Ramón Copaja. Ocupando un área aproximada de 20,28 hectáreas.. b) La estructura geológica Es común que los deslizamientos ocurran a lo largo de las superficies de debilidad existentes en el suelo o la roca. A estas superficies de debilidad se les conoce como la “estructura geológica” la cual está conformada por las discontinuidades, fracturas, planos de estratificación o superficies de debilidad del macizo o talud. Los elementos de estructura geológica que más comúnmente afectan los deslizamientos son:. 25.

(46) . Los planos de estratificación. Corresponden a los planos de cambio de litología del material, propios de las rocas sedimentarias. Estos planos son muy importantes para la ocurrencia de deslizamientos, especialmente cuando el cambio de estratificación es brusco. Por ejemplo, mantos de arenisca (duros) sobre mantos de arenisca (blandos).. . Los planos de foliación o esquistosidad. Son planos de micro estructura comunes en las rocas metamórficas. Estos planos representan superficies de debilidad para la ocurrencia de deslizamientos en los esquistos; y por esta razón, los esquistos son muy susceptibles a los deslizamientos.. . Las fracturas. Son planos de separación o rotura, los cuales se encuentran presentes en la mayoría de formaciones rocosas. La fracturación está relacionada con los procesos tectónicos y otros factores propios de la evolución de la corteza terrestre. Estas fracturas son muy importantes cuando se encuentran abiertas o rellenas con materiales de baja resistencia.. c) La geomorfología Brusden (2002) define la geomorfología como el estudio de las formas de la superficie de la tierra, su origen, los procesos relacionados con su desarrollo y las propiedades de los materiales, con lo cual se puede predecir el comportamiento y el futuro estado. Las condiciones geomorfológicas presentes son esenciales en el análisis de la ocurrencia de deslizamientos, debido a que los procesos de vertiente son parte integral de los procesos dinámicos como variables que controlan la evolución del paisaje. Aristizabal y Yokota, (2006). La geomorfología refleja los procesos que están actuando sobre el talud, así como los paleo-procesos que lo han afectado en el pasado y su relación con la litología y otros elementos. 26.

(47) constitutivos, no solamente de un talud en particular, sino de todo el ambiente de una zona. UNJBG – INDECI-PNUD PER 98/018 (2001). La Geomorfología. de la. zona de estudio y Tacna se encuentra enmarcada dentro de un contexto geomorfológico que corresponde alas pampas costaneras, las cuales ocupan una extensa depresión entre la cordillera de la costa y el frente occidental de los Andes, resultado de la acumulación de sedimentos clásticos del grupo Moquegua, rocas volcánicas de la formación Huaylillas y depósitos cuaternarios recientes. Se presenta como un territorio suavemente ondulado inclinado hacia el sur-oeste, con una pendiente aproximada de 2% a 4% aproximadamente. Están cubiertas por conos de deyección fluvial y depósitos eólicos. La Ciudad de Tacna está asentada en el valle del río Caplina, a una altura de 550 m.s.n.m, en medio de los cerros Arunta e Intiorko, que oscilan entre los 775 y 850 m.s.n.m.de altitud. La superficie de estos cerros forma grandes llanuras denominadas planicies del Huaylillas. Estos están cubiertos por suelos residuales y arenas eólicas que les dan una tonalidad rosada – marrón clara. Las faldas de los cerros forman laderas que tienen pendientes que fluctúan entre 30° y 60° y están cubiertas por depósitos diluviales. En la Quebrada Caramolle se ha podido notar que en su último evento aluvial ha cortado y cubierto el depósito de cenizas volcánicas, dejando un canal de hasta 50 metros de ancho, donde se halla asentado parte del distrito de Ciudad Nueva en el cono norte. En el punto donde cambia su dirección al valle está quebrada presenta una cascada con un salto de 25 metros aproximadamente. A lo largo de la Quebrada del Diablo, en el tramo que está por desembocar al valle de Tacna, se pueden observar dos cascadas escalonadas entre sí y distantes a 150 metros, ambas tienen un salto de. 27.

(48) aproximadamente 8 m y han servido de botadero municipal por largo tiempo. Ya en la desembocadura, con la ayuda de fotografías aéreas, se pudo identificar tres eventos de conos aluviales. El primer evento está casi totalmente erosionado conservándose sólo la parte superior del cono a manera de una pseudo terraza colgada. Sin embargo, el segundo evento aluvial se ve mejor desarrollado el cual se extiende hasta la altura del cementerio de Tacna, terminal terrestre Manuel A. Odría, CTARTacna y el colegio Modesto Basadre. Un tercer cono aluvial más reciente y de menor tamaño se asienta el centro comercial La Rotonda y el mercado Grau. Los depósitos de ceniza volcánica se extienden a manera de lomas en el valle formando lenguas longitudinales. Estos depósitos presentan un drenaje subparalelo de dirección Nor-Este Sur-Oeste que desemboca en el cauce antiguo de la quebrada Caramolle. En la actualidad, los cauces antiguos de estos depósitos son depresiones por donde circula un tráfico vehicular regular. Ver la Geomorfología en el plano N°02 que se presenta en el anexo N° 11.. 2.3.2 Análisis de la estabilidad de talud Fellenius (1922) indica que existe una gran cantidad de metodologías para la modelación matemática, la cual depende del objetivo del análisis y de los resultados que se deseen obtener. Los objetivos principales del análisis matemático de los taludes son los siguientes: . Determinar las condiciones de estabilidad del talud (si es estable o inestable y el margen de estabilidad).Investigar los mecanismos potenciales de falla (analizar cómo ocurre la falla).. . Determinar la sensitividad o susceptibilidad de los taludes a diferentes mecanismos de activación (Efecto de las lluvias, sismos, etc.).. 28.

(49) . Comparar la efectividad de las diferentes opciones de remediación o estabilización y su efecto sobre la estabilidad del talud.. . Diseñar los taludes óptimos en término de seguridad, confiabilidad y economía.. 2.3.3 Concepto de superficie de falla Fellenius (1922).El término superficie de falla se utiliza para referirse a una superficie asumida a lo largo de la cual puede ocurrir el deslizamiento o la rotura del talud (Ver Figura N° 2.2); sin embargo, este deslizamiento o rotura no ocurre a lo largo de esas superficies si el talud es diseñado adecuadamente.. Figura N° 2.2.Superficie de falla y dirección de la resistencia al cortante Fuente: Texto. Estabilidad de taludes en zonas tropicales (Suarez. J. 1998). 2.3.4 Método de límite de equilibrio en el análisis de los movimientos de talud Durante muchos años se ha realizado el análisis de los movimientos de los taludes o laderas, haciendo uso de las técnicas de límite de equilibrio. Este sistema supone que en el caso de una falla, las fuerzas actuantes y resistentes, son iguales a lo largo de la superficie de falla y equivalentes a un factor de seguridad de 1,0.. 29.

(50) El análisis se puede realizar estudiando directamente la totalidad de la longitud de la superficie de falla o dividiendo la masa deslizada en tajadas o dovelas. Cada dia se ha ido mejorando los sistemas de dovelas desarrollados por Patterson y Fellenius (1936). Algunos métodos son precisos y otros, solamente aproximados. Los métodos de Bishop (1955) y Jambu (1954) han sido muy utilizados en los últimos 50 años y se han desarrollado métodos de análisis más precisos y complejos como los de Morgenstern y Price (1965) y Spencer (1967), ayudados por programas de software que permiten realizar análisis muy rigurosos. Generalmente, los métodos son de iteración y cada uno de estos posee un cierto grado de precisión. En la tabla N°02 se enumeran algunos de los métodos más utilizados.. 30.

(51) Tabla N°02: Métodos de análisis de estabilidad de taludes Método. Superficie de falla Rectas. Equilibrio. Cuñas con tramos rectos Espiral logarítmico. Fuerzas. Arco Circular (Fellenius 1922. Circulares. Momentos. Ordinario o de Fellenius (1927) Bishop Simplificado (Bishop 1955) Jambu Simplificado (Jambu 1968) Sueco modification U.S. Army Corps of Engineers (1970) Lowe y Karafiath (1960). Circulares. Fuerzas. Circulares. Momentos. Cualquier forma Cualquier forma. Fuerzas. Cualquier forma. Fuerzas. Talud infinito Bloques y cuñas Espiral Logarítmico (Frohlich 1953). Fuerza. Fuerzas y Momentos. Fuerzas. Características Bloque delgado con nivel freático, falla paralela a la superficie Cuñas simples, dobles o triples, analizando las fuerzas que actúan sobre cada cuña Superficie de falla en espiral Logarítmico. El radio de la espiral varia con el Angulo de rotación Circulo de falla, el cual es analizado como un solo bloque. Se requiere que el suelo sea cohesivo. No tiene en cuenta las fuerzas entre dovelas Asume que todas las fuerzas de cortante, entre dovelas, son ceros Asume que no hay fuerzas de cortante entre dovelas Las fuerzas entre dovelas tienen la misma dirección que la superficie del terreno. Las fuerzas entre dovelas están inclinadas en un ángulo igual al promedio de la superficie del terreno y las bases de las dovelas Spencer (1967) Cualquier Momentos y La inclinación de las fuerzas laterales son forma Fuerzas las mismas para cada tajada, pero son desconocidas. Morgenstern y Price Cualquier Momentos y Las fuerzas entre dovelas, se asumen, que (1965) forma Fuerzas varían de acuerdo con una función arbitraria Sarma (1973) Cualquier Momentos y Utiliza elementos de las dovelas en el forma Fuerzas cálculo de la magnitud de un coeficiente requerido para producir la falla. Fuente: Texto. Estabilidad de taludes en zonas tropicales. (Suarez. J. 1998) cap. 09. 31.

(52) 2.3.5 Comparación de los diversos métodos La cantidad de métodos que se utilizan dan resultados diferentes y en ocasiones, contradictorios los cuales son una muestra de la incertidumbre que caracteriza los análisis de estabilidad. Los métodos más utilizados por los ingenieros geotécnicos de todo el mundo son el simplificado de Bishop y los métodos precisos de Morgenstern y Price y Spencer. Cada método da valores diferentes en el factor de seguridad. Aunque una comparación directa entre los diversos métodos no es siempre posible, los factores de seguridad determinados por el método de Bishop difieren aproximadamente un 5% con respecto a soluciones más precisas. Mientras el método simplificado de Janbú generalmente subestima el factor de seguridad hasta valores del 3 % y en algunos casos los sobreestima hasta valores del 5%. Esta aseveración fue documentada por Freddlund y Krahn(1977). Los métodos que satisfacen el equilibrio en forma más completa son más complejos y requieren de un mejor nivel de comprensión del sistema de análisis. En los métodos más complejos y precisos se presentan, con frecuencia, problemas numéricos que conducen a valores irreales de factor de seguridad, por exceso o defecto. Por las razones anteriormente expuestas, se prefieren los métodos más sencillos y fáciles de manejar como es el método simplificado de Bishop. Todos los métodos que satisfacen el equilibrio completo dan valores similares del factor de seguridad (Fredlund y Krahn, 1977, Duncan y Wright, 1980). No existe un método de equilibrio completo que sea significativamente más preciso que otro. Alva Hurtado (1994) presenta las siguientes conclusiones al comparar los diversos métodos (ver tablaN°03).. 32.

(53) Tabla N°03: Diferencias básicas entre diversos métodos de análisis de estabilidad de taludes. Procedimiento. Método Ordinario de dovelas Método de Bishop Modificado Método de Jambu procedimiento General. De dovelas Método de Spencer y Morgenstern y Price Método de Lowe y Karafiath Método de Espiral Logarítmico. Mom. Total. Condic. Mom. Dovelas. de Vert.. Equilibrio Horiz.. Ecuaciones e Incógnitas. Formas de la Superficie de Falla. Calculo Normal. Aplicable Calculo por computadora. sí. no. no. no. 1. circular. sí. sí. sí. no. no. no. N+1. circular. sí. sí. sí. sí. sí. sí. 3n. cualquiera. sí. sí. sí. sí. sí. sí. 3n. cualquiera. no. sí. no. no. sí. sí. 2n. sí. sí. sí. -. sí. sí. 3. cualquiera Espiral logarítmico. sí. sí. Fuente: pp. Alva Hurtado 1999. 2.3.6 Comportamiento sísmico de los taludes Los sismos son fenómenos naturales causados por movimientos de las fallas geológicas en la corteza terrestre. Al moverse las fallas, se producen ondas de diferentes tipos y de gran poder, las cuales viajan a través de las rocas (figura N°2.3). Los movimientos sísmicos pueden activar deslizamientos de tierra. En el caso de un sismo, existe el triple efecto de aumento del esfuerzo cortante, disminución de la resistencia por aumento de la presión de poros y deformación, asociados con la onda sísmica; pudiéndose llegar a la falla al cortante y hasta la licuación en el caso de los suelos granulares saturados. Los factores que deben tenerse en cuenta para los análisis de taludes y laderas expuestos a eventos sísmicos son los siguientes: . El valor de las fuerzas sísmicas aplicadas sobre las masas de suelo potencialmente deslizables.. . La disminución de la resistencia debida a las cargas vibratorias, las cuales inducen las deformaciones cíclicas. La resistencia puede disminuirse en más del 50% en suelos sensitivos y en la mayoría de. 33.

(54) los casos, la disminución de resistencia puede llegar a un 20% durante el sismo (Makdisi y Seed, 1978). . El aumento de la presión de poros especialmente en los suelos limosos y de arenas finas, en los cuales se puede producir una disminución de resistencia tal, que produzca el fenómeno de licuación.. . El aumento de la fuerza sísmica generado por la amplificación en los mantos de suelos blandos.. . La. posibilidad. de. ocurrencia. de. fenómenos. de. resonancia. relacionados con la similitud entre la frecuencia natural de vibración del talud y del evento sísmico. . La magnitud de las deformaciones en la masa de suelo.. . La licuación. Los mantos de arenas saturadas sueltas, son muy vulnerables a la licuación durante los sismos. Los rellenos o capas de materiales que se encuentran sobre estos suelos licuables pueden deslizarse durante los terremotos como ha ocurrido en Chile, Alaska y Japón. Seed, (1970). Figura N° 2.3.Llegada de las ondas sísmicas. Primero, se sienten las ondas P, luego las S y finalmente, las ondas Love y las ondas superficiales.. Fuente: pp. Makdisi y seed 1978. 34.

(55) 2.3.7 Sismicidad Cuando se produce la fractura de la roca en una zona de falla geológica, la energía liberada es radiada en todas las direcciones. La fuente del movimiento o zona de liberación de energía no es generalmente un punto, sino una línea o un área comúnmente alargada en la dirección de la falla. La profundidad del foco o hipocentro determina en buena parte, la magnitud del sismo y sus efectos (figura N° 2.4). Los sismos que generalmente producen un mayor daño son los sismos relativamente superficiales. El área de superficie inmediatamente encima del área de liberación de energía se denomina epicentro o área epicentral. La gran mayoría de los grandes deslizamientos y agrietamientos del suelo, de gran magnitud, corresponden al área epicentral y van disminuyendo a medida que el punto considerado se aleja del área epicentral y la intensidad del sismo disminuye. Existen dos parámetros importantes para designar el tamaño y la fuerza de un sismo, la magnitud que mide la energía del sismo y la intensidad que valora los efectos en el sitio.. 35.

(56) Figura N° 2.4.Algunas distancias para los estudios de ingeniería sísmica Fuente: Texto. Estabilidad de taludes en zonas tropicales. (Suarez. J. 1998). a) Magnitud La magnitud es una medida cuantitativa e instrumental del tamaño del evento, relacionada con la energía sísmica liberada durante el proceso de ruptura en la falla. La magnitud es una constante única que se asigna a un sismo dado y es independiente del sitio de observación. Richter (1935) definió la magnitud de los sismos locales como: El logaritmo en base 10 de la máxima amplitud de la onda sísmica, expresada en milésimas de milímetro (micrones), registrada en un sismómetro estándar a una distancia de 100 kilómetros del epicentro del evento.. 36.

(57) M = Log A + f (d,h) + CS + CR. (02). Donde: A= Amplitud de la onda f(d,h) = Corrección por distancia focal y profundidad Cs y CR= Corrección de la estación y corrección regional Es evidente que la incidencia de casos de inestabilidad aumenta con la magnitud del sismo, especialmente cuando la magnitud del sismo es de seis o mayor y la fuente de liberación de energía es poco profunda, caso en el cual la posibilidad de fallas por licuación aumenta (Ver tabla N° 04). La magnitud y la profundidad del epicentro en forma conjunta, determinan la intensidad del sismo y la activación de deslizamientos. A mayor magnitud y menor profundidad del sismo, los deslizamientos son más probables y de mayor tamaño. Tabla N° 04.Posibilidad de deslizamientos causados por sismos. Magnitud del. Tipo de Deslizamiento Producido. Sismo 4.0. Caídos de rocas, deslizamientos de rocas, caído de suelos y alteración de masas de suelo. 4.5. Deslizamiento de traslación, rotación y bloques de suelo. 5.0. Flujo de suelo, esparcimiento lateral, deslizamientos subacuáticas. 6.0. Avalancha de roca. 6.5. Avalancha de suelo. Fuente: pp. Keefer 1984. b) Intensidad La intensidad sísmica es un concepto que se aplica a la identificación del grado de destrucción o efectos locales de un terremoto. La intensidad, que 37.