ESTUDIOS DE MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA DE QUITO

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1 2a REUNIÓN TÉCNICA CONJUNTA DE LAS COMISIONES DEL IPGH Panamá, Panamá, de junio de 2011 ESTUDIOS DE MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA DE QUITO Dr. Ing. Roberto Aguiar Falconí Director del Centro de Investigaciones Científicas de la ESPE, Miembro Principal del Comité de Geofísica Aplicada, Ecuador Resumen: Quito se halla ubicado en la zona de mayor Peligrosidad Sísmica del Ecuador y el gran desarrollo que ha experimentado la ciudad ha hecho que esta crezca en sentido longitudinal y vertical, aumentando su riesgo sísmico debido a que se han construido en suelos inadecuados y se tiene una gran densidad de población en el Centro Norte de la Ciudad. Por este motivo se han realizado dos estudios de Microzonificación Sísmica de la Capital del Ecuador; los mismos que son analizados en este artículo. Si bien es cierto que estos trabajos son un aporte a la seguridad sísmica de las estructuras, no es menos cierto que necesitan ser complementados debido fundamentalmente a que los estudios de suelos realizados son superficiales, la mayor parte de las muestras estudiadas no pasan de los 10 m., de profundidad, cantidad que está muy distante del lecho rocoso. En este trabajo se presenta además las zonas donde se encuentran las quebradas de la ciudad, las mismas que han sido rellenadas no en forma técnica. Se indica también las zonas en las cuales se pueden tener problemas de licuefacción de suelos. Finalmente se presentan las fallas geológicas ciegas que atraviesan la ciudad las mismas que están siendo estudiadas ya que pueden generar sismos locales muy peligrosos para las construcciones que se encuentran en el campo cercano.

2 ACOPIO DE TRABAJOS DE SUELOS REALIZADOS EN QUITO TENDIENTES A UNA MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA DE LA CIUDAD Roberto Aguiar Falconí Centro de Investigaciones Científicas - Escuela Politécnica del Ejército Miembro Principal del Comité de Geofísica del IPGH de Ecuador raguiar@espe.edu.ec RESUMEN El Distrito Metropolitano de Quito, día a día se extiende horizontal y verticalmente con todo tipo de construcciones, como en las grandes Capitales del Mundo. La gran diferencia es que el Ecuador se encuentra en una zona con alta peligrosidad sísmica y ventajosamente ha habido una quietud sísmica en los últimos años. Proporcionando de alguna forma tiempo para que se complementen y mejoren los estudios de microzonificación sísmica realizados. Básicamente, dos son los estudios realizados, los mismos que se publicaron en 1994 y 2002 por la Escuela Politécnica Nacional. Pero existen otros trabajos que no han sido considerados en los anteriores como el mapa de ubicación de las numerosas quebradas en Quito que fueron rellenadas y el mapa que indica las zonas con alto peligro de licuefacción que también se presentan en este artículo. Se analizan estos trabajos que son un aporte a la microzonificación sísmica de la ciudad y se ve la necesidad de complementarlos con más ensayos de suelos; con estudios dinámicos de la Cangahua de Quito y sobre todo que se confirme o descarte la existencia de zonas con alto potencial de licuefacción. Palabras Claves.- Cangahua de Quito. Espectros de Diseño. Licuefacción de suelos. Microzonificación sísmica. RUC:

3 ABSTRACT The Metropolitan District of Quito, every day extends horizontally and vertically with several types of constructions, as the big Capitals around the World but with a great difference due to the fact that Ecuador is located on a high seismic hazard zone and fortunately a seismic calm has existed during the last years, giving somehow time in order to complete and improve the seismic micro-zoning studies that have been carried out. Basically, two are the studies that have been carried out, which were published in 1994 and 2002 by the Escuela Politécnica Nacional. However, there are other works that has not been considered in the previous ones as the map of location of the several ravines of Quito, which have been filled, and the map that shows the zones with high liquefaction hazard that is also presented in this article. These works are analyzed, and they contribute to the seismic micro-zoning of the city and it is necessary to complement them with more soil assessments, with dynamic studies of the Cangahua of Quito (structural mud) and mainly that the existence of zones with high liquefaction possibility is confirmed or discarded. Keywords.- Cangahua of Quito. Design Spectra. Liquefaction of soils. Seismic micro-zoning. RUC:

4 1. INTRODUCCIÓN En el Mega Sismo de Chile de 2010 quedó de manifiesto, una vez más, que las condiciones locales del suelo tienen un papel fundamental en la respuesta estructural. En efecto, en Santiago, que se encuentra a 400 km., del epicentro el mayor daño se dio en suelos malos como son los de Maipú. Mientras que en zonas muy cercanas con suelo más resistente el daño fue mínimo y esto es debido a que en suelos malos las ondas sísmicas se amplifican como se aprecia en la figura 1 en que se muestran dos registros de aceleraciones durante el sismo de Chile de 2010, el de menores amplitudes corresponde al de suelo duro y el otro al de suelo blando. Sarrazín (2010). A más de la amplificación existe cambio en el contenido de frecuencias. Figura 1 Registros en suelo blando y duro, en sismo de Chile de (Cortesía M. Sarrazín). Las Normativas Sísmicas reconocen este problema e incorporan un factor de amplificación debido a las condiciones locales del suelo. En el Código Ecuatoriano de la Construcción, CEC-2, los valores de este factor que se denomina S son los siguientes: 1.0; 1.2; 1.5 y 2.0; para suelos tipo S1, S2, S3 y S4, respectivamente. El suelo S1 es roca por eso el factor de amplificación es 1, mientras que el S4 el suelo es muy malo de poca resistencia de ahí que S 2. RUC:

5 Por otra parte, el Centro Norte de Quito, alberga a importantes edificios públicos y privados, basta decir que allí se encuentra el Palacio de Carondelet (Casa de Gobierno); Palacio Municipal; Iglesias Coloniales; Edificaciones con gran valor histórico que llevaron a que Quito sea considerado Patrimonio de la Humanidad. A más de ello existen importantes establecimientos educacionales; edificios públicos como Bancos y Ministerios. En fin el Centro Norte de Quito, que en este artículo se lo considera desde la Plaza de Santo Domingo al Sur hasta el Parque de la Carolina al Norte, es de gran valor histórico y se lo debe preservar realizando trabajos como el que aquí se presenta para minimizar los daños que dejan los terremotos. Esto ha sido reconocido por las autoridades locales y nacionales es así como se han financiado investigaciones para: realizar una clasificación de los suelos de Quito. EPN et al. (1994), Valverde et al. (2002). Lamentablemente estos trabajos muy poco han trascendido y de seguro una gran parte de los Proyectistas Estructurales de la Capital no los utilizan o no los conocen, es por ello que en este artículo se presenta un resumen de cada uno, en los siguientes apartados para que se conozca y se los utilice a sabiendas que representan el estado del arte al Por otra parte, existen otras investigaciones en las que se han identificado los lugares donde existieron quebradas en Quito y que han sido rellenadas, lamentablemente no en forma técnica en los cuales puede haber una notable amplificación de las ondas sísmicas. Inclusive en los rellenos muy bien realizados se tienen temores con el comportamiento sísmico por lo que los expertos denominan el envejecimiento del suelo en los rellenos. En este artículo se indican donde se encontraban esas quebradas sobre el mapa de la clasificación de suelos que presenta la EPN et al. (1994) ya que este tema no fue considerado en este trabajo ni en el de Valverde et al. (2002). También existen trabajos en los cuales se identifican varias zonas de Quito que tienen un alto peligro de licuefacción de suelo, que también se deben tener en cuenta a pesar de que algunos entendidos manifiestan que por la naturaleza de los suelos de Quito no existe problemas de licuefacción pero otros no piensan igual; lo mejor es presentarlos y en un futuro seguir trabajando en este tema para descartar o confirmar esta posibilidad. Estos también se presenta en el mapa de zonificación de los suelos de Quito, en un apartado posterior. Por la topografía de la ciudad mucha gente vive en colinas con altas pendientes; cuando llueve intensamente y en forma prolongada en Quito estas viviendas, se dañan o su cimentación queda en el aire, como se aprecia en la figura 2. Fotografías similares son publicadas por los diferentes medios de comunicación en forma bastante frecuente por lo que es importante también presentar algún trabajo realizado sobre deslizamientos de Quito. RUC:

6 Figura 2 Deslizamientos de suelos. (Cortesía. El Comercio del 4 de Enero de 2011). Tres trabajos realizados en el 2002 en los cuales se identifican las quebradas, zonas de licuefacción y de deslizamientos de suelos de Quito, fueron acopiados por Aguiar y Trémolières (2002) y se presentan en este artículo. Con todos estos elementos se puede pensar en realizar una microzononificación sísmica de toda la ciudad o del Centro Norte de Quito. Si bien es cierto existe bastante información, no es menos cierto que se deben profundizar los estudios como se verá más adelante. La microzonificación sísmica de la ciudad de Quito servirá de gran aporte para contar con herramientas de diseño más precisas que las que se puede obtener del Código Ecuatoriano de la Construcción ya que aquí los espectros de diseño están hallados en forma macro mientras que en los primeros se los halla en forma micro. En los estudios de microzonificación se determinan los períodos de vibración de los suelos, información muy importante para que el Proyectista Estructural sepa tomar las precauciones del caso, para que el período de vibración de su estructura se encuentre bastante distante del período de vibración del suelo y de esa manera evitar problemas de resonancia. Aguiar (2007). 2. CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS EPN (1994) RUC:

7 En 1992 se inició el Proyecto denominado: Manejo del Riesgo Sísmico para Quito- Ecuador el mismo que concluyó en 1994 y el aspecto más relevante fue la obtención de 20 zonas de acuerdo al tipo de suelo, las mismas que se indican en la figura 3. EPN et al. (1994). N 95 f6 q4 q2 90 f2 l2 l1 f7 f3 l5 f5 f4 Panecillo q1 l3s l4 q3 l3n q2s La Carolina El Ejido Aeropuerto 80 f1 70 q Figura 3 Zonificación de los suelos de Quito. EPN et al. (1994). En la figura 3 se aprecian tres depósitos de suelos y son: Los Flancos orientales del Pichincha (F); depósitos lacustres en la depresión central de la ciudad (L) y ceniza volcánica con formaciones de cangahua (Q) al lado este de Quito. Se tienen 7 zonas de tipo F, 6 zonas de tipo L y 6 zonas de tipo Q y la zona donde se encuentra el Panecillo que es de origen RUC:

8 volcánico. Como áreas de referencia se ha dibujado los parques de El Ejido que se halla en la zona L3S; La Carolina que se encuentra en las zonas L4 y L3N. Se ha dibujado también el Aeropuerto de Quito que se encuentra en la zona L3N y el Panecillo. N 95 f6 q4 q2 90 f5 l5 q3 l3n q2s f4 l4 80 l3s f2 f7 f3 q1 l2 l1 f1 70 q Figura 4 Zonas de suelo similares. EPN et al. (1994). RUC:

9 Las zonas tipo f están formadas por depósitos aluviales, principalmente de cangahua y cenizas volcánicas. La mayor concentración de la población se tiene en la zona l que está cubierta por suelos lacustres asentados muy probablemente sobre depósitos de Cangahua. Las zonas tipo q están formadas por Cangahua. En la figura 4 se presentan las zonas de suelo con colores, de acuerdo a la similitud de suelos que tienen. Es así como las características de suelos de las zonas: q1, q2, q3 y q5 son muy similares. En la zona q4 es una cangahua recubierta con arena volcánica de poca resistencia. EPN et al. (1994) Con relación a los suelos lacustres se debe mencionar que las zonas l4, l5 presentan características similares; la zona l4 corresponde al sector del Parque la Carolina, donde el nivel freático es alto y los primeros estratos de suelo son de gran espesor y de poca resistencia; algunos especialistas de suelos manifiestan que en la Carolina existía un gran lago, otros descartan esta hipótesis en función del suelo encontrado en la zona. En la zona l5 está cubierta por material aluvional de la zona f5. Con relación a los flancos del Pichincha, la EPN et al. (1994) observó que las zonas f2, f3, presentan características similares y que las zonas f5, f6 y f7 pueden ser compatibles. Por este motivo se han diferenciado estos dos grupos de los demás en la figura 4. En el trabajo realizado por la EPN et al. (1994) en cada zona de suelo, se obtuvo un suelo tipo representativo. En base a es información se obtuvo las velocidades de la onda de corte V considerando 5, 10, 15, 20 y 25 m., de suelo, utilizando la siguiente ecuación: S n i 1 h V i Si H V S (1) Donde n es el número de estratos de suelo considerados; h, V altura y velocidad de la onda de corte del estrato i ; H es la altura total del suelo considerado; velocidad de la onda de corte hallado hasta el sitio de interés. i Si V S es la Tabla 1 Velocidad de la Onda de Corte a distintas Profundidades. Zona Vs 5 Vs 10 Vs 15 Vs 20 Vs 25 RUC:

10 [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] F F F F F F F L L L L L Q Q2n Q2s Q Q Q Los resultados se presentan en la tabla 1. Lo que más llama la atención es que 6 zonas se obtuvieron muestras de suelo hasta 25 m., de profundidad y en 2 hasta 20 m., los restantes son a menores profundidades, esta es una debilidad del estudio y amerita que se haga una nueva microzonificación de los suelo de Quito pero llegando a mayores profundidades. En la tabla 1 se aprecia que en los primeros 5 m., los suelos tienen bajas velocidades de la onda de corte y conforme aumenta la profundidad los valores de V se incrementan (en la mayor parte de los casos). S RUC:

11 En base a los suelo tipo de cada una de las zonas, se encontró las funciones de transferencia considerando como excitación sismos locales los mismos que fueron normalizados a 0.4 g, 0.3 g, 0.2 g, 0. 1 g Siendo g la aceleración de la gravedad y se asumieron valores del módulo de corte G y factor de amortiguamiento, de acuerdo al tipo de material. Las funciones de transferencia fueron halladas utilizando el programa Shake91 (Schnabel et al. 1992) y con esto se encontró el período de vibración de los suelos, los mismos que se indican en la tabla 2. Se aprecia que los valores son bastante bajos y esto talvez se debe a la altura de la columna de suelo. Tabla 2 Períodos de vibración en cada zona de suelo. Zona F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 L1 L2 T Zona L3 L4 L5 Q1 Q2n Q2s Q3 Q4 Q5 T QUEBRADAS EN EL CENTRO NORTE DE QUITO La mayor parte de las Quebradas que llegan a Quito, provienen del Pichincha y estos son los cauces por los cuales fluyen las aguas. Con el paso del tiempo estas quebradas han sido rellenadas, no en forma técnica pero como tienen más de 30 años se han ido consolidando. La Prensa frecuentemente trae títulos como el siguiente: Taponamiento de Quebradas causó inundaciones en Quito. El Telégrafo, (2011) y hace referencia al taponamiento de las quebradas Chibichaba y Caicedo de las faldas del Pichincha (A la altura del Quito Tenis) lo que ocasionó inundaciones en varías vías y viviendas de Quito durante la fuerte lluvia del 16 de abril de Es importante conocer los sitios donde se encuentran las quebradas y de acuerdo a la normativa del CEC-2 corresponden a un suelo tipo S4. Con este antecedente en la figura 5 RUC:

12 se presentan las quebradas de Quito, comprendidas entre las latitudes: 99 (Aeropuerto) y 99 (Panecillo) y entre las longitudes 7 y 7 73, con el propósito de visualizar el Centro Norte de Quito. N f5 Aeropuerto q3 q2 l5 l3n q2s 83 La Carolina 81 f4 l3s l4 79 f7 f3 El Ejido 77 Panecillo q Figura 5 Quebradas en el Centro Norte de Quito. 4. OTROS ESTUDIOS REALIZADOS Existen dos trabajos realizados que pueden aportar a la microzonificación de los suelos de Quito, el uno corresponde al de Lecaro et al. (1987) y el otro por Aguinaga (1996). La debilidad del primer trabajo es que la capa suelo estudiada es muy superficial, sin embargo de ello pueden ayudar en la clasificación de los suelos. Las velocidades de la onda de corte V S, encontradas por Lecaro et al. (1987) se indican en la tabla 3, para los 5 primeros metros y en la figura 6 se presenta la ubicación de dichos puntos. De los resultados encontrados, se desprende lo siguiente: RUC:

13 Los sitios estudiados e identificados por: 2, 4, 5 y 6 (figura 6) se encuentran en la zona l3n. En el punto 6 se tiene el mayor valor de m/s y en el punto 5 el menor valor de m/s. Es muy difícil adelantar un criterio sobre la zona l3n con los valores encontrados por Lecaro et al. (1987) en esta zona. Los sitios 7 y 3 se encuentran en la zona q2s y son valores relativamente altos de V S, en el punto 3 se llega a m/s. (Sobre el estadio Olímpico). N f5 Aeropuerto q3 q2 l5 5 l3n 4 q2s 83 f4 l3s La Carolina 9 8 l f7 f3 El Ejido 77 Panecillo q Figura 6 Ubicación de puntos estudiados por Lecaro et al. (1987) Tabla 3 Velocidad de la Onda de Corte en sitios estudiados por Lecaro et al. (1987). Punto Vs5 [m/s] Vs10 [m/s] Vs15 [m/s] Fuente Lecaro, León, Moyano (1987) RUC:

14 En la figura 7 se presenta la ubicación de los puntos estudiados por Aguinaga (1996) los mismos que se han identificado a partir del número 11. Nuevamente están colocados sobre la zonificación de los suelos realizada por la EPN et al. (1994) y en la tabla 4 se muestran los valores de V. En algunos sitios se tienen estos valores hasta una profundidad de 15 m., en S otros a 10 m. y los restantes a 5 m. De los resultados hallados por Aguinaga (1996) se puede manifestar lo siguiente: Los puntos 19, 20, 22 y 23 se encuentran en la zona q2s al norte y tienen valores de V que para los primeros cinco metros son ligeramente inferiores a 300 m/s. y al S considerar los 10 m., la velocidad es superior a 300 m/s. RUC:

15 N f5 21 Aeropuerto q3 q2 l5 l3n q2s f l3s 13 l La Carolina f7 f3 14 El Ejido 77 Panecillo q Figura 7 Ubicación de puntos estudiados por Aguinaga (1996) Tabla 4 Velocidad de la Onda de Corte en sitios estudiados por Aguinaga (1996). Punto Vs5 [m/s] Vs10 [m/s] Vs15 [m/s] Fuente Aguinaga (1996) RUC:

16 Los puntos 17 y 18 se encuentran en la zona l3n y presentan valores que en los primeros 10 m., está en el orden de los 235 m/s. Los puntos 13 y 14 corresponden a suelos de los Parques La Caronila y EL Ejido y curiosamente son valores similares alrededor de los 260 m/s para los 5 primeros metros. 5. CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS DE ACUERDO AL CEC-2 Es de interés clasificar los suelos de Quito de acuerdo a lo que establece el CEC-2 por este motivo en este apartado se presenta la clasificación del Código Ecuatoriano de la Construcción CEC-2. Se tienen cuatro perfiles de suelo que van desde S1 a S4. 1 Perfil de suelo S1 son suelos cuya velocidad de la onda de corte, Vs es mayor a 0 m/s, con período de vibración menor a 0.2 s. Entre ellos se incluyen: Roca sana o parcialmente alterada, con resistencia a la compresión no confinada mayor o igual a 500 KPa = 5 Kg/cm 2. Gravas arenosas, limosas o arcillas densas o secas. Suelos cohesivos duros con resistencia al corte en condiciones no drenadas mayores a 100 KPa, con espesores menores a 20 m., y que se encuentran sobre roca u otro material cuyo V es mayor a 0 m/s. s Arenas densas con número de golpes del SPT: N>50 con espesores menores a 20 m., y que se encuentren sobre roca u otro material cuyo V es mayor a 0 m/s. Suelos y depósitos de origen volcánico firmemente cementados, tobas y conglomerados con número de golpes del SPT: N>50. s RUC:

17 2 Perfil de suelo S2 son suelos con características intermedias entre los suelos S1 y S3. Estos suelos corresponden a cangahuas de poco espesor no muy consolidados, depósitos lacustres y depósitos laharíticos sobreyacentes a potentes estratos de toba y cangahuas. 3 Perfil de suelo S3 son aquellos cuyo período fundamental es mayor a 0.6 s. En la tabla 5 se indican las características de los suelos blandos o estratos de gran espesor que son considerados S3. Tabla 5 Características de los suelos tipo S3. Suelos Cohesivos V s (m/s) Resistencia al corte no drenada Espesor del Estrato S u Blandos < 200 < 25 KPa > 20 m. Semiblandos KPa 50 KPa > 25 m. Duros KPa 100 KPa > 40 m. Muy duros > KPa 200 KPa > 60 m. Suelos Granulares V s (m/s) Valores N del SPT Espesor del Estrato Sueltos < > 40 m. Semidensos > 45 m. Densos > 0 > 30 > 100 m. 4 Perfil de suelo S4 son suelos con condiciones especiales. En este grupo se incluyen los siguientes: Suelos con alto potencial de licuación, susceptibles de colapso y sensitivos. Turbas, lodos y suelos orgánicos. Rellenos colocados sin control técnico. Arcillas y limos de alta plasticidad IP. Arcillas suaves y medio duras con espesores mayor a 30 m. Los perfiles de este grupo incluyen a suelos particulares altamente compresibles, RUC:

18 donde las condiciones geológicas y/o topográficas son especialmente desfavorables y que requieran estudios geotécnicos no rutinarios para determinar sus características mecánicas. 6. LICUACIÓN E INUNDACIÓN DE SUELOS Algunos especialistas de suelos, indican que en Quito no existen zonas de licuefacción pero existe un trabajo publicado en el 2002 en el que se muestra las zonas de riesgo por inundación y licuefacción de los suelos de Quito (Trémolières, 2002), el mismo que se presenta en la figura 8. N f5 Aeropuerto q3 q2 l5 l3n q2s La Carolina f4 l4 79 l3s f7 El Ejido 77 f3 Panecillo q Audrey Trémolières, 2002 Figura 8 Zonas susceptibles a licuefacción e inundaciones. Antes que descartar, el peligro de licuefacción de los suelos de Quito es conveniente estudiar con más detenimiento los sitios indicados en la figura 8, ya que en este tipo de suelos durante un sismo pierden su capacidad al corte y las estructuras se vuelcan; numerosos son los casos de colapsos de estructuras por este motivo, en el sismo de Perú de 2007 y Chile de RUC:

19 2010 se han visto estos casos, por citar solo dos ejemplos de sismos recientes. Tavera et al. (2008), Sarrazín (2010). 7. CLASIFICACIÓN DE SUELOS EPN (2002) En el trabajo realizado por Valverde et al. (2002) se amplía notablemente el área de estudio como se aprecia en la figura 9, y se basa en el trabajo realizado por la EPN et al. (1994) más trabajos complementarios como son la determinación de espectros de respuesta elástica que se comentará posteriormente. RUC:

20 00 10 N Aeropuerto La Carolina 80 El Ejido Panecillo Volcán Ilaló Figura 9 Áreas de estudio de los trabajos realizados por la EPN en 1994 y La clasificación de los suelos de Quito, de acuerdo a los perfiles de suelo del CEC- 2, al que llegan Valverde et al. (2002) se presenta en la figura 10. De acuerdo a este estudio no existe perfil de suelos S4. Esto tal vez se debe a que no consideraron la presencia de las quebradas, las mismas que en su mayor parte no fueron rellenadas en forma técnica y a lo mejor por que piensan que en Quito no hay zonas de licuefacción. Además, en el perfil de RUC:

21 INSTITUTO PANAMERICANO DE GEOGRAFÍA E HISTORIA suelo S3 incluyen las zonas de relleno de cauce de antiguas quebradas, de manera que Valverde et al. (2002) consideran solo tres tipos de suelo S1 a S3. Al margen del trabajo presentado por Valverde et al. (2002) se puede manifestar que los suelos de Quito son muy resistentes ya que se asientan sobre una Cangahua, tema que se aborda en el siguiente apartado. Únicamente en el Sur de Quito, en el sector de Turubamba los suelos tienen poca resistencia a la compresión, eran suelos muy buenos para la Agricultura pero no para la construcción N Zona S1 Aeropuerto 99 Zona S2 La Carolina Zona S3 El Ejido 99 Panecillo 99 Volcán Ilaló Figura 10 Clasificación de los suelos de Quito. Trabajo de Valverde et al. (2002). En el sector de Turubamba se han realizado planes habitacionales de uno y dos pisos que han presentado hundimientos de suelo, no en todo el plan pero si en algunas viviendas por lo que se considera muy adecuado que a esa zona se la considere como un perfil de suelo tipo S3 como se aprecia en la figura 10. RUC:

22 Solamente para centrar más la atención en el área de estudio considerada por la EPN et al. (1994) se presenta en la figura 11 la zonificación de suelos encontrada por Valverde et al. (2002). 8. CANGAHUA DE SUELOS DE QUITO La Cangahua es una ceniza volcánica que con el paso del tiempo (miles de años) se ha nitrificado dando lugar a una roca blanda. Es un suelo muy resistente apto para la construcción, en verano es muy difícil excavar en este tipo de suelo, en invierno es más fácil pero solamente donde la tierra está húmeda luego es muy duro la excavación. Existen siete tipos de Cangahuas entre las que se destacan las tipo: toba; brecha; superficial; flujo lajárico; arena media SM; limo de baja plasticidad LM. (Bonifaz 2002). La Cangahua tiene una alta resistencia al corte la misma que varía entre 0.5 a 1 kg/cm 2 ; el ángulo de fricción se encuentra entre 30 0 y 35 0 ; el coeficiente de Poisson se encuentra entre 0.3 y 0.4; el Índice de plasticidad está entre 4 y 6; la velocidad de la onda de corte se encuentra entre 300 y 350 m/s. Dentro de las propiedades químicas se debe manifestar que la Cangahua son volcánicas con granos de silicato. Bonifaz (2011). RUC:

23 N Aeropuerto La Carolina 80 Zona S1 Panecillo El Ejido Zona S2 Zona S Figura 11 Clasificación de los suelos de Quito en Área considerada en estudio de La buena resistencia al corte permite realizar taludes de hasta Pero es importante destacar que la Cangahua no son resistentes a la meteorización por agua y por viento ya que pierde su cementación y se disgrega con facilidad, por esta razón se deben proteger los cortes con hormigón lanzado, caso contrario se continuarán con los deslizamientos de masas que frecuentemente afectan a quienes viven en las colinas que rodean a Quito. El programa SHAKEDIT (Tutorial Pre y Post procesador de SKAHE91) presenta el comportamiento al corte de varios tipos de suelo, los mismos que fueron acopiados por Valverde et al. (2002) y se presentan en la figura 12, donde también se ha incorporado el comportamiento dinámico de una Cangahua de Perú. En la figura 12 se aprecia que a mayor deformación al corte la Cangahua se degrada mucho menos en comparación con los otros tipos de suelo, solamente tiene mejor RUC:

24 comportamiento la Roca. En la ordenada de la figura 12 se tiene la relación entre el módulo de corte G con relación a su valor máximo. Figura 12 Comportamiento al corte de varios tipos de suelos. Valverde et al. (2002). 9. ESPECTROS ELÁSTICOS ENCONTRADOS En el apartado 2 se indicó que para cada una de las zonas de suelo encontradas por EPN et al. (1994) se determinó una columna de suelo tipo. Valverde et al. (2002) obtuvo espectros de respuesta elásticos para las mencionadas columnas de suelo empleando 9 sismos de baja magnitud, los mismos que fueron escalados a 0.1 g, 0.2 g, 0.3 g, 0. 4 g. RUC:

25 Figura 13 Espectros de diseño encontrados por Valverde et al. (2002). Para hallar el espectro de cada columna de suelo tipo, se impusieron datos sobre las propiedades dinámicas de los mismos utilizando valores como los indicados en la figura 12, para suelos similares. En Valverde et al. (2002) se encuentra con detalle los valores que adoptaron y la forma como llegaron a determinar los tres espectros de diseño que están mostrados en la figura 13, para perfiles de suelo S1, S3 y S2. En la parte superior derecha se halla el espectro de diseño para un perfil de suelo S3. Se define como la relación entre la aceleración espectral máxima (plataforma de aceleración constante) con relación a la aceleración en el período igual a cero. En el trabajo realizado por Valverde et al. (2002) el valor de para los perfiles de suelo S1 y S2 vale 3.3, en cambio en el CEC-2 estos valores valen 2.5 y 3.0, respectivamente. Esto es importante tenerlo en cuenta ya que los valores de del CEC-2 para los suelos indicados son bajos. Luego del Mega Sismo de Chile de 2010 se modificó el espectro de diseño que estaba prescrito en la Norma SNCh 433 (1996), ya que la demanda sísmica fue mucho mayor a la demanda establecida en la normativa sísmica de 1996 y en consecuencia de esto se tuvo el gran daño en edificios. En el nuevo Código Emergente se adoptó el espectro de la Norma de RUC:

26 Aislación Sísmica (2001) el mismo que presenta valores de similares o un poco más altos a los hallados por Valverde et al. (2002) para los perfiles de suelo S1 y S MODIFICACIÓN A LA CLASIFICACIÓN DE SUELOS En los apartados anteriores se ha presentado la velocidad de la onda de corte de diferentes suelos de Quito y ahora se presentan algunas de las columnas de suelo tipo que encontró la EPN et al. (1994). No se indican los perfiles de suelo de Lecaro et al. (1987) ni de Aguinaga (1996) debido a que no indican en forma explicita el tipo de suelo. Figura 14 Cortes para los cuales se presentan las columnas de suelo de EPN et al En la figura 14 se muestran los dos cortes que se han realizado, el uno es a la altura del Parque La Carolina y el otro a la altura del Parque El Ejido. Los cortes mencionados se presentan en la figura 15. RUC:

27 Figura 15 Perfiles de suelo tipo encontrados por EPN et al. (1994). RUC:

28 En la figura 16 se ha colocado con líneas entrecortadas la clasificación de suelos realizada por el EPN et al. (1994); luego se sobrepusó la clasificación de suelos hallada por Valverde et al. (2002). También se sobrepusó las zonas que pueden presentar problemas de licuefacción de suelos. Finalmente se colocaron los puntos en los cuales Lecaro et al. (1987) y Aguinaga (1996) realizaron sus estudios. Se espera que a futuro sobre este mapa se coloquen otros estudios de suelos de la ciudad de Quito para ir complementando la información. N f5 l5 21 Aeropuerto l3n q3 q q2s Zona S1 f4 16 l3s 13 9 l4 La Carolina Zona S2 Zona S3 Zona S4 14 El Ejido 77 f7 f3 Panecillo q Figura 16 Identificación de algunos estudios de suelos realizados en Quito al En la figura 16 presenta con detalle los estudios de suelo que se han realizado desde el antiguo Aeropuerto de Quito hasta el Panecillo pero en este artículo se tiene disponible la información para elaborar un mapa similar que se extienda más a los extremos de la ciudad de Quito. Los puntos 5 y 6 corresponden a estudios realizados por Lecaro et al. (1987) estos puntos se encuentran muy próximo a una quebrada, el 5 y el otro se halla sobre una zona que puede tener problemas de licuefacción; por lo que se modificó la zona de licuefacción. Se han determinado cuatro tipos de suelo, para el Centro Norte de la ciudad de Quito los mismos que van desde S1 a S4. El tipo de suelos S4 corresponde a las zonas que pueden existir problemas de licuefacción; estrictamente las quebradas rellenadas son tipo S4. RUC:

29 11. COMENTARIOS Y CONCLUSIONES Se ha presentado varios trabajos realizados en los últimos 25 años en la ciudad de Quito con el propósito de que se los conozca, y se tengan en consideración en un futuro estudio de microzonificación sísmica. Del estudio efectuado se desprenden los siguientes comentarios: Se tiene identificados los sitios donde probablemente puede haber licuefacción de suelos. Es importante en esos lugares realizar estudios más detallados para descartar o confirmar esa posibilidad. Por el momento, en este trabajo han sido definidos como suelo tipo S4. De igual manera están identificadas las quebradas que han sido rellenadas, se presume que en forma antitécnica. Se debe hacer algunos sondeos en dichos sitios para la microzonificación sísmica. La principal debilidad de los estudios realizados es que las muestras de suelos, son relativamente superficiales. En la mayor parte de los casos las muestras tienen alturas entre 5 y 10 m. Es importante realizar ensayos dinámicos sobre el comportamientos de las Cangahuas de Quito, a sabiendas de que existen 7 tipos de este material y el que han usado fue obtenido en un estudio realizado en Lima. Por todo lo expuesto y considerando la gran vulnerabilidad sísmica que tiene la ciudad de Quito, es prioritario que se realice un estudio tendiente a tener una Microzonificación Sísmica de la ciudad, sería deseable hacerlo en dos etapas, la primera que cubra el área considerada por la EPN et al. (1994) y la segunda que es más extensa y que cubre lugares que todavía no están lo suficientemente poblados que llegue al área del estudio de Valverde et al. (2002). Se destaca que hay aspectos muy positivos en los trabajos realizados que aquí han sido topados en forma muy rápida para no extender más el artículo. Uno de ellos se refiere a las formas espectrales. Concretamente al factor encontrado para los suelos tipo S1 y S2 que es mucho más alto que el estipulado por el CEC-2 para este tipo de suelos. Con este incremento estamos totalmente de acuerdo a la luz de lo sucedido en el Mega Sismo de Chile de REFERENCIAS RUC:

30 1. Aguiar R., (2011), El Mega Sismo de Chile de 2010 y lecciones para Ecuador. Centro de Investigaciones Científicas, CEINCI-ESPE. Instituto Panamericano de Geografía e Historia IPGH., 184 p., Quito. 2. Aguiar R., Trémolières A., (2002), Vulnerabilidad sísmica de los cuatro centros de Quito, Revista Ciencia. Centro de Investigaciones Científicas. Escuela Politécnica del Ejército, 5 (2), , Sangolquí, Ecuador. 3. Aguinaga G., (1996), Estimación del período de vibración de los suelos de Quito en función de las condiciones locales del suelo, Tesis para obtener el título de Ingeniero Civil. Escuela Politécnica Nacional, Quito. 4. Bonifaz H., (1992), Propiedades de la Cangahua en condiciones dinámicas, Tesis de grado para obtener título de Ingeniero Civil. Especialista en Geotecnía. Escuela Politécnica Nacional, Quito. 5. Bonifaz H., (2011), Conversación personal sobre la Cangahua de Quito. Laboratorio de suelos. Escuela Politécnica del Ejército, Sangolquí, Ecuador. 6. El Comercio, (2011), Un muerto en un deslizamiento de tierra en el Sur de Quito, Redacción de Quito. 7. El Telégrafo, (2010), Taponamiento de quebradas causó inundaciones en Quito, Redacción Actualidad. 8. Escuela Politécnica Nacional, Geohazards International, Ilustre Municipio de Quito, Orstom, Oyo Corporation, (1994), The Quito-Ecuador, Earthquake Risk Management Proyect, Geohazards International Publication, Quito. 9. Lecaro M., León F., Moyano C., (1987) Zonificación de los suelos de Quito y correlación de los ensayos de penetración estándar con parámetros dinámicos Tesis para obtener el título de Ingeniero Civil. Escuela Politécnica Nacional, Quito. 10. Norma de Aislación (2001), Proposición de código para el análisis y diseño de edificios con aislación sísmica, Asociación Chilena de Sismología e Ingeniería Sísmica. Achisina, 70 p., Santiago. 11. Norma NCh 433. Of 96 (1996), Diseño Sísmico de Edificios, Instituto de Normalización, INN-Chile, 42 p., Santiago. 12. Sarrazín M., (2010), Terremoto de Chile del 27 de febrero de Aspectos generales, comportamiento de estructuras y deficiencias de las normas, Conferencia Magistral en XXXIV Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural. San Juan, Argentina. 13. Schnabel, Lysmer, Seed, (1992), User s manual for Shake91, Center for Geotechnical Modeling. Department of Civil Engineering, California. 14. Tavera H., Bernal J., Salas H., (2008), El terremoto de Pisco del 15 e agosto de 2007: Aspectos sismológicos, Libro: El sismo de Pisco de Editor H. Tavera, Instituto Geofísico del Perú, 13-22, Lima. 15. Valverde J., Fernández J., Jiménez E., Vaca T., Alarcón F., (2002), Microzonificación sísmica de los suelos del Distrito Metropolitano de la Ciudad de Quito, Escuela Politécnica Nacional. Municipio del Distrito Metropolitano de Quito, 146 p. más Anexos, Quito. RUC:

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