CAPITULO 4 EXPOSICIÓN

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1 CAPITULO 4 EXPOSICIÓ 4.1 Exposición Sísmica Este concepto no es muy claro definirlo por varias razones. Según las definiciones dadas por el informe de atural Disasters and Vulnerability Analysis (UDRO 1979) se definió la exposición llamándola también elementos en riesgo. Estos son la población, las edificaciones y obras civiles, las actividades económicas, los servicios públicos, las utilidades y la infraestructura expuesta en un área determinada. Por ello, dentro de este marco conceptual el Dr. Cardona (Ref.17) propuso en el Instituto de Ingeniería Sísmica y Sismología (IZIIS) de Skoplie, antigua Yugoslavia, en 1985, eliminar la variable exposición E por considerarla implícita dentro de la vulnerabilidad V, ya que no se es vulnerable sino se está expuesto. Otras definiciones como la del Observatorio Sismológico del SurOccidente de la Universidad del Valle de Cali (Colombia) señala que el término exposición se refiere a un área o región, expuesta a un fenómeno amenazante, o a un elemento potencialmente sometido a él (vidas, estructuras). Pero cabe otra definición de la exposición que se relaciona más con la amenaza sísmica y se refiere a que tan expuestas están las estructuras para estar en riesgo sísmico debido al sitio donde se ubican, es decir a la respuesta del sitio frente al sismo. Se puede diferenciar en el siguiente cuadro: Tabla 4.1 Diferenciación de términos: Amenaza, Vulnerabilidad y Exposición según el autor. Riesgo sísmico Amenaza sísmica (A) Vulnerabilidad sísmica ( V) R = A x V x E Referida al sismo. Si es probable que ocurra alguno, su intensidad y magnitud, si esta en zona sísmica. Referida al edificio. Que tan resistente será a un sismo. Exposición sísmica (E) Referida al entorno y lugar. Características geodinámicas del suelo, si está en ladera, zona de lluvias, zona potencialmente licuables, etc. Por ejemplo hay algunos factores que hacen que una edificación tenga mayor riesgo sísmico debido a la exposición como:

2 Suelo: Es importante porque el sismo se da en la corteza terrestre y este se trasmite del suelo a la estructura, por ello si el suelo presenta algunos defectos la respuesta sísmica del edificio también se verá afectada. Son suelos con peligro en caso de sismo los siguientes: Suelos con potencial de licuación Arenas secas colapsables. Terrenos en ladera. Rellenos no homogéneos. Suelos bajos inundables. Figura 4.1: Ladera que puede fallar en caso de sismo provocando una mayor exposición sísmica a un edificio ubicado tanto arriba como debajo de ella. Esto aumentará el riesgo sísmico. Figura 4.2: Arriba se muestra el fallo de un suelo por licuación trayendo consigo el colapso del edificio. Abajo se muestra el asentamiento de una vivienda. Las características estratigráficas, hidráulicas, de resistencia del suelo, las propiedades y el comportamiento dinámico del suelo son factores que influyen en la respuesta sísmica de la cimentación de todo edificio, ya que esta transmite las fuerzas sísmicas a la estructura, consecuentemente ésta será la responsable en gran parte del comportamiento del edificio. También al suelo se le puede considerar como un vibrador, por tanto tendrá una serie de períodos de vibración libre dependiendo de las condiciones estratigráficas y de sus propiedades dinámicas. Se encontrará que existirá un período máximo de vibración o fundamental el cual puede ser excitado por la perturbación sísmica más fácilmente que los armónicos más altos y el cual puede producir falla en el subsuelo cuando este es de baja resistencia. Cuando el período fundamental del suelo T S sea aproximadamente coincidente con alguno de los períodos de los edificios, dicho edificio estará en resonancia produciéndose en su centro de masa una amplificación de la aceleración con respecto a la aceleración máxima de la superficie del suelo. Esto ocurrió en muchos edificios durante el sismo de México de El período fundamental T S del suelo resulta el más importante de considerar ya que origina la respuesta máxima y consecuentemente la amplificación máxima para determinado

3 31 amortiguamiento crítico del edificio, y por tanto, puede servir como base para formular un espectro práctico de diseño o evaluación (Ref. 60) Influencia del nivel freático y de la posibilidad de licuación La licuación es un una condición en la cual, un suelo pierde su resistencia y se comporta como un fluido muy viscoso, debido a la generación de altas presiones en el agua que se encuentra entre sus granos (presión de poros). Este fenómeno se puede presentar durante un sismo y fundamentalmente ocurre en suelos arenosos saturados. (Ref. 24). Los esfuerzos de corte cíclicos que genera un sismo, mediante las ondas que están viajando por la corteza terrestre, hacen que las partículas de suelos sufran reacomodos y se produzca densificación. Teniendo en cuenta que la duración de los esfuerzos de corte cíclico es muy pequeño en comparación con el tiempo necesario para que ocurra algún drenaje, la tendencia de la arena a disminuir su volumen durante cada ciclo, se refleja en un incremento de la presión de poros. Esto causa reducción continua del esfuerzo efectivo y consecuentemente reducción en la resistencia de la arena. Si el número de ciclos es tal que la presión de poros iguala a la presión de confinamiento inicial, el esfuerzo efectivo existente en el esqueleto de la arena se reduce a cero, perdiendo la resistencia al corte dicho suelo; presentándose flujos ascendentes de agua debido a las presiones altas. Los daños más saltantes que un fenómeno de licuación puede presentar son grandes asentamientos o agrietamientos del terreno. Esto trae consigo algunas fallas catastróficas. o existe un software para poder estimar de qué modo afecta a una estructura este fenómeno, pero si existen distintas metodologías para evaluar el potencial de licuación del suelo. Saber que un suelos e licua es ya una situación muy grave pues los daño sen el edificio pueden ser también muy graves. Lo que no se puede evaluar es cómo lo daña el fenómeno sino suponer efectos factibles, asunto que es más de criterio que de modelación. 4.2 Método simplificado para evaluar el potencial de licuación mediante el SPT Existe un método empleado en China para evaluar el potencial de licuación mediante correlaciones con el SPT. Este método es bastante simplificado y de fácil aplicación por lo cual podría servir para obtener una información preliminar de la susceptibilidad de un depósito de sufrir licuación. Los resultados obtenidos son conservadores respecto a otro método encontrado en la bibliografía del Sistema acional para la Atención y Prevención de Desastres de Colombia, no se uso este último método por falta de algunos datos como son de niveles piezométricos del suelo e índices de plasticidad a distintas profundidades (Cada metro de profundidad). Ver con mayor detalle el método en Ref. 24. Básicamente el principio de ambos métodos es muy similar, pero en este caso se determina un valor crítico del número de golpes de tal modo que si el obtenido en campo es menor que crítico, existe la posibilidad de licuación. Para cada intensidad de sismo se ha determinado experimentalmente cuál es el valor del crítico.

4 32 La ecuación empleada en e l código chino de construcciones es la siguiente: crit = o x [ ( 3) 0.05( dw 2) 0.1( PC 3) ] Z (4.1) Donde: Z = Profundidad de análisis (m). dw = Profundidad del nivel de agua (m). PC = Porcentaje de arcilla (diámetro menor de mm). o = Valor de referencia (golpes/pie) (a/g). a = Aceleración de diseño. g = Aceleración de la gravedad. Los valores de empleados para desarrollar las ecuaciones corresponden en general a equipos SPT que trasmiten un 60% de la energía teórica (eficiencia de 60%), pero nuestro equipo de laboratorio posee una eficiencia de 45%, entonces los valores medidos se multiplican por 45/60 = En este caso ya no se corrige por profundidad (por presión de confinamiento). Así obtenemos un valor de 60 corregidos. Para determinar el porcentaje de arcilla en el suelo es necesario realizar ensayos de hidrometría. En caso que se dificulte este paso se puede estimar con la siguiente correlación: PC = Porcentaje de arcilla F = Porcentaje de finos. PC = F/3 (4.2) Respecto al suelo de la Clínica San Miguel éste es un suelo potencialmente licuable en caso de presentarse un evento sísmico. Si se observa el perfil estratigráfico para la perforación 5 (Figura 1.4 del capítulo 1) del Estudio de Suelos se puede sacar la siguiente conclusión: Existe una zona licuable entre las cotas 2.10 a 4.20 debido a un <20 y por estar con un S=100% (saturado). Luego se analiza para diferentes períodos de retorno si el suelo de la Clínica San Miguel es licuable basados en la Metodología China. Tabla 4.2: CALCULOS PARA DETERMIAR POTECIAL DE LICUACIÓ USADO METODOLOGÍA CHIA - Período de retorno 30 años no licuable/suelo seco licuable licuable licuable no licuable no licuable

5 gals % g = 0.25 Tabla 4.3: CALCULOS PARA DETERMIAR POTECIAL DE LICUACIÓ USADO METODOLOGÍA CHIA - Período de retorno 50 años no licuable/suelo seco licuable licuable licuable no licuable no licuable 283 gals % g = 0.29 Tabla 4.4: CALCULOS PARA DETERMIAR POTECIAL DE LICUACIÓ USADO METODOLOGÍA CHIA - Período de retorno 100 años no licuable/suelo seco licuable licuable licuable licuable no licuable 341 gals % g = 0.35 Tabla 4.5: CALCULOS PARA DETERMIAR POTECIAL DE LICUACIÓ USADO METODOLOGÍA CHIA - Período de retorno 200 años no licuable/suelo seco licuable licuable licuable licuable no licuable

6 34 a(aceleración 412gals % g = 0.42 Tabla 4.6: CALCULOS PARA DETERMIAR POTECIAL DE LICUACIÓ USADO METODOLOGÍA CHIA - Período de retorno 285 años no licuable/suelo seco licuable licuable licuable licuable no licuable 459 gals % g = 0.47 Tabla 4.7: CALCULOS PARA DETERMIAR POTECIAL DE LICUACIÓ USADO METODOLOGÍA CHIA - Período de retorno 475 años no licuable/suelo seco licuable licuable licuable licuable licuable 542 gals % g = Probabilidad de licuación en Piura. A todos estos resultados se añade el hecho histórico de este fenómeno presentado en Piura en dos oportunidades, según Silgado en 1978 (Ref. 1) indica que el 20 de agosto de 1857 un fuerte terremoto destruyó muchos edificios, se abrió la tierra emanando aguas negras del nivel freático. Su intensidad fue de VIII MM. También se presentó este fenómeno el 24 de julio de 1912 en el área de Piura donde la máxima intensidad fue de IX MM. Durante una investigación realizada por Pinto (Ref. 49), basándose en ensayos SPT, señala que el área donde se ubica la Clínica San Miguel, entre otras, es un área probable de

7 35 licuación ante la presencia de sismos con aceleraciones de 0.24g y 0.40g. El Dr. Cardona 1 expone que en caso de existir esa situación es muy grave y deben hacerse trabajos que reduzcan el potencial de licuación, tema que queda fuera del alcance del presente estudio. Además señala que la licuación no ocurre más allá de 8 a 10 metros de profundidad, es decir es poco probable. Por ello bastó analizar los suelos en los primeros metros de profundidad, como se observa en los cuadros anteriores, para probar que el terreno es potencialmente licuable. También está el hecho de ser un suelo inundable tanto con aguas de lluvias como con aguas servidas al darse un colapso funcional de las redes de alcantarillado en épocas de fuertes lluvias como es en la época del Fenómeno del iño, este hecho hace que el nivel freático suba hasta la superficie siendo muy peligroso para el edificio de presentarse un evento sísmico de magnitud considerable. Lo señala Pinto (Ref. 49) en su estudio, donde dice que esa zona es susceptible al nivel freático alto. K. Wyrtki, S. Zuta, O. Guillén, C. Cavieses, P. Lagos y W. Wooster muestran a continuación una cronología del Fenómeno del iño presentado en Piura en el presente siglo: Años, Características 1925, Muy intenso 1932, Débil 1940/41, Intenso 1951, Débil 1953, Moderado 1957/58, Intenso 1963, Débil 1969, Débil 1972/73, Intenso 1976/76, Moderado 1982/83, Muy Intenso (Catastrófico) 1997/98, Muy intenso (Catastrófico) De presentarse este fenómeno metereológico unido a un sismo fuerte sería catastrófico para la ciudad de Piura y para la Clínica San Miguel debido al fenómeno de licuación que se presentaría. Alva (Ref. 1) en su trabajo Breve Historia del Fenómeno de Licuación de Suelos en el Perú nos muestra el sgte. mapa de la Fig Dr. Ing. Omar Darío Cardona, Presidente del Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica (AIS). Consulta realizada vía .

8 36 Figura 4.3: Mapa de las áreas de licuación de suelos en el Perú