PROGRAMA PRESUPUESTAL N° 068: REDUCCIÓN DE LA VULNERABILIDAD Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS POR DESASTRES Zonas Geográficas con Gestión de Información Sísmica Generación de Estudios Territoriales de Peligro Sísmico ZONIFICACIÓN SÍSMICA – GEOTÉCNICA DE LA CIUDAD DE ALTO DE LA ALIANZA Lima - Perú 2018 Instituto Geofísico del Perú Presidente Ejecutivo: Hernando Tavera Director Científico: Danny Scipion Autores Isabel Bernal Caracterización Sísmica y Geofísica de la ciudad de Alto de la Alianza Juan Carlos Gomez Caracterización Geológica y Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza Equipo de Evaluación Geológica y Geotécnica: Edison Ramos Equipo de Evaluación Sísmica y Geofísica: Fabiola Rosado / Henry Salas / Wilfredo Sulla/ Liliana Torres / Javier Oyola / Kelly Pari / Luz Arredondo / Jesús Huarachi / Jorge Salas Personal de apoyo: Augusto Cárdenas / Roberth Yupanqui Personal administrativo: Marisol Enriquez Este Informe ha sido producido por: Instituto Geofísico del Perú Calle Badajoz 169, Mayorazgo IV etapa, Ate Teléfono (511) 3172300 ZONIFICACIÓN SÍSMICA – GEOTÉCNICA DE LA CIUDAD DE ALTO DE LA ALIANZA Distrito de Alto de la Alianza – Provincia y Región Tacna Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 2 Instituto Geofísico del Perú RESUMEN En el marco del Programa Presupuestal por Resultados N°068: Reducción de la Vulnerabilidad y Atención de Emergencias por Desastres se ejecutó el proyecto “Zonas Geográficas con Gestión de Información Sísmica”, el mismo que tuvo como una de sus actividades la “Generación de Estudios Territoriales de Peligro Sísmico” obteniéndose como resultado final, la Zonificación Sísmica - Geotécnica de las áreas urbanas de las ciudades/localidades de Alto de la Alianza (distrito de Alto de la Alianza), Tacna (distrito de Tacna), Ciudad Nueva (distrito de Ciudad Nueva), Boca del Río (distrito de Sama), Ite (distrito de Ite), Ilo, Pampa Inalámbrica (capital de la provincia de Ilo), Moquegua (capital de la provincia del mismo nombre), Torata y Yacango (distrito de Torata). Estos estudios permiten conocer el Comportamiento Dinámico de los Suelos a partir de la recolección de datos de campo utilizando técnicas geofísicas, sísmicas, geológicas y geotécnicas. El análisis e interpretación de los datos obtenidos permiten tener como resultado la “Zonificación Sísmica – Geotécnica de los suelos de la ciudad de Alto de la Alianza”, información primaria que debe ser utilizada por ingenieros civiles y arquitectos en el diseño y construcción de estructuras apropiadas para cada uno de los tipos de suelos identificados en este estudio. Este documento técnico debe constituirse como herramienta de gestión de riesgo a ser utilizado por las autoridades locales y regionales. El presente informe está constituido por tres (3) partes, en la primera se realiza la presentación de las características del área de estudio, las conclusiones y las recomendaciones. En la segunda parte, se presenta el desarrollo del estudio realizado para la caracterización geológica y geotécnica; y en la tercera, la caracterización sísmica y geofísica; en ambos casos, para la ciudad de Alto de la Alianza. Finalmente, en un CD se adjunta toda la información y mapas temáticos generados durante la realización del presente estudio. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 3 Instituto Geofísico del Perú ÍNDICE RESUMEN ÍNDICE PARTE 1: Presentación 1. Introducción 1.1. Objetivo 1.2. Historia 1.3. Accesibilidad y clima 1.4. Economía 1.5. Estudios Previos 2. Condiciones locales de sitio 2.1. La Norma Técnica E.030 Conclusiones PARTE 2: Caracterización geológica y geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza. PARTE 3: Caracterización sísmica y geofísica de la ciudad de Alto de la Alianza. BIBLIOGRAFIA ANEXOS: Todo el material gráfico está contenido en el CD que se adjunta al presente informe. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 4 Instituto Geofísico del Perú 1. INTRODUCCIÓN Dentro del Programa Presupuestal por Resultados N°068 “Reducción de la Vulnerabilidad y Atención de Emergencias por Desastres”, el Instituto Geofísico del Perú ejecutó durante el año 2017 el Proyecto “Zonas Geográficas con Gestión de Información Sísmica” y como parte del mismo, la Sub-Dirección de Ciencias de la Tierra Sólida desarrolló la Actividad “Generación de Estudios Territoriales de Peligro Sísmico” a fin de obtener el Mapa de Zonificación Sísmica – Geotécnica (Comportamiento Dinámico del Suelo) para las áreas urbanas de las siguientes ciudades (Figura 1): - Tacna, distrito de Cercado, provincia y región de Tacna. - Alto de la Alianza, distrito de Alto de la Alianza, provincia y región de Tacna. - Ciudad Nueva, distrito de Ciudad Nueva, provincia y departamento de Tacna. - Boca del Río, balneario del distrito de Sama, provincia y región de Tacna. - Ite, distrito de Ite, provincia de Jorge Basadre y región de Tacna. - Ilo y Pampa Inalámbrica, capital de la provincia de Ilo, región de Moquegua. - Moquegua, capital de la provincia del mismo nombre, región de Moquegua. - Torata y Yacango, distrito de Torata, provincia de Mariscal Nieto y región de Moquegua. De acuerdo a la historia sísmica del Perú, la región sur 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 los departamentos de Arequipa, Moquegua y Tacna (Silgado, 1978; Tavera et al. 2016). Al ser los sismos cíclicos, es de esperarse que, en el futuro, las mismas ciudades y/o 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. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 5 Instituto Geofísico del Perú Figura 1: Distribución espacial de las ciudades intervenidas durante el año 2017: Zonificación Geofísica – Geotécnica de suelos. Los estudios de Zonificación Sísmica – Geotécnica (Comportamiento Dinámico del Suelo) permitirán tener mayor conocimiento sobre las características dinámicas del suelo sobre el cual se levantan las ciudades y/o futuras áreas de expansión. Para ello se realiza la aplicación de diferentes metodologías que consideran datos sísmicos, geofísicos, geológicos y geotécnicos. Los resultados que se obtienen permiten comprender que no hay suelo malo y que solamente se debe considerar el diseño y la construcción de viviendas y estructuras apropiadas para cada tipo de suelo. Dentro de este contexto, la población de la localidad de Alto de la Alianza debe comprender que existen tres (3) reglas para construir una casa sismorresistente (www.acerosarequipa.com): a.) Buenos Planos. Los planos de construcción deben ser hechos por profesionales con pleno conocimiento de las características dinámicas del suelo descritas en los Mapas de Zonificación Sísmica – Geotécnica. b.) Buenos Profesionales. Para la construcción de las viviendas y/o obras de Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 6 Instituto Geofísico del Perú ingeniería se debe contar siempre con la supervisión de ingenieros civiles, arquitectos, etc. c.) Buenos materiales. Solo la calidad de los materiales que se utilizan en la construcción permitirá tener la seguridad de que las estructuras fueron correctamente construidas. Es importante remarcar que los Mapas de Zonificación Sísmica – Geotécnica permiten conocer las características dinámicas del suelo y se constituyen como información primaria a ser utilizada por los ingenieros civiles y arquitectos en el diseño y construcción de las estructuras apropiadas para cada tipo de suelos identificados en cada zona de estudio. Asimismo, debe considerarse como herramienta de gestión de riesgo a ser utilizado por las autoridades locales y regionales. 1.1. Objetivo El principal objetivo a cumplir en este estudio es obtener el mapa de Zonificación Sísmica - Geotécnica para la ciudad de Alto de la Alianza, provincia y región de Tacna, a partir de la integración de los resultados obtenidos con diferentes métodos sísmicos, geofísicos, geológicos y geotécnicos. Asimismo, es de interés del presente estudio que las autoridades dispongan de un documento técnico que les ayude en el desarrollo y ejecución de proyectos orientados a la gestión del ordenamiento territorial y desarrollo sostenible de la ciudad. 1.2. Historia El distrito de Alto de la Alianza fue creado el 9 de mayo de 1984 mediante la ley N°23828, es uno de los once distritos que conforman la provincia de Tacna en la región del mismo nombre. Este distrito se ubica en las coordenadas UTM (Datum WGS84) 368221 E y 8009882 N con una altitud de 616 m.s.n.m., presenta una extensión territorial de 371.4 km2 que es ocupada por una población de 35 439 habitantes (INEI, 2007) y limita por el norte con el cerro Intiorko; al este con la Ciudad Nueva; al sur con el distrito de Tacna; y por el oeste con la Quebrada del Diablo. Desde el punto de vista jerárquico de la Iglesia católica forma parte de la Diócesis de Tacna y Moquegua la cual, a su vez, pertenece a la Arquidiócesis de Arequipa. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 7 Instituto Geofísico del Perú Por otro lado, la población de Alto de la Alianza tiene sus raíces principalmente en la migración del departamento de Puno y de la zona andina de Tacna, lugares afectados por los atentados terroristas en la década de 1980. En el ámbito distrital, se encuentra sectorizado de la siguiente manera: El sector de Eloy G. Ureta y La Esperanza está integrado por personas provenientes de departamentos sureños como Moquegua (6%), Arequipa (11%) y Cusco (4%), según el censo de población y vivienda de 1993, elaborado por el Instituto Nacional de Estadística e información (INEI). El Pueblo Joven San Martín y el Pueblo Joven Alto de la Alianza está formado por pobladores de Tarata, Tarucachi, Candarave además de otros distritos del interior del departamento y de las regiones fronterizas como es el caso de Puno, con una participación poblacional de un 60% en los citados pueblos (Municipalidad de Alto de la Alianza), ver Figura 2. Figura 2: Vista panorámica de la municipalidad distrital de Alto de la Alianza. 1.3. Accesibilidad y Clima Para acceder desde la ciudad de Lima al área de estudio, se viaja por la carretera principal (Panamericana Sur) a través de una vía asfaltada en buen estado de conservación hasta la ciudad de Ilo (1091 km), luego se continúa por la costanera (recorrido de 94 km); finalmente, se dirige 41 km en dirección este, hasta llegar a la municipalidad distrital de Tacna y de aquí, 3 km en dirección NE para llegar a la zona de estudio (Fuente Ministerio de Transportes y Comunicaciones, MTC). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 8 Instituto Geofísico del Perú Las condiciones climáticas en el distrito de Alto de la Alianza, es parecido al resto de la costa peruana, según la información obtenida de la estación meteorológica de Tacna-000901 (SENAMHI), ubicada al sur de la ciudad de Tacna, cuyas coordenadas geográficas son: Latitud 18°1'36.8' y Longitud 70°15'5.5''. Alto de la Alianza presenta clima templado, con temperaturas máximas promedio de 23.5 °C y mínimas promedio de 12.5°C, respectivamente. Según los datos pluviométricos en el período 1950-1991, las precipitaciones máximas promedio fueron de 33.4 mm. Actualmente, la zona de estudio presenta precipitaciones acumuladas mensuales de 3.16 mm, ver Tabla 1 y Figura 3. Tabla 1: Datos de temperatura y precipitaciones de la estación meteorológica de Tacna-000901. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 9 Instituto Geofísico del Perú Figura 3: Mapa de ubicación geográfica de la ciudad de Alto de la Alianza. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 10 Instituto Geofísico del Perú 1.4. Economía El distrito Alto de la Alianza presenta 3 actividades económicas principales, siendo el sector más importante el comercio (INEI, 2007) con una población Económicamente Activa de 16 385 pobladores; es decir, el 46% de la población total de la localidad (35 439 habitantes). 1.5. Estudios previos Para la ciudad de Alto de la Alianza, se ha recopilado información sobre estudios previos de geología, geotécnica, sísmica y geofísica realizados por diversos investigadores e instituciones a fin de alcanzar los objetivos del presente estudio, además de complementar los resultados a obtenerse. Entre los principales documentos técnicos consultados, se tiene:  Acosta (2012) - Geología de los cuadrángulos de La Yarada, Tacna y Huaylillas Hojas 37-u, 37-v y 37-x. Contiene la interpretación tectónica y estratigráfica, de los importantes episodios geológicos sucedidos durante el Mesozoico y Cenozoico. Se encuentra, también, en este informe la geológia regional que aflora en la zona de estudio, la cual está conformada por diferentes depósitos del Cenozoico, tales como: coluviales (Qh-el), aluviales (Qh-al2), Depósitos de Ceniza (Qh-ce), la Formación millo (Np-mi) y la Formación Huaylillas Inferior y Superior (Nm-hu-S, I).  INDECI, (2004)-PNUD PER 02/51, Ciudades Sostenibles “Mapa de Peligros de la Ciudad de Tacna”. Este informe menciona que en el año 2001, se produjo un sismo en el sur del Perú de magnitud Mw8.2 con epicentro a 82 kilómetros de la localidad de Ocoña, en la región Arequipa, que afecto a las regiones de Arequipa, Moquegua y Tacna, prolongándose hacia los países de Bolivia y Chile. Este fue el terremoto más devastador del Perú desde la catástrofe de 1970 en Áncash. El pueblo más afectado en Tacna fue Ciudad Nueva y Alto de la Alianza. Con respecto al aspecto geotécnico, según este informe, los suelos de Alto Alianza se encuentran representadas en 6 calicatas distribuidas en todo lo largo del distrito constituidas por SM (Instituto Vigil y estadio Maracaná), aquí se completó la información del anterior estudio de Mapa de Peligros realizado por el INDECI- UNJBG, aquella vez con aproximadamente 60 calicatas distribuidas a lo largo de los distritos de Alto de la Alianza y Ciudad Nueva. En el 2004, en la parte baja del distrito de Alto Alianza se realizaron otras 18 calicatas, las cuales describen a Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 11 Instituto Geofísico del Perú todos los suelos como arenas limosas con una densidad de campo de 1.70 gr/cm³ y cohesión de 0.04 kg/cm², resultando sus capacidades portantes admisibles de 0.69 kg/cm².  Corrales (2007): “Problemas Geotécnicos en Tacna. Sostiene que los distritos de Alto Alianza, Ciudad Nueva y parcialmente Tacna se encuentran dentro de suelos conformados por arenas limosas de origen aluvial y fluvial, presentando frecuencias de 0.25 hz, capacidad de carga admisible de 0.58 y 0.76 kg/cm², potencial de colapso de 0.78% a 0.80% y asentamientos que varían de 1.57 a 3.32 cm, comprendiendo la zona II y III. Los suelos de arenas limosas presentan valores los 0.2304% de sales solubles y 0.0642% en peso de sulfatos obtenidos en la calicata de la asociación La Florida y valores mínimos de 0.230% de sales solubles y 0.0540% en peso de sulfatos obtenidos en la calicata ubicada en el Terminal del Altiplano. Este distrito se encuentra asentado sobre depósitos aluviales conformados por arenas limosas, depósitos eluviales (producidos por efecto de gravedad) y cenizas volcánicas. Estos suelos clasificados como SM presentan asentamientos, fallas por corte, agresión al concreto y ampliación local de ondas sísmicas. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 12 Instituto Geofísico del Perú 2. CONDICIONES LOCALES DE SITIO En la actualidad, es ampliamente conocido que las condiciones locales de sitio son uno de los principales factores responsables de los daños que se producen en cualquier tipo de edificación durante la ocurrencia de sismos severos. Este factor es fuertemente dependiente de las características geológicas, geomorfológicas, geodinámicas, geotécnicas, sísmicas y geofísicas de los suelos. En conjunto, estos controlan la amplificación de las ondas sísmicas causantes de los daños a observarse en superficie después de ocurrido un evento sísmico. Las condiciones locales de sitio son evaluadas en los estudios de Zonificación Sísmica - geotécnica y el resultado es considerado como una de las herramientas más importantes para minimizar los daños producidos por los sismos. La finalidad es evaluar el comportamiento dinámico de los suelos (CDS), teniendo en cuenta que la intensidad de las sacudidas sísmicas varía considerablemente a distancias cortas y áreas pequeñas. Diversos estudios muestran, que los suelos ante la incidencia de ondas sísmicas asociadas a movimientos débiles y/o fuertes, responden de acuerdo a sus condiciones locales, pudiendo estos modificar el contenido frecuencial de las ondas y/o generar amplificaciones de las ondas sísmicas (Hartzell, 1992; Beresnev et al., 1995; Bard 1995; Lermo y Chávez-García, 1993, 1994 a, b; Bard y Sesame, 2004; Bernal, 2002), ver Figura 4. Condiciones locales de Sitio Figura 4: Las condiciones locales de sitio controlan la amplificación del sacudimiento del suelo, puesto en evidencia con la amplitud del registro sísmico obtenido sobre roca y sedimentos. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 13 Instituto Geofísico del Perú La metodología a seguir para lograr el mayor conocimiento sobre el comportamiento dinámico del suelo o efectos de sitio en regiones de moderada a alta sismicidad, considera estudios geológicos, geomorfológicos, geotécnicos, sísmicos y geofísicos. Cada uno de estos campos de investigación proveen de información básica a partir de observaciones de campo y la toma de data in situ, para lo cual es necesario disponer de mapas catastrales actualizados de las zonas en estudio, así como los correspondientes a las zonas de futura expansión urbana. En conclusión, los efectos que produce cada tipo de suelo sobre la propagación y amplitud de las ondas sísmicas, permiten tipificar los suelos y estimar su comportamiento dinámico. El resultado final es el Mapa de Zonificación Sísmica - Geotécnica que debe constituirse como el documento más importante en las tareas y programas de gestión del riesgo ante la ocurrencia de sismos. 2.1. La Norma Técnica E.030 En el Perú, la construcción de obras civiles de cualquier envergadura debe considerar la Norma Técnica E.030 “Diseño Sismorresistente” del Reglamento Nacional de Edificaciones, modificada según Decreto Supremo N° 003-2016-Vivienda. Básicamente, esta norma considera los perfiles de suelos en función de sus propiedades mecánicas, tomando en cuenta la velocidad promedio de propagación de las ondas de corte, o alternativamente, para suelos granulares, considera el promedio ponderado de los N60 obtenidos mediante un ensayo de penetración estándar (SPT), o el promedio ponderado de la resistencia al corte en condición no drenada Su para suelos cohesivos. Se estable 5 perfiles (Tabla 2):  Perfil Tipo S0: Roca Dura, corresponde a las rocas sanas con velocidades de propagación de ondas de corte (VS) mayor a 1500 m/s.  Perfil Tipo S1: Roca o Suelos Muy Rígidos, a este tipo corresponden rocas con diferentes grados de fracturación, de macizos homogéneos y los suelos muy rígidos con velocidades de propagación de onda de corte VS, entre 500 y 1500 m/s.  Perfil Tipo S2: Suelos Intermedios, son suelos medianamente rígidos, con velocidades de propagación de onda de corte VS entre 180 y 500 m/s. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 14 Instituto Geofísico del Perú Tabla 2: Clasificación de los perfiles de suelo según la norma E.030. Perfil VS30 (m/s) Descripción S0 > 1500 Roca dura S1 500 a 1500 Roca o suelo muy rígido S2 180 a 500 Suelo medianamente rígido S3 < 180 Suelo blando S4 Clasificación basada en el EMS Condiciones Excepcionales  Perfil Tipo S3: Suelos Blandos, corresponden suelos flexibles con velocidades de propagación de onda de corte VS menor o igual a 180 m/s.  Perfil Tipo S4: Condiciones Excepcionales, corresponde a suelos excepcionalmente flexibles y los sitios donde las condiciones geológicas y/o topográficas son particularmente desfavorables, en los cuales se requiere efectuar un estudio específico para el sitio. Será determinado con un Estudio de Mecánica de Suelos (EMS). La velocidad de propagación de ondas de corte para los primeros 30 metros (Vs30) se determina con la siguiente fórmula: Dónde: di = espesor de cada uno de los estratos n. Vsi = velocidad de ondas de corte (m/s) En general, para cualquier estudio se deberá considerar el tipo de suelo que mejor describa las condiciones locales de la zona de interés. Para este estudio, la Zonificación Sísmica – Geotécnica se realiza en función de las características mecánicas y dinámicas de los suelos que conforman el terreno de cimentación del área de estudio y de las consideraciones dadas por Norma E.030 (Diseño Sismorresistente). En tal sentido y de acuerdo a los estudios realizados, se establece la existencia de 5 zonas cuyas características son: ZONA I: Zona conformada por estratos de grava coluvial-eluvial que se encuentran a nivel superficial o cubiertos por un estrato de material fino de poco espesor. Este suelo tiene comportamiento rígido con periodos de vibración natural determinados por las mediciones de microtrepidaciones (registros de vibración ambiental) que varían entre 0.1 y 0.3 s, con velocidad de las ondas de corte (Vs) Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 15 Instituto Geofísico del Perú varía entre 500 y 1500 m/s. Corresponden a suelos Tipo S1 de la norma sismorresistente peruana. ZONA II: En la zona se incluye las áreas de terreno conformado por estratos superficiales de suelos granulares finos y suelos arcillosos con espesores que varían entre 3.0 y 10.0 m., subyaciendo a estos estratos se tiene grava eluvial o grava coluvial. Los periodos predominantes del terreno, determinados por las mediciones de microtrepidaciones, varían entre 0.3 y 0.5 s, con velocidades de las ondas de corte (Vs) que varía entre 180 y 500 m/s, correspondiendo a suelos Tipo S2 de la norma sismorresistente peruana. ZONA III: Zona conformada, en su mayor parte, por depósitos de suelos finos y arenas de gran espesor que se encuentra en estado suelto. Los periodos predominantes encontrados en estos suelos varían entre 0.5 y 0.7 s, por lo que su comportamiento dinámico ha sido tipificado como suelo Tipo S3 de la norma sismorresistente peruana. En la zona la velocidad de las ondas de corte (Vs) fluctúa alrededor de los 180 m/s. ZONA IV: Zona conformada por depósitos de arena eólicas de gran espesor, depósitos fluviales, depósitos marinos y suelos pantanosos. Su comportamiento dinámico ha sido tipificado como suelo Tipo S4 de la norma sismorresistente peruana (Según la Norma E.030, es un caso especial y/o condiciones excepcionales). ZONA V: Zona constituida por áreas puntuales conformadas por depósitos de rellenos sueltos correspondientes a desmontes heterogéneos que han sido colocados en depresiones naturales o excavaciones realizadas en el pasado con espesores entre 5 y 15 m. En esta zona se incluye también a los rellenos sanitarios que en el pasado se encontraban fuera del área urbana y que, en la actualidad, han sido urbanizados. El comportamiento dinámico de estos rellenos es incierto por lo que requieren de estudios específicos. Esta zonificación condiciona el tipo de estructura que se debe construir; es decir, tipo de material, geometría y el número de pisos en las viviendas o de grandes obras de ingeniería. Se debe buscar que el periodo fundamental de respuesta de la estructura no coincida con la del suelo a fin de evitar el fenómeno de resonancia y/o una doble amplificación sísmica. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 16 Instituto Geofísico del Perú CONCLUSIONES  La geodinámica en la ciudad de Alto de la Alianza está representada por movimientos en masa (flujo de detritos y/o lodos) en el sector de la quebrada seca y quebrada del Diablo ubicadas al suroeste de Alto de Alianza, cerca de las calles Los Jazmines y Los Claveles, al activarse también podrían afectar las partes bajas de esta zona incluso hasta el Cementerio de Alto de la Alianza y el Terminal de Tacna. Las zonas centrales de este distrito están propensas a inundación pues son partes baja por donde podrán discurrir aguas de las Quebrada Caramoye y del Diablo en periodos de lluvias extremas.  Los tipos de suelos presentes en la ciudad de Alto de la Alianza son 3, determinados entre 1 y 1.20 m de profundidad, siendo estos los siguientes: arenas limosas (SM) con capacidad admisible muy baja, entre 0.51 y 0.65 kg/cm² y para algunos casos presentan capacidad admisible bajas de 1.15 kg/cm², encontrando en otras capacidades admisibles altas de 4.06 kg/cm², gravas limosas (GM) con capacidad admisible muy baja de 0.65 kg/cm² y finalmente arenas pobremente graduadas con mezcla de arenas limosas (SP-SM) cuya capacidad admisible es media de 2.44 kg/cm².  Los resultados obtenidos para el área urbana de Alto de la Alianza han permitido identificar, según las características dinámicas del suelo, sus propiedades mecánicas y el procedimiento establecido en la Norma E.030, la existencia de dos zonas sísmica correspondientes a suelos Tipo S1 y S4 que comprenden a suelos semi-rígidos a rígidos y excepcionales. Asimismo, se define como caso especial al sector ubicado por la urbanización San Pedro en la desembocadura de la quebrada del Diablo donde se presenta de manera localizada amplificación de la señal sísmica y periodos de 0.1 y 0.8 segundos, resultados que sugieren la presencia de suelo con una respuesta dinámica compleja ante la ocurrencia de sismos (Figura 5). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 17 Instituto Geofísico del Perú Figura 5: Mapa de Zonificación Sísmica – Geotécnica para la ciudad de Alto de la Alianza. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 18 Instituto Geofísico del Perú CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y GEOTÉCNICA DE LA CIUDAD DE ALTO DE LA ALIANZA Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 19 Instituto Geofísico del Perú CONTENIDO 1. METODOLOGÍA 2. GEOMORFOLOGÍA 2.1. Base topográfica 2.2. Modelo digital de elevación (MDE) 2.3. Pendientes 2.3.1. Clasificación del grado de pendientes 2.4. Unidades geomorfológicas 2.4.1. Terraza aluvial 2.4.2. Lomas 3. GEOLOGÍA 3.1. Geología regional 3.1.1. Geología histórica 3.1.2. Geología estructural 3.2. Geología local 3.2.1. Formación Huaylillas (Nm-hu) 3.2.2. Formación Millo (NP-mi) 3.2.3. Depósitos Cuaternarios 4. GEODINÁMICA 4.1. Procesos de geodinámica interna 4.2. Procesos de geodinámica externa 4.3. Zonas susceptibles a procesos geodinámicos 5. ASPECTOS GEOTÉCNICOS 5.1. Exploraciones a cielo abierto (Norma ASTM D420) 5.2. Densidad del suelo in-situ (Norma ASTM D1556) 5.3. Exploraciones con posteadora manual (Norma ASTM D1452) 5.4. Ensayos de penetración dinámica ligera (Norma DIN 4094) 5.4.1. Correlación entre el “N” DPL y el “N” SPT (ASTM D1586) 5.4.2. Cálculo del ángulo de fricción interna 5.5. Clasificación de suelos SUCS (Norma ASTM D4827) 5.6. Ensayo de corte directo (Norma ASTM D-3080) 5.6.1. Capacidad de carga admisible (qad) 5.6.2. Carga última (qu) CONCLUSIONES Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 20 Instituto Geofísico del Perú 1. METODOLOGÍA Para realizar la caracterización geológica y geotécnica de los suelos en la ciudad de Alto de la Alianza se ha seguido la siguiente metodología:  Gabinete I: Recopilación y revisión de imágenes satelitales georeferenciadas mediante el uso de sistemas de información geográfica (SIG), con la finalidad de delimitar la zona de estudio, así como la recopilación de información geológica regional y local existente (boletines geológicos, informes técnicos, entre otros).  Campo I: Se realizó el cartografiado de las unidades geomorfológicas y litológicas aflorantes a escala 1: 15 000. Asimismo, se identificó y delimitó los eventos geodinámicos de la zona; áreas potencialmente susceptibles a la ocurrencia de flujos de lodos y/o detritos ubicados hacia el suroeste de la ciudad de Alto de la Alianza e inundaciones, si las quebradas se reactivaran en tiempos de precipitaciones pluviales.  Campo II: Elaboración de ensayos geotécnicos de acuerdo al siguiente detalle: 1. Elaboración de 09 calicatas, realizadas a una profundidad promedio de 3 m, distribuidas en el centro urbano y zonas de expansión urbana. 2. Ensayos de penetración dinámica ligera (DPL), realizados con el fin de determinar la resistencia de los suelos al ser penetrados. En este distrito se llevaron a cabo 13 DPL. 3. Ejecución de auscultaciones haciendo uso de posteadora, estas se distribuyeron en zonas intermedias a la ubicación de las calicatas más próximas, con el fin de determinar el tipo de suelo. En el área de estudio se llevaron a cabo 09 posteos.  Laboratorio: Procesamiento de las muestras de suelos, a través de ensayos de mecánica de suelos para conocer la granulometría (clasificación SUCS), humedad, densidad y corte directo (capacidad de carga admisible).  Gabinete II: Elaboración del informe técnico y construcción de fichas geotécnicas (calicatas, DPL y posteos), fichas geodinámicas (identificación de zonas susceptibles a movimientos en masa e inundaciones) y planos temáticos a escala 1:15 000 (de acuerdo a la escala). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 21 Instituto Geofísico del Perú 2. GEOMORFOLOGÍA La geomorfología estudia las diferentes formas de relieve de la superficie terrestre (geoformas) y los procesos que las generan, este relieve es el resultado de la interacción de fuerzas endógenas y exógenas. Las primeras actúan como creadoras de grandes elevaciones y depresiones producidas fundamentalmente por movimientos en masa de componente vertical; mientras que, las segundas, como desencadenantes de una continua denudación que tiende a rebajar el relieve originado, estos últimos llamados procesos de geodinámica externa se agrupan en la cadena meterorización-erosión, transporte y sedimentación (Gutierrez, 2008). El estudio de la geodinámica externa se efectúa en un sistema proceso-respuesta, siendo el primero el agente creador (origen) y el segundo la geoforma resultante. El término geoforma es un concepto genérico que designa todos los tipos de formas de relieve independientemente de su origen y dimensión (Zinck, 1988; Zinck & Valenzuela, 1990). En este capítulo se describen las características físicas de las geoformas existentes en la ciudad de Alto de la Alianza, en relación a su origen. Previamente, en base al levantamiento topográfico y mediante herramientas computacionales (SIG) se ha elaborado los planos: Modelo Digital del Elevación (MDE) y pendientes, con el fin de delimitar las características geomorfológicas del terreno. 2.1. Base topográfica La base topográfica se obtuvo a partir de un levantamiento fotogramétrico realizado en la ciudad de Alto de la Alianza, abarcando 12 km² en el departamento de Tacna, específicamente 3.5 km² para esta ciudad. Este trabajo se realizó con el propósito de obtener la presentación digital de relieve q ue conforman las unidades: terraza aluvial, loma y cauces estacionales. Para la ejecución del levantamiento, se utilizó un vehículo aéreo no tripulado (VANT), la metodología y los parámetros empleados para este levantamiento se presentan en los Anexos. A partir, del levantamiento, se obtuvo un plano topográfico a escala 1:15 000 que contiene curvas de nivel (líneas que unen puntos con igual altitud) con resolución espacial de 5 m" (Figura 1). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 22 Instituto Geofísico del Perú Figura 1: Ortofoto generada con Fotogrametria a partir de un VANT. 2.2. Modelo Digital del Elevación (MDE) Los MDE son representaciones gráficas de la superficie del terreno, conformado por un número de puntos con información altimétrica y planimétrica. Por su naturaleza digital, permite ser utilizados para realizar mapas de pendientes, acumulación de horas de radiación, parámetros morfométricos, entre otros (Felicísimo, 1994). Para la elaboración del MDE de la ciudad de Alto de la Alianza, se tomó en cuenta el uso de herramientas SIG sobre las curvas de nivel diseñadas anteriormente, obteniendo como resultado la representación digital de la superficie de elevación de la localidad, que cubre un área de 54 km2 (Figura 2). En base al MDE elaborado de la ciudad de Alto Alianza se ha reconocido que la parte baja del área urbana se asienta sobre una terraza aluvial que presenta un rango de cotas entre 594 y 642 m.s.n.m. Mientras que, la parte alta del área estudiada se asienta sobre una loma con elevaciones entre 736 y 831 m.s.n.m. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 23 Instituto Geofísico del Perú Figura 2: Mapa de modelo digital de elevaciones para la ciudad de Alto de la Alianza y alrededores. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 24 Instituto Geofísico del Perú 2.3. Pendientes Este parámetro influye en la formación de los suelos y condiciona el proceso erosivo, puesto que, mientras más pronunciada sea la pendiente, la velocidad del agua de escorrentía será mayor, no permitiendo la infiltración del agua en el suelo (Belaústegui, 1999). El diseño del mapa de pendientes de la ciudad de Alto de la Alianza, fue desarrollado a partir del MDE elaborado anteriormente, haciendo uso de herramientas de geoprocesamiento (área de influencia, construcción de modelos, análisis espacial, etc) para diferenciar gráficamente los ángulos de inclinación del relieve en el área de estudio. 2.3.1. Clasificación del grado de pendientes Para la clasificación de los rangos de pendientes se usó la propuesta de Fidel et. al. (2006), ver Tabla 1. Tabla 1: Rangos de pendientes del terreno (Fidel et al, 2006). La mayor parte de la ciudad de Alto de la Alianza se encuentra asentada sobre un abanico aluvial que presenta pendientes menores a 5° promedio; mientras que, en donde existen elevaciones (lomas) al noreste, las pendientes varían entre los 5° - 20 ° y al suroeste los rangos oscilan entre los 20° - 45° (Figura 3). PENDIENTE EN GRADOS (°) CLASIFICACIÓN <5 Muy baja 5 - 20 Baja 20 - 35 Media 35 - 50 Fuerte >50 Muy fuerte Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 25 Instituto Geofísico del Perú Figura 3: Mapa de pendientes del terreno para la ciudad de Alto de la Alianza y alrededores. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 26 Instituto Geofísico del Perú 2.3. Unidades geomorfológicas Estas unidades con ciertas características físicas son generadas por procesos morfogenéticos de carácter endógeno (procesos internos) y exógenos (procesos externos) formando relieves positivos y negativos. Características físicas: Las características físicas de la geoforma; es decir, su relieve, expresa una combinación de parámetros como: pendiente, altura, geometría y drenaje (modificado de Pike et al., 2009). Estos parámetros son directamente accesibles a la percepción visual proximal o distal, sea humana o instrumental. Procesos: Los agentes modeladores tales como el agua, viento, temperatura, entre otros, desencadenan diversos procesos externos tales como: intemperismo, meteorización, erosión, transporte y depositación que generan diferentes geoformas. Esta se clasifica de acuerdo a su origen, en depositacional y denudacional (erosional). Otros procesos internos como el magmatismo y tectonísmo que generan geoformas de origen estructural. En base a las características físicas de las geoformas y su origen, en el distrito de Alto de la Alianza, se cartografiaron la existencia de dos unidades: terraza aluvial y lomas (Tabla 2 y Figura 4). Tabla 2: Determinación de geoformas en el distrito de Alto de la Alianza en base a las características físicas y su origen. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 27 Instituto Geofísico del Perú Figura 4: Mapa geomorfológico para la ciudad de Alto de la Alianza y alrededores. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 28 Instituto Geofísico del Perú 2.3.1. Terraza aluvial Las terrazas aluviales de la ciudad de Alto de la Alianza son superficies, cuyo relieve presenta pendientes menores a 5°, con una geometría y drenaje irregular. Están conformadas por clastos y gravas subredondeados de origen volcánico con matriz areno- limosa, de color gris, transportados por la dinámica de los ríos o quebradas, como en este caso el río Caplina ubicado al sureste y la quebrada del Diablo al oeste del distrito de Alto de la Alianza. Esta terraza antigua de origen depositacional abarca el 40% de la zona de estudio y sobre tal se asienta la ciudad de Alto de la Alianza (Figura 5). Figura 5: La ciudad de Alto de la Alianza se asienta sobre una antigua terraza aluvial. 2.3.2. Lomas Estas geoformas presentan pendientes mayores a 8° y menores a 48°, altura menor a 300 m, geometría alargada, drenaje dendrítico y un origen denudacional. Recientemente, han sido modificadas (redondeadas y/o cubiertas por mantos de arenas) por la acción del viento (erosión eólica), escorrentía de las aguas superficiales y la actividad antrópica. Abarca el 60% de la zona de estudio (Figura 6). Figura 6: Se han identificado lomas a 2 km al suroeste de la ciudad de Alto. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 29 Instituto Geofísico del Perú 3.- GEOLOGÍA La geología es la ciencia que estudia la Tierra, los materiales que la componen, las estructuras y los procesos que actúan sobre y debajo de la superficie a lo largo de millones de años desde su origen hasta la actualidad. La litología como parte de la geología, estudia las características físicas de las rocas y depósitos que constituyen una formación geológica; es decir, una unidad litoestratigráfica. Los tipos de rocas han sido originados por procesos internos (tectónica de placas, ascenso de magma, etc.) como también por la erosión, transporte y depositación de rocas preexistentes (procesos de meteorización). El intemperismo asociado a los procesos de meteorización, es básicamente un proceso químico, el agua actúa como disolvente, la remoción de los elementos más pequeños del cuerpo de roca deja espacios por donde el agua sigue penetrando y acelerando el proceso de desintegración. La roca se vuelve porosa, después, se descompone en fragmentos cada vez más pequeños, hasta que, al ser transportada y depositada se convierte en suelo. Los procesos químicos son complejos y dependen de los diversos minerales que constituyen las rocas lo que determina también su dureza y fragilidad. Por ejemplo: la sílice (SiO2) en forma de cuarzo es estable en climas templados, pero en climas ecuatoriales, las altas temperaturas y las precipitaciones pluviales contribuyen a su descomposición; es por ello que, es importante conocer los tipos de rocas y sus características físicas (Harvey, 1987). Estos procesos de meteorización, modelan tanto la roca como del suelo, dando como resultado las geoformas que componen el relieve, los factores condicionantes como la litología, pendiente, hidrología, etc; así como, los detonantes: sismos y precipitaciones pluviales ocasionan movimientos en masa (deslizamientos, flujos, caída de rocas). Para entender el comportamiento del terreno, es necesario conocer los procesos geológicos externos (meteorización, erosión, transporte y sedimentación). Se estudian las rocas y los suelos que provienen de las mismas, analizando las propiedades asociadas al comportamiento mecánico. La geología comprende varias disciplinas tales como la geología regional, histórica y estructural que permiten explicar el cómo, cuándo y que procesos actuaron en el emplazamiento de las rocas y materiales que constituyen los suelos sobre los que asienta la zona estudiada. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 30 Instituto Geofísico del Perú 3.1. Geología regional El marco geológico regional de una ciudad es importante para comprender los procesos y eventos geológicos que ocurrieron a gran escala. Es así que, se recopiló la información geológica regional del Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico (INGEMMET, 1993) a escala 1: 50, 000. En ésta, se describen las unidades litológicas aflorantes cuyas edades se encuentran desde el Cretáceo Inferior (100.5 Ma) hasta el Cuaternario Reciente. 3.1.1. Geología histórica En este ítem se resume los procesos y eventos geológicos que tuvieron lugar en el pasado y que ayudan a reconstruir las diferentes etapas de cambios geológicos que ha sufrido la superficie de la tierra desde sus inicios hasta la actualidad quedando registrados en la estratigrafía y bioestratigrafía de un área respectiva. Está íntimamente ligada al estudio geológico regional, geomorfológico y estructural de una ciudad para comprender los procesos y eventos geológicos que ocurrieron a gran escala. Según Acosta (2012) hace 252 millones de años, en la zona de estudio se produjo lo siguiente: A fines del Triásico e inicios del Jurásico Inferior (201 Ma) en la Cordillera de la Costa se produce la depositación de una serie volcano-sedimentaria perteneciente a la Formación Chocolate. Durante el Jurásico Medio, ocurrió la sedimentación dando origen a rocas calizas, areniscas y conglomerados de la Formación Socosani que corresponden a un medio somero, seguidas de areniscas y lutitas de la Formación Puente-Cachios del Grupo Yura. Posteriormente, a fines del Cretáceo (125 Ma) e inicios de Paleoceno (61 Ma) la zona de la Cordillera de la Costa emerge hacia el este y continúa la depositación de conglomerados y areniscas continentales de la formación Moquegua Superior, a los que suprayacen niveles ignimbríticos de la Formación Huaylillas. Finalmente, a partir del Mioceno (23 Ma) se inicia el socavamiento de las zonas costeras y se produce el levantamiento acelerado de la Cordillera Occidental y parte de la cuenca Moquegua, donde la actividad tectónica del sistema de fallas Incapuquio juega un papel importante para culminar con la sedimentación de la formación Millo, que utiliza Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 31 Instituto Geofísico del Perú como cuenca sedimentaria el espacio producido por la erosión de los ríos Sama, Caplina que transportan conglomerados, arenas y limos hacia el mar; es decir, hay depositación de materiales recientes (Cuaternario) como son aluviales, eólicos y fluviales. 3.1.2. Geología estructural Los eventos de deformación y metamorfismo produjeron el plegamiento de las estribaciones andinas y fallamientos en bloques evidenciados en esta parte de la costa. A continuación, se detallan las estructuras resultantes de dichos eventos geológicos (Figura 7). Figura 7: Fallas geológicas y alineamientos identificados en el área de estudio. Se encuentran alineamientos a 20 km al sureste de la ciudad de Alto Alianza, y a 22 km al noreste de dicha ciudad se aprecian 02 fallas, una de color rojo llamada falla Sama-Calientes y de color azul, llamada San Francisco ambas, afectando depósitos recientes. En la zona se encuentran alineamientos con rumbo NO-SE, a 20 km en promedio al suroeste y sureste de Tacna. - Falla Sama-Calientes: El sistema de fallas activas Sama-Calientes se ubica en la región Tacna a una altura media de 1 700 msnm, exactamente entre la quebrada Locumba y la frontera Perú-Chile. La traza de la falla pasa cerca de las localidades de Sama y Calientes, esta última a 20 km del departamento de Tacna. El sistema de fallas Sama-Calientes afecta depósitos aluviales, fluviales y lacustres pertenecientes a las terrazas aluviales del Plioceno, Pleistoceno y Holoceno (Benavente et al., 2008). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 32 Instituto Geofísico del Perú - Falla San Francisco: Se caracteriza por una serie de escarpas degradadas y discontinuas en depósitos aluviales al noreste de Tacna. Se extiende a lo largo de 21 km con rumbo NE-SO, y afecta depósitos del río Caplina, la Pampa San Francisco y la quebrada Cobani (Noller, 1993). Se encuentra fracturas en la roca, como una escarpa de baja altura, enterrada en parte por depósitos eólicos. Sin embargo, la falla expresa un salto vertical de 1 a 1,5 m (Fenton et al., 1995). 3.2. Geología local Consistió en el reconocimiento y cartografiado de las unidades litológicas aflorantes en la ciudad de Alto de la Alianza a escala 1:15,000, sobre un área de 36 km2 aproximadamente. En la Tabla 3 se describen las unidades litológicas que fueron reconocidas en el presente estudio (Figura 8). Tabla 3: Columna cronolitoestratigráfica de la zona de estudio. ERATEMA SISTEMA SERIE UNIDADES LITOESTRATIGRÁFICAS SIMBOLO LITOLOGÍA C E N O Z O IC O C U A T E R N A R IO H O L O C E N O DEPOSITO COLUVIAL Qh-Co Bloques, Limos y arenas sobre regolito DEPSOITO ALUVIAL Qh-al Gravas y arenas DEPOSITO DE CENIZAS Qh-ce Cenizas volcánica Blancas PLEISTOCENO FORMACION MILLO Np-mi Conglomerados, polimícticos, con tobas retrabajadas. NEOGENO MIOCENO FORMACIÓN HUALILLAS S. Nm-hu-s Tobas soldadas cristalolíticas de biotitas, plagioclasas y cuarzo, de color gris blanquecino. FORMACIÓN HUAYLILLAS I. Nm-hu-I Tobas semisoldadas de biotitas y cuarzo, de color crema rosáceo. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 33 Instituto Geofísico del Perú Figura 8: Mapa de geología local para la ciudad de Alto de la Alianza y alrededores. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 34 Instituto Geofísico del Perú 3.2.1. Formación Huaylillas (Nm-hu) Constituida por calizas grises a verdosas en capas delgadas con intercalaciones de yeso o impregnaciones de limolita. Esta unidad litológica constituye el substrato rocoso de la ciudad de Alto de la Alianza y se encuentra aflorando a 3 km al sureste del centro urbano de la ciudad en mención (Figuras 9 y 10). Figura 9: Excavación de la calicata CAA-01, ubicada en el cerro Intiorko, se encontró a 0.30m rocas volcánicas del tipo de tobas riolíticas de color blanco, pertenecientes al miembro superior de la Formación Huaylillas. Figura 10: A inmediaciones del sector Cruz divina, en la quebrada seca afloran rocas tobáceas riolíticas de color pardo rojizas del miembro Huaylillas inferior. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 35 Instituto Geofísico del Perú 3.2.2. Formación Millo (NP-mi) Está formación está compuesta por conglomerados polimícticos, con tobas retrabajadas, afloran a 800m al oeste de Alto de la Alianza, en el corte de la carretera de salida a Tarata (Figura 11). Figura 11: Se aprecia sobreyaciendo a la Formación Huaylilas, los conglomerados polimícticos de la Formación Millo, aflorantes en la carretera hacia Tarata, cerca de las antenas de Alto de la Alianza. 3.2.3. Depósitos Cuaternarios Suprayaciendo al substrato rocoso conformado por rocas volcánicas, se encuentran los depósitos Cuaternarios de edad Holocena, tales como cenizas, aluvial y coluviales. Las características de estos materiales son: Depósitos de cenizas (Qh-ce): Son depósitos de material piroclástico, menor a los 2mm de diámetro de color blanca, afloran a 800 m aproximadamente al este de la ciudad de Alto de la Alianza, se encuentran incrustados en las cenizas, fragmento redondeados de lapillis de 2 cm de diámetro (Figura 12). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 36 Instituto Geofísico del Perú Figura 12: Al norte de la ciudad de Alto de la Alianza, a 1 km aproximadamente, en el sector Vista Alegre se encuentran aflorando cenizas blancas y lapillis de 20 cm de diámetro. Depósitos aluviales (Qh-al 1): Los depósitos aluviales están constituidos por gravas subredondeadas a angulosas de 2” de diámetro y arenas de grano fino a medio, color gris, intercalados con limos, los cuales son acarreados cuando se activan las quebradas secas de Alto de la Alianza, sobre los cuales se asienta la parte urbana de la ciudad, con un espesor de 5 a 1.5 m (Figura 13). Figura 13: A 1 km al sureste de la ciudad de Alto de la Alianza, a la altura del sector de San Martín se ubica una antigua terraza aluvial de 3 metros de altura, aproximadamente. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 37 Instituto Geofísico del Perú Depósitos aluviales 2 (Qh-al 2): Este depósito se encuentra en todo el cauce de la Quebrada del Diablo y de quebradas estacionales, están constituidos por gravas subredondeadas a angulosas en su minoría, arenas y limos en su gran mayoría provenientes de tobas retrabajadas, presentan un color gris. Estos materiales son acarreados cuando se activan estas quebradas secas en tiempo de lluvias extremas, actualmente en el tramo final de esta quebrada se ubica parte de la población de Alto de la Alianza, presentan un espesor de 3 a 4m aproximadamente (Figura 14). Figura 14: Depósito aluvial (Qh-al2), identificado al noroeste de Alto de la Alianza, ubicado en el cauce de la quebrada del Diablo. Vista desde la parte alta del cerro Intiorko. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 38 Instituto Geofísico del Perú 4. GEODINÁMICA La geodinámica es la rama de la geología que estudia las fuerzas o agentes que actúan en los procesos dinámicos de la tierra, se divide en geodinámica interna y externa, estos procesos originan cambios físicos y químicos que dan como producto eventos que modifican el actual relieve de la corteza terrestre. Es importante recalcar que al analizar factores como la litología permite explicar el origen de los materiales que constituyen las geoformas (colinas, lomas, entre otras) y en las cuales se generan procesos como meteorización y erosión que contribuyen a la ocurrencia de eventos geodinámicos. 4.1. Procesos de geodinámica interna La geodinámica interna estudia las transformaciones de la estructura interna de la Tierra en relación con las fuerzas que actúan en su interior, usando técnicas de prospección geológicas (estudios estructurales, dataciones de muestras, medidas con Gps de alta precisión) y geofísicas (análisis de ondas sísmicas). Los procesos que transforman la estructura interna de la tierra son los magmáticos, sísmicos y tectónicos junto con sus agentes. El territorio peruano está sometido a una constante actividad sísmica, debido a la subducción de la Placa de Nazca debajo de la Placa Sudamericana, considerada como la principal fuente sismogénica en el Perú, produciendo los eventos de mayor magnitud conocidos hasta el presente. Los procesos de tectonismo, originan la deformación de la corteza continental, que ha dado origen a la formación de fallas de diversas longitudes con la consecuente ocurrencia de magnitudes menores (Cahill & Isacks, 1992; Tavera & Buforn, 2001). 4.2. Procesos de geodinámica externa La geodinámica externa estudia la acción de los agentes atmosféricos externos: viento, aguas continentales, mares, océanos, hielos, glaciares y gravedad, sobre la capa superficial de la Tierra, involucrando procesos de meteorización, erosión transporte y sedimentación que van originando una lenta destrucción y modelación del paisaje rocoso y del relieve, y en cuya actividad se desprenden materiales que una vez depositados Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 39 Instituto Geofísico del Perú forman las rocas sedimentarias. Igualmente, los efectos resultantes sobre las formas del relieve, evolución y proceso de modelado, es investigado por la geomorfología. En general, estos procesos, transportan materiales desde la parte alta de la cuenca hacia la parte baja de ésta. Asimismo, estos procesos tienen como factores condicionantes: geomorfología (formas de relieve), litología (tipos de rocas y/o suelos) y estructuras geológicas (pliegues y disposición de estratos) que interactúan con los factores detonantes como sísmicos (sismicidad de la zona), climatológicos (incremento de las precipitaciones) y antrópicos (urbanismo, uso del suelo y construcción de vías de comunicación). Como se indicó anteriormente existen dos procesos, los cuales seran descritos a continuación: a) Meteorización: Las rocas que afloran en la superficie terrestre están expuestas a una lenta, pero a la vez efectiva, alteración. Ésta puede ser física (la simple rotura de un bloque al caer), como química (la oxidación de un metal como resultado de la acción de los agentes externos, el tiempo de exposición de las rocas a estos agentes, de la naturaleza de la roca y del clima). b) Erosión: Desgaste de los suelos y rocas de la superficie terrestre resultado de la acción combinada de varios factores, como la temperatura, los gases, el agua, el viento, la gravedad y la vida vegetal y animal, así como, se produce una erosión acelerada como el resultado de la acción humana. La erosión presenta tres fases: desgaste, transporte y depósito de los materiales, esto trae como consecuencia que se formen relieves por desgaste (degradación) y por depósito (agradación). La acción, por separado o en conjunto, de los factores que dan origen a los procesos externos, favorecen a la ocurrencia de los eventos geodinámicos, los cuales se dividen, según su origen, en: fluvio-aluvial e hidrogravitacional (Figura 15). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 40 Instituto Geofísico del Perú LITOLÓGICOS ESTRUCTURALES MORFOLÓGICOS CLIMATOLÓGICOS SÍSMICOS ANTRÓPICOS Meteorización Erosión FACTORES Sismicidad de la zona de estudio PROCESOS DE GEODINÁMICA EXTERNA Estructuras dominantes: Pliegues y disposición de estratos Tipo de rocas: Características de las formaciones Incremento de las precipitaciones (mm), Evento "El Niño" EVENTOS DE GEODINÁMICA EXTERNA Urbanismo, construcción de carreteras y terrenos de cultivos Montañas, lomas, abanicos aluviales, terrazas y l lanuras CONDICIONANTES DESENCADENANTES Figura 15: Factores asociados a procesos de geodinámica externa que contribuyen a la ocurrencia de eventos geodinámicos. Los procesos de erosión (carcaveo, incisión y desgaste laminar), son originados por las precipitaciones que se presentan en la cuenca fluvial, la cual genera la escorrentía superficial, esto provoca el arrastre progresivamente de los materiales a posiciones de menor energía potencial (menor pendiente). La carga de sedimentos transportados por la quebrada o río incrementen la acción erosiva y son capaces de producir remoción de los materiales (Brusi, 2013), como: Flujos de detritos e inundación. Los eventos geodinámicos originados por procesos pluviales y que podrían afectar a la zona de estudio, son descritos a continuación: - Flujos de detritos y/o lodos (huaicos): Movimiento de materiales sin cohesión (materiales sueltos) que se comportan como fluidos a causa del agua (provoca la pérdida total de resistencia de estos materiales) y se desplazan sin presentar superficies de rotura definidas, en algunos casos depositan sus materiales en forma de conos deyectivos, Figura 16. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 41 Instituto Geofísico del Perú Figura 16: a) Proceso de erosión por las aguas de escorrentía y acumulación de material. b) Vista frontal de la cuenca y desarrollo del evento en cabecera de la cuenca por incremento de las precipitaciones, zona de transición (zona de almacenamiento de material y la depositación del material), modificado del GITS (Grupo de investigación de transportes de sedimentos). En la zona de estudio los flujos de detritos y/o lodos han formado una terraza aluvial sobre la cual se asienta el poblado de Alto de la Alianza. Actualmente hay acumulación de detritos en los cauces de la quebrada del Diablo y la quebrada estacional, ubicados a 2 y 3 km, en las zonas altas de la parte occidental de la ciudad de Alto de la Alianza, estimando que en épocas de lluvias esta se activaría arrastrando detritos en forma de flujos ocasionando daños a la población (Figura 17). - Caída de rocas: Cerca de las calles Los Claveles, Los Jazmines y poblado asentado en el lecho de la quebrada del Diablo, en la parte suroeste de Alto de la Alianza, (a 60 m al oeste de esta población) se produce la caída de rocas que se depositan al pie del talud de cerro Intiorko, pudiendo afectar a las casas que se encuentran en las partes más bajas y cercanas a este evento (Figura 17). Figura 17: Flujos de lodos yo detritos, así como caída de rocas, a inmediaciones de la quebrada del Diablo. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 42 Instituto Geofísico del Perú - Inundación: Es el resultado del comportamiento de la cuenca hidrográfica en un período de incremento de precipitaciones. Es la ocupación ocasional de terreno por el agua de un río o una quebrada. Puede ocurrir en zonas litorales debido a tsunamis o por acción de oleaje y las mareas, pero las más frecuentes son las inundaciones en el interior de los continentes, producidas por las aguas de escorrentía superficial (ríos, arroyos y torrentes); es decir, atribuida al incremento brusco del volumen de agua, denominado crecida (Adaptado de CENEPRED, 2013). Las inundaciones pueden ser consecuencia de varios factores naturales y humanos (Tarbuck, 2005). Cuando las lluvias superan el promedio normal de precipitación (mayor al 50%) de una zona se le denominan lluvias extraordinarias o tormenta extrema. Estas al desarrollarse generan crecidas causando inundaciones de las áreas circundantes al río, esta anomalía es conocida como un evento hidrometeorológico (Figura 18). Figura 18: Inundación por incremento de las precipitaciones en la cabecera de la cuenca hidrográfica. Las inundaciones en la zona se produjeron en los años 1950, 1982, 1983, 1998, 2001, que ocasionaron pequeños daños a las zonas agrícolas, infraestructura de riego, en el trayecto del río Caplina ubicado a 4 km aproximadamente, al sureste de Alto de la Alianza. Actualmente se ha observado cauces de pequeñas quebradas estacionales que surcan los sectores de Buena Vista, Manuel Odria y parte de Alto de la Alianza Cercado, estas al activarse en tiempo de precipitaciones pluviales podrían afectar la seguridad física de la población por inundación (Figura 19). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 43 Instituto Geofísico del Perú Figura 19: Zona Susceptible a inundación, a inmediaciones del Sector Buena Vista, Manuel Odria y parte de Alto de la Alianza. 4.3. Zonas susceptibles a procesos geodinámicos La susceptibilidad está referida a la probabilidad de que suceda un evento geodinámico durante un período de tiempo en un sitio dado (Hauser, 1985 y 1993; Sepulveda, 2000). Es la mayor o menor predisposición a que un proceso geodinámico suceda u ocurra sobre determinado espacio geográfico y tiempo, lo cual depende de los factores condicionantes y desencadenantes propios de la zona estudiada. La identificación y delimitación de zonas afectadas por procesos de geodinámica externa, ha permitido reconocer zonas susceptibles a la ocurrencia de estos eventos. Las zonas susceptibles a estos eventos geodinámicos expuestos anteriormente, son: - A 2 km al oeste de Alto de la Alianza, parte de la población suroeste se encuentra ubicada en el cauce de la quebrada del Diablo, esta zona de peligro ante eventos de flujos de detritos y/o lodos, se activará en periodos de lluvias extremas, pudiendo llegar a afectar la seguridad física de la población sur- occidental del Alto de la Alianza (Urb. Los Jazmines y Los claveles), llegando probablemente hasta el cementerio y al terminal de dicha ciudad (Figura 20). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 44 Instituto Geofísico del Perú Figura 20: Población situada en el cauce de la quebrada del Diablo, ubicada a 2 km al oeste de la Ciudad de Alto de la Alianza, zona potencial de peligro ante una avenida de flujo de detritos y/o lodos acarreados por las escorrentías desde las partes altas. - Las zonas bajas de Alto de la Alianza son zonas susceptibles a inundarse al activarse las quebradas secas en tiempo de lluvia, afectando la seguridad física de todo Alto de la Alianza (Figura 21). Figura 21: Antiguo cauce de quebrada estacional que se inicia en la parte Alta del cerro Intiorko, Sector este de Alto de la Alianza susceptible a inundación. - La población que se asienta en el cauce de la quebrada estacional del Diablo, es una zona susceptible a caída de rocas, ya que se encuentra a 60 m al noreste de este poblado. Se debe resaltar que en el año 2001, se produjo un sismo de M8.2 de magnitud con epicentro frente a la localidad de Ocoña en la región de Arequipa, afectando a la Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 45 Instituto Geofísico del Perú ciudad de Tacna y en específico, a las localidades de Ciudad Nueva y Alto de la Alianza con daños severos en su infraestructura y vidas de la población. Los eventos geodinámicos se han registrado en sus fichas respectivas y fueron cartografiadas en la Figura 22. Figura 22: Mapa de eventos geodinámicos en la ciudad de Alto de la Alianza y alrededores. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 46 Instituto Geofísico del Perú 5. ASPECTOS GEOTÉCNICOS Los materiales inconsolidados que han sido resultado de los procesos de erosión y que posteriormente han sido transportados, en gran parte desde las nacientes de las cuencas hidrográficas hasta ser depositados a lo largo de la cuenca, principalmente en la parte baja, conforman los suelos sobre los cuales se asientan las áreas urbanas. La clasificación, en base al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) de estos materiales (arcillas, limos, arenas, gravas y clastos) se encuentra condicionada a las características litológicas de las rocas pre-existentes y la dinámica que presenten dichos procesos, en el diagrama líneas abajo se indica el origen de los suelos (Figura 23). Figura 23: Diagrama del origen de los suelos (IGP, 2018). La geotecnia es la rama de la geología aplicada a la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades físicas, así como, el comportamiento en condiciones estáticas de los suelos y rocas, mediante la aplicación de técnicas de exploración, entre las cuales se tienen: calicatas, perforaciones y ensayos de suelos en laboratorio; a fin de determinar las propiedades físicas de los suelos de cimentación. En la ciudad de Alto de la Alianza, se realizó el estudio geotécnico que consistió en la elaboración de calicatas, densidad de campo, posteos y ensayos de penetración dinámica ligera (DPL), y cuya distribución espacial se muestra en la Figura 24. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 47 Instituto Geofísico del Perú Figura 24: Mapa de distribución de calicatas, posteos y DPL en la ciudad de Alto de la Alianza y alrededores. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 48 Instituto Geofísico del Perú Asimismo, de las calicatas se extrajeron 3 muestras, con la finalidad de conocer sus propiedades físico-mecánicas mediante ensayos geotécnicos en laboratorio de suelos tales como: granulometría, plasticidad, contenido de humedad, corte directo y el cálculo de la capacidad portante de los suelos. 5.1. Exploraciones a cielo abierto (Norma ASTM D 420) Es un método de exploración directo que consiste en realizar una excavación en el terreno para la observación del suelo a cierta profundidad (aproximadamente 3.00 m.), a fin de describir los estratos que lo conforman, así como, extraer muestras para la realización de ensayos y análisis. Estas calicatas son realizadas con maquinaria (retroexcavadora) o de forma manual. Equipos y materiales - Máquina retroexcavadora - 01 Fluxómetro o wincha - 01 GPS portátil - 01 Cámara fotográfica - Bolsas de muestreo Procedimiento Incluyeron las siguientes actividades: - Reconocimiento de la zona de estudio, mediante el análisis visual de las características del terreno, evaluando la accesibilidad y lugares apropiados donde realizar dichas calicatas. - Ejecución de excavaciones que tuvieron las siguientes dimensiones: 1x1 m de lado y 2 m promedios de profundidad. - Etapa de muestreo, que consistió en la extracción de muestras del subsuelo en bolsas herméticas de 3 kg, aproximadamente. - Descripción de calicatas, donde una vez terminada la excavación de la calicata, se procedió a describir el perfil estratigráfico del subsuelo en campo y que en gabinete se han realizado 9 fichas de descripción de calicatas, las mismas que han sido adjuntadas en los anexos de geotecnia. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 49 Instituto Geofísico del Perú - Las excavaciones realizadas se han localizado en las siguientes coordenadas UTM, datum WGS 84 (Tabla 4). Tabla 4: Ubicación de calicatas. Calicata UTM-C. Este UTM-C. Norte Elevación (m.s.n.m) Profundidad (m) CAA-01 367334 8012075 803 2.00 CAA-02 366963 8012339 841 1.10 CAA-03 368136 8011041 622 1.50 CAA-04 367795 8010369 605 2.50 CAA-05 367108 8011293 803 1.10 CAA-06 367394 8010552 312 2.50 CAA-07 366542 8010625 748 1.10 CAA-08 368878 8010100 625 2.50 CAA-09 366309 8009498 516 2.10 Se debe mencionar que la profundidad de investigación promedio fue de 2.00 m y menores en otros por encontrarse roca volcánica (Figura 25). Figura 25: Ejemplo de “Calicata CAA-08” ubicada en el área de redes de alta tensión de Alto de la Alianza. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 50 Instituto Geofísico del Perú 5.2. Densidad de suelo in situ (Norma ASTM D1556) Se define como la relación entre la masa del suelo (sólido y líquido) y el volumen total de un suelo o la medida del estado de empaquetamiento del suelo y consiste en extraer material del suelo a fin de obtener una relación entre la masa de este y el volumen que ocupa la arena del cono (arena calibrada). En cada exploración (estratos muestreados) se debe llevar a cabo un ensayo de densidad de campo a los suelos que crea conveniente, haciendo uso del método del cono, con la finalidad de conocer la relación entre la masa del suelo y el volumen que ocupa la arena calibrada del cono, también la compactación y el contenido de humedad del suelo en condiciones naturales, información necesaria para realizar los ensayos de corte directo a las muestras de suelo (en su estado inicial). Sin embargo, este ensayo no es aplicable en suelos que contengan cantidad excesiva de roca o materiales gruesos de diámetro mayor a 1 ½ pulgada (38 mm), así como en suelos saturados; sino más bien, en suelos que presentan cierta cohesión, tales como: arenas limosas y arenas arcillosas con contenido de gravas inferiores a 38 mm de diámetro (Figura 26). Figura 26: Ejemplo de ensayo de densidad del suelo in-situ en la calicata CAA-02. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 51 Instituto Geofísico del Perú Equipos y materiales - 01 cono metálico de 4 pulgadas de diámetro. - Arena calibrada (pasada por el tamiz N°10 y retenida en el tamiz. - Placa metálica hueca (diámetro de 4 pulgadas). - 01 balanza con precisión de 0.1g - 01 palana - 02 cinceles. - 01 comba. - Bolsas para el material extraído. Procedimiento Incluye las siguientes actividades: - Pesar la arena calibrada con el equipo de densidad (cono más arena) en una balanza nivelada. - Nivelación de la superficie del suelo donde se requiere realizar el ensayo, por medio de los cinceles y comba para ubicar la placa metálica lo más horizontal posible. - Excavación del agujero con una profundidad de 10 a 12 cm, haciendo uso de cinceles y comba, siguiendo como guía de perfilaje vertical el diámetro de la placa metálica. - Extracción y pesado de muestra extraída del agujero elaborado. - Posicionamiento del cono de arena pesado sobre la placa metálica, abriendo la llave de paso de arena, hasta que esta relleno el hueco y el cono metálico, cerrando por ultima la llave de paso de material. - Finalmente, se pesa la arena sobrante más el equipo (cono de arena) y se procede en laboratorio a encontrar la humedad del suelo, la densidad húmeda y seca. En base a las Tablas 5 y 6 se conoce que, los suelos de la ciudad de Alto Alianza, presentan rangos de densidad natural húmeda entre 1.10 – 1.69 gr/cm3; es decir, presentan media a baja densidad, debido a que están conformados por arenas limosas, algunas más densas que otras. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 52 Instituto Geofísico del Perú Tabla 5: Resultado de densidades in-situ. Calicata Muestra Prof. (m) Densidad Húmeda (gr/cm³) Densidad Seca (gr/cm³) CAA-01 D1-CAA1(SM) 1.20/2.00 1.25 1.23 CAA-02 D1-CAA2(SM) 0.60/1.10 1.69 1.67 CAA-03 D1-CAA3(SM) 1.50/1.50 1.10 1.08 CAA-04 D1CAA4(SP-SM) 1.50/2.5 1.40 1.38 CAA-05 D1-CAA5(SM) 1.10/1.10 1.28 1.26 CAA-06 D1-CAA6(SM) 2.50/2.5 1.62 1.61 CAA-07 D1-CAA7(SP-SM) 1.10/1.10 1.43 1.42 CAA-08 D1-CAA8(SM) 1.30/2.50 1.48 1.46 CAA-09 D1-CAA9(SM) 2.10/2.10 1.13 1.09 Tabla 6: Valores típicos de densidad de suelos. Materiales Densidad Húmeda (gr/cm 3 ) Densidad Seca (gr/cm 3 ) ARENA Y GRAVA MUY SUELTA 1.70 – 1.80 1.30 – 1.40 SUELTA 1.80 – 1.90 1.40 – 1.50 MEDIO DENSA 1.90 – 2.10 1.50 – 1.80 DENSA 2.00 - 2.20 1.70 – 2.00 MUY DENSA 2.20 – 2.30 2.00 – 2.20 ARENA POBREMENTE GRADUADA (SP) 1.70 – 1.90 1.30 – 1.50 BIEN GRADUADA (SW) 1.80 – 2.30 1.40 – 2.20 MEZCLA DE ARENA (SW Y SP) 1.90 – 2.30 1.50 – 2.20 ARCILLA LODO NO CONSOLIDADO 1.60 – 1.70 0.90 – 1.10 BLANDA, AGRIETADA 1.70 – 1.90 1.10 – 1.40 TÍPICA (CONS. NORMAL) 1.80 – 2.20 1.30 – 1.90 MORRENA (SOBREC.) 2.00 – 2.40 1.70 – 2.20 SUELOS ROJOS TROPICALES 1.70 – 2.10 1.30 – 1.80 5.3. Exploraciones con posteadora manual (Norma ASTM D 1452) La posteadora es un barreno manual en forma de “T” que permite realizar sondeos exploratorios (perforaciones) en suelos blandos como arcillas y arenas, hasta una profundidad de 1 a 6 m de profundidad, a fin de obtener muestras de suelo triturado o alterados permitiendo de esta manera describir los suelos, obtener el porcentaje de humedad y plasticidad de suelos en laboratorio de suelos, siempre y cuando se extraiga y proteja bien la muestra en las bolsas herméticas para que no pierda humedad. Se hace mención que este ensayo no se realiza en suelos con presencia de grava y gravillas, ya que impiden profundizar dichos estratos. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 53 Instituto Geofísico del Perú Procedimiento - Se realiza el armado de una cuchara saca muestra, las varias que se requiere conveniente y el mango de la posteadora armable. - Luego se comienza a penetrar el suelo desde superficie girando la posteadora ejerciendo presión sobre el suelo, a medida que la cuchara se llena de material se va extrayéndolo en superficie y se va añadiendo las varias que se requieren necesaria y así sucesivamente hasta que ya no se pueda extraer material o que se compruebe que el material sigue siendo el mismo en profundidad. Estas exploraciones fueron distribuidas entre las calicatas, tratando de cubrir el área de estudio o distribuirlas en los lugares donde no exista información geotécnica para obtener una mejor zonificación de suelos de la ciudad de Alto de la Alianza. En la Tabla 7 se detallan las coordenadas UTM y en la Figura 27, se muestra un ejemplo de ensayo de posteo. Tabla 7: Ubicación de posteos en Coordenadas UTM datum, WGS84. Posteo UTM-C Este UTM-C Norte Elevación (m.s.n.m) Profundidad (m) POST-01 366149 8009574 629 0.20 POST-02 365579 8009844 707 0.30 POST-03 367863 8011944 752 0.40 POST-04 366904 8011892 818 1.00 POST-05 366646 8010328 766 1.20 POST-06 367521 8012358 811 0.20 POST-07 366887 8012542 836 1.00 POST-08 368877 8010098 623 0.50 POST-09 367987 8011527 732 0.50 Se debe tener en cuenta que los posteos se han profundizado hasta 0.50 m en promedio, ya que se ha encontrado infrayaciendo a las cenizas y arenas limosas, rocas volcánicas (ignimbritas) de la formación Huaylillas. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 54 Instituto Geofísico del Perú Figura 27: Ejemplo de ensayo con posteadora manual, posteo 05 en el área del mirador de Alto de la Alianza. 5.4. Ensayos de penetración dinámica ligera (DPL, Norma DIN4094) El DPL es un equipo de campo de registro continuo, donde se contabiliza los números de golpes dados por un martillo de 10 kg, dejándolo caer desde una altura de 0.50m en la base superior de la varilla de acero para penetrar su punta cónica de 60° que se encuentra en el extremo inferior en un tramo de 10 cm de suelo, este ensayo permite estimar los parámetros de cohesión y ángulo de fricción consecuentemente la capacidad portante (resistencia al corte) de los suelos en kg/cm², al ser hincados por el cono dinámico. Como medida de la resistencia a la penetración se registra el número “N” que es el número de golpes en 10 cm de penetración, ha sido correlacionado con algunas propiedades relativas de los suelos, particularmente con sus parámetros de resistencia al corte, capacidad portante, compacidad relativa y consistencia etc. A través de fórmulas empíricas donde se introduce el “N”, se obtiene el ángulo de fricción interna de los distintos materiales. La ventaja del instrumento es que es un equipo muy práctico y se pueden transportar fácilmente. Se hace mención que este ensayo se aplica en terrenos arenosos, arcillosos y limo-arenosos, no es recomendable en gravas y terrenos rocosos. Los ensayos de DPL han sido ubicados al costado o a inmediaciones de las calicatas con la finalidad de conocer la resistencia al corte de los distintos estratos. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 55 Instituto Geofísico del Perú Procedimiento El procedimiento de campo incluyó las siguientes actividades: - Ubicación de ensayos a inmediaciones o al costado de un suelo conocido en profundidad o de una calicata. - Ensamble de equipo y accesorios, tales como, la punta cónica va al final de la varilla de penetración, esta se une a la guía que contiene el yunque, posteriormente se ajusta las uniones y finalmente se empieza a hincar el suelo con la caída libre del martillo (acción de la gravedad). - Toma de datos en campo, se registran los números de golpes apunte del número de golpes por cada 10 cm que la varilla penetra el suelo; se sigue este procedimiento hasta que el suelo ofrezca resistencia (no exceder los 45 golpes de acuerdo a norma técnica). - A continuación, en la Tabla 8, se indica la ubicación de los ensayos de DPL, realizados a inmediaciones de la ciudad de Alto de la Alianza, presentando los parámetros a una capa antes de la profundidad alcanzada, siendo estos el número de golpes y el ángulo de fricción interna correspondiente. Tabla 8: Ubicación de ensayos de penetración dinámica ligera (DPL) en Coordenadas UTM datum WGS84 y parámetros obtenidos (ø, ángulo de fricción). DPL UTM Este (m) UTM Norte (m) Elevación (m.s.n.m) Profundidad (m) # de Golpes Φ DPL-01 368144 8011056 628 0.60/0.70 34 37 DPL-02 367226 8011565 736 0.80/0.90 33 36.8 DPL-03 367863 8011944 752 0.90/1.00 33 36.8 DPL-04 368853 8010090 623 0.90/1.00 33 36.8 DPL-05 367788 8010364 607 0.40/0.45 22 33.9 DPL-06 367037 8010932 783 0.80/0.90 13 31.1 DPL-07 3670390 8010539 638 0.60/0.70 28 35.5 DPL-08 367329 8010143 606 2.30/2.40 42 39 DPL-09 367183 8009866 590 1.50/1.60 43 39.2 DPL-10 366149 8009574 629 0.40/0.45 22 33.9 DPL-11 366257 8009349 610 0.40/0.50 27 35.2 PDL-12 366904 8011892 818 0.90/1.00 20 33.3 DPL-13 367522 8012361 811 0.70/0.80 40 38.5 Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 56 Instituto Geofísico del Perú En los ensayos DPL se ha logrado alcanzar profundidades que fluctúan 0.45 y 2.40 m, debido a la presencia de materiales granulares, conformadas en su mayoría por arenas de grano medio a grueso fácilmente penetrables y en otras ocasiones, por encontrar rocas volcánicas cerca de superficie, ofreciendo alta resistencia a la penetración. Presentan un ángulo de fricción de 39.7° ofreciendo rechazo a la profundidad total alcanzada. 5.4.1. Correlación entre el “N” DPL y el “N” SPT (ASTM D1586) El ensayo DPL no cuenta con correcciones normadas para la obtención del ángulo de fricción interna, es por ello que, los valores obtenidos del número de golpes del ensayo DPL (NDPL) fueron correlacionados con el número de golpes del ensayo de penetración estándar (NSPT), a fin de determinar el ángulo de fricción interna corregido y posteriormente, calcular la capacidad de carga admisible. Entre los diversos métodos de correlación para el número de golpes del ensayo DPL y SPT, en base a las características del terreno (compacidad, resistencia y deformabilidad), e incluso con las dimensiones de las cimentaciones requeridas, se utilizó la siguiente fórmula empírica: Dónde: N1= Número de golpes equivalente en SPT N2= Número de golpes obtenidos en DPL W1= Peso del martillo del DPL W2= Peso del martillo SPT H1= Altura de caída de DPL H2= Altura de caída del SPT A1= Área de la punta cónica del DPL A2= Área de la punta cónica del SPT e1= Espesor de la hinca del DPL e2= Espesor de la hinca del SPT Una vez calculado los valores de golpes con el SPT (NSPT), se realizaron las siguientes correcciones por: nivel freático, eficiencia, longitud y diámetro, para así obtener 1122 2211 2 *** *** 1 eAHW eAHW NN  Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 57 Instituto Geofísico del Perú un nuevo valor de número de golpes por ensayo SPT (N’SPT), con el cual se procede a estimar el ángulo de fricción interna de los suelos. 5.4.2. Cálculo del ángulo de fricción interna Para determinar el ángulo de fricción interna de los suelos de cimentación, existen diversas fórmulas empíricas propuestas por diversos autores, como Osaki (1959); Muromachi (1974); Peck (1974); Das (1995) y Katanaka y Uchida (1996). Para el caso de la ciudad de Alto de la Alianza, se empleó la relación experimental propuesta por OSAKI (1959), que propone calcular el ángulo de fricción de los suelos arenosos en base al número de golpes ofrecidos al terreno, siendo la más usada internacionalmente y sus resultados son conservadores, obteniendo los resultados en la Tabla 9 y parámetros de compacidad relativa en la Tabla 10. Tabla 9: Cálculo del ángulo de fricción interna, usando valores del NSPT. ENSAYO N SPT Corregido Ángulo De Fricción Interna (Ø’NSPT) N SPT Corregido Ángulo De Fricción Interna (Ø’NSPT) DPL-01 - - - - DPL 02 - - - - DPL -03 - - - - DPL -04 10.89 29.8 - - DPL -06 - - - - DPL -07 - - - - DPL -08 11.37 30.1 10.64 29.6 DPL -09 17.90 33.9 26.85 38.2 DPL -12 10.89 29.80 - - DPL -13 - - - - Profundidad del ensayo 1.00- 1.20m 1.30-1.50 m Tabla 10: Compacidad relativa y consistencia de los suelos con sus respectivos ángulos de fricción interna en base al Nspt (Fuente: Crespo, 2014). Compacidad de Suelos Granulares Consistencia en Suelos Cohesivos Valor de NSPT Compacidad Relativa Ángulo de Fricción Interna (ø) Valor de NSPT Consistencia Ángulo de Fricción Interna (ø) 0 - 4 Muy Suelta < 28° < 2 Muy blanda 0° 4 - 10 Suelta 28° - 30° 2 - 4 Blanda 0° - 2° 10 - 30 Media 30° - 36° 4 - 8 Media 2° - 4° 30 - 50 Compacta 36° - 41° 8 - 15 Compacta 4° - 6° > 50 Muy Compacta > 41° 15 - 30 Muy compacta 6° - 12° > 30 Dura > 14° Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 58 Instituto Geofísico del Perú De acuerdo a los datos de las Tablas 9 y 10, los suelos de la ciudad de Alto de la Alianza, en su mayoría son arenas limosas (SM). Para profundidades de 1.00 y 1.20 m, el ángulo de fricción interna está comprendida entre 29.8° y 33.90°, presentando compacidad relativa de suelta a media para suelos arenolimosos. Para profundidades de 1.50m, el ángulo de fricción interna para arenas limosas (SM) es de 29.6° y 38.2°, presentando compacidad relativa de suelta a compacta. En los anexos, se adjunta las fichas resumen de cada uno de los ensayos realizados en campo (Figuras 28 y 29). Figura 28: Ejemplo de ensayo de penetración dinámica ligera (DPL-07). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 59 Instituto Geofísico del Perú Figura 29: Diagrama de correlación entre el número de golpes del DPL y el número de golpes del SPT, y cálculo del ángulo de fricción interna corregido. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 60 Instituto Geofísico del Perú 5.5. Clasificación de suelos SUCS (Norma ASTM D4827) En base a la información geotécnica recopilada de las calicatas, posteos y DPL, realizados en la ciudad de Alto de la Alianza, los resultados obtenidos de los ensayos granulométricos y de plasticidad, se ha identificado 02 tipos de suelos agrupados haciendo uso del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), a la profundidad de 1.00 – 1.20 m (Tabla 11 y Figura 30), siendo sus características las siguientes: Tabla 11: Clasificación SUCS de las nueve (09) calicatas elaboradas en la ciudad de Alto de la Alianza (NP, no presenta). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 61 Instituto Geofísico del Perú Figura 30: Mapa de clasificación SUCS para los suelos de la ciudad de Alto de la Alianza y alrededores. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 62 Instituto Geofísico del Perú Suelos tipo SM: Conformados por arenas limosas con contenido de finos entre el 9 y 29%, el contenido de humedad es menor a 2.67 %, algunos suelos presentan gravas en menor porcentaje y constituyen suelos con grado de compactación suelta, media y baja, no presenta índice plástico o si lo presentan es muy bajo por debajo de 4. Los suelos que pertenecen a este tipo ocupan el 90 % del área de estudio (calicatas CAA- 01, 02, 03, 04, 05, 06, 08 y 09). Suelos tipo SP-SM: Están conformados por arenas limosas mal graduadas con material gravoso, el contenido de humedad es de 1.28%, con presencia de grava, constituyen suelos con grado de compactación medio a compacto y no presentan plasticidad. Cabe resaltar que, estos suelos representan el 10 % del área de estudio y se han identificado en la calicata CAA-07, en el sector Cruz divina. 5.6. Ensayo de corte directo (Norma ASTM D - 3080) La finalidad de este ensayo es determinar la resistencia al esfuerzo corte de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones (esfuerzos verticales y horizontales) que simulen la que existe o existiría en el terreno producto de la aplicación de una carga. Esta resistencia al corte en los suelos se debe a dos componentes: la cohesión (comportamiento plástico que presentan las partículas finas de una muestra) y el ángulo de fricción interna (rozamiento que existe en las partículas granulares). Para conocer esta resistencia al corte en laboratorio se usa el equipo de corte directo, siendo el más usado una caja de sección cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades. Dentro de ella se coloca la muestra de suelo con dos placas de piedra porosa en ambos extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento (Pv) y luego una carga horizontal (Ph) creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra. Para las nueve (09) muestras extraídas de campo, los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 12. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 63 Instituto Geofísico del Perú Tabla 12: Valores obtenidos del ensayo de corte directo (NP, no presenta datos). MUESTRA Ángulo de fricción interna del suelo (ɸ) Cohesión aparente del suelo (kg/cm 2 ) Densidad natural (Tn/m 3 ) Densidad matriz (Tn/m 3 ) CAA-01 35.30 0.00 1.25 0.87 CAA-02 25.97 0.07 1.69 1.58 CAA-03 29.80 0.00 1.10 1.023 CAA-04 33 0.00 1.40 1.40 CAA-05 37.6 0.00 1.28 0.86 CAA-06 29.80 0.00 1.62 1.59 CAA-07 33.4 0.00 1.43 1.16 CAA-08 24.57 0.06 1.48 1.46 CAA-09 33.7 0.00 1.13 0.81 De acuerdo a estos resultados, se evidencia que, la mayoría de los suelos no presentan cohesión y los valores del ángulo de fricción interna están entre 24.57° y 37.6° aproximadamente, siendo propiedades características de suelos arenolimosos. En algunos casos, con presencia de gravilla, obteniendo suelos con compacidades relativas que van desde muy sueltas, sueltas, medias y compactas a 1 y 1.20 m de profundidad. Los suelos en el sector Intiorko, tienen una compacidad relativa compacta, pues a 1.10m en promedio, se ha encontrado roca volcánica y en las partes bajas del distrito, los suelos a 1.00 m de profundidad presentan compacidad relativa suelta a media. 5.6.1. Capacidad de carga admisible (q q Fad u s  ) Se define como el esfuerzo máximo que puede ser aplicado a la masa de suelo de tal forma que se cumplan los requeriemientos básicos y se encuentra establecido por la relación entre la carga última y un factor de seguridad cuyo valor es de 3, de acuerdo a la norma técnica peruana para el diseño de cimentaciones E.050. 5.6.2. Carga última (qu) Es la presión última por unidad de área de la cimentación soportada por el suelo, en exceso de la presión causada por el suelo alrededor al nivel de la cimentación, Amézquita (1984). Para determinar la carga última se usaron los resultados de los ensayos de corte directo y en base al NSPT (ángulo de fricción y la cohesión), datos que se usaran para Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 64 Instituto Geofísico del Perú determinar la capacidad portante última mediante las fórmulas por corte general y local de Terzaghi (1943), según sea el suelo a ensayar: Fórmula para falla por corte general: Fórmula para falla por corte local: C: cohesión q: carga (ϫ*Df) Nc, Nq, N ϫ: Factores de carga, ver Tabla 13. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 65 Instituto Geofísico del Perú Tabla 13: Factores de cohesión, carga y volumen aplicados para la falla por Corte General propuesto por Terzaghi y Kumbhojkar (1993) y para la falla por Corte Local. Luego, en base a los resultados de la carga última (qu), se calculó de la capacidad admisible para los suelos y para una profundidad de cimentación de 1.00 m y ancho de zapata de 1.00 m; asimismo, para una profundidad de cimentación de 1.50 m y ancho de zapata de 1.00 m. Los resultados de capacidad de carga admisible obtenido para los 08 tipos de suelos analizados se presentan en las Tablas 14 y 15 (Figura 31). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 66 Instituto Geofísico del Perú Tabla 14: Capacidad de carga admisible para suelos extraídos en la ciudad de Alto de la Alianza. MUESTRA Capacidad de carga última (kg/cm 2 ) Capacidad de carga admisible (kg/cm 2 ) Tipo de Corte Capacidad de carga última (kg/cm 2 ) Capacidad de carga admisible (kg/cm 2 ) Tipo de corte CAA-01 8.40 2.80 F.G 11.10 3.70 F.G CAA-02 1.96 0.65 F.L N.P N.P --- CAA-03 3.44 1.15 F.G 4.64 1.55 F.G CAA-04 1.94 0.65 F.L 4.48 1.49 F.L CAA-05 12.17 4.06 F.G N.P N.P --- CAA-06 1.67 0.56 F.L 2.33 0.78 F.L CAA-07 7.31 2.44 F.G N.P N.P --- CAA-08 1.54 0.51 F-L 1.94 0.65 F.L CAA-09 1.68 0.56 F-L 8.02 2.67 F.G Dimensiones de cimentación Profundidad: 1.00 m y ancho:1.00m Profundidad: 1.50 m y ancho:1.00m Tabla 15: Capacidad de carga admisible en base a los ensayos de DPL en la ciudad de Alto de la Alianza ENSAYO Capacidad de carga última (kg/cm 2 ) Capacidad de carga admisible (kg/cm 2 ) Capacidad de carga última (kg/cm 2 ) Capacidad de carga admisible (kg/cm 2 ) DPL-01 --- --- --- --- DPL-02 --- --- --- --- DPL-03 --- --- --- --- DPL-04 1.53 0.51 --- --- DPL-06 --- --- --- --- DPL-07 --- --- --- --- DPL-08 1.89 0.63 2.29 0.76 DPL-09 2.46 0.82 5.24 2.75 DPL-12 1.74 0.55 --- --- DPL-13 --- --- --- --- Dimensiones de cimentación Profundidad: 1.00 m y ancho:1.00 Profundidad: 1.50 m y ancho:1.00 Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 67 Instituto Geofísico del Perú Figura 31: Mapa de capacidad portante a una profundidad de 1 metro para la ciudad de Alto de la Alianza. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 68 Instituto Geofísico del Perú De los resultados obtenidos y tomando en cuenta la Tabla 16, se ha determinado que, la zona urbana de la ciudad de Alto de la Alianza, en su mayoría presentan suelos con capacidad portantes muy bajas, bajas, medias y altas, de esta manera se ha clasificado los suelos con la siguiente capacidad de carga admisible a una profundidad de 1m: Tabla 16: Rangos de capacidad de carga admisible. Capacidad carga Admisible (kg/cm²) Denominación < 1.0 Muy Baja 1.0 - 2.0 Baja 2.0 - 3.0 Media > 3.0 Alta Capacidad de carga admisible muy baja: Comprende rangos de capacidad de carga admisible menores a 1.00 kg/cm², corresponde al tipo de suelo areno limoso (SM) con capacidad portante admisible entre 0.51 y 0.65 kg/cm² teniendo compacidad relativa muy suelta a media, presentes en el sector Alto Pata (CAA-02), San Pedro y San Pablo (CAA-06), Circunvalación Norte-Pasaje 13 (CAA-08) y Ramón Copaza (CAA-09). También las gravas limosas (GM) se encuentran en este grupo, con capacidad portante admisible de 0.65 kg/cm², cuya compacidad relativa es media, estos suelos están presentes a inmediaciones del Estadio Héroes de Alto de la Alianza (CAA-04). Capacidad de carga admisible baja: Comprende rangos de capacidad de carga admisible entre 1.00 - 2.00 kg/cm²; corresponde al tipo de suelo areno limoso (SM), cuya compacidad relativa es suelta y su capacidad de carga admisibles es de 1.15 kg/cm². Estos suelos están presentes en el Sector Buena Vista (CAA-03). Capacidad de carga admisible media: Comprende rangos de capacidad de carga admisible entre 2.00 – 3.00 kg/cm²; corresponde al tipo de suelo areno limoso (SM), cuya compacidad relativa es media determinándolos como suelos medios. Estos suelos están presentes en los sectores del Cerro Intiorko (CAA-01) con capacidad admisible de 2.80 kg/cm² y para suelos de arenas pobremente graduadas con mezcla de arenas limosas (SP-SM) presentes en el sector de Cruz divina (CAA-07), con una capacidad admisible es de 2.44 kg/cm². Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 69 Instituto Geofísico del Perú Capacidad de carga admisible alta: Comprende rangos de capacidad de carga admisible mayor a 3.00 kg/cm² y corresponden al tipo de suelo conformado por arenas limosas (SM), cuya capacidad portante admisible es de 4.06 kg/cm², determinando que estos suelos tienen una compacidad relativa media. Estos suelos están presentes en el Sector Héroes de Alto de la Alianza (CAA-05). Pasando el 1.10m de profundidad en los sectores de Alto Pata, Héroes de Alto de la Alianza y Cruz Divina se encuentra roca volcánica compacta. En el sector Cerro Intiorko, la roca se encuentra a 2 m de profundidad y en el sector Buena Vista a 1.50 m de profundidad se identifican tobas blancas compactas. Finalmente, en el Sector Ramón Copaza a una profundidad de 2.10m los suelos presentan alta capacidad portante admisible para cimentar. En los sectores, como San Pedro y San Pablo (CAA-06), a inmediaciones de la AV. Circunvalación con pasaje 13 (CAA-08) y a inmediaciones del Estadio Héroes Alto de la Alianza (CAA-04), no se encontró evidencias de rocas a 2.50 m de profundidad. Asimismo, a 1.50m de profundidad los suelos SM presentan compacidad relativa suelta, con capacidad portante admisible muy baja que fluctúan entre 0.65 y 0.78 kg/cm² para las dos primeras zonas y para la tercera, que comprenden suelos SP-SM presentan carga admisible baja de 1.49 kg/cm² y su compacidad relativa es media. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 70 Instituto Geofísico del Perú CONCLUSIONES  En la ciudad de Alto de la Alianza existen tres unidades geomorfológicas: terraza aluvial con el 36%, loma con 60% y cauce estacional con el 4% de la zona estudiada, determinando que la población se asienta en la loma y terraza aluvial.  El sustrato rocoso consta de rocas volcánicas (Tobas soldadas blancas y tufos rosados), algunos conglomerados que afloran al norte y este de la ciudad de Alto de la Alianza; mientras que, los depósitos del Cuaternario están conformados por materiales aluviales sobre los cuales se asienta la ciudad en mención, identificados en la zona céntrica de la zona de estudio.  La geodinámica en la ciudad de Alto de la Alianza está representada por movimientos en masa (flujo de detritos y/o lodos) en el sector de la quebrada seca y quebrada del Diablo ubicadas al suroeste de Alto de Alianza, cerca de las calles Los Jazmines y Los Claveles. Al activarse estas quebradas, podrían afectar las partes bajas de esta zona incluso hasta el Cementerio de Alto de la Alianza y el Terminal de Tacna. Las zonas centrales de este distrito están propensas a inundación pues son partes baja por donde podrán discurrir aguas de las Quebrada Caramoye y del Diablo en periodos de lluvias extremas.  Los tipos de suelos presentes en la ciudad de Alto de la Alianza son 3, determinados entre 1 y 1.20 m de profundidad: arenas limosas (SM) con capacidad admisible muy baja, entre 0.51 y 0.65 kg/cm² y para algunos casos, presentan capacidad admisible bajas de 1.15 kg/cm², encontrando en otras capacidades admisibles altas de 4.06 kg/cm². Gravas limosas (GM) con capacidad admisible muy baja de 0.65 kg/cm² y finalmente, arenas pobremente graduadas con mezcla de arenas limosas (SP-SM) cuya capacidad admisible es media de 2.44 kg/cm². Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 71 Instituto Geofísico del Perú CARACTERIZACIÓN SÍSMICA Y GEOFÍSICA DE LA CIUDAD DE ALTO DE LA ALIANZA Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 72 Instituto Geofísico del Perú CONTENIDO 1. METODOLOGÍA 1.1. Razones espectrales (H/V) 1.2. Análisis multicanal de ondas superficiales (MASW) 1.3. Tomografía de resistividad eléctrica (ERT) 2. RECOLECCION DE DATOS 2.1. Registro de vibración ambiental (H/V) 2.2. Registro de arreglos lineales (MASW) 2.3. Registro de la resistividad del suelo (ERT) 3. ANALISIS E INTERPRETACION 3.1. Estudio Sísmico con la Técnica de (H/V) 3.2. Estudio Sísmico con la Técnica (MASW) 3.3. Periodos Dominantes 3.4. Secciones de resistividad geoeléctrica (ERT) 4. ZONIFICACION 4.1. Mapa de Zonificación Sísmica - Geotécnica CONCLUSIONES Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 73 Instituto Geofísico del Perú 1. METODOLOGÍA Para obtener el Mapa de Zonificación Sísmica – Geotécnica para el área urbana de la ciudad de Alto de la Alianza se ha seguido las siguientes metodologías. 1.1. Razones Espectrales (H/V) El método de razones espectrales (H/V) descrito por Nakamura (1989), permite caracterizar la respuesta dinámica del sitio y estimar la amplificación sísmica. Para la aplicación de esta técnica se obtienen registros de vibración ambiental y se procede a construir las razones espectrales (H/V) que consiste en obtener el cociente de los espectros de Fourier de las componentes horizontales entre la vertical (Nakamura, 1989). Se pretende identificar las frecuencias predominantes y amplificaciones máximas relativas que caracterizan al tipo de suelo presente en el área de estudio, ver Figura 1. Estas características son definidas por las condiciones geológicas y geomorfológicas de las primeras decenas de metros por debajo de la superficie. Debe entenderse que la variación de las propiedades físicas de cada capa estratigráfica superficial de diferente espesor, geometría y composición litológica, causaran o no, la amplificación de las ondas sísmicas incidentes, propiedad que es utilizada para conocer las características físicas del suelo. Figura 1: Registro de vibración ambiental generado por la actividad humada. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 74 Instituto Geofísico del Perú - Procesamiento: Para aplicar la técnica de cocientes espectrales H/V, se consideran los siguientes pasos:  Los registros de vibración ambiental fueron tratados por ventanas de 20 segundos de señal no perturbada por el ruido de fondo. Para tal efecto, se selecciona de forma aleatoria diversos tramos de señal sin la presencia de ruidos transitorios.  Se calcula la Transformada Rápida de Fourier para un número mayor a 10 ventanas de observación para cada punto.  Los espectros horizontales de la señal se dividieron entre el espectro vertical para obtener la relación H/V y luego se promediaron estos para cada punto de observación considerando su respectiva desviación estándar.  Se procedió a identificar la frecuencia predominante considerando, un rango de interés que fluctúa entre 0.5 a 20 Hz y picos/rangos con amplificaciones relativas de al menos 2 veces (se considera la amplitud de “1” como punto de referencia). En la Figura 2, se muestra un ejemplo del procedimiento seguido para el total de los datos obtenida en campo. El primer recuadro presenta la selección de las ventanas de procesamiento para las tres componentes de la señal registrada (Vertical, N-S y E-O), seguidamente la curva H/V, en la cual la curva continua negra es el promedio del cociente H/V; mientras que, las curvas discontinuas son la desviación estándar, las bandas grises identifican las frecuencias principales. Finalmente, para la presentación de los resultados, las frecuencias son expresadas en periodos dominantes. - Interpretación: Para la interpretación de los resultados se dispone de mapas geológicos, geomorfológicos a fin de correlacionar resultados, en el análisis de la información se debe considerar: 1) Las frecuencias predominantes menores a 1 Hz corresponden a vibraciones generadas por el oleaje del mar, y/o cambios meteorológicos (periodos muy largos); 2) Las bajas frecuencias o periodos largos son debidas a la presencia de depósitos profundos; y 3) Las frecuencias altas o periodos cortos son debidos a depósitos superficiales blandos y de poco espesor (SESAME, 2006; Bernal, 2006). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 75 Instituto Geofísico del Perú Figura 2: Ejemplo de la ficha H/V para el punto AL-003 en la cual se recopila la información registrada y analizada. Arriba, señal registrada; Medio; razón espectral (H/V) en línea gruesa y su desviación estándar en línea discontinua y Abajo; resultados. 1.2. Análisis Multicanal de ondas Superficiales MASW La técnica MASW es un método indirecto y permite determinar la estratigrafía del subsuelo bajo un punto; es decir, permite obtener la velocidad de propagación de las ondas de Corte Vs en el subsuelo, a partir del análisis de la dispersión de ondas Superficiales (ondas Rayleigh), generados por una fuente de energía impulsiva y registrada por arreglos lineales de estaciones sísmicas, tal como muestra la Figura 3. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 76 Instituto Geofísico del Perú Figura 3: Generación de ondas Rayleigh con fuente artificial y su respectiva curva de dispersión. La longitud de la línea sísmica (D), depende de la profundidad máxima de investigación (Zmax). Usualmente D es más grande que Zmax (Park, 2015); es decir: D=nZmax, donde (1≤n≤3). Para fines geotécnicos la profundidad máxima de investigación suele estar en el rango de 10-30 m, pero puede variar según el tipo de suelo, la longitud de arreglo sísmico y el tipo de fuente activa utilizada (Park, 2007). - Procesamiento: Consiste en aplicar la transformada rápida de Fourier (FFT) en los registros sísmicos obtenidos para cada punto de disparo (Reynolds, 2011), lo cual permite la transformación de los datos en series de tiempo, dando como resultado una imagen de dispersión que relaciona la velocidad de fase de las ondas superficiales con la frecuencia. Una vez obtenidas las curvas de dispersión pertenecientes a un mismo perfil MASW son sometidas de forma individual a un proceso matemático de inversión con el fin de obtener los perfile Vs en una dimensión (1D), para ello se considera como parámetros de entrada la profundidad (30 m) y el número de capas (15 capas). Finalmente, los perfiles Vs son promediados obteniendo un perfil unidimensional para cada línea sísmica. Los resultados al ser analizados proporcionan información útil sobre las características geotécnicas del subsuelo (Park, 2014; Roma, 2010; Socco et al., 2008). En la Figura 4, se muestra un ejemplo de los resultados que se obtiene a partir de la técnica de MASW. La imagen de la izquierda muestra la curva de dispersión obtenida y de la derecha, muestra el perfil de velocidad de ondas de corte Vs (línea verde) que considera el promedio final de los perfiles obtenidos post inversión, los círculos de color verde representa la inversión de la curva de dispersión del dominio de frecuencia a Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 77 Instituto Geofísico del Perú profundidad. Esta curva permite verificar el nivel de confiabilidad o la profundidad mínima y máxima de investigación (área sombreada), en este caso; el perfil presenta una capa sísmica y un semiespacio, donde, el nivel de confiabilidad es de 2 a 30 metros de profundidad. Figura 4: a) Curva de dispersión y b) perfil de velocidad obtenido a partir de la técnica de MASW. - Interpretación: Para el análisis e interpretación de los resultados obtenidos en este ítem se considera la clasificación de suelos según la Norma E.030. En este caso, el rango de velocidad de los perfiles de suelo S1 y S2 se subdividen a fin de considerar dos clasificaciones adicionales. Asimismo, en esta nueva clasificación las velocidades son representadas en colores, lo cual facilita la interpretación (Tabla 1). Tabla 1: Clasificación de perfiles de suelo, a partir de la norma E.030. Finalmente, se realiza la correlación de las capas sísmicas obtenidas con la geología de la zona de estudio y el contenido de humedad o nivel freático, parámetros que influyen en la variación de velocidad de ondas Vs. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 78 Instituto Geofísico del Perú 1.3. Tomografía de Resistividad Eléctrica (ERT) La tomografía eléctrica permite obtener información sobre las propiedades físicas del subsuelo mediante la evaluación del parámetro de resistividad al paso de la corriente eléctrica. Esta propiedad permite conocer la distribución de los valores de la resistividad del subsuelo, define o delimita los diferentes estratos con mayor o menor contenido de agua, sales disueltas presentes en las fracturas de las rocas y en la porosidad del suelo. La tomografía eléctrica es un método convencional que se basan en introducir en el terreno, un campo eléctrico de corriente continua mediante dos electrodos de corriente (A y B) conectados a un miliamperímetro; mientras que, con los otros dos electrodos (M y N), que están conectados a un milivoltímetro, donde se medirá cual es la diferencia de potencial eléctrica ΔV entre esos dos puntos. Para la obtención de valores de resistividad aparente se han realizado líneas de tomografía eléctrica con el dispositivo polo-dipolo y cuya distribución se muestra en la Figura 5. La profundidad de investigación depende de la separación entre electrodos; por ejemplo, para una separación de electrodos de 1 metro, se tendría una profundidad máxima de 9 metros en el centro del perfil. Si se aumenta la distancia entre los electrodos, aumenta la profundidad de alcance, pero disminuye la resolución y en consecuencia aumenta el error. Figura 5: Principio del método de resistividad (LE01-AL). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 79 Instituto Geofísico del Perú - Procesamiento: Para el análisis de la información obtenida en campo se ha procedido con su calificación en función de la diferencia del potencial con relación al valor de intensidad de corriente en cada punto de lectura y en conjunto. Este procedimiento permite eliminar la posible influencia de corrientes externas que afecten los valores de resistividad aparente. El procesamiento de los datos (I: intensidad de corriente, Vp: diferencia de potencia y K: constante geométrica del dispositivo), permite conocer los valores de Resistividad y su configuración en el subsuelo, incluyendo la corrección por topografía. Finalmente, los resultados son presentados mediante Sección de Resistividad 2D (Resistividad) que relacionan la distancia - profundidad con la distribución de la resistividad real del subsuelo y secciones de interpretación donde se detallan las posibles estructuras que conforman el subsuelo, las zonas saturadas, los cambios de litología que pudiera existir y otras estructuras que sean de utilidad para el cliente o interesado del estudio. - Interpretación: La interpretación de la información considera todos los factores posibles que puedan influir en los resultados; es decir, grado de saturación del terreno, porosidad y la forma del poro, la salinidad del fluido, el tipo y composición de la roca, la temperatura, los procesos geológicos que afectan a los materiales y la presencia de materiales arcillosos con alta capacidad de intercambio catiónico. Considerando la existencia de una estrecha relación entre la resistividad eléctrica y el grado de saturación del terreno, es posible definir la posible ubicación de las áreas de filtración y las zonas saturadas en el subsuelo. De existir incrementos de fluidos en el terreno estos se verán reflejados por una disminución en valores de resistividad. En este estudio se considera 5 rangos de resistividad (Muy alto resistivo, Alto resistivo, resistivo, bajo resistivo y muy bajo resistivos), los cuales presentan las siguientes características: - Muy Alto Resistivo (color rojo): Comprende valores mayores a 1500 ohm.m. Se considera dentro de este grupo a rocas Ígneas y metamórficas, y dentro de las sedimentarias, a los conglomerados. Un factor importante a señalar es que estos materiales estarán bajo condiciones de ausencia de agua; sin embargo, si hay presencia de arcilla, su grado de alteración permitiría la disminución en los valores de resistividad del suelo. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 80 Instituto Geofísico del Perú - Alto Resistivo (color anaranjado): Comprende valores entre los 500 y 1500 ohm.m. Se considera dentro de este grupo a las rocas sedimentarias, ya sean de origen detrítico o químico. Asimismo, incluye a los suelos con muy baja composición de materiales orgánicos. - Medianamente Resistivo (color verde): Comprende valores entre los 100 y 500 ohm.m. Dentro de este grupo se considera a suelos sedimentarios de composición variada; es decir, arenas, arcillas y limos, cada vez con mayor contenido de materiales orgánicos. - Bajo Resistivo (color celeste): Comprende valores entre los 20 y 100 ohm.m. Según Loke (2001), estas resistividades corresponden a suelos saturados de agua y su variación depende de la relación existente entre la resistividad, porosidad y la permeabilidad de los materiales. Asimismo, se puede considerar dentro de este grupo a los suelos orgánicos, arcillosos, limosos y aquellos con contenido de carbón, los cuales se comportan como buenos conductores de corriente. - Muy Bajo Resistivo (color azul): Comprende valores menores a 20 ohm.m y estos están referidos a suelos con presencia de agua, material orgánico, arcillas. Se debe considerar que el grado de salinidad del agua afecta los valores de resistividad, permitiendo que estos alcancen valores del orden del 0.2 ohm.m., equivalente al agua de mar. Para el presente estudio se han resumido el rango de resistividades en la Tabla 2. Tabla 2: Rango de Resistividades. Dado la estrecha relación que existe entre la resistividad eléctrica y el grado de saturación del terreno, se podrá identificar la posible ubicación de las áreas de filtración y las zonas saturadas del subsuelo. En tal sentido, se puede decir que al haber incrementos de fluidos en el terreno estos se verán reflejados por una disminución en valores de resistividad. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 81 Instituto Geofísico del Perú 2. RECOLECCION DE DATOS En este estudio se ha realizado la aplicación de métodos sísmicos y geofísicos, para identificar las propiedades físicas de los suelos. Para aplicar la técnica de razones espectrales (H/V) se utiliza registros de vibración ambiental y mediante los arreglos sísmicos lineales (MASW) se conoce la distribución de velocidades en el subsuelo; del mismo modo, con los métodos eléctricos (ERT), los valores de resistividad del suelo. A continuación, se describe las características de los datos. 2.1. Registro de vibración ambiental (H/V) Para la obtención de los registros de vibración ambiental se utiliza el equipo sísmico compuesto por un registrador tipo CityShark y sensores de tres componentes de tipo Lennartz (Figura 6). Figura 6: Equipo sísmico utilizado para el registro de vibraciones ambientales en Alto de la Alianza: sensores Lennartz (2N) y registrador CityShark II. Para la aplicación de esta técnica se procedió, sobre el mapa catastral de la ciudad de Tacna, a definir la distribución y el número de puntos para el registro de vibraciones ambientales teniendo en cuenta la información geológica y geomorfológica de la zona de estudio. Cada uno de los puntos de registro de vibración ambiental obtenidos en campo, tienen una duración de 15 minutos, lo cual permite disponer de buena cantidad de información para su posterior análisis. En el área urbana de Alto de la Alianza, se consideró 100 registros de vibración ambiental obtenidos de maneras puntuales y distribuidas según la Figura 7. En la Figura 8, se muestra la disposición del equipo sísmico al momento del registro de información, además de ejemplos de señales de vibración ambiental. La señal registrada en el punto AL-048 presenta bajos niveles de ruido; mientras que, la señal en Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 82 Instituto Geofísico del Perú AL-061, presenta diversidad de pulsos de variada amplitud, que al momento de su análisis, pueden ser filtrados, para no afectar a la información a utilizarse en este estudio. Figura 7: Mapa catastral del área urbana de Alto de la Alianza con la distribución de puntos donde se tomaron registro de vibración ambiental. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 83 Instituto Geofísico del Perú Figura 8: Ejemplos de la disposición del equipo sísmico para el registro de vibraciones ambientales. Ejemplos de registros de vibración ambiental obtenidos sobre una zona con ruido transitorio (AL-061) y otro con ruido de fondo constante (AL-48). Obsérvese las diferentes amplitudes de la señal registrada en cada punto. A L - 6 1 A L - 4 8 Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 84 Instituto Geofísico del Perú 2.2. Registro de arreglos lineales (MASW) Para el registro de información se ha utilizado un equipo sísmico (sismómetro) de uso multipropósito, modelo GEODE de Geometrics, 24 sensores o geófonos de baja frecuencia (4.5 Hz). Como fuente de impacto y/o energía para generar las ondas sísmicas, se utilizó un martillo de 20 lbs, ver Figura 9. Los parámetros de registro, tales como la geometría del tendido, espaciamiento entre geófonos, fue variable ya que dependió de la geomorfología de la zona de estudio y accesibilidad. La frecuencia de muestreo fue de 4000 Hz (0.25 ms) con un pre-trigger de -0.1s y una longitud de registro de 2 segundos. Figura 9: Equipos utilizados en la toma de datos de MASW en la zona industrial. En el distrito de Alto de la Alianza se realizaran 7 arreglos sísmicos cuya distribución geofísica se muestra en la Figura 10, codificadas como: LS01-AL, LS02- AL,… y en la Tabla 3, se presentan las coordenadas de cada línea. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 85 Instituto Geofísico del Perú Figura 10: Mapa del área urbana de Alto de la Alianza y distribución espacial de las líneas sísmicas codificadas como: LS01-AL,…, LS07-AL. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 86 Instituto Geofísico del Perú Tabla 3: Coordenadas y características de las Líneas Sísmicas. Durante su adquisición se visualiza los datos sísmicos (sismogramas), a fin de verificar la calidad de los datos y el nivel de ruido, tal como se observa en la Figura 11. Para mejorar la relación señal/ruido fue necesario realizar apilamientos de señales (en cada punto de disparo se registran varios golpes y es acumulado al anterior), contenidos con cuatro a cinco golpes en cada punto “shot”. Finalmente, se realiza el procesamiento preliminar para determinar si la profundidad y la velocidad sísmica obtenida, tienen coherencia con la geología local. El procesamiento de los datos de campo (MASW) fue realizado en el programa de computación SeisImager. Figura 11: a) Registro sísmico con bajo contenido de ruido ambiental; es decir, alta calidad. b) Registro sísmico con alto contenido de ruido ambiental. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 87 Instituto Geofísico del Perú En la Figura 12, como ejemplo, se muestra la disposición del equipo y el registro sísmico obtenido para la línea sísmica LS04-AL, realizada en el estadio Héroes del Alto de la Alianza. El sismograma obtenido contiene las señales sísmicas con presencia de bajo ruido ambiental; por lo tanto, son datos de calidad. Figura 12: Disposición del equipo de adquisición por el método de MASW y el registro sísmico obtenido. 2.3. Registro de la resistividad del suelo (ERT) Para el registro de información ERT se ha utilizado un equipo de Resistividad / IP Syscal Pro de marca Iris Instruments, 30 electrodos de acero y 10 cables de potencial multiconductor. En la ciudad de Alto de la Alianza se ha realizado 04 líneas de tomografía eléctrica con el dispositivo polo-dipolo y la distribución de 30 electrodos. Para las líneas se consideró un espaciamiento de 10 metros, entre cada electrodo sobre un tendido longitudinal que variaba de 260 a 290 metros, lo cual permitió tener alcances en Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 88 Instituto Geofísico del Perú profundidad del orden de los 40 metros. En la Tabla 4, se muestra las coordenadas UTM (WGS84) que corresponden a los puntos extremos de las líneas eléctricas (Figura 13). Tabla 4: Coordenadas de las Líneas eléctricas (LE) del área urbana de Alto de la Alianza. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 89 Instituto Geofísico del Perú Figura 13: Mapa del área urbana de Alto de la Alianza y distribución espacial de las líneas de tomografía eléctrica codificadas como: LE01-AL,…, LE04-AL Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 90 Instituto Geofísico del Perú La calidad de la señal eléctrica registrada fue evaluada mediante un test de resistencia de contacto entre los electros y el terreno, garantizando la obtención de datos confiables para el procesamiento. Se busca mejorar las imágenes con el uso de filtros que disminuyeran los efectos de borde, medidas negativas de resistividad aparente y la obtención de dos ciclos de registro por cada punto de medida de resistividad. Para evaluar la calidad de los registros se consideró los siguientes criterios:  La diferencia de potencial registrada debe ser mayor a 0.2 mV.  La relación entre el potencial registrado y la intensidad de corriente (V/I) debe ser mayor o igual a 5 x 10-4 Ω.  La diferencia de resistividad entre los dos ciclos de medida realizados en cada punto de registro debe ser inferior al 3%.  La resistividad mínima y máxima aparente ha de estar entre 1 y 100 000 Ωm. Para el procesamiento de la información recolectada se ha hecho uso de los algoritmos de inversión DCIP2D y OASIS MONTAJ. En la Figura 14, se tienen la disposición de equipo eléctrico en campo y un ejemplo, de la distribución de los valores de resistividad en profundidad. Figura 14: Disposición del equipo de adquisición por la técnica de ERT (LE02-AL) y registro eléctrico obtenido en campo. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 91 Instituto Geofísico del Perú 3. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN En este estudio se ha realizado la aplicación de los siguientes métodos sísmicos y geofísicos: razones espectrales (H/V), arreglos sísmicos lineales (MASW) y métodos eléctricos (ERT). Todos tienen como principal objetivo conocer las propiedades físicas y dinámicas del subsuelo (periodos dominantes, velocidades sísmicas, resistividades del subsuelo, etc.). A continuación, se describe el desarrollo de estos métodos y los principales resultados obtenidos en cada caso para el área urbana de Alto de la Alianza. 3.1. Estudio Sísmico con la Técnica de H/V Se ha obtenido los espectros de Fourier para las tres componentes de registro de vibración ambiental, conocer las frecuencias y/o periodos dominantes de vibración natural del suelo y en algunos casos, la amplificación sísmica relativa para cada punto de registro (100 puntos). - Distribución de frecuencias predominantes: A partir de los valores extraídos de las razones espectrales H/V, se obtiene mapas con la distribución espacial de los valores de frecuencias predominantes para el área urbana de Alto de la Alianza, siendo sus características las siguientes: - Frecuencia predominante F0: En la Figura 15, se muestra el mapa con la distribución espacial de los valores de F0, en la cual predominan valores de entre 1.0 y 1.5 Hz. Estos están presentes principalmente en la zona norte y suroeste del área urbana, sobre la ladera del cerro Intiorko, lo que evidencia la presencia de materiales de gran espesor. En la Figura 16, se muestra ejemplos de razones espectrales para los puntos AL- 60(B), AL-72(D) y AL-93(F), ubicados: el primero, por la Urb. San Pedro y San Pablo; el segundo, por la Asoc. José Abelardo Quiñones; y el tercero, por La Urb. Cruz Divina. Los suelos bajo estos puntos responden a frecuencias entre 1.16, 1.14 y 1.28 Hz con amplificaciones relativas de 3.9, 2.4 y 2.2 veces. Espacialmente son pocos los puntos donde se identifica esta frecuencia predominante Fo. Los puntos AL -56(A), AL-71(C) y AL-87(E), ubicados sobre la ladera del cerro Intiorko: el primero, por la carretera hacia Tarata; el segundo, por la Urb. Buena Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 92 Instituto Geofísico del Perú Vista; y el tercero, por la Urb. Héroes del Alto de la Alianza, presentan frecuencias predominantes 1.50, 1.08 y 1.28 Hz; y amplificaciones de 2.7, 2.3 y 2.2 veces respectivamente. Adicionalmente, en otros puntos sobresalen frecuencias de 7.58 y 4.85 Hz con amplificaciones de 2.3 y 1.8 veces. Estos resultados muestran la existencia de capas sedimentarias de gran espesor. La presencia de dos picos de frecuencia evidencia mayor complejidad en la respuesta de los suelos a pesar de presentar baja amplificación. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 93 Instituto Geofísico del Perú Figura 15: Mapa del área de estudio con la distribución espacial de las frecuencias predominantes Fo (F≤2.0Hz) definidas en cada punto. Las letras indican la ubicación de los gráficos que se son considerados en la Figura 16. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 94 Instituto Geofísico del Perú Figura 16: Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango Fo (F≤2.0Hz): puntos AL-60(B), AL-72(D) y AL- 93(F), ubicados el primero por la Urb. San Pedro y San Pablo; el segundo por la Asoc. José Abelardo Quiñones y el tercero, por La Urb. Cruz Divina. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 95 Instituto Geofísico del Perú Figura 16: …Continuación…/ Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango Fo (F≤2.0Hz): puntos AL- 56(A), AL-71(C) y AL-87(E), ubicados sobre la ladera del cerro Intiorko, el primero por la carretera hacia Tarata, el segundo por la Urb. Buena Vista y el tercero, por la Urb. Héroes del Alto de la Alianza. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 96 Instituto Geofísico del Perú - Frecuencia predominante F1: En la Figura 17 se muestra la distribución espacial de las frecuencias predominantes F1 (F>2.0Hz). En este rango en el área de estudio predomina frecuencias entre 3.0 a 5.5 Hz, con un pico bien definido, a excepción de la zona ubicada cerca de las urbanizaciones Túpac Amaru y Virgen de la Asunta. Figura 17: Mapa del área de estudio con la distribución espacial de las frecuencias predominantes F1 (F>2.0Hz) definidas en cada punto. Las letras indican la ubicación de los gráficos que se están considerando en la Figura 18. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 97 Instituto Geofísico del Perú En la Figura 18 se muestran ejemplos de razones espectrales obtenidas para los puntos AL-55(Q), AL-69(R) y AL-75(S), ubicados a lo largo de ladera del cerro Intiorko: el primero, cerca de la zona de Las Antenas; el segundo, por la Asoc. Alberto Fujimori; y el último, por la Asoc San Cristóbal, todas presentan frecuencias predominantes a 6.97, 6.45 y 4.48 Hz y amplificaciones de 2.6, 2.5 y 2.0 veces, respectivamente. Estos resultados sugieren la presencia de una capa sedimentaria de poco espesor. Los puntos AL-17(B), AL-50(O) y AL-79(U) se ubican en dirección sur por el estadio Héroes del Alto de la Alianza y por el terminal terrestre Collasuyo, todos presentan un pico bien definido a frecuencias predominantes de 4.05, 4.15 y 4.56 Hz con amplificaciones de hasta 3 veces. Asimismo, los puntos AL-18(C), AL-35(H) y AL-36(I), ubicados por la Urb. San Martin, al este del estadio Héroes del Alto de la Alianza, presentan un pico bien definido con frecuencias predominantes a 4.00, 3.77 y 3.58 Hz con amplificaciones de 2.5, 2.0 y 2.1 veces, mostrando de este modo, la existencia de suelos homogéneos. Los puntos AL-03(A), AL-20(D) y AL-76(T), ubicados en dirección sureste, al límite con el cercado de Tacna, presentan un pico bien definido a frecuencias predominantes de 3.59, 3.61 y 4.17 Hz con amplificaciones de 4.7, y 3.3 veces, respectivamente. Los resultados evidencian la existencia de suelos menos rígidos que el resto de la ciudad, y ante la ocurrencia de un evento sísmico puede desarrollar el fenómeno de amplificación sísmica. Los puntos AL-22(E), AL-25(F) y AL-29(G), ubicados en dirección sur, por la entrada de la Panamericana Sur a la ciudad de Tacna y por la I.E. Manuel de Mendiburu, presentan frecuencias predominantes a 4.70, 3.79 y 4.56 Hz con amplificaciones menores a 2 veces, lo que evidencia la existencia de suelos homogéneos. Por otro lado, los puntos AL-37(J), AL-38(K) y AL-52(P), ubicados al suroeste, en la desembocadura de la quebrada del Diablo, responden a suelos con frecuencias predominantes variables de 8.52, 19.9 y 5.0 con amplificaciones de 1.9, 3.5 y 4 veces, respectivamente. Estos resultados muestran la existencia de suelos heterogéneos con diferente grado de compacidad. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 98 Instituto Geofísico del Perú Finalmente, los puntos AL-41(L), AL-43(M) y AL-46(N), ubicados al suroeste por las Asoc. Virgen de la Asunta, Túpac Amaru y San Pedro y San Pablo respectivamente, son suelos que no presentan frecuencias predominantes, lo que evidencia que estas zonas son dinámicamente más estables que el resto de la ciudad. Figura 18: Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango Fo (F≤2.0Hz): puntos AL-55(Q), AL-69(R) y AL- 75(S), ubicados a lo largo de ladera del cerro Intiorko; el primero, cerca de la zona de Las Antenas; el segundo, por la Asoc. Alberto Fujimori; y el último por la Asoc. San Cristóbal. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 99 Instituto Geofísico del Perú Figura 18: …Continuación…/ Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango Fo (F≤2.0Hz): puntos AL - 17(B), AL-50(O) y AL-79(U), ubicados al sur por el estadio Héroes del Alto de la Alianza y por el terminal terrestre Collasuyo. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 100 Instituto Geofísico del Perú Figura 18: …Continuación…/ Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango F1 (F>2.0Hz): puntos AL- 18(C), AL-35(H) y AL-36(I), ubicados por la Urb. San Martin, al este del estadio héroes del Alto de la Alianza. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 101 Instituto Geofísico del Perú Figura 18: …Continuación…/ Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango F1 (F>2.0Hz): puntos AL- 03(A), AL-20(D) y AL-76(T), ubicados al sureste, límite con el cercado de Tacna. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 102 Instituto Geofísico del Perú Figura 18: …Continuación…/ Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango F1 (F>2.0Hz): puntos AL- 22(E), AL-25(F) y AL-29(G), ubicados al sur, por la entrada de la Panamericana sur a la ciudad de Tacna y por la I.E. Manuel de Mendiburu. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 103 Instituto Geofísico del Perú Figura 18: …Continuación…/ Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango F1 (F>2.0Hz): puntos AL- 37(J), AL-38(K) y AL-52(P), ubicados al suroeste, en la desembocadura de la quebrada del diablo. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 104 Instituto Geofísico del Perú Figura 18: …Continuación…/ Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango F1 (F>2.0Hz): puntos AL- 41(L), AL-43(M) y AL-46(N), ubicados al suroeste por las Asoc. Virgen de la Asunta, Túpac Amaru y San Pedro y San Pablo respectivamente. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 105 Instituto Geofísico del Perú El análisis de razones espectrales H/V en la ciudad de Alto de la Alianza ha permitido observar la presencia de dos rangos de frecuencias: F0 (< 2Hz) presente en algunos puntos de las laderas y sobre el cerro Intiorko y F1 (>2.0 Hz) presentes, de manera uniforme, en toda la zona de estudio. Los suelos del área urbana de Alto de la Alianza responden principalmente a frecuencias entre 3.0 y 5.5 Hz, asociadas a una capa sedimentaria superficial de poco espesor; sin embargo, existen puntos en los cuales el suelo es influenciado por un segundo pico de frecuencias bajas (1.0 a 1.5Hz), evidenciando la complejidad de los suelos en esas áreas. Además, existen zonas puntuales donde el suelo no responde a ninguna frecuencia; por ejemplo, las urbanizaciones Virgen de la Asunta y Túpac Amaru. Por otro lado, la zona sureste presenta grandes amplificaciones en relación al resto de la ciudad (mayores a 3 veces), lo que sugieren la presencia de suelos flexibles que podrían presentar el fenómeno de amplificación sísmica con la ocurrencia de un sismo. 3.2. Estudio Sísmico con la Técnica de MASW Los modelos de velocidad de propagación Vs representan ser información muy útil en materia de riesgo sísmico y reconocimiento general de la estructura y naturaleza del subsuelo. El procesamiento permitió llegar hasta profundidades de 30 metros en cada línea sísmica. Todas las líneas están ubicadas en la zona urbana del área de estudio. A continuación, se describe los resultados obtenidos para las líneas agrupadas, según su similitud de velocidad Vs en el perfil sísmico y ubicación: Líneas sísmicas LS01-AL, LS03-AL, LS04-AL y LS06-AL: Realizadas en la calle Los Lirios de la Urb. San Pedro (LS01), sobre el cerro Intiorko, por la zona denominada Las Antenas (LS03), en el estadio Héroes del Alto de la Alianza (LS04) y en la Asociación de Vivienda José Abelardo Quiñones (LS06). En todos estos perfiles se identifica la presencia de suelos conformados por dos capas: la primera, de 4 a 13 metros de espesor y velocidades Vs entre 230 a 320 m/s, que sugieren la presencia de suelos moderadamente rígidos; y la segunda, con velocidades Vs de 350 a 420 m/s y espesores de 7 a 11 metros que indican la presencia de suelos rígidos. La superficie de contacto con el semiespacio, presenta velocidades Vs > 500 m/s que sugiere la existencia de suelos muy rígidos. Línea sísmica LS02-AL y LS05-AL: Líneas sísmicas realizadas en la Asociación de Vivienda Túpac Amaru (LS02) y en la I.E. Guillermo Auza Arce (LS04). Los Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 106 Instituto Geofísico del Perú resultados obtenidos indican la presencia de suelos conformados por dos capas: la primera de 4 a 16 metros de espesor y velocidades Vs entre 317 y 318 m/s que sugieren la existencia de suelos moderadamente rígidos. La segunda capa, con velocidades Vs de 516 y 506 m/s y espesores de 10 metros considerados como suelos muy rígidos. La superficie de contacto con el semiespacio presenta velocidades Vs > 720 m/s, lo cual sugiere la presencia de suelos muy rígidos. Línea sísmica LS07-AL: Realizada en la Asociación de Vivienda Taller Héroes del Alto Alianza. Sus resultados indican la presencia de suelos conformados por una capa de 7 metros de espesor y velocidad Vs de 542 m/s, que sugiere la existencia de suelos muy rígidos. La superficie de contacto con el semiespacio presenta velocidades Vs>995 m/s, que evidencia la existencia de roca moderadamente dura. En la Tabla 5, se resume los valores de velocidad de ondas de corte Vs para los distintos tipos de perfiles de suelo, según lo mostrado en la Tabla 1. En la Figura 19, se presenta los resultados obtenidos para la línea sísmica LS01 y para las líneas restantes ver los Anexos. Tabla 5: Valores de espesor y Vs de las líneas sísmicas realizados en Alto de la Alianza. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 107 Instituto Geofísico del Perú Figura 19: Resultados obtenidos con el método MASW para el arreglo LS01-AL. Finalmente, los resultados obtenidos definen la existencia de 2 capas sísmicas y un semiespacio. El análisis de los resultados obtenidos para cada capa sísmica identificada y su correlación con la geología local serán descritos a continuación: El área urbana de Alto de la Alianza presenta suelos moderadamente rígidos para la primera capa de 4 a 13 m. con velocidades de 230 a 320m/s y la segunda capa (Vs 350 a 420 m/s) con espesores de 7 a 11 metros, correspondiente a suelos rígidos y que a profundidad, alcanza velocidades >500 m/s, evidenciando suelos muy rígidos. Estos suelos están conformados por depósitos aluviales. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 108 Instituto Geofísico del Perú Al norte, por la asociación de Vivienda Túpac Amaru, se presenta suelos moderadamente rígidos (Vs 318m/s) con espesores de 5 metros. Asimismo, al sur por la I.E. Guillermo Auza Arcelas, las velocidades son similares, pero con espesores mayores (16m) para la primera capa. La segunda capa tiene velocidades de Vs 500 m/s y en profundidad, alcanzan velocidades de 720m/s. Asimismo, sobre el cerro Intiorko, por la Asociación de Vivienda Taller Héroes del Alto Alianza, se presentan suelos muy rígidos para la primera capa (Vs 542 m/s) y en profundidad, se evidencia la presencia de rocas moderadamente blandas (Vs 995 m/s). Según lo expuesto, los suelos de mayor espesor están presentes conforme se avanza al sur. Según la geología local, los suelos en Alto de la Alianza lo constituyen depósitos aluviales consolidados en diferente grado a profundidad, a excepción de la línea LS07, que se encuentra sobre la formación Huaylillas. 3.3. Periodos Dominantes Para presentar los resultados finales obtenidos con la técnica razones espectrales, los valores de frecuencias fueron transformados a periodos dominantes y para construir el mapa de periodos, se asignó a cada punto de medición un radio de confiabilidad de 10 metros, lo cual facilita los procedimientos seguidos para la zonificación de los suelos. En la Figura 20 se muestra la distribución espacial de los valores de periodos dominantes para el área urbana de Alto de la Alianza, los cuales han sido separados en dos grupos, en color negro/rojo para periodos menores a 0.3 segundos, en gris los periodos mayores. Los periodos de 0.3 segundos, se distribuyen de manera uniforme en el extremo sur oeste, por la IE Guillermo Auza Arce; mientras que, periodos de 0.1 y 0.2 segundos se presentan en casi toda el área de estudio. Asimismo, el 15% de los puntos presentan sensibilidad a periodos de 0.7 y 0.9 segundos y se encuentran distribuidos de manera dispersa en la ladera y sobre el cerro Intiorko. Las mayores amplificaciones, en ambos grupos de periodos, se presentan al sureste, límite con Ciudad Nueva y Tacna. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 109 Instituto Geofísico del Perú Figura 20: Mapa de la distribución espacial de los valores de periodos dominantes. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 110 Instituto Geofísico del Perú Los periodos dominantes que caracterizan los suelos de la ciudad de Alto de la Alianza están relacionados con las condiciones físico-dinámicas a través de la relación To=4H/Vs, donde To es el periodo dominante, H el espesor del estrato y Vs es la velocidad de onda de corte. Asumiendo velocidades de 300 m/s para las ondas de corte (Vs) y periodos de 0.3 segundos, se estima una capa superficial con espesores de 23 metros, para la zona sur y sur este. Del mismo modo, para el resto del área de estudio se ha considerado periodos de 0.1 y 0.2 segundos y Vs de 300 y 400 m/s, la existencia de capas del suelo con espesores entre 12 a 17 metros. Estos espesores de las capas son confirmados con los modelos de velocidad. En la ciudad de Alto de la Alianza, la distribución espacial de periodos dominantes mayores a 0.3 segundos, sugiere la presencia en el subsuelo de una capa profunda de mayor potencia, que en este distrito, se encuentra principalmente por la desembocadura de la quebrada del Diablo. Asimismo, los periodos menores sugieren la presencia de una capa superficial de menor espesor. 3.4. Secciones de resistividad geoeléctrica A continuación, se describe los resultados obtenidos para las líneas de tomografía eléctrica realizados en el área urbana de Alto de la Alianza: La línea LE01-AL realizada en la Urb. San Pedro, definió la existencia de dos horizontes geoeléctricos; donde el primero es el que presenta valores medianamente resistivos (>100 Ω.m), asociados a la presencia de depósitos aluviales conformados de gravas re-transportadas por la quebrada del Diablo (cauce estacional); además existen roca fracturada y zona de relleno y residuos sólidos. En el segundo horizonte, se tienen valores bajo resistivos (<100 Ω.m) relacionados a un mayor contenido de humedad en las arenas limosas. La línea LE02-AL realizada en el estadio Héroes del Alto de la Alianza, presenta dos horizontes geoeléctricos, donde el material medianamente resistivo asociado a gravas y a arenas cuarzosas. El primer horizonte, esta suprayaciendo al material bajo resistivo y el segundo horizonte, se correlaciona a una mayor permeabilidad de las arenas en profundidad, ver Figura 21. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 111 Instituto Geofísico del Perú Figura 21: Vista de las líneas eléctricas LE01-AL y LE02-AL. La línea LE03-AL, realizada en la Asociación José Abelardo Quiñones, en mayor porcentaje presenta valores bajo resistivos, sugiriendo que estos valores se asocian a la presencia de medios saturados con alta porosidad y permeabilidad que pueden deberse a la influencia de la actividad antrópica. Asimismo, en mayor porcentaje se presentan valores medianamente resistivos en forma aislada, asociadas a rocas fracturadas y zonas de relleno, ver Figura 22. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 112 Instituto Geofísico del Perú Figura 22: Vista de la línea eléctrica LE03-AL. La línea eléctrica LE04-AL, ubicada en la I.E. Guillermo Auza Arce, próxima a la Av. El Sol, fue realizada sobre depósitos aluviales cubiertos por cenizas, en la cual se identificó la presencia de dos horizontes geoeléctricos: el primero, donde la superficie, presenta mayor resistividad y está conformado por material resistivos a muy resistivos (>500 Ω.m) hasta profundidades de 30 metros, asociado a material volcánico y relleno antrópico en superficie. Respecto al segundo medio, este presenta mayor conductividad, con presencia de materiales medianamente resistivos a baja resistividad (< 500 Ω.m), asociados a arenas limosas con contenido de humedad. Resumiendo, estas líneas eléctricas presentan un menor porcentaje de valores medianamente resistivos (>100 Ω.m), asociados a la existencia de materiales con menor contenido de humedad, porosidad y permeabilidad como los depósitos aluviales con presencia de gravas; mientras que, en mayor porcentaje se presentan valores bajo resistivos (<100 Ω.m), tanto en superficie como en profundidad, siendo medios con mayor contenido de humedad, correspondiendo a la presencia de materiales con mayor permeabilidad como las arenas limosas y porosas, pudiendo volverse un medio saturado (Figura 23). En estos perfiles, no se ha determinado la profundidad del nivel freático. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 113 Instituto Geofísico del Perú Figura 23: Vista de la línea eléctrica LE04-AL. En la Tabla 6, se muestra la orientación, profundidad alcanzada en el estudio y la saturación del medio. En la Figura 24, se presenta el resultado obtenido para la línea LE01-AL, para el resto ver los Anexos. Tabla 6: Profundidad y presencia o no de medios saturados de las líneas eléctricas obtenidas en Alto de la Alianza (NP, No Presente; P, Presente). Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 114 Instituto Geofísico del Perú Figura 24: Análisis e interpretación geofísica obtenida con el método de tomografía eléctrica para la línea LE01-AL. De acuerdo a los datos analizados, se puede decir que los materiales bajo resistivos a muy bajo resistivos, son los que predominan en profundidad; mientras que, en en superficie se ve una tendencia a contar con material medianamente resistivo en el área urbana de Alto de la Alianza, a excepción de la línea LE04-AL, donde el material predominante, es altamente resistivo a resistivo. En el área de estudio no se ha definido la presencia del nivel freático, debido a una sobre explotación del agua subterránea, esta ha descendido a profundidades de 80 a 100 metros en el área urbana de Alto de la Alianza (Peña et al. 2009). Sin embargo, la mayoría de las líneas presentan materiales saturados en profundidad (>10 metros). La proximidad a la quebrada del Diablo ubicada al Suroeste de Alto de la Alianza y otros Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 115 Instituto Geofísico del Perú aportes de fluidos, generan la saturación del subsuelo. Es importante precisar que también existen residuos sólidos que son enterrados de forma inadecuada y según Peña et al. (2009), al entrar en contacto con medios permeables mal protegidos pueden ser grandes contaminantes. Geológicamente, Alto de la Alianza, presenta depósitos aluviales conformados por material no consolidado que puede almacenar aguas subterráneas, presente en casi toda el área urbana de Alto de la Alianza. En la zona de las Lomas (al oeste) existe la formación Huaylillas compuesta por material volcánico (tobas rosáceas en una matriz de areniscas), en la cuenca del río Caplina se han encontrado acuitardos en esta formación, con baja permeabilidad, pero la porosidad de las tobas crea condiciones para generar medios saturados. El material que conforma el acuífero es cantos rodados de diversos tamaños, arenas, limos y arcillas regularmente compactados y depositados en forma alternada, ubicándose el material más fino en las zonas más profundas del acuífero. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 116 Instituto Geofísico del Perú 4. ZONIFICACION SÍSMICA - GEOTÉCNICA El mapa de Zonificación sísmica-geotécnica para el área urbana de Alto de la Alianza, se elabora en función de la integración de los resultados de los estudios geológicos, geotécnicos y geofísicos, delimitando zonas cuyos suelos presentan características de respuesta similares ante la ocurrencia de un sismo. Las características dinámicas del suelo y sus propiedades mecánicas, han permitido identificar en el área de estudio, de acuerdo a la Norma de Construcción Sismorresistente E.030, la existencia de dos zonas con suelos Tipo S1 y S4. Dentro de esta zona, hacia el sur y sur este los suelos presentan amplificaciones mayores a 3 veces y en toda el área los suelos responden a periodos entre 0.1 a 0.3 segundos. 4.1. Mapa de Zonificación Sísmica - Geotécnica Para el área urbana de Alto de la Alianza, se propone la siguiente zonificación sísmica-geotécnica (Figura 25). - ZONA I: Conformada por estratos de grava y arena coluvial mal gradada, que se encuentran, a nivel superficial cubiertos por depósitos de material fino (arenas limosas) con espesores de hasta 15 metros. Este suelo tiene un comportamiento de semi-rígido a rígido, con periodos de vibración natural que varían entre 0.1 a 0.3 segundos y velocidades de propagación de onda de corte VS, entre 350 y 830 m/s, que corresponde a un dominio de suelos Tipo S1 según la norma sismorresistente peruana. Se demarca con color verde los suelos que responden a periodos de 0.1 y 0.2 segundos y de verde claro los que responden a periodos de 0.3 segundos. Dentro de esta zona (S1), con líneas en rojo, se delimitan las áreas de la Urb. San Martin y la Esperanza (límite con Tacna y Alto de la Alianza), donde los suelos presentan amplificaciones relativas mayores a 3 veces, evidenciando una menor consistencia de estos suelos respecto al resto del área de estudio. Por otro lado, hacia la Asoc. Héroes del Alto de la Alianza, los suelos muestran sensibilidad a un segundo rango de periodos entre 0.8-0.9 s. Estos resultados sugieren que a pesar que estos suelos muestran una gran consistencia por sus bajas amplificaciones, al presentar sensibilidad a dos rangos de periodos, evidencian complejidad en su respuesta dinámica ante la ocurrencia de un sismo de gran magnitud. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 117 Instituto Geofísico del Perú ZONA II y III: Los suelos correspondientes a estas zonas no fueron identificados en el área analizada. ZONA IV: Esta zona corresponde a suelos cuyas características físicas y dinámicas son excepcionales, por lo que su comportamiento comprende a suelos Tipo S4. Delimita suelos topográficamente inestables, ubicados al NO de la zona céntrica de Alto de la Alianza y la zona de flujos de detritos presentes en la Quebrada del Diablo (extremo SO del área de estudio). Esta zonificación condiciona el tipo de estructura que se debe construir; es decir, el tipo de material, geometría y el número de pisos en las viviendas o de grandes obras de ingeniería. Se debe buscar que el periodo fundamental de respuesta de la estructura no coincida con la del suelo a fin de evitar que se experimente el fenómeno de resonancia y/o una doble amplificación sísmica. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 118 Instituto Geofísico del Perú Figura 25: Mapa de Zonificación Sísmica del área urbana de Alto de la Alianza. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 119 Instituto Geofísico del Perú CONCLUSIONES El estudio de Zonificación Sísmica-Geotécnica (Comportamiento Dinámico del Suelo) para el área urbana de Alto de la Alianza, ha permitido llegar a las siguientes conclusiones: - Los resultados obtenidos de las razones espectrales H/V, permiten mostrar un pico de frecuencia bien definido, en toda el área urbana (frecuencias entre 3.0 y 5.5 Hz), así como la presencia de un segundo pico de menor amplitud con tendencia a valores menores de frecuencia sobre las laderas del cerro Intiorko con valores entre 1.0 y 1.5 Hz. Estos valores bajos de frecuencias se asocian a depósitos sedimentarios de mayor espesor. Las mayores amplificaciones se presentan hacia el extremo sureste del área de estudio, límite con los distritos de Ciudad Nueva y Tacna y con amplificaciones relativas mayores a 3 veces, lo que evidencia la existencia de suelos más flexibles en esta área, que el resto del área estudiada. La presencia de dos picos de frecuencias existentes en algunos puntos, evidencia la mayor complejidad en la respuesta dinámica de los suelos a pesar de presentar bajas amplificaciones, a diferencia de los suelos que presentan un pico bien definido con moderada amplificación, presente en casi toda la zona de estudio. - Los resultados de MASW, definen para el área de estudio la presencia de 2 capas sísmicas y un semiespacio. Según los resultados obtenidos con el método sísmico, predominan los suelos moderadamente rígidos para la primera capa (Vs 230 a 320 m/s), con espesores de 4 a 13 metros presente en toda el área de estudio. Los mayores espesores se encuentran en la zona sur y suroeste. Esta capa suprayace a suelos rígidos y en profundidad a suelos muy rígidos. Asimismo, en la zona norte del distrito sobre el cerro Intiorko, predominan suelos muy rígidos (Vs 540 m/s) y en profundidad, alcanzan Vs de 990m/s. - Los suelos de Alto de la Alianza responden a periodos de 0.1 y 0.3 segundos. Los periodos de 0.3 segundos, se distribuyen de manera uniforme al sur-oeste, por la IE Guillermo Auza Arce; mientras que, los periodos de 0.1 y 0.2 segundos se presentan en casi toda el área de estudio. Asimismo, en las laderas y sobre el cerro Intiorko, los suelos son influenciados por periodos de 0.7 y 0.9 segundos. Por otro lado, conforme se tiende al extremo SE, límite con los distritos de Ciudad Nueva y Tacna, se presentan amplificaciones mayores que en toda el área estudiada (3 Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 120 Instituto Geofísico del Perú veces). Finalmente, existe de manera puntual zonas donde los suelos no responden a periodo predominante, como son la Urb. Túpac Amaru y Virgen de la Asunta. Los periodos dominantes que caracterizan a los suelos de Alto de la Alianza están relacionados con las condiciones físico-dinámicas a través de la relación To=4H/Vs. Asumiendo velocidades de 300 m/s para las ondas de corte (Vs) y periodos de 0.3 segundos, se estima una capa superficial con espesores de 23 metros, para la zona sur y sur este. Del mismo modo, en el resto del área de estudio al considerar periodos de 0.1 y 0.2 segundos y Vs de 300 y 400 m/s, los espesores de las capas del suelo varían entre 12 a 17 metros. Estos valores para los espesores de las capas superficiales son confirmados con los modelos de velocidad y espesores de capas obtenidos con los arreglos sísmicos. - Según los resultados de Tomografía Eléctrica, en la zona de Alto de la Alianza predomina los medios no saturados (bajas resistividades), asociados a la actividad antrópica y a las quebradas estacionales. Sin embargo, en la línea 4 se ha delimitado dos horizontes geoeléctricos; en superficie se observan valores de resistividad altos (>1500 Ω.m) asociada a material de relleno y arenas. El Cerro Intiorko presentaría un comportamiento semipermeable por estar compuestos de materiales limos tobaceos y conglomerados; mientras que, los depósitos aluviales presentarían menor permeabilidad por estar compuesta por gravas y arenas. El nivel freático en Alto de la Alianza se encontraría a profundidades mayores a 39 metros. - Los resultados obtenidos para el área urbana de Alto de la Alianza, han permitido identificar, según las características dinámicas del suelo, sus propiedades mecánicas y el procedimiento establecido en la Norma E.030, la existencia de dos zonas sísmicas correspondientes a suelos Tipo S1 y S4 que comprenden a suelos semi-rígidos a rígidos y excepcionales. Asimismo, se define como caso especial al sector ubicado por la urbanización San Pedro en la desembocadura de la quebrada del Diablo, donde se presenta de manera localizada la amplificación de la señal sísmica a periodos de 0.1 y 0.8 segundos. Estos resultados sugieren la presencia de suelos con una respuesta dinámica compleja ante la ocurrencia de sismos. 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Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 124 Instituto Geofísico del Perú ANEXOS Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza 125 Instituto Geofísico del Perú ANEXO La información que se detalla está contenida en el CD que se adjunta al presente Informe Técnico. “Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Alto de la Alianza”. 1. Información Geológica Geotécnica:  Fichas de eventos geodinámicos  Registros de calicatas  Densidad de campo  Fichas de granulometría  Registro de posteos  Registro de DPL  Registro de capacidad de carga admisible  Mapas 2. Información Geofísica  Perfiles Sísmicos (MASW)  Secciones Geo eléctricas (ERT)  Mapas