Zonas Geográficas con Gestión de Información Sísmica Generación de Estudios Territoriales de Peligro Sísmico ZONIFICACIÓN GEOFÍSICA – GEOTÉCNICA DE LA CIUDAD DE HUMAY Y BERNALES PROGRAMA PRESUPUESTAL N° 068: REDUCCIÓN DE LA VULNERABILIDAD Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS POR DESASTRES Lima – Perú 2016 Instituto Geofísico del Perú Presidente Ejecutivo: Hernando Tavera Director Científico: Danny Scipion Autores Isabel Bernal Caracterización Geofísica de las áreas urbanas de Humay y Bernales Juan Carlos Gómez Caracterización Geológica y Geotécnica de la ciudad de Humay - Bernales Equipo de Evaluación Geológica y Geotécnica: Pilar Vivanco / Mariana Vivanco 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 Enríquez Este Informe ha sido producido por: Instituto Geofísico del Perú Calle Badajoz 169, Mayorazgo IV etapa, Ate Teléfono (511) 3172300 ZONIFICACIÓN GEOFÍSICA – GEOTÉCNICA DE LAS ÁREAS URBANAS DE HUMAY Y BERNALES Distrito de Humay – Provincia de Pisco – Región Ica Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 2 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 Geofísica - Geotécnica de las áreas urbanas de las ciudades/localidades de Chilca (distrito de Chilca), Coayllo (distrito de Coayllo), Humay - Bernales (distrito de Humay), Imperial (distrito de Imperial), Nuevo Imperial (distrito de Nuevo Imperial), Quilamana (distrito de Quilamana), San Antonio (distrito de San Antonio), San Clemente (distrito de San Clemente) y San Luis (distrito de San Luis). 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 Geofísica – Geotécnica de los suelos de las áreas urbanas de Humay y Bernales”, 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. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 3 ÍNDICE RESÚMEN 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 PARTE 2: Caracterización geológica y geotécnica del área urbana de Humay PARTE 3: Caracterización geológica y geotécnica del área urbana de Bernales PARTE 4: Caracterización sísmica del área urbana de Humay y Bernales ANEXOS: La información considerada en el presente Informe Técnico esta disponible en formato digital. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 4 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 2016 el Proyecto “Zonas Geográficas con Gestión de Información Sísmica” y como parte del mismo, la Dirección de Ciencias de la Tierra Sólida desarrollan la Actividad “Generación de Estudios Territoriales de Peligro Sísmico” a fin de obtener el Mapa de Zonificación Geofísica – Geotécnica (Comportamiento Dinámico del Suelo) para las áreas urbanas de las siguientes áreas urbanas y ciudades (Figura 1): - Chilca, distrito de Chilca, provincia de Cañete, región de Lima. - Coayllo, distrito de Coayllo, provincia de Cañete, región de Lima. - Humay-Bernales, distrito de Humay, provincia de Pisco, región de Ica. - Imperial, distrito de Imperial, provincia de Cañete, región de Lima. - Nuevo Imperial, distrito de Nuevo Imperial, provincia de Cañete, región de Lima. - Quilmaná, distrito de Quilamaná, provincia de Cañete, región de Lima. - San Antonio, distrito de San Antonio, provincia de Cañete, región de Lima. - San Clemente, distrito de San Clemente, provincia de Pisco, región de Ica. - San Luis, distrito de San Luis, provincia de Lima, región de Lima. De acuerdo a la historia sísmica del Perú, la región centro 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 Lima e Ica (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 Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 5 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. Figura 1: Distribución espacial de las ciudades para las cuales se ha realizado la Zonificación Geofísica – Geotécnica de suelos. Los estudios de Zonificación Geofísica – 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 las localidades de las áreas urbanas de Humay y Bernales deben comprender que existen tres (3) reglas para construir una casa sismorresistente (www.acerosarequipa.com): Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 6 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 Geofísica – Geotécnica. b.) Buenos Profesionales. Para la construcción de las viviendas y/o obras de 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 Geofísica – 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 Geofísica - Geotécnica para las áreas urbanas de Humay y Bernales, provincia de Pisco y región de Ica, a partir de la integración de los resultados obtenidos con diferentes métodos sísmicos, geofísicos, geológicos y geotécnicos (Figura 2). 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 La ocupación de la cuenca del río Pisco data desde el Periodo Precerámico (12000 a.n.e), específicamente en el litoral costero, cuyos primeros hombres vivían de la pesca y la recolección de vegetales. Se pueden citar como los primeros asentamientos de éste periodo a Otuma y No 14-VI-514 localizados en la bahía de Paracas (Bastiand, 2006). Posteriormente entre el Periodo Inicial (1800 - 1200 a.n.e.) y el Horizonte Temprano (1200 - 200 a.n.e.), se inicia el desarrollo de las comunidades aldeanas Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 7 expresado en la búsqueda de la perfección del tallado de piedras y cerámica, construcción de canales de riego para una mejor agricultura y la producción textil. A este intervalo cronológico pertenecen los sitios de Disco Verde, Puerto Nuevo, Karwas, Warikayán, Cabezas Largas (quienes desarrollaron los Mantos Paracas) y el asentamiento de Chongos ubicado en la ribera sur del río Pisco (Modificado de Bastiand, 2006). A partir del Periodo Intermedio Temprano (200 a.n.e. - 600 d.n.e.), se inicia el proceso de influencia comercial de la cultura Nazca que reocuparon el sitio de Cabezas Largas. De igual manera lo hicieron los Wari durante el Horizonte Medio (600 – 900 d.n.e.), que expandieron sus dominios a lo largo del territorio peruano como en el valle de Pisco, con los sitios arqueológicos de Maymi, Pantayco, Huaya Chica, entre otros (Bastiand, 2006). Figura 2: Plaza principal de la ciudad de Humay. En el Intermedio Tardío (900 – 1450 d.n.e.), la cultura Chincha tomó mayor relevancia e influencia comercial sobre los demás sitios establecidos en la zona litoral entre los valles de Acarí y Chincha. Su habilidad en la navegación, llevó a realizar intercambios de productos hasta el Ecuador (Bastiand, 2006). La llegada del imperio incaico al valle de Pisco en el Horizonte Tardío (1450 – 1532 d.n.e.), se suscitó desde las zonas andinas ocupando los sitios arqueológicos de los Wari, además de la construcción de nuevos caminos de enlace, tambos, edificios públicos, entre otros. El más representativo es Tambo Colorado ubicado en el distrito de Humay, es un centro administrativo del imperio incaico con ubicación estratégica para el dominio del valle (Bastiand, 2006). Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 8 En la época de la colonia se impulsó la agricultura mediante formación de haciendas vitivinícolas y la estabilización de los lugareños en la zona de Caucato. hacia el año de 1913 se empezó a desplazar gradualmente el cultivo de la caña de azúcar por el algodón, siendo definitivo este proceso en el año 1923, razón por el cual conocidos Ex Presidentes de la República trabajaron en ella como Don Augusto B. Leguía como cajero y Don Guillermo Bilinghurt como administrador haciéndose conocido además un personaje ilustre como Don Fermín Tanguis, que logró que el algodón del Valle de Pisco se cotizara mundialmente. Entre tanto, la construcción de la vía “Los Libertadores Wari” y la carretera Panamericana Sur a mediados del siglo XX jugaron un rol importante en la relación e intercambio comercial entre las localidades establecidas en la zona baja y media del valle de Pisco, como Humay, un distrito agrícola creado el 25 de junio de 1855 bajo el mandato del presidente Ramón Castilla. Este lugar se destaca por sus platos de camarones, sembríos de uvas, creencias religiosas y su cercanía a una de las ruinas mejor conservadas del imperio incaico ya citada (Tambo Colorado). Actualmente, la población total del distrito según INEI (2007) es de 5400 habitantes, establecidos en 1400 viviendas con expansión urbana hacia el lado norte del distrito. El distrito de Humay es uno de los ocho que conforman la provincia peruana de Pisco, ubicada en la región de Ica, bajo la administración del Gobierno Regional de Ica. Limita por el norte con los distritos de San Clemente, Independencia y El Carmen; al este con el distrito Huancano; al sur con el distrito de Salas; y por el oeste con los distritos de San Andrés y Túpac Amaru. Desde el punto de vista jerárquico de la Iglesia católica forma parte de la Diócesis de Ica (Figura 3). Asimismo, la ciudad de Bernales pertenece al distrito de Humay, provincia de Pisco, departamento de Ica, se ubica aproximadamente a 257 km al sur de Lima, la zona urbana se asienta en la margen izquierda del río Pisco (Figura 4). El área urbana de Bernales está ubicada en las coordenadas UTM (Universal Trasversal Mercator): 395552E y 8480612N, abarca un total de 54 has que representan el 0.015% del distrito, con una elevación promedio de 302 m.s.n.m. 1.3. Accesibilidad y Clima El acceso a las zonas de estudio desde Lima se realiza por la carretera Panamericana Sur hasta la ciudad de San Clemente, cuyo recorrido es de 226 km aproximadamente. Luego, se toma la vía Los Libertadores con dirección Este hasta los desvíos de los kilómetros 20.7 y 30.9, para llegar a las áreas urbanas de Bernales y Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 9 Humay, respectivamente. Se debe indicar que, este itinerario se realizó a través de vía asfaltada en buen estado de conservación. Figura 3: Mapa de ubicación geográfica del área urbana de Humay. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 10 Figura 4: Mapa de ubicación geográfica del área urbana de Bernales. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 11 Para entender las condiciones climáticas en el distrito de Humay, se han tomado datos referenciales de la web del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú (SENAMHI). La información obtenida se muestra en la Tabla 1 y corresponde a los datos de la estación meteorológica "Hacienda Bernales - 000650", que se encuentra ubicada a 21 Km al sureste de la ciudad en mención, en las coordenadas geográficas: Latitud 13°44'28.3'', Longitud 75°57'58.9'' y en la cota 305 m.s.n.m., período 2014-2015 (Figura 5). Según esta información, el distrito de Humay presenta clima variado: cálido durante los meses de diciembre – abril; mientras que, se presenta templado en los meses de mayo - noviembre, con temperaturas máximas promedio de 25 a 30 °C y mínimas promedio de 12 a 19°C, respectivamente. Los datos pluviométricos indican que las máximas precipitaciones alcanzan en promedio 4.5 mm mensuales, durante los meses de enero a marzo. Tabla 1: Registro de temperaturas mínimas, máximas y precipitaciones pluviales acumuladas, durante el período 2014 – 2015 (Fuente: SENAMHI). Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 12 Figura 5: La estación meteorológica “Haciendo Bernales - 000650” se ubica a 21 Km al sureste del área urbana de Humay. 1.4. Estudios previos Para el distrito de Humay, se ha recopilado información sobre estudios previos de geología, geotecnia, sísmica y geofísica realizados por diversos investigadores e instituciones a fin de ser considerada para proyectar los objetivos del presente estudio, además de complementar los resultados a obtenerse. Entre los principales documentos técnicos consultados, se tiene:  Walsh (2005) - Estudio hidrológico en la margen izquierda del valle del río Pisco- sector de las lagunas Bernal y Morón. Este estudio tuvo como objetivo determinar los posibles impactos que generaría la instalación del gasoducto sobre las lagunas ubicadas al sureste de Bernales. Para dicho objetivo, se realizaron las mediciones del nivel del agua en estado de reposo, así como muestras químicas de los pozos presentes en la zona. Se realizaron 5 sondajes eléctricos verticales (SEVs) de los cuales solo se adjunta los resultados sin la ubicación de dichos ensayos geofísicos.  Sánchez, et al. (2011) - MicroZonificación Geofísica de la ciudad de Pisco. En este estudio se realizaron 25 calicatas de 2 y 3 metros, 17 perforaciones para ensayos de penetración estándar (SPT) y ensayos de penetración de Cono Peck. Durante los trabajos de exploración obtuvieron un total de 48 muestras disturbadas y 8 muestras inalteradas; adicional al trabajo de campo, recopilaron información de 83 calicatas, 5 ensayos SPT, 40 muestras disturbadas, 5 de corte directo y 25 ensayos de análisis químicos. Con las muestras obtenidas en las Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 13 perforaciones y excavaciones se realizaron ensayos estándar y especiales a fin de clasificar los suelos, así como estimar el peso específico de los suelos, densidad natural, granulometría y humedad natural, según la norma ASTM. Los ensayos con las muestras inalteradas, consistieron en ensayos de corte directo, ensayos de consolidación, ensayos triaxiales. Asimismo, registraron micro trepidaciones en 90 puntos distribuidos en toda la ciudad con la finalidad de conocer el periodo de vibración del suelo. Existen planos en la web, pero no cubren las áreas urbanas de San Clemente ni Humay.  INDECI (2001) - Mapa de peligros, plan de usos del suelo y propuesta de medidas de mitigación de los efectos producidos por los desastres naturales de la ciudad de Pisco. El informe describe los peligros naturales y la extracción de muestras de suelo en la ciudad de Pisco y alrededores. Realizaron veinte (20) calicatas y diez (10) ensayos dinámicos SPL. Finalmente se realizó la identificación de sectores críticos en toda la ciudad, así como las medidas de mitigación para los efectos de los peligros naturales. Existen planos en la web, pero no consideran a las áreas urbanas de San Clemente y Humay.  Fernández, M. (1993) - Geología de los cuadrángulos de Pisco, Guadalupe, Punta Grande, Ica y Córdova. Muestra la descripción litológica de las distintas unidades geológicas de los Cuadrángulos de Pisco (28-k) y Guadalupe (28-l) a escala 1: 100,000 donde se encuentran las áreas urbanas de San Clemente y Humay, respectivamente. Las unidades geológicas identificadas en las zonas de estudio son rocas intrusivas de la Super Unidad Linga, rocas sedimentarias de la Formación Pisco, así como depósitos Cuaternarios. Existen en la web los planos geológicos a escala 1:100,000 y 1: 50,000.  INGEMMET (1981) - Estudio geodinámico de la cuenca del río Pisco. Estudio del comportamiento geodinámico externo e interno de la cuenca, así como las implicancias o consecuencias de éstos, sobre los centros poblados, terrenos de cultivo, vías de comunicación y otras obras de ingeniería civil. Además, de la zonificación y evaluación de las áreas de la cuenca de acuerdo a su comportamiento frente a los procesos geodinámicos, estableciéndose al mismo tiempo el plan de tratamiento o medidas correctivas para disminuir o atenuar la incidencia de estos fenómenos naturales. Finalmente, se presenta un resumen de la evaluación geodinámica y seguridad física de los centros poblados más importantes de la cuenca del río Pisco. No existen mapas en la web. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 14 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 Geofísica - 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 6. Condiciones locales de Sitio Figura 6: 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 Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 15 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 Geofísica - 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 Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 16 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: 𝑉𝑉𝑉𝑉30 = ∑ 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑛𝑛𝑖𝑖=1 ∑ � 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑑𝑑� 𝑛𝑛 𝑖𝑖=1 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 cada zona de interés. Para este estudio, la Zonificación Geofísica – 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 Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 17 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) 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 Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 18 coincida con la del suelo a fin de evitar el fenómeno de resonancia y/o una doble amplificación sísmica. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 19 CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y GEOTÉCNICA DEL ÁREA URBANA DE HUMAY Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 20 CONTENIDO 1. METODOLOGÍA 2. GEOMORFOLOGÍA 2.1. Base topográfica 2.2. Modelo digital del terreno (MDT) 2.3. Pendientes 2.4. Unidades geomorfológicas 3. GEOLOGÍA 3.1. Geología regional 3.1.1. Geología histórica 3.1.2. Geología estructural 3.2. Geología local 3.2.1. Súper Unidad Ica (Ki-ic/mzdi) 3.2.2. Grupo Casma (Ki-c) 3.2.3. Depósitos Cuaternarios 4. GEODINÁMICA 4.1. Procesos de geodinámica interna 4.2. Procesos de geodinámica externa 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 (DPL, Norma DIN 4094) 5.5. Correlación entre “N” DPL y el “N” SPT (ASTM D1586) 5.6. Clasificación de suelos SUCS 5.7. Ensayos de corte directo (Norma ASTM D-3080) 5.8. Capacidad de carga admisible Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 21 1. METODOLOGÍA Para realizar la caracterización geológica y geotécnica de los suelos del área urbana de Humay se ha seguido la siguiente metodología:  Gabinete I: Las actividades realizadas incluyeron la revisión de imágenes satelitales pancromáticas no estereoscópicas (GeoEye-1 del Servidor DigitalGlobe, 2013, con resolución 0.60 m), con la finalidad de delimitar la zona de estudio, así como la recopilación de información bibliográfica de la zona a escala regional y local (boletines geológicos, informes técnicos, entre otros).  Campo I: Se realizó el cartografiado de las unidades geomorfológicas y litológicas aflorantes a escala 1: 15 000. Así también, se identificó y delimito los eventos geodinámicos de la zona: flujo de detritos y caída de rocas en zonas potencialmente susceptibles a la ocurrencia de flujos. Paralelo a este trabajo se construyó la topografía de la zona a escala 1:15 000.  Campo II: Recolección de datos para los siguientes de ensayos geotécnicos: Elaboración de calicatas: Estas se realizaron a una profundidad promedio de 3.00 m. En Humay se realizaron 05 calicatas distribuidas equitativamente entre el casco urbano y área de expansión urbana. Ensayos de Penetración Dinámica Ligera (DPL): Se realizaron con el fin de determinar la resistencia de los suelos al ser penetrados. En Humay se llevaron a cabo 05 DPL. Ejecución de auscultaciones: usando una posteadora manual se realizarón auscultaciones distribuidos en zonas intermedias a la ubicación de la calicata más próxima, lo cual permitiría complementar la información. En el área de estudio se llevaron a cabo 05 posteos.  Laboratorio: Se realizó el procesamiento de las muestras de suelos, a través de ensayos de laboratorio como granulometría (tipo de suelos SUCS), humedad, densidad y corte directo (capacidad portante).  Gabinete II: Elaboración del informe técnico. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 22 2. GEOMORFOLOGÍA La geomorfología estudia las diferentes formas de relieve de la superficie terrestre (geoformas) y los procesos que las generan. El 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 área urbana de Humay, en relación a su origen. Previamente, en base al levantamiento topográfico y mediante herramientas computacionales (SIG) se han elaborado los planos para el área urbana de Humay. el plano Modelo Digital del Terreno (MDT) y de pendientes, a fin de delimitar las características geomorfológicas del terreno y que luego fueron verificadas y validadas durante el trabajo de campo. 2.1. Base topográfica La topografía para el área urbana de Humay y alrededores se ha elaborado a partir del levantamiento topográfico realizado en campo sobre un área de 22 hectáreas (sector urbano). Para este objetivo se utilizó una estación total tipo Nivo 3.C con resolución de 3'’, a partir de un punto de control, cuyas coordenadas fueron establecidas con una antena y receptor GPS/GNSS de doble frecuencia (Tabla 1). Tabla 1: Punto de control ubicado a 400 m al Noreste de la municipalidad de Humay. Luego, desde el punto de control se estableció un polígono cerrado conformado por 7 vértices (Figura 1), así como su corrección taquimétrica para luego realizar 84 mediciones (puntos de relleno) para obtener información planimétrica (coordenadas este Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 23 y norte) y altimétrica (elevación ortométrica), proyectados en el sistema Universal Transversal Mercator (UTM). Asimismo, con la finalidad de complementar la topografía de las zonas aledañas al sector urbano, representado por 2580 ha., se utilizaron imágenes SRTM en formato GeoTiff, descargadas de Consortium for Spatial Information (CGIAR- CSI) y procesadas con los vértices citados. A partir del uso de un software de Diseño Asistido por Computador (CAD) y los datos recabados del levantamiento topográfico y del SRTM, se obtuvo un plano topográfico a escala 1:7500 que contiene curvas de nivel (líneas que unen puntos con igual altitud) con resolución espacial de 7.5 m. Figura 1: Se describe en línea roja el área del polígono (32 ha.), en amarillo el sector urbano (22 ha.) y en blanco las zonas aledañas (2580 ha.). 2.2. Modelo Digital del Terreno (MDT) Los MDT son representaciones gráficas de la superficie del terreno, conformado por un número de puntos con información altimétrica y planimétrica. Por su naturaleza digital, permiten ser utilizados para realizar mapas de pendientes, acumulación de horas de radiación y parámetros morfométricos, entre otros (Felicísimo, 1994). Para la elaboración del MDT del área urbana de Humay, se tomó en cuenta el uso de herramientas SIG sobre las curvas de nivel diseñadas anteriormente, obteniéndose como resultado la representación digital de la superficie del terreno sobre área de 15 km2 (Figura 2). En base a este MDT, el área urbana de Humay se asienta sobre un abanico aluvial, con cotas entre 410 y 460 m.s.n.m; mientras que, las zonas de cultivos se desarrollan sobre terrazas fluvio aluviales con cotas promedio entre 410 y 360 m.s.n.m. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 24 Figura 2: Mapa de modelo digital del terreno (MDT) para el área urbana de Humay y alrededores. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 25 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 mapa de pendientes para el área urbana de Humay, fue elaborada a partir del MDT, 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. Clasificación del grado de pendientes: Para la clasificación de los rangos de pendientes se usó la hipótesis de Fidel et. al. (2006), ver Tabla 2. Tabla 2: Rangos de pendientes del terreno (Fidel et al, 2006). Pendiente en grados (°) Clasificación <5 Muy baja 5 - 20 Baja 20 - 35 Media 35 - 50 Fuerte >50 Muy fuerte El 70% del área urbana de Humay se encuentra asentada sobre un abanico aluvial que presenta pendientes menores a 10° promedio, aunque en dirección norte del área de estudio se encuentran las estribaciones y montañas que superan los 30° desde donde descienden los flujos aluvionales hacia la zona urbana de Humay (Figura 3). 2.4. Unidades geomorfológicas Definen las características físicas de los suelos generadas por procesos morfogenéticos de carácter endógeno (procesos internos) y exógenos (procesos externos) lo cual permite formar relieves positivos y negativos. Características físicas: Las características físicas de la geoforma; es decir, su relieve, expresa una combinación de parámetros como: pendientes, alturas, geometrías y drenajes (modificado de Pike et al., 2009). Estos parámetros son Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 26 directamente accesibles a la percepción visual proximal o distal, sea humana o instrumental. Figura 3: Mapa de pendientes del terreno de la ciudad de Humay y alrededores. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 27 Procesos: Los agentes modeladores como el agua, viento, temperatura, entre otros, desencadenan diversos procesos externos tales como: intemperismo, meteorización, erosión, transporte y depositación generando diferentes geoformas, clasificándose de acuerdo a su origen en depositacional, denudacional (erosional). Otros procesos internos como el magmatismo, tectonísmo, entre otros, generan geoformas de origen estructural. Finalmente, en base a las características físicas de las unidades geomorfológicas y su origen, en área urbana de Humay, se cartografiaron siete unidades: Lecho fluvial, abanicos aluviales, estribaciones y montañas, terraza aluvial 1, 2, 3 y 4, (Tabla 3 y Figura 4) Tabla 3: Determinación de geoformas en el área urbana de Humay en base a sus características físicas y origen. Lecho fluvial: Es el canal excavado por el flujo de agua de un río y los sedimentos que éste transporta durante todo su desarrollo y evolución. La morfología del lecho depende del caudal, la pendiente, el tamaño del sedimento y de lo erosionable que sea el substrato rocoso; es decir, es producto de un equilibrio dinámico entre la carga de sedimentos y su capacidad de transporte. El lecho fluvial del río Pisco se desplaza con dirección de este a oeste, el ancho promedio del cauce llega a medir 490 m, en donde se han depositado gran cantidad de materiales de origen fluvial (gravas y arenas gruesas), ver Figura 5. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 28 Figura 4: Mapa geomorfológico para el área urbana de Humay y alrededores. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 29 Figura 5: El lecho fluvial del río Pisco presenta gran cantidad de gravas redondeadas con arena de grano grueso. Montañas: Son geoformas que no superan los 650 m de altitud, se encuentran al norte de la zona urbana de la ciudad, conformando los cerros La Meda y La Unión con pendientes mayores a 30° grados. Las superficies se encuentran cubiertas por materiales detríticos conformados por clastos y gravas angulosas, así como por arenas eólicas (Figura 6). Abanico aluvial: Ubicados a 200 m al norte del área urbana de Humay, descienden desde los cerros La Unión y La Meda acumulando sedimentos que finalmente forman un gran abanico o semicono, que se encuentran en la salida del torrente de las quebradas con dirección a Humay (Figura 7). Terrazas aluviales 1 y 2: Superficies horizontales o ligeramente inclinadas, cuyo relieve presenta pendientes menores a 7°. Generalmente se encuentran conformadas por materiales heterogéneos (clastos angulosos a subredondeados envueltos en una matriz areno-limosa) de origen intrusivo. Se ha evidenciado la presencia de dos niveles de terrazas aluviales y cuyos límites se han reconocido por el desnivel topográfico que se presentan entre ellas, ver Figura 8. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 30 Figura 6: Las montañas son las unidades que proporcionan los materiales detríticos a los flujos que finalmente forman los abanicos aluviales en Humay. Figura 7: La zona urbana de Humay se encuentra asentada sobre un gran abanico aluvial. Figura 8: Terraza aluvial ubicada en la margen izquierda del río Pisco conformada por clastos angulosos. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 31 Terrazas fluviales 1 y 2: Las terrazas fluviales en el área urbana de Humay son superficies planas y horizontales, con pendientes menores a 5°. En gran porcentaje se encuentran conformadas por clastos y gravas redondeadas con matriz arenosa de diversos tamaños y diámetros, principalmente de origen intrusivo, transportados por la dinámica del río Pisco. En el área de estudio se han evidenciado la presencia de hasta dos niveles de terrazas fluviales y cuyos límites se han reconocido por el desnivel topográfico que se presenta entre ellas (Figura 9). Figura 9: Las terrazas fluviales presentan una cobertura de suelos productivo para el uso de la agricultura. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 32 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) para estudiar las las rocas y los suelos 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 Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 33 3.1. Geología regional El marco geológico regional de un área es importante para comprender los procesos y eventos geológicos que ocurrieron a gran escala. Es así que para el área de esudio, se recopiló la información geológica regional del Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico (INGEMMET, 1993) a escala 1: 100,000. En ésta, se describen las unidades litológicas aflorantes cuyas edades se encuentran desde el Cretáceo Inferior (145 Ma) hasta el Cuaternario Reciente. Geología histórica: Según Fernández Dávila (1993), hace 541 millones de años, en la zona de estudio las grandes masas de rocas estuvieron expuestas a altas temperaturas y presiones ligadas a una deformación a gran escala (metamorfismo regional), lo que originó rocas del tipo pizarras, esquistos, gneis, etc. La Formación Chocolate, del Jurásico Inferior (201 Ma) fue depositada en un medio acuoso, siendo posible, que su ambiente haya sido continental, para luego sumergirse en un mar de aguas someras, depositándose sedimentos finos originando calizas intercaladas con volcánicos. Durante el Jurásico Medio (168 Ma) la depositación se caracterizó por una regresión, donde la sedimentación en aguas someras y tranquilas, iba teniendo más influencia continental. Los sedimentos del Grupo Yura del Cretácico Inferior (145 Ma) siguen depositándose en ambientes playeros con un ciclo de regresión marina. La presencia de cuarcitas con estratificación cruzada, indica un medio de alta energía (acción de olas y corrientes). A finales del Cretácico Inferior (125 Ma), la actividad volcánica se reactivó en la región occidental, diferenciando una depositación de materiales volcánico sedimentario con respecto al sector oriental, caracterizado por un mayor porcentaje de sedimentos arcillosos. La aparición de cuerpos intrusivos del Batolito con una edad de 95 Ma, produjo el hundimiento de la cuenca, permitiendo la sedimentación fina y la formación de lutitas y calizas en la zona occidental. La actividad volcánica continuó hasta el Paleógeno (66 Ma), plegando y fallando toda la secuencia para luego ser afectada por el emplazamiento del Batolito Andino, esto inició un período de erosión interrumpido por fallamiento normal que hizo descender la zona occidental y dar lugar a partir del Paleógeno Medio (41 Ma) a la Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 34 depositación de las formaciones Paracas y Pisco. En el Paleógeno Medio (Mioceno 23 Ma), la cuenca de Pisco sufrió un mayor hundimiento en el lado norte y originó la depositación de diatomitas. En el lado sur, la sedimentación fue somera con materiales tufáceos (como rocas ígneas volcánicas). A finales del Paleógeno (3.6 Ma), la zona desde Pisco hasta Ica ya tenía características de una penillanura, la actividad volcánica fue extensa en el sur, centro y probablemente en el norte, lo que originó la acumulación de una secuencia conformada por tobas volcánicas. Durante la fase final de la formación de la penillanura, ocurrió un fallamiento en bloques que se hizo más intenso a fines del Neógeno y principios del Cuaternario (2.5 Ma) y que acompañó al levantamiento de la cordillera. La zona costera fue controlada por fallas regionales que dieron origen a la fisiografía y desarrollo del litoral. A partir de entonces, la erosión modeló la superficie dando forma al relieve actual. 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: Zona de plegamientos: La deformación asociada a esfuerzos de compresión se manifiesta en los plegamientos existentes en la Cordillera Occidental interrumpidos por cuerpos intrusivos que forman parte del Batolito de la Costa. En la zona de estudio y alrededores de Humay no se han encontrado dichas estructuras por estar ubicadas más al este. Zona de fallas: Las fallas geológicas pueden afectar grandes extensiones de paquetes de rocas y materiales, cambiando la geomorfología de la superficie y pudiendo alterar el curso de los ríos. Un ejemplo, es el cambio del curso y dirección del río Ica ubicado a 32 y 35 km al sureste de las áreas urbanas de Humay y Bernales, así como la presencia de los cerros ubicados al oeste de la ciudad de Ica. Estos elementos podrían ser debidos a la presencia de una probable falla paralela que cortó su trayectoria hacia el Océano Pacífico; es decir, cambiándola de NE-SO a N-S (Macharé, et al. 2008). Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 35 3.2. Geología local Consistió en el reconocimiento y cartografiado de las unidades litológicas aflorantes en el área urbana de Humay a escala 1:15,000 y sobre un área de 15 Km2 aproximadamente (Figuras 10 y 11). Figura 10: Columna cronolitoestratigráfica para la zona de estudio. Súper Unidad Ica (Ki-ic/mzdi): Constituye uno de los emplazamientos más antiguos del Batolito de la Costa y está constituido por rocas intrusivas que, por su origen, son llamadas magmas cuando está dentro de la corteza, (Rivera, 2011): son del tipo monzogabros, monzodiorita, monzonita y monzogranito. Durante los trabajos de campo se identificó que estos afloramientos se encuentran intensamente diaclasados y meteorizados; además de estar cubiertos por una capa de limo arenoso. Estos materiales sueltos conforman la capa detrítica que luego formarán los flujos aluvionales que ya han ocurrido en la zona. Esta unidad aflora al noroeste de Humay formando los cerros La Meda y Canal (Figura 12). Grupo Casma (Ki-c): El Grupo Casma constituye la envoltura occidental del batolito que en la zona de estudio consiste de grauwacas y flujo de basalto andesitas intercalados con delgados niveles de areniscas cuarzosas y pizarras, ver Figura 13. Depósitos Cuaternarios: Suprayaciendo al substrato rocoso conformado por rocas volcánicas, se encuentran los depósitos Cuaternarios de edad Holocena, principalmente de origen como volcánico, eólico, coluvial, fluvial, aluvial, etc. Las características de estos materiales se describen a continuación: Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 36 Figura 11: Mapa de geología local para el área urbana de Humay y alrededores. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 37 Figura 12: En el sector La Punta se han cartografiado estratos de calizas rojizas intercaladas con lutitas. Figura 13: Afloramiento de areniscas en la parte inferior y grauwacas de textura rugosa. Depósitos aluviales 2 (Q-al2): Este tipo de depósitos están conformados por gravas clastos y bloques angulosos de 10, 20 y 35 cm de diámetros con un matriz areno limosa. Estos materiales se extienden de norte a sur desde la parte alta de las montañas, sobre los aluviales se asienta la zona urbana de Humay. Las exploraciones realizadas en estudios geotécnicos han determinado que el espesor de los depósitos aluviales sobrepasa los 10 m de profundidad, ver Figuras 14 y 15. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 38 Figura 14: Vista panorámica del abanico aluvial que desciende desde el cerro La Meda con dirección a la zona urbana de Humay. Figura 15: Se han realizado cortes transversales para la construcción de muros de contención, en la cual se aprecian espesores de hasta 7 m. Depósitos aluviales 1 (Q-al1): Están conformados por gravas y clastos subredondeados que forman conglomerados bien compactos con matriz arenosa (Figura 16). Estos materiales constituyen los suelos de cimentación de la zona urbana de Humay, estando en contacto con los depósitos aluviales y fluviales 2. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 39 Figura 16: El 70% del área urbana de Humay se asienta sobre depósitos aluviales bien compactos con matriz arenosa. Depósitos fluviales 2 (Q-fl2): Los materiales que conforman el valle de Humay y sobre los que se desarrolla la agricultura, están conformados por gravas redondeadas y limos que han sido transportados por la dinámica y evolución del curso y cauce actual del río Pisco. Este depósito está constituido por un estrato limo arenoso de hasta 50 cm de espesor y por debajo de esta un conglomerado de gravas bien compactas en una matriz areno limosa (Figura 17). Figura 17: Sobre este tipo de materiales fluviales está conformada por suelos aptos para la agricultura. Depósitos fluviales 1 (Q-fl1): Este tipo de depósitos se encuentran enmarcados en el cauce del río Pisco, formando llanuras de inundación o bancos de gravas y arenas que son constantemente modeladas por la acción erosiva del río en temporada de lluvias (Figura 18). Este tipo de materiales han sido transportados por la dinámica y evolución del curso y cauce actual del río Pisco. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 40 Figura 18: Cauce del río Pisco en la zona de estudio, donde se observan acumulaciones de gravas redondeadas de hasta 30 cm de diámetro. Depósitos eólicos (Q-e): Son depósitos de arenas de granulometría fina, producto de los vientos que provienen desde las playas ubicadas en la línea litoral con dirección hacia el continente. Estas acumulaciones forman dunas con alturas de hasta 40 m. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 41 4. GEODINÁMICA Comprende todos aquellos eventos geodinámicos producto de la interacción de procesos geológicos (internos y externos) que originan cambios físicos, químicos y/o morfológicos que dan como producto eventos que modifican el actual relieve. Asimismo, analizar la litología a fin de explicar el origen de los materiales que constituyen las geoformas (colinas, lomas, entre otras) y sobre las cuales se generan procesos como meteorización y erosión que contribuyen a la ocurrencia de eventos geodinámicos. 4.1. Procesos de geodinámica interna Son transformaciones de la estructura interna de la Tierra en relación con los agentes magmáticos, sísmicos y tectónicos. El territorio peruano está sometido a una constante actividad sísmica, debido a la subducción de la Placa de Nazca debajo de la Sudamericana, considerada como la principal fuente sismogénica en el Perú y causante de los eventos de mayor magnitud conocidos hasta el presente. Otra fuente, la constituye la deformación de la zona continental dando origen a la formación de fallas de diversas longitudes con la consecuente ocurrencia de sismos de magnitudes menores (Cahill & Isacks, 1992; Tavera & Buforn, 2001). 4.2. Procesos de geodinámica externa Entre estos procesos se encuentran la meteorización (física o mecánica) y la erosión (fluvial, eólica y marina). Estos procesos aprovechan la fuerza de la gravedad; es decir las rocas descienden algunos metros debido a desplazamientos masivos de terreno o son transportadas por medio de las corrientes fluviales hasta depositarse. 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 la 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). Por otro lado, tal como se indicó anteriormente existen dos procesos descritos a continuación: Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 42 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 como 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. 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 (Figura 19), los cuales se dividen según su origen en: fluvio-aluvial e hidro-gravitacional y cuyas características se describen a continuación: Figura 19: Factores asociados a procesos de geodinámica externa que contribuyen a la ocurrencia de eventos geodinámicos. a) Fluvio-aluvial: Los procesos de erosión (carcaveo, incisión y desgaste laminar) son originados por las precipitaciones que se presentan en la cuenca fluvial generando 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 Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 43 escorrentía superficial que provoca el arrastre progresivo de los materiales a posiciones de menor energía potencial (menor pendiente). La carga de sedimentos transportados por la quebrada o ríos incrementan la acción erosiva y son capaces de producir remoción de los materiales, (Brusi, 2013): Flujos de detritos e inundación. Flujos de detritos (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, tal como se muestra en la Figura 20. Figura 20: 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). 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 a la superposición 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, denominadocrecida (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 tormentas extremas. Estas al Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 44 desarrollarse generan crecidas causando inundaciones de las áreas circundantes al río, siendo conocidas como eventos hidrometeorológicos, ver Figura 21. Figura 21: Inundación por incremento de las precipitaciones en la cabecera de la cuenca hidrográfica. b) Hidro-gravitacional: En este mecanismo interviene el agua y la gravedad. Se presentan en los fondos de los valles y en las partes bajas de las vertientes. En estos se encuentran los movimientos en masa (MM); es decir, todos aquellos movimientos ladera abajo de una masa de rocas, detritos o tierras por efectos de la gravedad (Cruden, 1991). Para la descripción de los MM, se ha tomado en cuenta la clasificación de Varnes (1958, 1978) y Hutchinson (1968, 1988), la cual se basa en dos elementos: el tipo de movimiento (caída, volcamiento y deslizamiento) y el material sean rocas o suelos (divididos en detritos y tierras). Asimismo, Wyllie & Norrish, (1996), indican como causas de las caídas de roca: las lluvias, las rocas fracturadas, el viento, las escorrentías, la infiltración, las fracturas planares, la erosión, las raíces de los árboles, fuentes de agua superficial, la descomposición del suelo, los sismos, los cortes de las vías, la explotación de materiales, el uso de explosivos, las vibraciones de la maquinaria, los vehículos y las diversas actividades antrópicas. Caída de rocas: Es resultado del debilitamiento de la masa de roca, debido a la fragmentación y a la ausencia de soporte lateral, produciendo un deterioro en la estructura del talud por la acción de la meteorización. En este caso se forman prismas o pequeñas placas con dimensión mínima de 50 mm, que caen por gravedad, ver Figura 22. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 45 . Figura 22: Proceso de caída de rocas. Fuente: Suárez (1998). Deslizamiento: Este movimiento consiste en un desplazamiento de corte a lo largo de una o varias superficies. El movimiento puede ser progresivo; es decir, que no se inicia simultáneamente a lo largo de toda la superficie de falla (Figura 23). Estos deslizamientos se pueden clasificar en: D. Rotacional, cuando la superficie de falla es formada por una curva cuyo centro de giro se encuentra por encima del centro de gravedad del cuerpo del movimiento. D. Traslacional, cuando el movimiento de la masa se desplaza hacia fuera o hacia abajo, a lo largo de una superficie más o menos plana o ligeramente ondulada Figura 23: Deslizamiento en laderas (Suárez, 1998). En Humay existen dos tipos de eventos geodinámicos (Figura 24) y según los procesos y factores que intervienen, se han clasificado de la siguiente manera: Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 46 Figura 24: Mapa de eventos geodinámicos en la ciudad de Humay. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 47 Caída de rocas: En este tipo de eventos, los clastos o fragmentos de rocas preexistentes se desprenden de una ladera, como resultado de procesos de erosión y meteorización, ya sea de origen natural o antrópico (construcción de vías de acceso, que desestabilizan las laderas). Las caídas de rocas se han identificado en el cerro la Meda y La Unión, ver Figuras 25 y 26. Figura 25: En las inmediaciones del canal de captación la Unión se han identificado este tipo de eventos. Figura 26: Los clastos y bloques se depositan en las quebradas secas que luego se activan en temporada de lluvias ocasionando flujos. Flujos de detritos: Son eventos extremadamente rápidos saturados, no plásticos, que transcurren principalmente confinado a un canal o cauce con pendiente Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 48 pronunciada. Se inician como uno o varios deslizamientos superficiales de detritos en las cabeceras o por inestabilidad de segmentos del cauce en canales de pendientes fuertes. Los flujos de detritos incorporan gran cantidad de material saturado en su trayectoria al descender por el canal, finalmente los materiales se depositan en forma de abanicos, ver Figura 27. Foto 27: Los flujos de detritos en la zona de estudio se encuentran inactivos ya que solo se activan en temporadas de lluvias intensas. En la zona de estudio, los flujos de detritos han formado el gran abanico aluvial sobre el cual se asienta la zona urbana de Humay. El espesor de estos materiales alcanza hasta los 10 m de profundidad. 4.3. Zonas susceptibles a procesos geodinámicos La susceptibilidad está referida a la probabilidad de que suceda un evento geodinámico durante un periodo de tiempo en un sitio dado (Hauser, 1985 y 1993; Sepúlveda, 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 factores como la: litología, tectonismo, agentes geológicos y actividad humana (taludes de corte). La identificación y delimitación de zonas afectadas por procesos de geodinámica externa, ha permitido reconocer zonas probables a la ocurrencia de estos (Figura 28). Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 49 Figura 28: La quebrada la Meda es el principal canal por donde descienden los flujos de detritos. La estimación del tipo de evento a suscitarse está en función de los factores y del proceso de origen hidro-gravitacional (caída de rocas) y fluvio-aluvial (flujos de detritos), tal como en las Tablas 4 y 5. Tabla 4: Factores y procesos que delimitan las zonas susceptibles a eventos del tipo movimientos en masa. FACTORES ORIGEN DEL PROCESO GEODIAMICO EXTERNO CAÍDA DE ROCAS LITOLÓGICO ESTRUCTURALES CLIMATOLOGICOS MORFOLOGICOS SISMICOS ANTROPICOS HIDRO- GRAVITACIONALES Rocas intemperizadas Presencia de plegamientos Incremento de las precipitaciones cuyas escorrentías erosionan las rocas y/o cambios bruscos de temperaturas Geoforma: Montañas y estribaciones Magnitud >4 Urbanismo en zonas adyacentes a la quebrada Tabla 5: Factores y procesos que delimitan las zonas susceptibles a flujo de detritos. FACTORES ORIGEN DEL PROCESO GEODIAMICO EXTERNO FLUJO DE DETRITOS LITOLÓGICO CLIMATOLOGICOS MORFOLOGICOS ANTROPICOS FLUVIO-ALUVIAL Rocas intemperizadas Incremento de las precipitaciones cuyas escorrentías erosionan las rocas y/o cambios bruscos de temperaturas Geoforma: Montañas y estribaciones Urbanismo en zonas adyacentes a la quebrada Las zonas susceptibles para movimientos en masa tipo caída de rocas y flujo de detritos se encuentran en el sector La Meda y canal de Captación la Unión (Figura 29). Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 50 Figura 29: Zonas susceptibles a movimientos en masa tipo caída de rocas y flujos de detritos. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 51 5. ASPECTOS GEOTÉCNICOS Los materiales inconsolidados son el resultado de los procesos de erosión y posteriormente 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 de los suelos y en donde 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, tal como se muestra en el diagrama de la Figura 30. Figura 30: Diagrama del origen de los suelos. Cabe destacar que, en algunas ciudades se presentan materiales eólicos (arenas), cuyo aporte se debe, principalmente a las corrientes de aire que proviene del Océano Pacífico. 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. Se pretende determinar las propiedades físicas de los suelos de cimentación. En el área urbana de Humay, se realizó el estudio geotécnico que consistió en la elaboración de calicatas, densidad de campo, posteos y ensayos de penetración dinámica ligera (DPL), ver Figura 31. Asimismo, de las calicatas se extrajeron 06 muestras de suelo que fueron enviadas al laboratorio, a fin de realizarles ensayos de Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 52 mecánica de suelos como: granulometría, plasticidad, corte directo y el cálculo de la capacidad de carga admisible. Figura 31: Mapa de distribución de calicatas, posteos y DPL en el área urbana de Humay y alrededores. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 53 5.1. Exploraciones a cielo abierto (calicatas, 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. En general, el procedimiento de campo incluyó las siguientes actividades: Reconocimiento de la zona de estudio: Las exploraciones se ubicaron de tal manera que se distribuyan de forma geométrica uniforme en el área urbana de Humay, y para ello se consideró el análisis visual de las características del terreno, accesibilidad y lugares apropiados donde ubicarlas. Excavaciones: Estas tuvieron las siguientes dimensiones: 1.5 x 1.5 m. y aproximadamente 3.00 m. de profundidad en promedio. Muestreo: Proceso de extracción de dos muestras alteradas de suelo (para la identificación y la otra para determinar las propiedades de resistencia del suelo), en bolsas herméticas con capacidad de 5 Kg aproximadamente. Descripción de calicatas: Una vez terminada la excavación de la calicata, se procede a describir el perfil estratigráfico del subsuelo y para ello se elaboró 08 fichas de descripción de calicatas (ver Anexos) cuyas coordenadas UTM se muestran en la (Tabla 6 y Figura 31) Tabla 6: Ubicación de calicatas (NP, no presenta nivel freático). CALICATA UTM ESTE (m) UTM NORTE (m) ELEVACIÓN (m.s.n.m) PROFUNDIDAD (m) NIVEL FREÁTICO A (m) CAH-01 403913 8482638 400 3.20 N.P. CAH-02 404023 8482648 397.5 3.80 N.P. CAH-03 404595 8482815 405 3.10 N.P. CAH-04 403710 8483075 422.5 3.30 N.P. CAH-05 404241 8483061 427.5 3.20 N.P. CAH-06 404574 8482613 397 3.70 N.P. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 54 En general, las calicatas presentan profundidades que sobrepasaron los 3.00 m, y aun así no se encontró niveles freáticos a lo largo de la columna de estratos a pesar de haberse identificado capas de arenas finas en la mayoría de calicatas. 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 para ello se debe 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 haciendo uso del método del cono, a fin de conocer la compactación y el contenido de humedad del suelo en condiciones naturales, información necesaria para desarrollar 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 como las arenas limosas y arenas arcillosas con contenido de gravas inferiores a 38 mm de diámetro. El procedimiento de campo incluyó las siguientes actividades: Excavación: Proceso de diseño de agujero (profundidad de 10 a 12 cm) haciendo uso de cinceles y comba. Se tiene como guía el diámetro de la placa metálica. Extracción de muestras: Proceso mediante el cual se extrae, del agujero elaborado anteriormente, muestras de suelo que son luego pesados. Posicionamiento del cono de arena pesado sobre la placa, se espera hasta que este deje de vaciar arena y se llene el agujero. Finalmente, se pesa la arena que sobra en el cono y se procede a realizar los cálculos para la obtención de la densidad húmeda; mientras que, la densidad seca se obtiene en el laboratorio al momento de conocer la humedad natural de la muestra extraída. A continuación, se presentan los resultados de seis (6) calicatas, debido a que, las restantes presentan gravas y materiales en los que no se puede conocer la densidad, a Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 55 través del método del cono de arena (Tabla 7). Las fichas de densidades para las calicatas se adjuntan en los anexos. Tabla 7: Resultado de densidades in – situ. Calicata Muestra Profundidad (m) Densidad Humedad (gr/cm3) Densidad Seca (gr/cm3) CAH-01 DC-CAH-01 3.20 1.74 1.36 CAH-02 DC-CAH-02 3.80 1.77 1.56 CAH-03 DC-CAH-03 3.10 2.15 1.87 CAH-04 DC-CAH-04 3.30 1.81 1.32 CAH-05 DC-CAH-05 3.20 1.75 1.82 CAH-06 DC-CAH-06 3.70 1.60 1.35 En base a los resultados de la Tabla 7 correlacionando con los valores de la Tabla 8, se concluye que los suelos del área urbana de Humay, presentan rangos de densidad entre 1.32 – 1.22 gr/cm3; es decir, presentan una densidad media, debido a que los suelos están conformados por arenas bien compactas con presencia de gravas. Tabla 8: Valores típicos de densidad de suelos (CISMID, 2016). MATERIALES DENSIDAD HÚMEDA (gr/cm3) DENSIDAD SECA (gr/cm3) 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) Se define posteadora como un barreador manual en forma de "T" que permite realizar sondeos exploratorios (perforaciones) en suelos blandos (arcillas y arenas) hasta Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 56 una profundidad de 5 a 6 m, a fin de obtener muestras de suelo. Las muestras extraídas se obtienen trituradas y completamente alteradas, sin embargo, sirven para reconocer el tipo de suelo y contenido de humedad que presenta. Es importante indicar que, la posteadora presenta restricciones en suelos con presencia de gravas y gravillas (las cucharas sacan muestras se entrampan con este tipo de suelos). El procedimiento seguido para la toma de muestras de suelo es como sigue: con la posteadora se penetra el subsuelo desde la superficie de tal manera que, se gira manualmente el equipo ejerciendo presión sobre el suelo, a medida que se va incrementando la profundidad, se va añadiendo varillas a fin de obtener muestras con las cucharas acopladas en el extremo. Estas exploraciones fueron distribuidas entre las calicatas; es decir, en lugares donde no existía información geotécnica, lo cual permitirá tener una mejor caracterización de los suelos de la ciudad de Humay (Figura 31). A continuación, en la Tabla 9 se muestra los resultados obtenidos y para el detalle de las fichas, ver anexos. De acuerdo a los resultados obtenidos, los suelos del área urbana de Humay están conformados principalmente por estratos de hasta 1.00 m de espesor compuesto por gravas y clastos con matriz areno limosa, razón por la cual el equipo no ha penetrado más allá de 0.30 m de profundidad. Las fichas de posteos se presentan en los Anexos. Tabla 9: Ubicación de posteos y clasificación de suelos SUCS (NP, no presenta datos). POSTEO UTM ESTE (m) UTM NORTE (m) ELEVACIÓN (m.s.n.m) PROFUNDIDAD (m) TIPOS DE SUELOS (SUCS) NIVEL FREÁTICO A (m) POSTH-01 403730 8482841 412 0.25 GM N.P. POSTH-02 404051 8483005 420 0.35 GM N.P. POSTH-03 404350 8482997 417.5 0.25 GM N.P. POSTH-04 403551 8482357 397 0.30 GM N.P. POSTH-05 404106 8482428 397 0.30 GM N.P. 5.4. Ensayo de penetración dinámica ligera (DPL, norma DIN4094) Es un equipo de campo de registro continuo (se contabiliza el número de golpes para penetrar un tramo de varillaje a lo largo de todo el ensayo), que permite estimar la resistencia del material (suelo) en kg/cm2 al hincado del cono dinámico. La ventaja del instrumento es que es un equipo muy práctico y se puede transportar fácilmente. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 57 Consiste en introducir al suelo una varilla de acero en la que se encuentra un cono metálico de penetración de 60° de punta, mediante la aplicación de golpes con un martillo de 10 kg, que se deja caer desde una altura de 0.50. Como medida de la resistencia a la penetración se registra el número "N" (número de golpes en 10 cm de penetración), para luego ser correlacionado con algunas propiedades relativas del suelo, en particular, con sus parámetros de resistencia al corte, capacidad portante, densidad relativa, etc. A través de fórmulas empíricas donde se introduce el "N" y se obtiene el ángulo de fricción interna de los distintos materiales. Este ensayo es aplicable en terrenos arenosos, arcillosos y limos arenosos, no recomendable a utilizarse en gravas, fragmentos gruesos, conglomerados y terrenos rocosos. El procedimiento de campo incluyó las siguientes actividades: Ubicación de ensayos: Se distribuyeron generalmente al costado y en puntos intermedios a algunas de las calicatas, con el objetivo de obtener mayor información de la resistencia del suelo en el área estudiada. Ensamble de equipo: Consiste en conectar los accesorios del equipo, 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). Proceso de toma de datos: Se debe registrar el 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). En el Tabla 10, se indica la ubicación de los 09 ensayos de penetración dinámica ligera (DPL) realizados en las inmediaciones de Humay, la profundidad total alcanzada y los datos obtenidos del ensayo (número de golpes y ángulo de fricción) a una profundidad comprendida entre 0.90 y 1.20 m, debido a que en este nivel se calculará los parámetros geotécnicos (ángulo de fricción y cohesión) para el cálculo de la capacidad portante. Las fichas de los ensayos se adjuntan en los anexos. Los ensayos de DPL han alcanzado una profundidad máxima de 2.76 m y mínima de 0.15 m, ya que los suelos están conformados por gravas que presentan ángulos de fricción entre 36 y 40° en promedio, característico de suelos granulares de consistencia Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 58 alta. Los datos obtenidos de los ensayos se presentan en fichas de DPL, las mismas que se adjuntan en los Anexos. Tabla 10: Ubicación de ensayos de penetración dinámica ligera (DPL) y parámetro obtenidos (Φ = Ángulo de fricción interna no corregido). DPL UTM ESTE (m) UTM NORTE (m) ELEVACIÓN (m.n.s.m) PROFUNDIDAD (m) NÚMERO DE GOLPES ф DPLH-01 403907 8482618 400 1.10 40 38.5 DPLH-02 404072 8482544 397 2.76 23 34.1 DPLH-03 404584 8482779 402.5 0.70 38 38.0 DPLH-04 403887 8483292 437.5 0.30 35 37.3 DPLH-05 404233 8483059 427.5 0.15 40 38.5 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 una fórmula empírica que relaciona los parámetros de los equipos DPL y SPT, tales como: peso del martillo, altura de caída del martillo, área de la punta cónica, el espesor de la hinca y los números de golpes obtenidos con el DPL. A continuación, se detalla la relación entre estos parámetros: 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 1122 2211 2 *** *** 1 eAHW eAHWNN = Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 59 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 correcciones por nivel freático, eficiencia, longitud y diámetro, para así obtener 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. 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, por mencionar algunos autores tenemos: Osaki (1959), Muromachi (1974), Peck (1974), Das (1995) y Katanaka - Uchida (1996). Para el caso del área urbana de Humay, se empleó la relación experimental propuesta por Osaki (1959), debido a que, es la más usada internacionalmente y sus resultados son conservadores, respecto a los otros autores antes mencionados (Tabla 11). Tabla 11: Cálculo del ángulo de fricción interno, usando valores del SPT. De acuerdo a las Tablas 11 y 12, los suelos de Humay están compuestos por gravas con contenido de limos cuyo ángulo de fricción está entre el rango de 21° a 32° entre 1.00 m. y 1.20 m de profundidad; por tanto, los suelos son compactos. A profundidades de 1.30 m - 1.50 m., el ángulo de fricción es de e encuentra a 21.6°, y su compacidad relativa es de media a compacta. ENSAYO N SPT CORREGIDO ÁNGULO DE FRICCIÓN INTERNA (Ø’NSPT) N SPT CORREGIDO ÁNGULO DE FRICCIÓN INTERNA (Ø’NSPT) DPL-01 15.97 32.90 - - DPL 02 2.18 21.6 2.18 21.6 DPL -03 - - - - DPL -04 - - - - DPL -05 - - - - PROFUNDIDAD DEL ENSAYO 1.00 – 1.20 m 1.30 - 1.50 m Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 60 Tabla 12: Compacidad relativa de los suelos y ángulo de fricción interna en base al NSPT (Juarez y Rico, 1973). Finalmente, en los Anexos se adjuntan las fichas de cada ensayo realizado en campo y sus respectivos valores de ángulos de fricción interna (Figura 32). Figura 32: 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. Número de golpes SPT (NSPT) Ángulo de fricción interna (Φ) Compacidad Número de golpes SPT (NSPT) Ángulo de fricción interna (Φ) Compacidad Número de golpes SPT (NSPT) Ángulo de fricción interna (Φ) Compacidad < 2 0° Muy Blanda 0 - 5 27° Muy suelta 0 - 5 27° Muy suelta 2 - 4 0 - 2 Blanda 6 -12 28.00° - 30.50° Suelta 6 -12 28.00° - 29.50° Suelta 4 - 8 2 - 4 Media 13 - 32 31.50° - 36.30° Media 13 - 45 31.00° - 35.80° Media 8 - 15 4 - 6 Compacta 33 - 52 37.00° - 41.20° Compacta 46 - 60 36.00° - 37.80° Compacta 15 - 30 6 - 12 Muy Compacta 53 - 60 42°.00 - 42.60° Muy Compacta > 30 > 14 Dura ARCILLAS ARENAS GRANO MEDIO A GRUESO ARENAS GRANO FINO A LIMOSAS Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 61 5.5. Clasificación de suelos SUCS En base a los datos geotécnicos recopilados de las calicatas, posteos, DPL e inspección visual del terreno, se realizaron los ensayos granulométricos y de plasticidad para identificar 4 tipos de suelos agrupados según el Sistema Unificado de Clasificación de suelos (SUCS), Tabla 13 y Figura 33. Estos suelos son: Suelos tipo SP: Están conformados por arenas mal graduadas, con contenido de humedad menor a 1.00%, constituyen suelos con grado de compactación bajo a alto y no presentan plasticidad. Estos suelos representan el 10 % del área de estudio y han sido identificados en las calicatas (CAH-01, CAH-02 y CAH-06), ubicadas en los sectores El Rompe, Los Ángeles, Ca. Callo y el Parque Infantil. Suelos tipo GP: Están conformados por gravas mal graduadas, con contenido de humedad menor al 10 %, constituyen suelos con grado de compactación bajo a medio y no presenta plasticidad (debido a la escasa presencia de material fino). Los suelos que pertenecen a este tipo ocupan el 65% del área de estudio y han sido identificados en la calicata CAH-03, ubicada en el sector Montesierpe. Suelos tipo GP-GM: Estos suelos están conformados por gravas mal graduadas con arenas y limos con contenido de humedad menor al 7%, su permeabilidad es media, son suelos compactos, no presentan plasticidad y su capacidad de carga admisible fluctúa entre 1.52 y 1.83 Kg/cm2. Los materiales granulares sobrepasan el 50% en promedio; mientras que, los finos no superan el 40%. Suelos tipo SP-SM: Estos suelos están conformados por arenas mal graduadas con contenidos de gravas y limos, con contenido de humedad menor a 10%, constituyen suelos con grado de compactación medio y no presentan plasticidad. Cabe resaltar que, estos suelos representan el 15 % de la zona de estudio y se han identificado en el sector denominado Cangana Alta. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 62 Tabla 13: Clasificación de Suelos de las seis (06) calicatas elaboradas en Humay, según el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 63 Figura 33: Mapa de clasificación SUCS para los suelos en el área urbana de Humay y alrededores. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 64 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 la 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. Los resultados obtenidos del ensayo de corte directo se muestran en la Tabla 14. Tabla 14: Valores obtenidos del ensayo de corte directo (NP, no presenta datos). MUESTRA Ángulo de fricción interna del suelo (ɸ) Cohesión aparente del suelo (Tn/m2) Densidad natural (Tn/m3) CAH-01 34.34 0.00 1.97 CAH-02 34.72 0.00 1.98 CAH-03 28.80 0.10 N.P CAH-04 28.70 0.08 N.P CAH-05 36.00 0.00 N.P CAH-06 29.60 0.20 N.P De acuerdo a estos resultados, la mayoría de los suelos en Humay no presentan cohesión y los valores del ángulo de fricción interna son menores a 35°, característico de suelos granulares como arenas y gravas. 5.7. 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 de acuerdo a 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. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 65 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. 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 con la fórmula general de Terzaghi (1943), a traves de la siguiente expresión (Tabla 15): Donde: C: cohesión q: carga (ϫ*Df) Nc, Nq, N ϫ: Factores de carga, Tabla 04. Tabla 15: Tabla de factores de carga, modificado por Terzaghi (Braja, 2007). Luego, en base a los resultados de la carga última (qu) se calculó la capacidad admisible de los suelos para una profundidad de cimentación de 1.00 m y ancho de zapata de 1.00 m, así como también para una profundidad de cimentación de 1.50 m y Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 66 ancho de zapata de 1.00 m. Los resultados de capacidad de carga admisible para los 02 tipos de suelos analizados se presentan en la Figura 34 y en las Tablas 16 y 17. Figura 34: Mapa de capacidad de carga adminsible a una profundidad de 1 metros para el área urbana de Humay y alrededores. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 67 Tabla 16: Capacidad de carga admisible de siete (06) muestras extraídas en el área urbana de Humay. Tabla 17: Capacidad de carga admisible en base a los ensayos de DPL en el área de Humay. ENSAYO Capacidad de carga última (kg/cm2) Capacidad de carga admisible (Kg/cm2) Capacidad de carga última (kg/cm2) Capacidad de carga admisible (Kg/cm2) DPL – 01 4.31 1.49 DPL – 03 3.77 1.27 DIMENSIONES DE CIMENTACIÓN Profundidad: 1.00 m y ancho:1.00 Profundidad: 1.50 m y ancho:1.00 De acuerdo a los resultados obtenidos y tomando en cuenta los valores de la Tabla 18, se ha determinado que, la zona urbana de Humay presenta suelos con la siguiente capacidad de carga admisible: Tabla 18: Rango de capacidad de carga admisible. CAPACIDAD CARGA ADMISIBLE (kg/cm²) DENOMINACION < 1.0 MUY BAJA 1.0 - 2.0 BAJA 2.0 - 3.0 MEDIA > 3.0 ALTA Capacidad de carga admisible baja: Comprende rangos de capacidad de carga admisible entre 1.00 - 2.00 kg/cm2, corresponde al tipo de suelo conformado por arenas mal graduadas con gravas (SP), cuyo grado de compactación es bajo a medio. Abarca menos del 5% del área de estudio y se encuentra en el parque infantil y el sector denominado “El Rompe”. Es probable que estas acumulaciones MUESTRA Capacidad de carga última (Tn/m2) Capacidad de carga admisible (Kg/cm2) Capacidad de carga última (Tn/m2) Capacidad de carga admisible (Kg/cm2) CAH-01 31.8 1.06 43.7 1.46 CAH-02 30.2 1.01 41.6 1.36 CAH-03 63.10 2.10 85.6 2.85 CAH-04 60.2 2.01 81.7 2.72 CAH-05 61.9 2.06 83.4 2.78 CAH-06 32.4 1.08 44.6 1.49 DIMENCIONES DE CIMENTACIÓN Profundidad: 1.00 m y ancho:1.00 Profundidad: 1.50 m y ancho:1.00 Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 68 de arenas hayan formado parte de facies deltaicas del río Pisco o de antiguas acumulaciones de arenas. Capacidad de carga admisible media: Comprende rangos de capacidad de carga admisible entre 2.00 - 3.00 kg/cm2 y corresponde a tipos de suelos como gravas mal graduadas (GP), gravas arenosas (GM), con grado de compactación es de medio a alto. Abarca el 95% del área de estudio y se encuentra distribuido en gran parte de la zona urbana de Humay. Este tipo se suelo conforman los grandes abanicos aluviales que formaron suelos bien compactos. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 69 CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y GEOTÉCNICA DEL ÁREA URBANA DE BERNALES Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 70 CONTENIDO 1. METODOLOGÍA 2. GEOMORFOLOGÍA 2.1. Base topográfica 2.2. Modelo digital del terreno (MDT) 2.3. Pendientes 2.4. Unidades geomorfológicas 3. GEOLOGÍA 3.1. Geología regional 3.2. Geología local 4. ASPECTOS GEOTÉCNICOS 4.1. Exploraciones a cielo abierto (Norma ASTM D420) 4.2. Densidad del suelo in-situ (Norma ASTM D1556) 4.3. Exploraciones con posteadora manual (Norma ASTM D1452) 4.4. Ensayos de penetración dinámica ligera (DPL, Norma DIN 4094) 4.5. Correlación entre “N” DPL y el “N” SPT (ASTM D1586) 4.6. Clasificación de suelos SUCS 4.7. Ensayos de corte directo (Norma ASTM D-3080) 4.8. Capacidad de carga admisible 4.9. Problemas Geotécnicos Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 71 1. METODOLOGÍA Para realizar la caracterización geológica y geotécnica de los suelos en el área urbana de Humay se ha seguido la siguiente metodología:  Gabinete I: Las actividades realizadas incluyeron la revisión de imágenes satelitales pancromáticas no estereoscópicas (GeoEye-1 del Servidor DigitalGlobe, 2013, con resolución 0.60 m), con la finalidad de delimitar la zona de estudio. Asimismo, realizar la recopilación de información bibliográfica de la zona a escala regional y local (boletines geológicos, informes técnicos, entre otros).  Campo I: Se realizó el cartografiado de las unidades geomorfológicas y litológicas aflorantes a escala 1: 15 000. Paralelo a este trabajo se realizó la topografía de la zona a escala 1:15 000.  Campo II: Elaboración de ensayos geotécnicos como:  Elaboración de calicatas: Estas se realizaron a una profundidad promedio de 3.00 m. En Bernales se realizaron 05 calicatas distribuidas equitativamente entre el casco urbano y área de expansión urbana. Ensayos de Penetración Dinámica Ligera (DPL): Se realizaron con el fin de determinar la resistencia de los suelos al ser penetrados. En Bernales se realizaron 05 DPL. Ejecución de auscultaciones haciendo uso de una posteadora manual, que se distribuyeron en zonas intermedias a la ubicación de las calicatas más próximas, a fin de complementar la información. En el área de estudio se llevaron a cabo 09 posteos.  Laboratorio: Procesamiento de las muestras de suelos realizando ensayos de laboratorio como granulometría (tipo de suelos SUCS), humedad, densidad y corte directo (capacidad portante).  Gabinete II: Elaboración del informe técnico. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 72 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 son llamados procesos de geodinámica externa y se agrupan en la cadena de meteorización-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 el área urbana de Bernales, en relación a su origen. Previamente, en base al levantamiento topográfico y mediante herramientas computacionales (SIG) se ha elaborado los planos de Modelo Digital del Terreno (MDT) y de pendientes, los cuales permitirán delimitar las características geomorfológicas del terreno, para luego ser verificadas y validadas durante el trabajo de campo. Esto permitió cartografiar y delimitar las unidades geomorfológicas para el área urbana de Bernales. 2.1. Base topográfica Se obtuvo a partir de un levantamiento topográfico realizado en el área urbana de Bernales, sobre un área de 54 hectáreas (sector urbano) y para su levantamiento se utilizó una estación total (marca Nivo 3.C con resolución de 3'') y un punto de control, cuyas coordenadas fueron establecidas con una antena y receptor GPS/GNSS de doble frecuencia descrito (Tabla 1). Tabla 1: Punto de control ubicado en la estación de serenazgo. Luego, desde el punto de control antes mencionado se estableció un polígono cerrado conformado por 7 vértices (Figura 1), sobre el cual se tomaron 178 mediciones (puntos de relleno) que contienen información planimétrica (coordenadas este y norte) y Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 73 altimétrica (elevación ortométrica), proyectados en el sistema Universal Transversal Mercator (UTM). Asimismo, con la finalidad de complementar la topografía de las zonas aledañas al sector urbano, representado por 2050 ha., se utilizaron imágenes SRTM en formato GeoTiff, descargadas de Consortium for Spatial Information (CGIAR-CSI) y procesadas con los vértices de la Figura 1. A partir del uso de un software de Diseño Asistido por Computador (CAD) y los datos recabados del levantamiento topográfico y del SRTM, se obtuvo un plano topográfico a escala 1:10 000 que contiene curvas de nivel (líneas que unen puntos con igual altitud) con resolución espacial de 5 m. Figura 1: Se describe en línea roja el área del polígono (32 ha.), en amarillo el sector urbano (22 ha.) y en blanco las zonas aledañas (2580 ha.). 2.2. Modelo Digital del Terreno (MDT) Los MDT son representaciones gráficas de la superficie del terreno, conformado por un número de puntos con información altimétrica y planimétrica. Por su naturaleza digital, permiten ser utilizados para realizar mapas de pendientes, acumulación de horas de radiación, parámetros morfométricos, entre otros (Felicísimo, 1994). Para la elaboración del MDT para el área de Bernales, se tomó en cuenta el uso de herramientas SIG sobre las curvas de nivel diseñadas anteriormente, obteniéndose como resultado la representación digital de la superficie del terreno sobre un área de 15 km2 (Figura 2). Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 74 Figura 2: Mapa de modelo digital del terreno (MDT) en el área urbana de Bernales y alrededores. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 75 En base al MDT el área urbana de Bernales se asienta sobre una antigua duna con cotas entre 289 y 360 m.s.n.m; mientras que, las zonas de cultivos se desarrollan en una llanura aluvial con cotas promedio entre 219 y 289 m.s.n.m. 2.3. Pendientes Es el ángulo que se expresa en grados o porcentajes y como 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 mapa de pendientes para el área urbana de Bernales fue elaborado a partir del MDT, 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. Clasificación del grado de pendientes: Para la clasificación de los rangos de pendientes se usó la hipótesis de Fidel et. al. (2006), ver Tabla 2. De acuerdo a estos resultados, cerca del 80% Bernales se encuentra asentada sobre una antigua duna que se emplazó sobre una llanura aluvial que presenta pendientes menores a 10° en promedio sobre las dunas que rodean a la zona urbana que presentan pendiente de hasta 20° (Figura 3). Tabla 2: Rangos de pendientes del terreno (Fidel et al, 2006). Pendiente en grados (°) Clasificación <5 Muy baja 5 - 20 Baja 20 - 35 Media 35 - 50 Fuerte >50 Muy fuerte 2.4. 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. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 76 Figura 3: Mapa de pendientes del terreno del área urbana de Bernales. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 77 Características físicas: Las características físicas de la geoforma; es decir, su relieve, expresa una combinación de parámetros como su 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 como el agua, viento, temperatura, entre otros, desencadenan diversos procesos externos como intemperismo, meteorización, erosión, transporte y depositación generando diferentes geoformas, que pueden clasificarse de acuerdo a su origen en depositacional, denudacional (erosional). Otros procesos internos como el magmatismo y tectonísmo, generan geoformas de origen estructural. Finalmente, en base a las características físicas de las unidades geomorfológicas y su origen, en Bernales, se cartografiaron cinco unidades: lecho fluvial, dunas, llanura aluvial, llanura de inundación y terraza aluvial, ver Tabla 3 y Figura 4. Tabla 3: Determinación de geoformas en Bernales y alrededores en base a las características físicas y su origen. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 78 Figura 4: Mapa geomorfológico para el área urbana de Bernales y alrededores. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 79 Lecho fluvial: Es el canal excavado por el flujo de agua de un río y los sedimentos que éste transporta durante todo su desarrollo y evolución. La morfología del lecho depende del caudal, la pendiente, el tamaño del sedimento y de lo erosionable que sea el substrato rocoso; es decir, es producto de un equilibrio dinámico entre la carga de sedimentos y su capacidad de transporte. El lecho fluvial del río Pisco se desplaza con dirección de este a oeste, el ancho promedio del cauce llega a medir 380 m, en donde se han depositado gran cantidad de materiales de origen fluvial (gravas y arenas gruesas), ver Figura 5. Figura 5: El lecho fluvial del río Pisco presenta gran cantidad de gravas redondeadas con arena de grano grueso. Dunas: Son acumulaciones arenas y partículas finas de origen marino que son transportadas por el viento desde las playas hacia la costa con dirección NO-SE o EO hasta depositarse en la zona de estudio. En Bernales existen dunas que se han depositado sobre la llanura aluvial hasta alcanzar alturas 70 m de altura. La zona urbana de Bernales se asienta sobre una antigua duna, que por la acción antrópica ha ido disminuyendo su dinámica eólica (duna inactiva). En la zona de estudio existe un gran número de dunas tipo barcanas, en donde la cresta es perpendicular a la dirección del flujo de arena y los cuernos apuntan en el sentido de la dirección del viento. Las laderas de barlovento son convexas y de menor pendiente que las de sotavento, tal como se muestra en la Figuras 6 y 7. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 80 Figura 6: Las montañas son las unidades que proporcionan los materiales detríticos a los flujos que finalmente forman los abanicos aluviales en Bernales. Figura 7: Dirección del viento predominante en la zona de estudio de NO-SE o O-E. Para la zona de estudio, la fenomenología del transporte de las arenas que forman las dunas presentes en Bernales, Ica, Paracas, Pisco, Nazca, entre otros, ha sido ampliamente estudiada en artículos científicos y tesis de pregrado, denominando a este evento como los “Vientos Paracas”. Llanura aluvial: Es la geoforma más amplia abarca el 60% del área de estudio. Estos eventos son de origen depositacional y se extienden en los sectores La Fortaleza, Hacienda Palmar, Joya Chico, La Zorra, La Alfalfa, el Rancho y la zona urbana de Bernales (Figura 8). Estos eventos han sido modelados por el río Pisco y conformada por depósitos principalmente aluviales y fluviales que fueron Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 81 transportados de la parte alta de la cuenca, con cotas promedio de 219 m.s.n.m, y pendientes menores a 10° a lo largo de toda la llanura. Figura 8: La zona urbana de Humay se encuentra asentada sobre un gran abanico aluvial. Llanura de inundación: Son superficies horizontales o ligeramente inclinadas adyacentes al cauce de un río y cuyo relieve presenta pendientes menores a 5°. Generalmente, han constituido antiguos cauces que fueron migrando con el tiempo, estas zonas son inundadas en tiempo de lluvias intensas donde el caudal del río aumenta (Figura 9). Figura 9: La llanura de inundación en Bernales se encuentra a menos de 1.5 m de desnivel con respecto al cauce del río Pisco. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 82 Terraza aluvial: Las terrazas aluviales presentes en Bernales son superficies planas. Con pendientes menores a 5° y en gran porcentaje se encuentran conformadas por clastos y gravas redondeadas de diversos tamaños y diámetros con matriz arenosa y que han sido transportadas por la dinámica del río Pisco. La terraza aluvial de Bernales se ubica en la margen derecha del río Pisco y sus límites han sido determinados en base al desnivel topográfico con respecto al cauce del río, la llanura de inundación y la llanura aluvial, ver Figura 10. Figura 10: La terraza aluvial tiene un espesor en superficie que supera los 8 m en donde, limitando con el lecho fluvial y la llanura de inundación. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 83 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) y para ello se estudian las rocas y los suelos analizando las propiedades asociadas al comportamiento mecánico. La geología comprende varias disciplinas como la geología regional, histórica y estructural que en conjunto 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 Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 84 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. Para Bernales, se recopiló la información geológica regional del Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico (INGEMMET, 1993) a escala 1: 100,000 y en ella, se describen las unidades litológicas aflorantes cuyas edades se encuentran desde el Cretáceo Inferior (145 Ma) hasta el Cuaternario Reciente. Geología histórica: Según Fernández Dávila (1993), hace 541 millones de años, en la zona de estudio las grandes masas de rocas estuvieron expuestas a altas temperaturas y presión ligada a una deformación a gran escala (metamorfismo regional), lo que originó rocas tales como pizarras, esquistos, gneis, etc. La Formación Chocolate, del Jurásico Inferior (201 Ma) fue depositada en un medio acuoso, siendo posible, que su ambiente haya sido continental, para luego sumergirse en un mar de aguas someras, depositándose sedimentos finos originando calizas intercaladas con volcánicos. Durante el Jurásico Medio (168 Ma), la depositación se caracterizó por una regresión, donde la sedimentación en aguas someras y tranquilas, iba teniendo más influencia continental. Los sedimentos del Grupo Yura del Cretácico Inferior (145 Ma) siguen depositándose en ambientes playeros con un ciclo de regresión marina. La presencia de cuarcitas con estratificación cruzada, indica un medio de alta energía (acción de olas y corrientes). A finales del Cretácico Inferior (125 Ma), la actividad volcánica se reactivó en la región occidental, diferenciando una depositación de materiales volcánico sedimentario con respecto al sector oriental, caracterizado por un mayor porcentaje de sedimentos arcillosos. La aparición de cuerpos intrusivos del Batolito con una edad de 95 Ma, produjo el hundimiento de la cuenca, permitiendo la sedimentación fina formando lutitas y calizas en la zona occidental. La actividad volcánica continuó hasta el Paleógeno (66 Ma), plegando y fallando toda la secuencia para luego ser afectada por el emplazamiento del Batolito Andino, esto inició un período de erosión interrumpido por fallamiento normal que hizo Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 85 descender la zona occidental y dar lugar a partir del Paleógeno Medio (41 Ma) a la depositación de las formaciones Paracas y Pisco. En el Paleógeno Medio (Mioceno 23 Ma), la cuenca de Pisco sufrió un mayor hundimiento en el lado norte, originando la depositación de diatomitas, por el contrario, en el sur la sedimentación fue somera con materiales tufáceos (roca ígnea volcánica). A finales del Paleógeno (3.6 Ma), la zona desde Pisco hasta Ica ya tenía características de una penillanura, la actividad volcánica fue extensa en el sur, centro y probablemente en el norte, lo que originó la acumulación de una secuencia conformada por tobas volcánicas. Durante la fase final de la formación de la penillanura, ocurrió un fallamiento en bloques que se hizo más intenso a fines del Neógeno y principios del Cuaternario (2.5 Ma), que acompañó al levantamiento de la cordillera. La zona costera fue controlada por fallas regionales que dieron origen a la fisiografía y desarrollo del litoral, ya partir de entonces, la erosión modeló la superficie dando forma al relieve actual. 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: Zona de plegamientos: la deformación asociada a esfuerzos de compresión se manifestó en los plegamientos existentes en la Cordillera Occidental interrumpidos por cuerpos intrusivos que forman parte del Batolito de la Costa. En la zona de estudio y alrededores de Bernales no se han encontrado dichas estructuras por estar ubicadas más al este. Zona de fallas: las fallas geológicas pueden afectar grandes extensiones de paquetes de rocas y materiales, cambiando la geomorfología de la superficie pudiendo alterar el curso de los ríos. Un ejemplo, es el cambio del curso y dirección del río Ica ubicado a 32 y 35 km al sureste de las ciudades de las áreas urbanas de Humay y Bernales respectivamente. Asimismo, la orientación y la presencia de los cerros ubicados al oeste de la ciudad de Ica, indican la presencia de una probable falla paralela que ha cortado su trayectoria hacia el Océano Pacífico y cambiando su orientación de NE-SO a N-S (Macharé, et al. 2008). Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 86 3.2. Geología local Consistió en el reconocimiento y cartografiado de las unidades litológicas aflorantes en el área urbana de Bernales a escala 1:15,000, sobre un área de 15 Km2 aproximadamente. (Figuras 11 y 12). Figura 11: Columna cronolitoestratigráfica de la zona de estudio. Depósitos Cuaternarios: Suprayaciendo al substrato rocoso conformado por rocas volcánicas que afloran a 4.5 km de la zona de estudio, se encuentran los depósitos Cuaternarios de edad Holocena, principalmente de origen eólico, fluvial y aluvial. Las características de estos materiales se describen a continuación: Depósitos aluviales (Q-al): Este tipo de depósitos están conformados por estratos de gravas clastos y bloques angulosos de 5, 10 y 25 cm de diámetros con una matriz areno limosa. Estos materiales han sido transportados por la dinámica fluvial del río Pisco de este a oeste, desde la parte alta de la cuenca. Sobre los aluviales se encuentran extensos mantos de arenas formando dunas de hasta 70 m de altura. Las exploraciones realizadas en estudios geotécnicos han determinado que el espesor de los depósitos aluviales sobrepasa los 15 m de profundidad, tal como se muestra en las Figuras 13 y 14. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 87 Figura 12: Mapa de geología local para el área urbana de Bernales. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 88 Figura 13: Foto 08: Los depósitos aluviales forman extensas llanuras con condiciones óptimas para la agricultura en la zona. Figura 14: Los materiales observados hasta 3 m de profundidad muestran capas bien compactas de gravas con matriz arenosa. Depósitos fluviales (Q-fl): Este tipo de depósitos se encuentran enmarcados en el cauce del río Pisco y en quebradas afluentes a éste. Los depósitos fluviales están conformados por gravas redondeadas con acumulaciones de arenas de grano grueso a medio con escaso contenido de limos y/o arcillas, ver Figura 15. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 89 Figura 15: El cauce del río Pisco tiene gran cantidad de gravas redondeadas de hasta 30 cm de diámetros transportas a grandes distancias debido a las crecidas. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 90 4. ASPECTOS GEOTÉCNICOS Los materiales inconsolidados que han sido el resultado de los procesos de erosión y que posteriormente fueron 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. Sobre estos suelos se asientan las áreas urbanas. La clasificación de los suelos, en base al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) se encuentra condicionada a las características litológicas de las rocas pre-existentes y a la dinámica que presenten dichos procesos. En el diagrama de la Figura 16 se indica el origen de los suelos. Asimismo, en algunas ciudades se presentan materiales eólicos (arenas) cuyo aporte se debe, principalmente a las corrientes de aire que proviene del Océano Pacífico. Figura 16: Diagrama del origen de los suelos. La geotecnia es la rama de la geología aplicada a la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades físicas, así como, su comportamiento en condiciones estáticas de los suelos y rocas. Para los estudios geotécnicos se aplican técnicas de exploración como las calicatas, perforaciones y ensayos de suelos en laboratorio; y que en conjunto permiten determinar las propiedades físicas de los suelos de cimentación. En el área urbana de Bernales, se elaboraron calicatas, densidad de campo, posteos y ensayos de penetración dinámica ligera (DPL), ver Figura 17. Asimismo, de las calicatas se extrajeron 05 muestras que fueron enviadas al laboratorio, para realizar ensayos de mecánica de suelos como: granulometría, plasticidad, corte directo y el cálculo de la capacidad de carga admisible. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 91 Figura 17: Mapa de distribución de calicatas, posteos y DPL en el área urbana de Bernales y alrededores. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 92 4.1. Exploraciones a cielo abierto (calicatas, norma ASTM D 420) Es un método de exploración directa que consiste en realizar una excavación en el terreno para la observación del suelo a cierta profundidad (aproximadamente 3 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. En general, el procedimiento de campo incluyó las siguientes actividades: Reconocimiento de la zona de estudio: Las exploraciones se realizaron de manera uniforme en el área urbana de Bernales y considerando las características del terreno y accesibilidad. Excavaciones: Estas tuvieron las siguientes dimensiones: 1.5 x 1.5 m con 3.00 m. de profundidad en promedio. Muestreo: Proceso de extracción de dos muestras alteradas de suelo (para la identificación y la otra para determinar las propiedades de resistencia del suelo), en bolsas herméticas con capacidad de 5 Kg, aproximadamente. Descripción de calicatas: Una vez terminada la excavación de la calicata, se procede a describir el perfil estratigráfico del subsuelo, en fichas que se adjuntan en los Anexos de Geotecnia. Las excavaciones fueron realizadas en las siguientes coordenadas UTM (Tabla 4 y Figura 17) Tabla 4: Ubicación de calicatas (NP, no presenta nivel freático). CALICATA UTM ESTE (m) UTM NORTE (m) ELEVACIÓN (m.s.n.m) PROFUNDIDAD (m) NIVEL FREÁTICO A (m) CAH-01 400672 8481536 363 3.40 N.P. CAH-02 395209 8481383 285 2.40 N.P. CAH-03 395642 8480271 300 3.20 N.P. CAH-04 400412 8479906 366 3.30 N.P. CAH-05 395685 8479913 300 1.50 N.P. En general, las profundidades promedio sobrepasaron los 3.00 m, a excepción de la calicata CBE-05 que solo se llegó a 1.5 de profundidad debido a que estaba conformada por arenas sueltas. No se encontró nivel freático en ninguna de las calicatas ejecutadas en el área urbana de Bernales. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 93 4.2. 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. El método consiste en extraer material del suelo a fin de obtener la 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, haciendo uso del método del cono, a fin de conocer la compactación y el contenido de humedad del suelo en condiciones naturales, información necesaria para desarrollar 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. El procedimiento de campo incluyó las siguientes actividades: Excavación: Proceso de diseño del agujero (profundidad de 10 a 12 cm) se realizó usando cinceles y comba. Se tiene como guía el diámetro de la placa metálica. Extracción de muestras: Proceso mediante el cual se extrae, del agujero elaborado anteriormente, muestras de suelo que es luego pesado. Posicionamiento del cono de arena pesado sobre la placa, se espera hasta que este deje de vaciar arena y se llene el agujero. Finalmente, se pesa la arena que sobra en el cono y se procede a realizar los cálculos para la obtención de la densidad húmeda; mientras que, la densidad seca se obtiene en el laboratorio al momento de conocer la humedad natural de la muestra extraída. A continuación, se presentan los resultados obtenidos para la calicata CBE-02. Para las otras calicatas, no se ejecutaron pruebas de densidad debido a que presentan gravas y materiales en los que no se puede conocer la densidad a través del método del cono de arena; sin embargo, se asumen densidades propias de materiales típicos según la Tabla 5. Las fichas de densidades se adjuntan en los anexos. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 94 Tabla 5: Resultado de densidades in – situ. CALICATA MUESTRA PROFUNDIDAD (m) DENSIDAD HUMEDA (gr/cm3) DENSIDAD SECA (gr/cm3) CBE-01 DC-CBE-01 3.20 2.22 2.18 CBE-02* DC-CBE-02 3.80 2.28 1.78 CBE-03 DC-CBE-03 3.10 1.77 1.36 CBE-04 DC-CBE-04 3.30 1.81 1.32 CBE-05 DC-CBE-05 3.20 2.30 2.18 En base a los valores de la Tabla 6, los suelos del área urbana de Bernales, presentan rangos de densidad entre 1.32 – 1.70 gr/cm3; es decir, presentan una densidad media, debido a que están conformados por arenas sueltas y en algunas calicatas, gravas bien compactas. Tabla 6: Valores típicos de densidad de suelos (CISMID, 2016). MATERIALES DENSIDAD HÚMEDA (gr/cm3) DENSIDAD SECA (gr/cm3) 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 4.3. Exploraciones con posteadora manual (Norma ASTM D 1452) Se define posteadora como un barreador manual en forma de "T" que permite realizar sondeos exploratorios (perforaciones) en suelos blandos (arcillas y arenas) hasta una profundidad de 5 a 6 m, para obtener muestras de suelo. Las muestras extraídas se obtienen trituradas y completamente alteradas; sin embargo, sirven para reconocer el tipo Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 95 de suelo y contenido de humedad que presenta. Es importante indicar que, la posteadora presenta restricciones en suelos con presencia de gravas y gravillas (las cucharas sacan muestras se entrampan con este tipo de suelos). El procedimiento seguido para la toma de muestras de suelo es como sigue: con la posteadora se penetra el subsuelo girando manualmente el equipo y ejerciendo presión sobre el suelo, a medida que va incrementando la profundidad, se van conectando y añadiendo las varillas de 1 metro de extensión para la obtención de muestras con las cucharas acopladas en el extremo. Estas exploraciones fueron distribuidas entre las calicatas; es decir, en lugares donde no existía información geotécnica, lo cual permitirá tener una mejor caracterización de los suelos en el área urbana de Bernales. A continuación, en la Tabla 7 se muestra los resultados obtenidos y para el detalle de las fichas, ver anexos. Los resultados indican que los suelos de Bernales están conformados principalmente por estratos de hasta 1.00 m de espesor compuestos por gravas y clastos con matriz areno limosa; razón por la cual, el equipo no ha penetrado más de 0.30m de profundidad. Del reconocimiento de suelo, en los Anexos se adjuntan las fichas de los posteos. Tabla 7: Ubicación de posteos y clasificación de suelos SUCS (NP, no presenta datos). POSTEO UTM ESTE (m) UTM NORTE (m) ELEVACIÓN (m.s.n.m) PROFUNDIDAD (m) TIPOS DE SUELOS (SUCS) NIVEL FREÁTICO A (m) POSTB-01 395199 8479835 289 0.70 SM N.P. POSTB-02 397143 8480697 303 1.95 SP N.P. POSTB-03 396840 8479486 309 0.75 SP N.P. POSTB-04 395048 8479522 287 1.00 SP N.P. POSTB-05 395122 8480487 305 3.80 SP N.P. POSTB-06 395868 8480764 310 4.10 SC 4.10 POSTB-07 396206 8480194 315 4.10 SP 4.10 POSTB-08 395789 8480151 324 0.60 SP N.P. POSTB-09 395494 8480601 313 3.00 SP N.P. 4.4. Ensayo de penetración dinámica ligera (DPL, norma DIN4094) Es un equipo de campo de registro continuo (se contabiliza el número de golpes para penetrar un tramo de varillaje a lo largo de todo el ensayo), que permite estimar la Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 96 resistencia del material (suelo) en kg/cm2 al hincado del cono dinámico. La ventaja del instrumento es que es un equipo muy práctico y se puede transportar fácilmente. Consiste en introducir al suelo una varilla de acero en la que se encuentra un cono metálico de penetración de 60° de punta mediante la aplicación de golpes con un martillo de 10 kg, que se deja caer desde una altura de 0.50. Como medida de la resistencia a la penetración se registra el número "N" (número de golpes en 10 cm de penetración), para luego ser correlacionado con algunas propiedades relativas del suelo, en particular, con sus parámetros de resistencia al corte, capacidad portante, densidad relativa, etc. A través de fórmulas empíricas, donde se introduce el "N" se obtiene el ángulo de fricción interna de los distintos materiales. Se debe mencionar que, este ensayo es aplicable en terrenos arenosos, arcillosos y limos arenosos, no recomendable a utilizarse en gravas, fragmentos gruesos, conglomerados y terrenos rocosos. El procedimiento de campo incluyó las siguientes actividades: Ubicación de ensayos: Se distribuyeron generalmente al costado y en puntos intermedios a algunas de las calicatas con el fin de obtener mayor información de la resistencia del suelo en el área estudiada. Ensamble de equipo: Consiste en conectar los accesorios del equipo, 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). Proceso de toma de datos: Se debe registrar el número de golpes por cada 10cm que la varilla penetra el suelo. Posteriormente, se sigue este procedimiento hasta que el suelo ofrezca resistencia (no exceder los 45 golpes de acuerdo a norma técnica). En el Tabla 8, se indica la ubicación de los 09 ensayos de penetración dinámica ligera (DPL) realizados en las inmediaciones del área urbana de Bernales, la profundidad total alcanzada y los datos obtenidos del ensayo (número de golpes y ángulo de fricción) para una profundidad comprendida entre 0.90 y 1.20 m. A este nivel se calculará los parámetros geotécnicos (ángulo de fricción y cohesión) para el cálculo de la capacidad portante. Las fichas de los ensayos se adjuntan en los anexos. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 97 Tabla 8: Ubicación de ensayos de penetración dinámica ligera (DPL) y parámetro obtenidos (Φ = Ángulo de fricción interna no corregido). DPL UTM ESTE (m) UTM NORTE (m) ELEVACIÓN (m.n.s.m) PROFUNDIDAD (m) NÚMERO DE GOLPES ф DPLB-01 400676 8481417 359 3.15 30 36.00 DPLB-02 395219 8481425 286 3.60 38 38.00 DPLB-03 395618 8480270 300 3.20 40 38.50 DPLB-04 400406 8479905 365 0.30 27 35.20 DPLB-05 395685 8479924 300 2.70 41 38.70 Los ensayos de DPL han alcanzado una profundidad máxima de 3.60 m y mínima de 0.30 m, ya que los suelos están conformados en gran porcentaje por arenas finas deleznables y poco compactas. Los datos obtenidos de los ensayos se presentan en fichas de DPL, las mismas que se adjuntan en los anexos. 4.5. 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 una fórmula empírica que relaciona los parámetros de los equipos DPL y SPT, tales como: peso del martillo, altura de caída del martillo, área de la punta cónica, el espesor de la hinca y los números de golpes obtenidos con el DPL. A continuación, se detalla dicha relación: Dónde: N1= Número de golpes equivalente en SPT N2= Número de golpes obtenidos en DPL W1= Peso del martillo del DPL 1122 2211 2 *** *** 1 eAHW eAHWNN = Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 98 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 calculados los valores de golpes con el SPT (NSPT), se realizaron las correcciones por: nivel freático, eficiencia, longitud y diámetro, para así obtener 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. Cálculo del ángulo de fricción interna: Para determinar el ángulo de fricción interna de los suelos de cimentación, existen diversas fórmulas empíricas propuestas por varios autores como Osaki (1959), Muromachi (1974), Peck (1974), Das (1995) y Katanaka - Uchida (1996). Para el caso del área urbana de Bernales, se empleó la relación experimental propuesta por Osaki (1959), debido a que, es la más usada internacionalmente y sus resultados son conservadores, respecto a los otros autores mencionados anteriormente. En la Figura 18 se adjunta uno de los ensayos realizado en campo y sus respectivos valores de ángulos de fricción interna. 4.6. Clasificación de suelos SUCS En base a la información geotécnica recopilada de las calicatas, posteos, DPL y la inspección visual del terreno en Bernales: así como los resultados obtenidos de los ensayos granulométricos y de plasticidad, se ha identificado 04 tipos de suelos, en base al sistema Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), Tabla 9 y Figura 19. Suelo tipo GP: Están conformados por gravas mal graduadas con contenido de humedad menor al 1%, constituyen suelos con grado de compactación bajo a medio, no presenta plasticidad (debido a la escasa presencia de material fino). Estos suelos ocupan el 10 % del área de estudio y han sido identificados en la calicata CBE-01, en el sector Montesierpe. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 99 Figura 18: 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. Suelos tipo SP: Están conformados por arenas mal graduadas, el contenido de humedad es menor a 3%, constituyen suelos con grado de compactación bajo, no presentan plasticidad. Cabe resaltar que estos suelos representan el 25 % del área de estudio y han sido identificados en las calicatas (CBE-02 y CAH-03), de los sectores Hacienda El Palmar y zona urbana de Bernales. Suelos tipo GW: Conformado por grava bien graduada y con poco contenido de material fino (0.04 %) y humedad es de 3%, constituyen suelos con grado de compactación medio y no presenta plasticidad (debido al poco contenido de material fino). Estos suelos ocupan el 15 % del área de estudio y se han identificado en la calicata 04 (CBE-04), de la Hacienda Santa Aide. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 100 Tabla 9: Clasificación de Suelos de las seis (06) calicatas elaboradas en el área urbana de Bernales, según el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 101 Figura 19: Mapa de clasificación SUCS para los suelos del área urbana de Bernales y alrededores. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 102 Suelos tipo SW: Conformado por arena bien graduada con poco contenido de material fino (0.01%), el contenido de humedad es 1%, constituyen suelos con grado de compactación bajo, y no presenta plasticidad (debido al poco contenido de material fino). Estos suelos ocupan el 25 % del área de estudio y se han identificado en la calicata 05 (CBE-05) de la zona urbana de Bernales. 4.7. Ensayo de corte directo (Norma ASTM D - 3080) La finalidad de este ensayo es determinar la resistencia al esfuerzo de 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 la 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, luego se aplica una carga vertical de confinamiento (Pv) y una carga horizontal (Ph) creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 10. Tabla 10: Valores obtenidos del ensayo de corte directo (NP, no presenta datos). MUESTRA Ángulo de fricción interna del suelo (ɸ) Cohesión aparente del suelo (Tn/m2) Densidad natural (Tn/m3) CAH-01 34.34 0.00 1.97 CAH-02 34.72 0.00 1.98 CAH-03 28.80 0.10 N.P CAH-04 28.70 0.08 N.P CAH-05 36.00 0.00 N.P CAH-06 29.60 0.20 N.P De acuerdo a los resultados obtenidos, se evidencia que, la mayoría de los suelos no presentan cohesión y los valores del ángulo de fricción interna son menores a 35°, característicos de suelos granulares como las arenas y gravas. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 103 4.8. 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 establecidos por la relación entre la carga última y un factor de seguridad de valor 3, de acuerdo a la norma técnica peruana para el diseño de cimentaciones E.050. 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, et al). 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 con la fórmula general de Terzaghi (1943), a traves de la siguiente expresión (Tabla 11): Donde: C: cohesión q: carga (ϫ*Df) Nc, Nq, N ϫ: Factores de carga, Tabla 04. Tabla 11: Tabla de factores de carga, modificado por Terzaghi (Braja, 2007). Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 104 Luego, en base a los resultados de la carga última (qu) se calculó la capacidad admisible de los suelos para una profundidad de cimentación de 1.00 m y ancho de zapata de 1.00 m, así como también para una profundidad de cimentación de 1.50 m y ancho de zapata de 1.00 m. Los resultados de capacidad de carga admisible para los 02 tipos de suelos analizados se presentan en las Tablas 12 y 13. Tabla 12: Capacidad de carga admisible de cinco (05) muestras extraídas del área urbana de Bernales. Tabla 13: Capacidad de carga admisible en base a los ensayos de DPL del área urbana Bernales. ENSAYO Capacidad de carga última (kg/cm2) Capacidad de carga admisible (Kg/cm2) Capacidad de carga última (kg/cm2) Capacidad de carga admisible (Kg/cm2) DPL – 01 54.7 1.80 60.7 1.96 DPL – 02 31.2 1.14 70.4 1.87 DPL – 03 30.9 1.10 35.8 1.96 DPL – 05 33.8 1.52 39.7 2.11 Dimensiones de Cimentación Profundidad: 1.00 m y ancho:1.00 Profundidad: 1.50 m y ancho:1.00 De los resultados citados anteriormente y tomando en cuenta los valores de la Tabla 14, se ha determinado que, la zona urbana de Bernales presenta suelos con la siguiente capacidad de carga admisible (Figura 20): Tabla 14: Rango de capacidad de carga admisible. CAPACIDAD CARGA ADMISIBLE (kg/cm²) DENOMINACION < 1.0 MUY BAJA 1.0 - 2.0 BAJA 2.0 - 3.0 MEDIA > 3.0 ALTA MUESTRA Capacidad de carga última (Tn/m2) Capacidad de carga admisible (Kg/cm2) Capacidad de carga última (Tn/m2) Capacidad de carga admisible (Kg/cm2) CBE-01 55.4 1.85 74.1 2.47 CBE-02 32.6 1.19 44.6 1.49 CBE-03 33.4 1.11 41.7 1.39 CBE-04 51.7 1.72 68.6 2.29 CBE-05 33.5 1.12 45.2 1.51 Dimensiones de Cimentación Profundidad: 1.00 m y ancho:1.00 Profundidad: 1.50 m y ancho:1.00 Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 105 Figura 20: Mapa de capacidad de carga adminsible a una profundidad de 1 metros para el área urbana de Bernales y alrededores. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 106 Capacidad de carga admisible baja: Comprende rangos de capacidad de carga admisible entre 1.00 - 2.00 kg/cm2, corresponden a suelos conformados por arenas mal graduadas con gravas (SP), cuyo grado de compactación es bajo a medio. Abarca menos del 30% del área de estudio y se encuentra en la Hacienda Palmar y el Asentamiento urbano. Representado por extensos mantos eólico que movilizan gran cantidad de partículas finas y arenas. Capacidad de carga admisible media: Comprende rangos de capacidad de carga admisible entre 2.00 - 3.00 kg/cm2, corresponden a suelos conformados por grava mal graduadas (GP), gravas arenosas (GM), cuyo grado de compactación es de medio a alto. Abarca el 75% del área de estudio y se encuentran distribuidos en gran parte de la zona urbana de Bernales. 4.9. Problemas geotécnicos Entre los problemas de suelos que se presentan con mayor frecuencia, se tiene la licuación de suelos asociado a la ocurrencia de eventos sísmicos. A continuación, se detalla su dinámica y el procedimiento para su determinación: Licuación de suelos: Se define como la perdida rápida de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos saturados debido al incremento súbito en las presiones de poros, bajo condiciones no drenadas y cargas cíclicas principalmente (Pachon et al, 2000) Análisis del potencial de licuación de suelos: para determinar el potencial de licuación de suelos se debe definir la relación entre la resistencia cíclica (CRR) y el esfuerzo cíclico (CSR), el primero como la oposición que presenta un suelo ante la licuación y el segundo como la excitación o demanda sísmica de un determinado estrato de suelo. Para el cálculo del esfuerzo cíclico se aplica la fórmula de Seed e Idris (1971): 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 = � 𝜏𝜏𝑆𝑆𝑆𝑆 𝜎𝜎′𝑆𝑆𝑉𝑉 � = 0.65 (𝑎𝑎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑔𝑔 ) � 𝜎𝜎𝑣𝑣0 𝜎𝜎′𝑆𝑆𝑉𝑉 � 𝑟𝑟𝑑𝑑 Dónde: amax= Aceleración máxima para un sismo de diseño g= Aceleración de la gravedad Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 107 σvo = Esfuerzo normal vertical respecto al suelo σ'vo = Esfuerzo normal vertical efectivo respecto al suelo rd= Coeficiente de reducción de esfuerzo, tomando en cuenta la deformabilidad del perfil del suelo De acuerdo a Idriss (1991), rd está dado por: 𝑟𝑟𝑑𝑑 = 𝑒𝑒[∝(𝑧𝑧)+𝛽𝛽(𝑧𝑧)∗𝑀𝑀𝑊𝑊] Dónde: ∝ (𝑧𝑧) = −1.01 − 1.06 sin[ 𝑧𝑧11.73) + 5.133] 𝛽𝛽(𝑧𝑧) = 0.106 + 0.118 sin[ 𝑧𝑧11.28) + 5.142] Mientras que, la resistencia del suelo se determinó en base a número de golpes del SPT (NSPT) que fue correlacionado en el presente informe con los datos de campo tomados a partir del ensayo DPL a más de 1.00 m de profundidad. Para ello se considera la siguiente formula: 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 = 134 − 𝑁𝑁 + 𝑁𝑁135 + 50(10 𝑁𝑁 + 45)2 − 1200 Dónde: N= N corregido (N1) 60 Finalmente, la relación entre la resistencia del suelo (CRR) y el esfuerzo cíclico (CSR) brinda un factor de seguridad (FS), si este es menor a 1 ocurrirá licuación, en caso contrario no se presentará, según la siguiente relación: 𝐹𝐹𝐶𝐶 = �𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 �𝑀𝑀𝐶𝐶𝐹𝐹∗ 𝑀𝑀𝐶𝐶𝐹𝐹∗: Factor de Escala de Magnitud, para un sismo de 7.5 Mw este valor es igual a 1. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 108 La zona a evaluar es el sector Las Salinas - Barrio Agüita de Coco, zona de expansión urbana, cuyo suelo está constituido por arenas y nivel freático superficial a 1.50 m. de profundidad (Tabla 13). Además, el análisis de potencial de licuación de suelos se efectuó para un sismo de Mw=7.5 Tabla 13: Resumen de datos para el cálculo de potencial licuación de suelos. Entonces: 𝐹𝐹𝐶𝐶 = 0.250.39 = 0.65 El valor obtenido es de 0.46; es decir, un factor de seguridad menor a 1 y según Seed e Idris (1999) indica que los suelos del Barrio Aguita de Coco presenta potencial de licuación de suelos. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 109 CARACTERIZACIÓN GEOFÍSICA DE LAS ÁREAS URBANAS DE HUMAY Y BERNALES Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 110 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 3. ANALISIS E INTERPRETACIÓN 3.1. Estudio Sísmico con la Técnica H/V 3.2. Estudio Sísmico con la Técnica MASW 3.3. Periodos Dominantes 3.4. Estudio Eléctrico con la Técnica ERT 4. ZONIFICACION SÍSMICA - GEOTÉCNICA 4.1. Mapa de Zonificación Geofísica – Geotécnica CONCLUSIONES Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 111 1. METODOLOGÍA Para obtener el Mapa de Zonificación Geofísica – Geotécnica para el área urbana de Humay se ha seguido la siguiente metodología. 1.1. Razones Espectrales (H/V) Para la aplicación de esta técnica se obtiene registros de vibración ambiental y se procede a construir las razones espectrales H/V; es decir, obtener el cociente de los espectros de Fourier de las componentes horizontales entre la vertical (Nakamura, 1989), a fin de identificar las frecuencias predominantes y amplificaciones máximas relativas que caracterizan al tipo de suelo presente en el área de estudio. 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. 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). Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 112 En la Figura 1, se muestra un ejemplo del procedimiento seguido para el total de la información 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. Figura 1: Ejemplo de la ficha H/V para el punto CL-14 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. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 113 Para la interpretación de los resultados se considera que: 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, 2004; Bernal, 2006). Asimismo, se evalúa la correspondencia de los parámetros físicos-dinámicos encontrados con los aspectos geológicos, geomorfológicos y geotécnicos que domina a la zona de estudio. 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, 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), generadas por una fuente de energía impulsiva y registrada por arreglos lineales de estaciones sísmicas, tal como se muestra la Figura 2. Figura 2: Generación de ondas Rayleigh con fuente artificial y su respectiva curva de dispersión. El procesamiento de los datos de MASW fue realizado con el programa de computación SeisImager y consiste en aplicar la rápida transformada 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, ellos son sometidas de forma Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 114 individual a un proceso matemático de inversión con el fin de obtener los perfiles Vs en una dimensión (1D) (Park, 2014; Roma, 2010; Socco et al., 2008). En la Figura 3, se muestra un ejemplo de los resultados obtenidos del ensayo ubicado próximo a la Hacienda Palmar. La imagen de la izquierda muestra la curva de dispersión obtenida y la 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 profundidad. Esta curva permite verificar el nivel de confiabilidad o la profundidad mínima y máxima de investigación (área sombreada), en este caso; el nivel de confiabilidad es de 2 a 30 metros de profundidad. Figura 3: a) Curva de dispersión y b) perfil de velocidad obtenido a partir del ensayo realizado en la Hacienda Palmar (Bernales). Para el análisis e interpretación de los resultados obtenidos se considera la clasificación de suelos propuestos en la Norma E.030 y que considera la velocidad promedio de propagación de las ondas de corte para los 30 metros (Vs30). En este caso, las velocidades de los perfiles de suelo S1 y S2 se subdividen según la Tabla 1, a fin de lograr mayor detalle para la distribución de este parámetro. Asimismo, cada perfil de velocidad es representado con colores de acuerdo a la Tabla 1. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 115 Tabla 1: Clasificación de perfiles de suelo, a partir de la norma E.030. Clasificación de los perfiles de Suelo N° Vs Norma E.030 Descripción 1 < 180 m/s Suelo blando Suelo blando 2 180 m/s a 350 m/s Suelo rígido Suelo medianamente rígido 3 350 m/s a 500 m/s Suelo rígido 4 500 m/s a 800 m/s Roca o suelo muy rígido Suelo muy rígido 5 800 m/s a 1500 m/s Roca fracturada 6 > 1500 m/s Roca dura Roca dura Finalmente, se realiza la correlación de las capas sísmicas obtenidas con la geología y geotecnia de la zona de estudio; así como el contenido de humedad o nivel freático, parámetros que influyen en la variación de velocidad de ondas Vs. 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 resistividad del subsuelo asociado a la presencia de capas y superficies con mayor o menor contenido de agua, o de sales disueltas presentes en las fracturas de las rocas o 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, se medirá cual es la diferencia de potencial eléctrica ΔV entre esos dos puntos (Figura 4). Para este estudio se realizó el dispositivo polo-dipolo. 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. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 116 Figura 4: Principio del método de resistividad (LE05-CL), modificado de Orellana, E. (1982). Finalmente, los resultados son presentados mediante secciones 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 los objetivos del presente estudio 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. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 117 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. - 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. - Resistivo o Resistividad Moderada (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. Así mismo, 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. referidos a suelos con presencia de agua, material orgánico y 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, los rangos de resistividades a considerar se detallan en la Tabla 2. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 118 Tabla 2: Rango de Resistividades. Rango de resistividades ohm.m Tipo de suelo Material muy alto resistivo > 1500 Más competente Material alto resistivo 500 a 1500 Material resistivo o resistividad moderada 100 a 500 Material bajo resistivo 20 a 100 Material muy bajo resistivo < 20 Blandos / saturados Dada la estrecha relación entre la resistividad eléctrica y el grado de saturación del terreno, es posible definir la 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 los valores de resistividad. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 119 2. RECOLECCION DE DATOS En este estudio se ha realizado la aplicación de métodos sísmicos y geofísicos, para lo cual se han obtenido y utilizado diferentes tipos de registros y arreglos, siendo sus características las siguientes. 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 registro tipo Lennartz (Figura 5). Figura 5: Equipo sísmico utilizado para el registro de vibraciones ambientales en Humay: sensores Lennartz (2N) y registrador CityShark II. En el área urbana de Humay y Bernales, se consideró registros de vibración ambiental obtenidos de manera puntual en 121 puntos, distribuidos según la Figura 6. La distribución de los puntos de medida es definida sobre el mapa catastral de Humay y Bernales, teniendo en cuenta la información geológica y geomorfológica de la zona de estudio. En cada punto, se registran datos por un periodo de 15 minutos, lo cual permite disponer de buena cantidad de información para su posterior análisis. En la Figura 7, 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 HU-106 presenta bajos niveles de ruido; mientras que, la señal en HM-62, presenta diversidad de pulsos de variada amplitud, que al momento de su análisis fueron filtrados a fin de no alterar los resultados. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 120 Figura 6: Mapa catastral del área urbana de Humay y Bernales con la distribución de puntos donde se tomaron los registros de vibración ambiental. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 121 Figura 7: 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 (HM-62) y otro con ruido de fondo constante (HM-106). Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 122 Entre Humay y Bernales se realizaron 08 arreglos sísmicos y su distribución se muestra en la Figura 8 codificadas como: LS01-HM, LS02-HM, …. En la Tabla 3 se presenta las coordenadas UTM de cada línea. Figura 8: Mapa de las áreas urbanas de Humay y Bernales, y distribución espacial de las líneas sísmicas codificadas como: LS01-HM,…, LS08-HM. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 123 Tabla 3: Coordenadas y características de las Líneas Sísmicas. Línea Sísmica Este (m) Norte (m) Cota (m) Espaciamiento entre geófonos (m) Longitud total (m) LS01-HM 403717 8480917 434 4 92 403629 8480889 431 LS02-HM 403786 8482623 411 3.5 80.5 403867 8482623 413 LS03-HM 404257 8483060 442 3.5 80.5 404179 8483042 442 LS04-HM 400394 8479881 382 3 69 400340 8479836 382 LS05-HM 395683 8480244 306 4 92 395594 8480256 306 LS06-HM 395748 8479843 317 4 92 395696 8479918 314 LS07-HM 395244 8481522 298 3 69 395227 8481455 300 LS08-HM 400667 8481518 359 4 92 400673 8481428 357 Para el registro de datos sísmicos se ha utilizado un equipo sísmico (sismógrafo) 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 y para dar inicio a la grabación el dispositivo Hammer Swith (Figura 9). Los parámetros de registro, tales como la geometría del tendido y el espaciamiento entre geófonos fue variable ya que dependió de la geomorfología de la zona de estudio. 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 Humay. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 124 La profundidad máxima de investigación depende de la geometría del tendido, espaciamiento entre geófonos y la fuente activa, pudiendo variar entre los 10-30 m; además se considera las características litológicas de los suelos y el espacio para realizar los arreglos, considerando que se trabaja en zonas urbanas. A fin de evaluar la calidad de los datos y el nivel de ruido (Figura 10), se verifica la relación señal/ruido mediante unos apilamientos de señales (en cada punto de disparo se registran varios golpes y es acumulado al anterior) obtenidos después de realizar, se realizar cuatro a cinco golpes en cada punto “shot”, lo cual permitirá realizar el procesamiento preliminar de los datos. En la Figura 11, se muestra la disposición del equipo y el registro sísmico obtenido para la línea sísmica LS02-HM, ubicada próximo a la I.E. Beatita de Humay con bajo contenido de ruido de fondo. Figura 10: a) Registro sísmico con bajo contenido de ruido ambiental, es decir, alta calidad. b) Registro sísmico con alto contenido de ruido ambiental. A B Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 125 Figura 11: Disposición del equipo de adquisición por el método de MASW y el registro sísmico obtenido. En el área urbana y de expansión de Humay y Bernales se han realizado 05 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 logrando un tendido longitudinal que variaba de 210, 260 y 290 metros; lo cual permitió tener alcances en profundidad del orden de 39 metros. Asimismo, en la Tabla 4 se presenta las coordenadas UTM (MGS84) para los puntos extremos de cada línea sísmica (Figura 12). Tabla 4: Coordenadas de las Líneas eléctricas (LE) realizadas en Humay. Línea Eléctrica Este (m) Norte (m) Cota (m) Espaciamiento entre electrodos (m) Longitud total (m) LE01-HM 404365 8483081 444 10 210 404166 8483043 442 LE02-HM 404028 8482662 410 10 260 403777 8482619 408 LE03-HM 395817 8479738 308 10 290 395641 8479956 309 LE04-HM 395290 8481686 291 10 290 395212 8481414 295 LE05-HM 395641 8480394 323 10 290 395624 8480114 326 Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 126 Figura 12: Mapa de las áreas urbanas de Humay y Bernales, y la distribución espacial de las líneas de tomografía eléctrica codificadas como: LE01-HM,…, LE05-HM. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 127 En relación a las líneas eléctricas, la calidad de la señal se evalúa mediante un test de resistencia de contacto entre los electrodos y el terreno, garantizando datos confiables para el procesamiento, y buscando 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. Este hecho permitió evaluar la fiabilidad mediante la comparativa de los dos valores de resistividad, siendo los más confiables aquellos con menores diferencias. Para el registro de datos se considera 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 dos ciclos de medida realizados en cada punto de registro debe ser inferior al 3%.  La resistividad mínima y máxima aparente debe estar entre 1 y 100.000 Ωm. Para el procesamiento de los datos recolectados se ha hecho uso de los algoritmos de inversión DCIP2D y OASIS MONTAJ. En la Figura 13, se observa la disposición de equipo eléctrico en campo y un ejemplo del análisis preliminar del registro obtenido. Figura 13: Disposición del equipo de adquisición por la técnica de ERT (LE04-HM) y el registro eléctrico obtenido en campo. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 128 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 para las áreas urbanas de Humay y Bernales. 3.1. Estudio Sísmico con la Técnica de H/V Esta información permite obtener espectros de Fourier para las tres componentes de registro de vibración ambiental adquiridos de manera puntual en 121 puntos (Figura 3) y a partir de la razón espectral (componentes horizontales/componente vertical), conocer las frecuencias predominantes y/o periodos dominantes de vibración natural del suelo y en algunos casos, la amplificación sísmica relativa para cada punto. - 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. Los resultados obtenidos permiten definir la existencia de suelos con dos rangos de frecuencias: Fo (F≤2.0 Hz) y F1 (F>2.0 Hz) este último fue identificado en varios puntos de medición con amplificaciones menores para Fo, lo cual sugiere que la respuesta dinámica de estos suelos es relativamente compleja. A continuación, se describe y analiza la distribución espacial de las frecuencias predominantes identificadas en Humay y Bernales. - Frecuencia predominante F0: En la Figura 14, se muestra el mapa con la distribución espacial de los valores de Fo, notándose el predominio de valores de entre 0.8 y 2.0 Hz hacia el extremo Norte (zona urbana de Humay); mientras que, en el área agrícola adyacente al río Pisco, estos valores se distribuyen de manera uniforme. En el área urbana de Bernales estas frecuencias se distribuyen de manera dispersa, sobre todo en la periferie de esta área. En la Figura 15, se muestras ejemplos de razones espectrales para los puntos HM-89 (A), HM-90 (B) y HM-110 (C), ubicados en el extremo norte del área urbana de Humay, donde predominan frecuencias a 1.3, 0.8 y 1.9 Hz con amplificaciones mínimas, a excepto el punto HM-90 que alcanza amplificaciones de hasta 6 veces. En este último caso, al considerar valores tan bajos de frecuencias y evaluando el tipo de estructura que Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 129 existe actualmente en el área de estudio, este rango de frecuencias no es de interés para este estudio; sin embargo, se debe tener en cuenta al momento de diseñar estructuras especiales que respondan en este rango de frecuencias. Figura 14: Mapa del área de estudio y la distribución espacial de las frecuencias predominantes Fo (F≤2.0Hz). Las letras indican la ubicación de los gráficos consideradas en la Figura 15. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 130 Figura 15: Ejemplos de razones espectrales (H/V): Para los puntos CL-70 (I), CL-149 (W) y CL-150 (X), ubicados en la zona céntrica de Humay, distribuidos entre la Plaza de Armas y el AA.HH. Asunción. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. - Frecuencias predominantes F1: En la Figura 16, se muestra la distribución espacial de las frecuencias predominantes F1 (F>2.0Hz) y en la Figura 17, ejemplos de los gráficos de razones espectrales que caracterizan los suelos del área urbana de Humay con el predominio de frecuencias de entre 5.0 y 15.0 Hz, y Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 131 en Bernales, frecuencias entre 3.0 y 7.0 Hz, con amplificaciones máximas relativas de hasta 5 veces. Figura 16: Mapa del área de estudio y la distribución espacial de las frecuencias predominantes F1 (F>2.0Hz). Las letras indican la ubicación de los gráficos que se están considerando en la Figura 17. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 132 Figura 17: Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango F1 (F>2.0Hz): puntos HM-03(A), HM-15(C) y HM-112(S), ubicados en Humay, dos de ellos en el extremo Norte del área urbana y HM-15 en la plaza de armas. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 133 Figura 17: …Continuación…/ Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango F1 (F>2.0Hz): puntos HM- 13(B), IM-86(M) y HM-116(T), ubicados en Humay, en el extremo sur del área urbana. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 134 Figura 17: …Continuación…/ Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango F1 (F>2.0Hz): puntos HM- 93(N), HM-97(O) y HM-100(P), ubicados en la margen derecha del río Pisco. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 135 Figura 17: …Continuación…/ Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango F1 (F>2.0Hz): puntos HM- 74(J), HM-84(L) y HM-101(Q), ubicados en la margen izquierda del río Pisco. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 136 Figura 17: …Continuación…/ Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango F1 (F>2.0Hz): puntos HM- 50(F), HM-62(H) y HM-117(U), ubicados en Bernales, en el extremo NO del área urbana. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 137 Figura 17: …Continuación…/ Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango F1 (F>2.0Hz): puntos HM- 30(D), HM-44(E) y HM-57(G), ubicados en Bernales, dos en el extremo SE del área urbana y HM-44 en la plaza de armas. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 138 Figura 17: …Continuación…/ Ejemplos de razones espectrales (H/V) en el rango F1 (F>2.0Hz): puntos HM- 71(I), HM-81(K) y HM-107(R), ubicados en el extremo sur del área de estudio, en la zona denominada La Alfalfa, Buenos Aires, y Pampa Prieta. Las líneas continuas representan la razón espectral y las discontinuas su desviación estándar. Las barras grises, definen la frecuencia predominante. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 139 Para Humay, se presenta las razones espectrales (H/V) obtenidas para los puntos HM-03(A), HM-15(C) y HM-112(S), ubicados en el extremo norte de área urbana y HM-15 en su Plaza de Armas, donde los suelos responden a frecuencias de 5.6, 8.6 y 6.6Hz respectivamente con amplificaciones de hasta 3 veces. En los puntos HM-13(B), IM- 86(M) y HM-116(T), ubicados en el extremo sur del área urbana, sobre la hacienda Gamonal, predominan frecuencias a 8.2, 6.4 y 13.0 Hz, con amplificaciones de hasta 4 veces. Asimismo, en este sector también los suelos muestran sensibilidad a frecuencias de 1.0 a 2.0 Hz. En los puntos HM-93(N), HM-97(O) y HM-100(P), ubicados en la margen derecha del río Pisco, predominan frecuencias a 8.6, 14.5 y 11.5 Hz con amplificaciones máximas relativas de hasta 4 veces y en los puntos HM-74(J), HM-84(L) y HM-101(Q), ubicados en la margen izquierda del río Pisco, frecuencias de 4.8, 6.2 y 5.3 Hz con amplificaciones de hasta 5 veces. Estos resultados evidencian que los suelos ubicados hacia la margen derecha del rio Pisco tienden a valores mayores de frecuencias respecto a la otra margen y muestra una clara respuesta a frecuencias que fluctúan entre 1.0-1.5 Hz con amplificaciones de hasta 4.5 veces asociada a la proximidad al rio y una mayor complejidad en la respuesta dinámica de los suelos. Para Bernales, se presenta las razones (H/V) obtenidas para los puntos HM-50(F), HM-62(H) y HM-117(U), ubicados en el extremo NO del área urbana, donde predominan un pico bien definido a frecuencias de 5.5, 3.6 y 3.5 Hz, con amplificaciones de hasta 3.0 veces, y en los puntos HM-30(D), HM-44(E), HM-57(G), ubicados en el extremo SE del área urbana y HM-44 en su plaza de armas, frecuencias a 3.4, 3.7 y 5.2 Hz, con amplificaciones máximas relativas de hasta 17, 6 y 8 veces, lo cual sugiere que los suelos arenosos de este sector son poco consolidados. En los puntos HM-71(I), HIM-81(K) y HM-107(R) ubicados hacia el extremo Sur del área de estudio, en la zona denominada La Alfalfa, Buenos Aires y Pampa Prieta, predominan frecuencias a 15.0, 4.8 y 6.50 Hz, con amplificaciones relativas de 12, 3 y 2.2 veces. Las altas frecuencias se asocian a la capa más superficial del subsuelo y las mayores amplificaciones a su poca compactación. Interpretación A pesar que en el área urbana de Humay, se ha identificado dos picos de frecuencias, por su baja amplificación definen la presencia de suelos más estables Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 140 respecto a lo observado en el área urbana de Bernales, que presenta un pico de frecuencia bien definido, pero con grandes amplificaciones evidenciando su mayor flexibilidad y, por ende, menor consistencia. 3.2. Estudio Sísmico con la Técnica de MASW Los modelos de velocidad de propagación (Vs) representan información muy útil en materia de riesgo sísmico y reconocimiento general de la estructura y naturaleza del subsuelo. En este estudio, el procesamiento de datos permitió llegar desde profundidades de 1.5 y 2.5 metros hasta los 30 metros en cada línea sísmica. Las líneas LS02 y LS03 en la zona urbana de Humay; LS05 y LS06 en Bernales; LS01 y LS04 en la margen derecha del río Pisco (frente al pueblo de Humay) y las líneas LS07 y LS08 cerca del río Pisco (Figura 5). A continuación, se describe los resultados obtenidos agrupados de acuerdo a sus valores y ubicación del perfil: Línea sísmica LS01-HM: Línea sísmica realizada en la carretera con dirección al Fundo Abril (Figura 5) y muestra la presencia de suelos conformados por dos capas: la primera con velocidades Vs de 259 m/s y espesores de 5 metros, lo que sugiere la presencia de suelos medianamente rígidos. La segunda, con 10 metros de espesor y Vs de 473 m/s; por lo tanto, considerado como suelos rígidos, y la superficie de contacto con el semiespacio con Vs > 717 m/s lo que sugieren suelos muy rígidos. Línea sísmica LS02-HM y LS03-HM: Líneas sísmicas ubicadas al costado del cementerio de Humay (LS03) y próximo a la I.E. Beatita de Humay (LS02), Figura 19. Se identifico la presencia de suelos conformados por dos capas: la primera de 5 a 7 metros de espesor y velocidades Vs de 259 a 265 m/s que sugieren suelos medianamente rígidos. La segunda capa, en el caso de la línea LS02, presenta suelos muy rígidos con velocidades de 537 m/s y espesores de 13 metros. En la línea LS03 suelos rígidos con Vs de 388 m/s y 15 metros de espesor; es decir, la segunda capa en la línea LS02 es más compacta que en la línea LS03. La superficie de contacto con el semiespacio presenta velocidades Vs > 1004 m/s para ambas líneas sísmicas, lo cual sugiere la presencia de rocas moderadamente duras. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 141 Línea sísmica LS04-HM: Ubicada en el sector de Buenos Aires (Figura 5) y muestran la presencia de suelos conformados por dos capas: la primera con velocidades Vs de 428 m/s y espesores de 5 metros que sugiere la existencia de suelos duros. La segunda, con espesores de 6 metros y velocidades Vs de 641 m/s correspondientes a suelos muy duros. La superficie de contacto con el semiespacio con Vs > 889 m/s sugiere la presencia de rocas moderadamente duras. Líneas sísmicas LS05-HM y LS06-HM: Ambas líneas ubicadas en la zona urbana de Bernales (Figura 5), indican la presencia de suelos conformados por dos capas: la primera con velocidades Vs de 136 a 166 m/s y espesores de 3 a 7 metros que sugieren la presencia de suelos blandos. La segunda, en el caso de la línea LS05 con una velocidad de 283 m/s y espesor de 8 metros correspondiente a suelos medianamente rígido y la línea LS06, con espesores de 11 metros y velocidades Vs de 371 m/s considera presencia de suelos rígidos. Asimismo, la superficie de contacto con el semiespacio para la línea LS05 presenta velocidades Vs > 662 m/s que sugiere la existencia de suelos muy rígidos, a diferencia de la línea LS06 con velocidades altas Vs > 836 m/s que considera la presencia de rocas moderadamente duras. Los resultados obtenidos, sugieren que la segunda capa y el semiespacio de la línea LS05 son menos compacto que los encontrados en la línea sísmica LS06. Líneas sísmicas LS07-HM y LS08-HM: Líneas sísmicas realizadas en zonas de cultivo y cercanos al rio Pisco (sector las Palmas), ver Figura 5. Ambos indican la presencia de suelos conformados por una y dos capas: la primera de 4 a 11 metros de espesor y velocidades Vs de 228 a 237 m/s que sugieren la presencia de suelos medianamente rígidos. La segunda capa, ausente en la línea LS07 pero presente en la línea LS08, presenta una velocidad de 481 m/s correspondiendo a suelos rígidos. La superficie de contacto con el semiespacio, en ambas líneas sísmicas, presentan velocidades Vs > 573 m/s que sugiere la existencia de suelos muy rígidos. En la Tabla 5, se resume los valores de velocidad de ondas de corte Vs obtenidos para los distintos tipos de perfiles de suelo, según lo dispuesto en la Tabla 4. En la Figura 18, se presenta los resultados de la línea sísmica LS01, y para las otras líneas ver anexos. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 142 Tabla 5: Valores de espesor y Vs de las líneas sísmicas realizados en Humay mediante el método de MASW. Superficie Profundidad Línea Sísmica N° DE CAPA 1 2 Semiespacio VS30 (m/s) Vs (m/s) Esp. (m) Vs (m/s) Esp. (m) Vs (m/s) Esp. (m) LS01-CL 202 4 312 7 417 - 342 LS02-CL 328 7 510 11 658 - 488 LS03-CL 209 7 315 8 510 - 339 LS04-CL 210 4 368 22 759 - 353 LS05-CL 215 4 277 9 529 - 347 LS06-CL 202 4 335 19 604 - 331 LS07-CL 200 4 302 14 489 - 330 LS08-CL 254 9 386 14 511 - 344 LS09-CL 205 13 286 12 487 - 251 LS10-CL 227 4 357 17 517 - 363 LS11-CL 221 7 307 14 585 - 313 Suelo blando (Vs < 180 m/s) Suelo medianamente rígidos (180 – 350 m/s) Suelo rígidos (350 – 500 m/s) Suelo muy rígidos o roca blanda (500 – 800 m/s) Roca moderadamente duro (800 – 1500 m/s) Interpretación De acuerdo a los resultados obtenidos, se ha identificado la presencia de 2 capas sísmicas y un semiespacio (Tabla 5). Su correlación con la geología y geotecnia sugieren los siguientes resultados: El área urbana de Humay, presenta suelos medianamente rígidos para la primera capa (Vs 238 a 265 m/s) con espesores de 7 metros en la parte sur (próximo a la I.E. Beatita de Humay) y de 5 metros en la parte norte (por el cementerio de Humay y áreas de cultivo), ver Figura 8. La capa superficial suprayace a suelos muy rígidos (Vs 537 m/s) de 13 metros de espesor en la parte sur y suelos rígidos (Vs 388 m/s) con 15 metros de espesor en la parte norte y que pueden deberse al contenido de humedad generado por la proximidad de aéreas de cultivo (Figura 19). Ambas capas corresponden a depósitos aluviales de gran espesor que provienen de la quebrada ubicado al norte de Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 143 Humay. Debajo de estas capas, se identificó rocas medianamente rígidas que posiblemente corresponden al contacto suelo roca; es decir, depósitos aluviales asentados sobre intrusivos. Figura 18: Resultados obtenidos con el método MASW para el arreglo LS01-HM. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 144 Figura 19: Ensayo sísmico realizado en la zona urbana de Humay: capa superficial constituida por suelos moderadamente duros (LS02-HM y LS03-HM). En el área urbana de Bernales (Figura 8), se identificó suelos blandos en superficie (Vs 136 a 166 m/s) con espesores de 3 metros en la parte central y de 7 metros conforme se avanza al sur, esto es debido a la presencia de depósitos eólicos sobre el cual se encuentra asentada la zona urbana de Bernales, ver Figura 20. La capa superficial suprayace a suelos medianamente rígidos (Vs 283 m/s) de 8 metros de espesor en la parte central y conforme se avanza al sur, se presentan suelos duros (Vs 371 m/s) de 11 metros de espesor; conformada por material aluvial con diferente grado de consolidación y presencia de humedad. Por debajo de ambas capas, están presentes suelos muy rígidos que corresponden también a aluviales, pero más consolidados. Figura 20: Ensayo sísmico realizado en la zona urbana de Bernales: capa superficial constituida por suelos blandos (LS05-HM y LS06-HM). Las zonas ubicadas al noreste (Figura 20) próximos al río Pisco (hacienda Palmar y San Ignacio) y al sureste (fundo Abril), presentan suelos medianamente rígidos en superficie (Vs 228 a 259 m/s) a muy rígidos en profundidad correspondiendo a depósitos aluviales y fluviales. Pero en la zona sur (sector Buenos Aires) se presentan suelos rígidos en superficie (Vs 428 m/s) a roca medianamente rígidos; es decir, en esta zona los suelos son más consolidados a pesar de estar constituidos por depósitos aluviales. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 145 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 21 se muestra la distribución espacial de los valores de periodos dominantes en el área de estudio, los cuales han sido separados en dos grupos, siendo los representados por números grandes para periodos menores e iguales a 0.4 segundos y en pequeño para periodos mayores. Los periodos de 0.1 y 0.4 segundos, se distribuyen de manera casi uniforme sobre toda el área de estudio, concentrándose los periodos de 0.1 y 0.2 en el área urbana de Humay y de 0.2 y 0.4 Bernales. En el 70% del área de estudio, sobresale un segundo periodo que fluctúa entre 0.7 y 1.0 segundos, excepto en Bernales que solo sobresale un periodo. Sin embargo, las mayores amplificaciones se presentan en Bernales y sobre algunos puntos ubicados próximos a la ribera del río Pisco. Los periodos dominantes que caracterizan los suelos del área urbana de Humay y Bernales 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 para Humay de 250 y 400 m/s para las ondas de corte (Vs) y periodos de 0.1 y 0.2 segundos, se estima la presencia de una capa superficial con espesores de entre 6 y 20 m. Para Bernales, considerando velocidades de 160 y 350 m/s para las ondas de corte (Vs) y periodos de 0.2 y 0.3 segundos, se estima la existencia de una capa con espesores de 8 a 28 m para el estrato superficial, asentada sobre una capa de mayor espesor y consistencia. En el área urbana de Humay, la distribución espacial de periodos mayores a 0.4 segundos sugiere la presencia en el subsuelo de una capa superficial de gran espesor y los periodos menores, una capa superficial de menor espesor, donde la primera influye moderadamente sobre la segunda. Por otro lado, los valores de 0.2 y 0.4 segundos con altas amplificaciones se distribuyen principalmente hacia el extremo NO del centro poblado de Bernales, estos sugieren que los suelos son más flexibles en comparación con el resto del área de estudio. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 146 Figura 21: Mapa de la distribución espacial de los valores de periodos dominantes para el área de estudio. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 147 3.4. Estudio Eléctricos con la Técnica de ERT A continuación, se describe los resultados obtenidos para las líneas de tomografía eléctrica realizados en las áreas urbanas de Humay y Bernales: Líneas eléctricas LE01-HM y LE02-HM, realizadas paralelas al río Pisco (Figura 12), próximas al cementerio de Humay y a la I.E. Beatita de Humay (Figura 22), respectivamente. De acuerdo a los resultados obtenidos se identificaron dos horizontes geoeléctricos, el primero con valores medianamente resistivos desde la superficie y que envuelven a materiales resistivos, asociados a terrenos compactos; mientras que, el segundo corresponde a materiales conductivos, asociados a la saturación del terreno. Ambas líneas fueron realizadas sobre depósitos aluviales, con permeabilidad moderada, provocando que los suelos en profundidad se saturen (mayor contenido de humedad). El nivel freático fluctúa entre 5 y 30 metros de profundidad. Figura 22: Características superficiales de LE02-HM. Línea eléctrica LE03-HM, realizada en el área urbana de Bernales (Figura 12) y en una zona donde existe un canal no revestido, paralelo a la línea (Figura 23). Se ha identificado la presencia de tres horizontes geoeléctricos, concentrándose las resistividades más bajas en el horizonte intermedio debido a la influencia del canal en un medio permeable como las arenas “dunas” (depósitos eólicos). Los horizontes superiores e inferiores indican la presencia de material resistivo y muy resistivo. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 148 Figura 23: Características superficiales de LE03-HM. Línea eléctrica LE05-HM, realizado próximo a la Plaza de Bernales (Figura 12), cerca de una hondonada donde el punto medio de la línea está en la parte baja. Según los resultados obtenidos, las bajas resistividades son influenciadas por la acción humana (cañerías de agua, instaladas informalmente) es un medio permeable conformado por arenas sueltas de grano medio a fino (depósitos eólicos) y zonas de relleno (Figura 24). Figura 24: Características superficiales de LE05-HM, el terreno es una depresión. Línea eléctrica LE04-HM, realizada en el sector de la Hda. Palmar (Figura 12), sobre un terreno agrícola (Figura 25). El 95% de la línea eléctrica es un medio conductivo. Es un suelo saturado y afectado por el paso del río Pisco; por lo tanto, el nivel freático es superficial. Figura 25: Características superficiales de LE04-HM. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 149 Interpretación En la Tabla 6, se ha realizado la clasificación de los suelos de acuerdo a los rangos de resistividades descritos en la Tabla 2, desde material muy bajo resistivo hasta muy resistivos; mientras que, en la Figura 26 se presenta los resultados para la línea LE04–HM y en los anexos para las demás líneas. Tabla 6: Valores de resistividad obtenidos de las líneas eléctricas obtenidas en el área de estudio. De acuerdo a los resultados obtenidos en Humay predominan en superficie suelos medianamente resistivos y en Bernales, suelos de bajos a medianamente resistivos. En el área urbana de Humay, al norte de la Plaza de Armas (próximo al cementerio, Figura 12), el nivel freático se encuentra a 5 metros de profundidad (zona de cultivo y canales de regadío); mientras que, al extremo Sur de la plaza de Humay (sector de la Hda. Gamonal) el nivel freático se encuentra a los 20 metros de profundidad. En el área urbana de Bernales, al Norte de la Plaza de Armas, en la hacienda Palmar predominan suelos saturados debido a la presencia del río Pisco y zonas de cultivo. Mientras que, en dirección sur, el nivel freático se encuentra a 5 metros de profundidad y en este caso es debido a la presencia de zonas pantanosas; Asimismo, en el extremo Este y Suroeste de la Plaza de Armas se tiene la presencia de lagunas (próximas al cerro La Zorra). Finalmente, en Bernales el nivel freático fluctúa entre 3 y 15 metros de profundidad. Líneas Eléctricas Orientación Profundidad de alcance (m) Horizonte geoeléctrico Resistividad (Ω.m) Profundidad Nivel freático (m) LE01-HM EW 31 1 100 – 500 500 - 3000 5 m 2 < 100 LE02-HM NS 31 1 100 – 500 500 - 1260 20 m 2 < 100 LE03-HM EW 39 1 500 - 3100 15 m 2 100 - 500 < 100 3 500 - 3100 LE04-HM NS 39 1 20 - 100 3 m 2 < 20 LE05-HM NS 39 1 100 – 500 5 m 2 500 - 3100 3 < 100 Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 150 Geológicamente, Humay está asentada sobre depósitos aluviales aptos para explotación de aguas subterráneas. Por otro lado, Bernales está asentado sobre material eólico y por debajo de este se encuentra el material aluvial, en donde se presentaría el nivel freático. Figura 26: Análisis e interpretación geofísica obtenida con el método de tomografía eléctrica para la línea LE04-HM. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 151 4. ZONIFICACION GEOFÍSICA - GEOTÉCNICA El mapa de Zonificación Geofísica - Geotécnica se elabora en función de la integración de los resultados obtenidos de los estudios geológicos, geotécnicos y geofísicos; mientras que, las características dinámicas del suelo y sus propiedades mecánicas han sido identificas según la Norma de Construcción Sismorresistente E.030. Los resultados indican que en Humay y Bernales, existen suelos de Tipo S1 y S2, que corresponden a suelos rígidos y medianamente rígidos respectivamente. 4.1. Mapa de Zonificación Geofísica - Geotécnica Para las áreas urbanas de Humay y Bermales se propone la siguiente Zonificación Geofísica – Geotécnica (Figura 27): ZONA I: Conformada por estratos de depósitos coluviales y aluviales, cubiertos por depósitos de material fino (arenas finas) con espesores de hasta 12 metros. Este suelo tiene un comportamiento medianamente rígido, con periodos de vibración natural que varían entre 0.1 y 0.3 segundos. Considerando las moderadas velocidades de ondas de corte (200 y 500 m/s) encontradas en Humay y Bernales, hay un domino de suelos Tipo S1 de la norma sismorresistente peruana, con capacidad admisible de 2.0-3.0 Kg/cm2. Dentro de esta zona, con líneas en rojo, se delimita áreas donde se presentan las máximas amplificaciones, lo cual evidencian la menor consistencia de los suelos superficiales y la presencia de altos niveles freáticos en el caso de Bernales. ZONA II: En la zona se incluye las áreas de terreno conformado por estratos superficiales de suelos granulares finos a gruesos con espesores que varían entre 10 y 35 m., subyaciendo a estos estratos se tiene grava. Este suelo tiene un comportamiento medianamente rígido a blando con periodos de vibración natural que varían entre 0.3 y 0.4 segundos. De acuerdo a las velocidades de ondas de corte (180 y 300m/s) corresponden a suelos Tipo S2 (Norma E030) con capacidad admisible de 1.0-2.0 Kg/cm2. Esta zona se presenta en el extremo SE del área urbana de Bernales, donde superficialmente predominan suelos arenosos. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 152 Figura 27: Mapa de Zonificación Geofísica-Geotécnica para las áreas urbanas de Humay y Bernales. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 153 CONCLUSIONES El estudio de Zonificación Geofísica-Geotécnica (Comportamiento Dinámico del Suelo) para las áreas urbanas de Humay y Bernales, ha permitido llegar a las siguientes conclusiones:  Las unidades geomorfológicas en el área urbana de Humay están conformadas por: Abanicos aluviales (30%), terrazas aluviales 1 y 2 (25%), terrazas fluviales 1 y 2 (20%), lecho fluvial (15%) y montañas (10%). El 60% del área urbana de Humay se asienta sobre un antiguo abanico aluvial; mientras que, las actividades agrícolas se desarrollan en terrazas aluviales y fluviales (40%).  Se han identificado dos tipos de eventos geodinámicos: Los flujos de detritos inactivos que se desarrollan en la cabecera de las quebradas Cangana Alta, La Meda y Canal de Captación La Unión que se activan en temporada de lluvias intensas. Asimismo, las caídas de rocas, siendo depósitos de clastos y gravas angulosas que forman flujos causando que las quebradas se activen por lluvias.  En Humay se ha identificado dos tipos de suelos con capacidad de carga admisible baja (1.36 - 1.46 kg/cm2) conformados por arenas mal graduadas con gravas y bajos porcentajes de limos (SP) identificadas en el sector de “Parque Infantil” y “El Rompe”. Los suelos de cimentación con capacidad de carga admisible media (2.72 a 2.85 kg/cm2) se extienden con gran porcentaje en el área urbana y están representados por gravas mal graduadas con limos y arenas (GP- GM), presentes en los sectores de Cangana Alta, La Meda, Los Ángeles (Cementerio Municipal) y Estadio Municipal.  Se ha identificado cuatro tipos de suelos en área urbana de Bernales, conformados por arenas bien graduadas (SW), arenas mal graduadas (SP) presentes en la zona urbana de Bernales, con una capacidad de carga admisible baja (1.00 a 2.00 kg/cm2). Asimismo, las gravas redondeadas en estratos más compactos se encuentran en el extremo este del área urbana de Bernales, se trata de gravas bien graduadas (GW) y mal graduadas (GP) con capacidad de carga media (2.29 – 2.47 kg/cm2) en los sectores Santa Aide y Hacienda San Ignacio. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 154  Las unidades geomorfológicas en el área urbana de Bernales están conformadas por: dunas (30%), lecho fluvial (30%), llanura aluvial (30%), llanura de inundación (5%) y terraza aluvial (5%). El 60% del área urbana se asienta sobre una duna antigua conformada por arenas; mientras que, las actividades agrícolas se desarrollan sobre la llanura aluvial.  Los materiales que conforman el subsuelo en Bernales responden a depósitos eólicos (arenas finas con poco contenido de limos) que tienen un espesor promedio de 10 m y depósitos aluviales (gravas y arenas) producto de la dinámica del río Pisco. El substrato rocoso de la ciudad en mención lo constituyen rocas intrusivas tipo (monzogabros y monzogranito) que afloran principalmente al norte de la zona de estudio.  Se han identificado cuatro tipos de suelos conformados por: arenas bien graduadas (SW), arenas mal graduadas (SP) presentes en el área urbana con una capacidad de carga admisible baja (1.00 a 2.00 kg/cm2). Asimismo, las gravas redondeadas en estratos más compactos se encuentran al este del área urbana y se trata de gravas bien graduadas (GW) y mal graduadas (GP) con capacidad de carga media (2.29 – 2.47 kg/cm2) en los sectores Santa Aide y Hacienda San Ignacio.  En Humay y Bernales, los periodos de 0.1 y 0.4 segundos se distribuyen de manera casi uniforme sobre toda el área de estudio, concentrándose los periodos de 0.1 y 0.2 en el área urbana de Humay y de 0.2 y 0.4 en el centro poblado de Bernales. En el 70% del área de estudio, sobresale un segundo periodo que fluctúa entre 0.7 y 1.0 segundos, excepto en Bernales que solo sobresale un periodo.  Los periodos dominantes que caracterizan a los suelos están relacionados con las condiciones físico-dinámicas a través de la relación To=4H/Vs, que asumiendo para Humay un Velocidad de 250 y 400 m/s para las ondas de corte (Vs) y periodos de 0.1 y 0.2 segundos, se estima una capa superficial con espesores de entre 6 y 20 m y para Bernales considerando velocidades de 160 y 350 m/s para las ondas de corte (Vs) y periodos de 0.2 y 0.3 segundos, se estima espesores de 8 a 28 m para el estrato superficial, asentada sobre una capa de mayor espesor y consistencia. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 155  En Humay predominan en superficie suelos medianamente resistivos y en Bernales suelos de bajos a medianamente resistivos. Al Norte de la plaza de Humay, el nivel freático se encuentra a los 5 m de profundidad y al Sur de la plaza de Humay. En Bernales predominan suelos saturados, debido a la presencia de terrenos de cultivo, canales sin revestir y a la presencia de zonas pantanosas.  Para las áreas urbanas de Humay y Bernales se han identificado la existencia de dos (2) tipos de suelos: Tipo S1 y S2 correspondiente a suelos rígidos y medianamente rígidos. En el entorno al rio de Pisco, los suelos son considerados como caso especial. Zonificación Geofísica – Geotécnica de las áreas urbanas de Humay y Bernales PP068 Instituto Geofísico del Perú 156 BIBLIOGRAFIA Autoridad Nacional del Agua, ANA (2011) Evaluación de recursos hídricos superficiales en la cuenca del río Chancay – Huaral. Bastiand, M. (2006). Propuesta de nuevos turísticos en la cuenca del río Pisco: los sitios prehispánicos en relación a su medio ambiente, como recursos culturales potencialmente turísticos. UNMSM – Lima. 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Información Geológica Geotécnica:  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 eléctricos (ERT)  Mapas