MICROZONIFICACIN GEOTCNICA Y SSMICA DE SUELOS

CATEDRA:

I

1.1 INTRODUCCION

La falta de un conocimiento pleno de la geologa y del

suelo de una Ciudad, se manifiesta de manera muy

adversa en sus distintas conformaciones; es decir por la

falta del estudio del entorno geogrfico, se encuentran con

un medio de crecimiento urbanstico muy desordenado y

no planificado y propenso al colapso y a fallar ante

eventos naturales como movimientos ssmicos,

deslizamiento de laderas, inundaciones o excesos de

lluvias, entre otros; a ello se adiciona la variabilidad y la

mala calidad del suelo portante y la mala utilizacin del

mismo as como el modo de construccin deficiente;

elevando a un grado de riesgo mayor una Ciudad.

1.2 ANTECEDENTES Y SITUACION

ACTUAL DEL PROBLEMA EXISTENTE

CASO:

CIUDAD DE HUANCAVELICA

UNA CIUDAD EXPRESA DESARROLLO, A LA VEZ COMODIDAD PARA UNA VIDA PLENA; NO UN MEDIO GEOGRAFICO DONDE SE APRECIA PRECARIEDAD, CAOS Y DESORDEN URBANO

PLANIFICACION

Qu hace falta?:

CONOCIMIENTO

DEL SUELO, SU

TERRENO Y SU

MEDIO

GEOGRAFICO, EN

LA QUE SE

ENCUENTRA.

Suelo tpico de muchos sectores, Quintanillapampa; con

nivel fretico alto y distintos tipos de estratos.

SUELO:

Se muestra terrenos conformado por

relleno desmontes o cumulo de desechos, que sobre ellas se

proyectan y construyen edificaciones.

Sector Puyhuan Grande; Terreno fangoso con presencia

de suelo orgnico y arcilloso, no adecuados para

proyectar construcciones.

Futuras reas de construccin, donde probablemente se

establecern viviendas familiares.

Construccin en laderas sobre suelos inestables, muy

vulnerables al colapso.

Sector San Jernimo; Suelo orgnico y arcilloso, con

presencia de cursos de agua superficiales, as como taludes

muy inestables

Futuros asentamientos

Sector Chunca Horno; terreno propiamente de origen

coluvial relleno natural reciente, sobre ella se vienen proyectando edificaciones.

Sector Ccoripaccha; Laderas con rocas y suelo suelto,

propensos a deslizarse; as como al pie del mismo rellenos

de desmontes de basura en medio de un curso de agua

natural.

Ciudad propenso a inundaciones por el ro y

lluvias intensas.

Ciudad propenso a avalanchas y deslizamientos,

cuando se presentan climas muy adversos.

Anomalas Constructivas Pblicas y Privadas

Archivo del colegio Rosa de Amrica; donde se observa daos

estructurales interno y externo del local, tpico accionar de

un suelo de mala calidad y con deficiencias en el estudio de

suelos.

Construccin de viviendas donde se muestra inundacin

de suelos y asentamientos de las edificaciones.

Construcciones en medio de inundaciones

falta de drenaje urbano.

En la imagen se observa, deterioro de las estructuras por efecto del suelo entre orgnico y

arcilloso

Asentamiento del suelo, generando grandes grietas en

las construcciones.

Edificacin afectado por inundacin y/o sobre elevacin

del nivel fretico.

Falla generalizado del rea de ingreso del coliseo multiuso Suelo tratado inadecuadamente.

Deterioro de un muro de contencin, poniendo

en riesgo a las viviendas colindantes.

Efecto del suelo, adems se aprecia construccin de

mala calidad.

Construcciones en medio de taludes

Efecto del suelo, hace que se generen grietas en las construcciones en general.

AUN NO APRENDEMOS DE

LAS LECCIONES

1.3 OBJETIVOS DE LA MICROZONIFICACON

1.3.1.- General

Encaminar un proyecto de Microzonificacin Geotcnica y

Ssmica; implica en realizar el estudio del suelo de una

Ciudad y permita un crecimiento urbano planificado, se

aplique en la ingeniera de construccin, ambiental y de

vulnerabilidad, as como permita planificar variados

proyectos que integre el modo de vivencia y la mejora de la

calidad de vida del ciudadano.

1.3.2.- Especfico

* Comprende en hacer el estudio en la parte de

geologa, geomorfologa, hidrogeologa-nivel

fretico, mecnica de suelos y dinmica del terreno

y a partir de ella identificar las reas del terreno

propensos a riesgos, a fallas de suelos, probables

daos por efecto de sismos y los efectos locales del

subsuelo.

* Identificar la vulnerabilidad de las construcciones, as como analizar los riesgos ante

eventos ssmicos, deslizamientos, inundaciones,

drenajes superficiales, etc., para plantear

propuestas de mitigacin.

1.3.2.- Especfico

* Subdividir la ciudad en reas o zonas geotcnicas

relativamente homogneas en trminos de tipo,

clasificacin y propiedades ndices, as como en

resistencia y deformacin del mismo.

* Establecer unidades de anlisis de respuesta del

suelo ante eventos externos.

* Integrar la mejora de la calidad de vida con el

cuidado y manejo responsable de informacin

geotcnica y ssmica de los suelos, permitiendo

capacitar, educar y asesorar cientfica y tcnicamente

en actividades relacionadas con el tema.

1.4 ALCANCES Y LIMITACIONES

Un estudio relacionado a la Microzonificacin debe

comprender todo el rea de una ciudad, es decir debe

abarcar el entorno del permetro urbano, as como las reas

de futura expansin y reas de rgimen diferido.

Lo que implica hacer un detalle semi emprico de los

aspectos geotcnicos que caracterizan el suelo bajo la

ciudad, la cual estar limitada a la informacin

disponible a obtener de la distribucin, cantidad y

calidad de exploracin, y de los resultados de los ensayos

de campo y laboratorio ejecutados.

El principal propsito del mapa de zonificacin

geotcnica es servir de modelo para los anlisis de

respuesta ssmica local, aplicndose como una

herramienta indicativa de las condiciones geo-mecnicas

generales del subsuelo o para las primeras fases de

planeacin de obras.

1.5 METODOLOGIA

La metodologa a seguir, est comprendido en el

siguiente cuadro:

Bsicamente comprende tres aspectos a tomar en

cuenta:

1.- Es la recopilacin y anlisis de la informacin

disponible proveniente bsicamente de estudios

anteriores de la ciudad.

2.- Es la exploracin del subsuelo realizada por el

proyecto en desarrollo, utilizando para ello mtodos

directos e indirectos.

3.- Comprende el proceso detallado empleado para la

obtencin del mapa de zonificacin geotcnica y ssmica.

II. BASE DE DATOS GEOTECNICOS DE

UNA CIUDAD (BDG) 2.1 IMPLEMANTACION Y ALIMENTACION

2.1.1 Compilacin de la Informacin Disponible

Se debe acudir a todas las posibles fuentes de informacin

confiables, tales como entidades pblicas y privadas de la

ciudad que elaboraron estudios de suelos.

Lo mismo que debe clasificarse a cada una segn el tipo,

cantidad, veracidad y accesibilidad.

2.1.2 Alimentacin de la Base de Datos Geotcnicos

Se debe recabar toda la informacin, cada estudio con su

localizacin cartogrfica y coordenadas, as como se debe

prestar mucho cuidado en la informacin proveniente,

bsicamente el que proviene de un lugar, un tipo de suelo o

una caracterstica especfica.

2.2 ANALISIS ESTADISTICO 2.2.1 Clasificacin de Muestras

Es necesario clasificar los suelos recabados para

analizar la calidad y homologar los diferentes

tipos utilizados por la fuente consultada.

Para poder establecer de

forma adecuada los perfiles

tpicos, es conveniente

identificar las diferentes

clases de materiales

existentes en el rea de

estudio, para luego

agruparlos y simplificar el

anlisis.

Como modelo, se agrupan los

suelos en finos, gruesos y

mixtos, con el fin de obtener

perfiles tipos y por zonas.

2.2.2 Mapas de Materiales Tipo

Al organizar, identificamos los depsitos superficiales

agrupando como Finos (F), Arenas (S) y Gravas (G); con

esta clasificacin se deben elaborar coberturas para cada

grupo, en ella se observar su distribucin tanto en rea

como en profundidad.

Toma de datos de los Sondeos superficiales a profundos.

III. INVESTIGACION DEL SUBSUELO

Un adecuado modelamiento numrico de un fenmeno

fsico como la respuesta de suelo ante un sismo, requiere

de un conocimiento adecuado de las propiedades

mecnicas del depsito tanto en rea como en

profundidad.

Para lo cual, luego del programa de exploracin realizado

se debe presentar a detalle los resultados obtenidos de la

exploracin del subsuelo, con la finalidad de conocer la

estratigrafa del terreno, obtencin de muestras

inalteradas, que permita definir los parmetros

geomecnicos requeridos para el modelamiento numrico

de la respuesta ssmica y efectos locales.

Los trabajos de campo, debe comprender la realizacin de

ensayos de perforaciones mecnicas, ensayos de CPTU,

pruebas de DMT, PMT, ensayos SPT y CPT y la ejecucin

de ensayos de refraccin ssmica o de Down Hole.

3.1- Perforaciones

Manuales y Mecnicas:

a).- Exploracin a travs de

calicatas/trincheras.

A partir de la construccin de

calicatas se llegar a obtener

muestras de suelos

representativos para

determinar la clasificacin del

mismo, que alcanzar hasta

profundidades no mayores a

los 3 m.; y a la vez permitir

apreciar en forma directa la

estratigrafa de los suelos en

los puntos asignados.

a).- Exploracin a travs de calicatas.

Sondeos Manuales y Directas.

b).- Exploracin a travs de Sondeos Mecnicos:

Sondeo por rotacin

Sondeo a

Presin:

Sondeo a Rotacin

Helicoidal

Sondeo por Percusin o

Golpe

Sondeo con equipos de

propsito mltiple.

Obtencin y embalaje de

muestras de suelos, para

llevar a laboratorio,

previo registro detallado.

3.2- Ensayos de Campo In Situ:

Los equipos que deben intervenir y desarrollar

mnimamente las pruebas in situ deben ser el Piezocono

Ssmico (CPTU), Dilatmetro (DMT), Presurmetro (PMT),

un Cono Dinmico (CPT) y SPT, ms la aplicacin de un

equipo tipo Down Hole.

Ejm.

Las pruebas CPT y CPTU tienen las siguientes

aplicaciones principales:

a) Determinar la estratigrafa del subsuelo e

identificacin de los materiales presentes.

b) Estimar parmetros geotcnicos.

c) Proveer resultados para diseo directamente.

d) Evaluar el potencial de licuacin de suelos.

Dilatmetro DMT (Marchetti):

Es un interesante ensayo in situ Carga-Deformacin; con

deformacin controlada que cubre suelos granulares como

cohesivos de poco a muy densos y de blandos a duros.

Presenta tres aplicaciones principales:

a) Determinar el perfil estratigrfico del terreno

b) Evaluar los parmetros geotcnicos de las capas

investigadas.

c) Calcular la capacidad portante y asentamiento del

terreno frente a solicitaciones externas.

Diagrama

esquemtico de la

prueba con el

dilatmetro ssmico.

PRUEBA DEL PRESURIMETRO (PMT)

El presurmetro es

un equipo que

permite conocer la

resistencia de los

suelos y la

deformacin en el

sitio.

ENSAYO DOWN HOLE.

Se debe emplear un sismgrafo mnimo de 12 canales, con

sistema de control y sonda triaxial.

Donde las ondas se generan mediante golpes de comba, para

obtener.

a) Velocidades compresionales (Vp) y de corte (Vs) para cada

estrato del subsuelo.

b) Calcular los mdulos dinmicos del subsuelo; es decir el

mdulo de corte G, el mdulo de Elasticidad E, el mdulo

Bulk y la relacin de Poisson.

IV. ENSAYOS DE LABORATORIO

Se debe realizar un plan de ensayos de laboratorio,

orientado a la obtencin de parmetros de

compresibilidad y resistencia esttica y dinmica, se

orienta a los siguientes aspectos:

- Evaluar las caractersticas de expansin y

compresibilidad de los suelos finos, determinar la

variacin del esfuerzo de preconsolidacin en

profundidad, a fin de utilizar este parmetro en los

anlisis no lineales de respuesta ssmica local.

- Se evala el comportamiento esttico y dinmico de las

arcillas, limos, arenas y gravas; a partir de la obtencin

de parmetros geomecnicos se moldea los efectos locales

y fenmenos de licuacin por posibles hundimientos del

terreno o corrimientos laterales.

En este orden de ideas, se recolecta el mayor nmero de

muestras inalteradas para su anlisis en laboratorio.

Se hace mencin a los ensayos a tomar en cuenta:

4.1- ENSAYOS DE COMPRESIBILIDAD

Con el fin de determinar las caractersticas de

compresibilidad y/o expansin de los suelos finos

encontrados en el subsuelo, se deben realizar varios

ensayos edomtricos, tendientes a evaluar el esfuerzo de

preconsolidacin, el ndice de compresin, el ndice de

precompresin, as como la delimitacin del espesor de la

capa preconsolidada.

4.2- ENSAYOS DE CORTE DIRECTO.

Con el fin de obtener los parmetros efectivos (c, ); para ello se consolidad las muestras a presiones similares a las

existentes, y se lleva al ensayo hasta su falla en condicin

drenada y con una velocidad controlada.

4.3- ENSAYOS CONSOLIDADOS NO DRENADOS CU.

Este tipo de pruebas corresponde a ensayos triaxiales

estticos con medicin de presin de poros. Primero las

muestras se consolidad a presiones similares a las

existentes en el terreno y una vez consolidadas se fallan

en condicin no drenada y con carga controlada.

4.4- ENSAYOS TRIAXIALES DINAMICOS. Suelos Arcillosos y Limosos:

Se caracteriza por su alta rigidez y resistencia, que lleva a la

necesidad de aplicar esfuerzos desviadores importantes, con el

fin de obtener las respectivas curvas esfuerzodeformacin. Se debe a que los elevados esfuerzos de preconsolidacin que

posee un suelo, hacen que para niveles de esfuerzo inferiores

al esfuerzo de preconsolidacin el material se comporte

elsticamente y no disipe energa.

Suelos Arenosos:

Se caracteriza por la

generacin de presiones

de poros importantes

durante la aplicacin de

cargas peridicas. Se

aprecia el incremento del

esfuerzo desviador con el

fin de acelerar la falla.

Suelos Gravosos:

Se realiza el ensayo triaxial para este tipo de suelos en la

condicin de que la muestra debe ser sometido a

presiones de consolidacin similares a las existentes en el

campo.

V. PERFILES Y SECCIONES GEOTECNICAS

5.1- PERFILES GEOTECNICOS

De acuerdo a la informacin acumulada, es posible realizar

perfiles geotcnicos que pueden oscilar entre unos metros a

profundidades mayores, estos perfiles de los sitios

explorados renen la informacin recopilada en campo,

como las descripciones geotcnicas y litolgicas de los

materiales, homologadas y ajustadas con los ensayos de

clasificacin, adems de los registros Vs de Down Hole y los

resultados de laboratorio realizados.

Para lo cual se debe tomar los siguientes aspectos:

- Columnas Estratigrficas.

- Materiales Tpicos.

- Caracterizacin Geomecnicas.

a.- Columnas Estratigrficas.

Se debe homologar para cada estrato utilizando las

siguientes descripciones:

Tipos de suelo: Bloques, bolones, gravas, arenas, limos, arcillas y posibles combinaciones.

Color: color predominante, vetas, trazas y ndulos.

Consistencia y Compacidad: para arcillas y limos como muy blando a rgido y de muy

sueltos a muy compactos.

Humedad: Seco, medio hmedo, hmedo, muy hmedo y empapado.

Estructural: Figurado o agrietado. Origen: Aluvial, Coluvial, Rellenos, otros. Otras caractersticas: Observaciones particulares y del

material.

b.- Materiales Tpicos.

Se agrupan los suelos de comportamiento geomecnico

similar en materiales tpicos, con base en sus

propiedades ndice, de compresibilidad y resistencia. Esto

se realiza con el fin de poder caracterizar de una manera

ms general y de alguna forma simplificar los perfiles

para el posterior anlisis de respuesta ssmica.

c.- Caracterizacin Geomecnica.

Las propiedades ndice y parmetros geomecnicos de

cada unos de los materiales tpicos encontrados, son

determinados a partir del anlisis estadstico de los

resultados de los ensayos, representndose por

histogramas con sus estadsticas por cada parmetro

estudiado.

Para Materiales arcillosos, Limosos, Arenosos, Gravosos y

Orgnicos.

5.2- SECCIONES GEOTECNICOS

Las secciones geotcnicas se plantean en el sentido de la

depositacin de los materiales provenientes de las

cuencas de la cordillera, para visualizar las zonas como;

piedemonte, el pice, la parte media y distal de los

abanicos.

Secciones Geomorfolgicos Tipo

Estas secciones geotcnicas recogen informacin geolgica,

geofsica y geotcnica, tanto a nivel superficial y profunda.

En general el perfil de sedimentacin se caracteriza por que

los materiales ms gruesos se encontrarn hacia los pices

de los abanicos, mientras que hacia la parte distal de los

mismos se hallarn los materiales ms finos.

VI. ZONIFICACION GEOTECNICA

El Mapa de Zonificacin Geotcnica y Ssmica, debe buscar

integrar informacin proveniente de diferentes fuentes;

como son los mapas geolgicos y geomorfolgicos, la

exploracin geofsica, las pruebas de microtrepidaciones, los

reconocimientos de campo, la caracterizacin de los

materiales hallados en la exploracin del subsuelo, la

informacin proveniente de estudios de suelos realizados

previamente, las sugerencias de terceros, entre otros.

En s la Zonificacin pretende realizar la concepcin de

un modelo geolgico geofsico - geotcnico de los materiales (rocas y suelos), presentes en el rea de

estudio.

Este modelo es de gran utilidad en los anlisis de efectos

locales y respuesta ssmica ya que incorporar

implcitamente aspectos como; secuencia estratigrfica,

materiales, tipo, periodos de vibracin, anomalas

residuales, profundidad del basamento ssmico,

propiedades dinmicas de los suelos entre otros como

suelos expansivos, licuables capacidad portante, etc.

SISTESIS E

INTEGRACION DE

INFORMACION

Proceso metodolgico

detallado para la

Zonificacin Geotcnica

de una Ciudad con

propsitos de

Respuesta Ssmica.

La que permite

consolidar el proyecto.

Ejemplo de una Urbanizacin organizada y planificada.

EJEMPLO DE MICROZONIFICACIN DE LA CIUDAD DE

LIMA - PER.

MAPA DE

DISTRIBUCION

ESPACIAL DE

LA CIUDAD DE

LIMA EN

ESTUDIO

Ubicacin de

exploraciones

geotcnicas.

MAPA DE MICROZONIFICACIN GEOTCNICA

MAPA DE

MICROZONIFICACIN

SSMICA DE LA CIUDAD

DE LIMA Distribucin de Suelos.

MAPA DE

INUNDACION

POR EFECTO DE

TSUNAMI

Plano

ubicacin de

puntos de

microtremores

en la Ciudad

de Lima.

Mapa de zonas

de isoperiodos

en la

Ciudad de

Lima.

(CISMID,2004)

MODELOS DE LA ESTRUCTURA SUPERFICIAL DEL SUELOS

EVALUACION ESTRUCTURAL - URBANA

Modelamiento 3D

VII. CONCLUSIONES Y

RECOMENDACIONES La investigacin del subsuelo debe orientarse a obtener

propiedades estticas y dinmicas del subsuelo, a partir de

ensayos de laboratorio sobre muestras alteradas e

inalteradas de suelo y pruebas in situ.

Los ensayos debe enfocarse a la determinacin de

parmetros geomecnicos para los modelos de anlisis,

dichos parmetros se obtiene principalmente de ensayos de

consolidacin, triaxiales estticos y triaxiales cclicos.

La totalidad de los ensayos de laboratorio y de campo

correspondientes a las investigaciones geotcnicas

ejecutadas en una ciudad, deben ser incorporados a la Base

de Datos Geotcnicos con el fin de facilitar el manejo y

anlisis estadsticos de los mismos.

El Mapa de Zonificacin para Respuesta Ssmica, es el

resultado de los anlisis e integracin de informacin de

tres grandes disciplinas: geologa, geofsica y geotecnia;

lo que permitir proponer un modelo de la conformacin

de los depsitos presentes de una localidad.

Se recomienda continuar con la incorporacin a la base

de satos los futuros estudios que se emprendan en la

ciudad, siguiendo la estructura planteada en el presente,

considerando la confiablidad de los datos. Con ello se

lograr avanzar en el conocimiento de las caractersticas

geotcnicas locales de la ciudad.

Ok