Microzonificación sísmica de los distritos de La Perla y San Miguel

Abstract

La ciudad de Lima ha sido sometida constantemente a terremotos a lo largo de su historia. El evento sísmico más destructivo registrado ocurrió el 28 de octubre de 1746. Este sismo vino acompañado de un tsunami que inundó y destruyó gran parte del Callao. Además, causó la pérdida de cientos de personas y el colapso de casi la totalidad de viviendas de la ciudad. Pulido et al. (2015), como parte de las actividades del proyecto SATREPS desarrollado en el Perú del año 2010 al 2015, bajo la coordinación de la contraparte peruana por el CISMID-FIC-UNI, concluye que es probable la ocurrencia de un escenario sísmico de magnitud Mw 8.9 en la región central del Perú, con área de ruptura de fuente de aproximadamente 500 km de largo. Villegas et al (2016) menciona que la zona central del Perú, según su modelo de acoplamiento sísmico, puede albergar un gran terremoto en las próximas décadas un gran terremoto que podría alcanzar una magnitud Mw 8.8. El escenario que podría producir el terremoto esperado para la zona central del Perú tendría características similares al terremoto ocurrido en el año 1746. Entonces, urge la necesidad de realizar estudios que permitan conocer las características mecánicas y dinámicas del suelo. Estos estudios se realizan con la finalidad de entender la respuesta sísmica y elaborar diseños sismorresistentes de edificaciones y mitigar los daños que podría producir estos eventos naturales. Los distritos de La Perla y San Miguel están ubicados en Lima Metropolitana y pertenecen al cono de deyección del río Rímac. Sin embargo, los trabajos del CISMID-FIC-UNI realizado en los años 2015 y 2016 señalan una variación en los materiales superficiales a pesar de ser distritos contiguos. La microzonificación sísmica es un estudio dirigido a identificar zonas de suelos que puedan presentar comportamiento similar durante la ocurrencia de un sismo severo; determinadas las zonas pueden darse recomendaciones precisas para el diseño y construcción de edificaciones sismo resistentes. La determinación de estas zonas se realiza teniendo en cuenta las condiciones topográficas, los depósitos geológicos y los materiales que conforman los suelos (tipos, espesores y consistencia de los suelos expresados mediante sus características mecánicas y dinámicas). La Norma Peruana de Diseño Sismorresistente E.030 define lo que es el estudio de Microzonificación Sísmica e indica que será requisito la ejecución de este estudio para la determinación de áreas de expansión de ciudades, construcción de complejos industriales o similares y reconstrucción de áreas urbanas destruidas por sismos y fenómenos asociados. Por lo tanto el Mapa de Microzonificación Sísmica es una herramienta muy útil para los planificadores urbanos ya que les proporcionará información técnica que les permitirá tomar decisiones para orientar el crecimiento y desarrollo urbano de manera sostenible en una ciudad, disminuyendo su riesgo ante la ocurrencia de un sismo severo. (CISMID-FIC-UNI, 2015) Esta tesis presenta una actualización de los mapas de Microzonificación Geotécnica y Sísmica de los distritos de La Perla y San Miguel en donde se establecen áreas de similares características geológicas, geotécnicas y dinámicas. Además, se pudo estimar los cambios en la respuesta sísmica del suelo teniendo en cuenta la variación de materiales superficiales encontrados en ambos distritos. La información recopilada en diversos estudios señala que los distritos de La Perla y San Miguel presentan depósitos de suelos compuesto por materiales acarreados por el río Rímac. Además, se ha encontrado que en el distrito de La Perla predomina el material areno arcilloso en la superficie, y subyacente a esta se encuentra la grava aluvial de gran espesor. Mientras que, en el distrito de San Miguel, el material areno arcilloso va perdiendo potencia en la dirección este. El estudio de peligro sísmico realizado en este trabajo está basado principalmente en el modelo de fuentes sismogénicas establecidas por Roncal (2017) para todo el Perú. Los estudios geofísicos realizados en el área de estudio señalan que presenta valores de periodos cortos menores a 0.30 segundos. Sin embargo, los trabajos de Quispe et al. (2021) e IGP (2021) indican la existencia de periodos largos alrededor de 1 segundo. Este valor de periodo podría estar relacionado a depósitos de suelo profundo de gran espesor. Por esta razón, en este trabajo se tomó en cuenta los periodos cortos como periodos largos. Se realizó el análisis de respuesta del suelo a partir de escenarios sísmicos en cinco perfiles de Vs entre recopilados y ejecutados. Este análisis dio como resultado amplificaciones en el espectro de respuesta en periodos cortos entre 0.20 y 0.30 segundos en un perfil muy rígido. Este resultado se dio en la zona este del área de estudio, donde se encuentran depósitos de grava. Además, en esta zona se presenta un decaimiento en los periodos mayores a este. Por otro lado, los perfiles ubicados en la zona oeste presentan amplificaciones relativamente más altas para periodos estructurales mayores a 1 segundos, esto puede deberse a la presencia de material flexible a grandes profundidades. El mapa de Microzonificación Sísmica del distrito de La Perla y San Miguel se obtuvo a partir de los mapas de Microzonificación Geotécnica, Isoperiodos y Vs30. Esto con la finalidad de que se obtenga un mapa que integre a las características geotécnicas y dinámicas, y que represente de manera más adecuada los depósitos de suelo. Se definieron 5 zonas: La zona I presenta materiales de suelo con Vs30 entre 450 y 700 m/s (suelos S1 y S2), con periodos cortos menores a 0.20 segundos y con capas superficiales de material areno arcilloso con espesores menores a 3 m. La zona II A con Vs30 entre 350 y 450 m/s (suelo S2) y con una predominancia en los periodos cortos menores a 0.20 segundos. La zona II B con Vs30 menores a 350 m/s (suelo S2) y presentan capas superficiales de material areno arcilloso de hasta 11 m de espesor. La zona IV comprende los acantilados de la Costa Verde y presenta peligros naturales altos debido a derrumbes. Finalmente, la zona V se encuentra en la playa y pie de los acantilados, presenta material de desmonte con Vs30 y periodos de vibración ambiental muy variables. Además, la zona V presenta peligro natural muy alto correspondientes a tsunamis.

Lima city has been constantly subjected to earthquakes throughout its history. The most destructive seismic event recorded occurred on October 28, 1746. This earthquake was accompanied by a tsunami that flooded and destroyed much of Callao. In addition, it caused the loss of hundreds of people and the collapse of almost all of the city's homes. Pulido et al. (2015), as part of the activities of the SATREPS project developed in Peru from 2010 to 2015, under the coordination of the Peruvian counterpart by CISMID-FIC-UNI, concludes that the occurrence of a seismic scenario of magnitude Mw is probable. 8.9 in the central region of Peru, with a source break area of approximately 500 km long. Villegas et al (2016) mentions that the central area of Peru, according to their seismic coupling model, can host a large earthquake in the coming decades, a large earthquake that could reach a magnitude of Mw 8.8. The scenario that could produce the earthquake expected for the central area of Peru would have characteristics like the earthquake that occurred in 1746. Therefore, there is an urgent need to carry out studies that allow us to know the mechanical and dynamic characteristics of the soil. These studies are carried out with the purpose of understanding the seismic response and developing earthquake-resistant designs of buildings and mitigating the damage that these natural events could cause. The districts of La Perla and San Miguel located in Metropolitan Lima and belong to the waste cone of the Rimac River. However, the CISMID-FIC-UNI work carried out in 2015 and 2016 indicates a variation in the surface materials despite being contiguous districts. Seismic microzoning is a study aimed at identifying soil areas that may present similar behavior during the occurrence of a severe earthquake; In certain areas, precise recommendations can be given for the design and construction of earthquake-resistant buildings. The determination of these zones is carried out taking into account the topographic conditions, the geological deposits and the materials that make up the soils (types, thicknesses and consistency of the soils expressed through their mechanical and dynamic characteristics). The Peruvian Seismic Design Standard E.030 defines what the Seismic Microzonation study is and indicates that the execution of this study will be a requirement for the determination of areas of city expansion, construction of industrial or similar complexes and reconstruction of destroyed urban areas. by earthquakes and associated phenomena. Therefore, the Seismic Microzonation Map is a very useful tool for urban planners since it will provide them with technical information that will allow them to make decisions to guide urban growth and development in a sustainable manner in a city, reducing their risk in the event of an earthquake. severe earthquake. (CISMID-FIC-UNI, 2015) This thesis presents an update of the Seismic and Geotechnical Microzonation maps of the districts of La Perla and San Miguel where areas with similar geological, geotechnical and dynamic characteristics are established. In addition, it was possible to estimate the changes in the seismic response of the soil taking into account the variation of surface materials found in both districts. The information collected in various studies indicates that the districts of La Perla and San Miguel present soil deposits composed of materials carried by the Rimac River. Furthermore, it has been found that in the La Perla district the clayey sandy material predominates on the surface, and underlying this is the very thick alluvial gravel. While, in the district of San Miguel, the sandy clay material is losing power in the east direction. The seismic hazard study carried out in this work is mainly based on the model of seismogenic sources established by Roncal (2017) throughout Peru. The geophysical studies carried out in the study area indicate that it has short period values less than 0.30 seconds. However, the works of Quispe et al. (2021) and IGP (2021) indicate the existence of long periods around 1 second. This period value could be related to very thick deep soil deposits. For this reason, in this work short periods were taken into account as long periods. The soil response analysis was carried out from seismic scenarios in five Vs profiles between collected and executed. This analysis resulted in amplifications in the response spectrum in short periods between 0.20 and 0.30 seconds in a very rigid profile. This result was in the eastern part of the study area, where gravel deposits are found. Furthermore, in this area there is a decline in periods greater than 0.30 seconds. On the other hand, the profiles located in the western zone present relatively higher amplifications for structural periods greater than 1 second; this may be due to the presence of flexible material at great depths. The Seismic Microzonation map of the La Perla and San Miguel district was obtained from the Geotechnical Microzonation, Isoperiods and Vs30 maps. This is to obtain a map that integrates the geotechnical and dynamic characteristics, and that more adequately represents the soil deposits. 5 zones were defined: Zone I presents soil materials with Vs30 between 450 and 700 m/s (soils S1 and S2), with short periods less than 0.20 seconds and with superficial layers of clayey sandy material with thicknesses less than 3 m. Zone II A with Vs30 between 350 and 450 m/s (soil S2) and with a predominance of short periods less than 0.20 seconds. Zone II B with Vs30 less than 350 m/s (soil S2) and presents superficial layers of clayey sand material up to 11 m. Zone IV includes the cliffs of the Costa Verde and presents high natural hazards due to landslides. Finally, zone V is located on the beach and at the foot of the cliffs, it presents waste material with Vs30 and very variable environmental vibration periods. In addition, zone V presents very high natural hazard corresponding to tsunamis.