III Congreso Panamericano de Enseñanza-Aprendizaje en Ingeniería Geotécnica y Sismica, Costa Rica

La Geotecnia y la Prevención de Desastres Geotechnical Engineering and Disaster Prevention Dr. Ing. Arnaldo Carrillo Gil Unidad de Investigación Universidad Ricardo Palma, Lima, Perú

Resumen Se hace una revisión de los problemas ocasionados por las catástrofes naturales, cuya ocurrencia más importante en la costa del Pacifico sudamericana se relaciona con los terremotos severos y los efectos de fenómeno de El Niño principalmente, y en donde la ingeniería geotécnica tiene mucha aplicación y hemos extraído enseñanzas muy valiosas. Se exponen experiencias logradas con estudiantes de los cursos de Cimentaciones y Diseño Geotécnico con respecto a prevención sísmica y riesgo geotécnico llevadas a cabo en asentamientos humanos populares de Lima Metropolitana, donde los efectos de un terremoto de magnitud 8.7 o más, que según la recurrencia sísmica podría presentarse en el futuro, originarían daños humanos y económicos muy cuantiosos. Se hace una rápida revisión del peligro sísmico y geotécnico en que se encuentran las cimentaciones de edificaciones precarias, muchas de ellas construidas sin ayuda técnica sobre suelos granulares sueltos, rellenos sin compactar y materiales geotécnicos blandos. Se enumeran los casos estudiados y las acciones de prevención ejecutadas por medio de ayudas visuales y charlas sostenidas por los estudiantes con los pobladores, así como sus resultados y soluciones que se han llevado a cabo en algunos casos puntuales.

Abstract A revision of the problems is made caused by natural catastrophes, whose more important occurrence in the South American Pacific Coast is related mainly with the severe earthquakes and the effects of the El Niño Phenomenon, and where Geotechnical Engineering has a lot of application and we have obtained very valuable teachings. Experiences are exposed achieved with students of the courses Foundations Engineering and Geotechnical Design with regard to seismic prevention and geotechnical risk, carried out in popular human settlements of Metropolitan Lima, where the effects of an earthquake of magnitude 8.7 or higher, that could be presented in the future according to seismic recurrence, would originate a very considerable human and economic damage. It is made a brief revision of the seismic and geotechnical danger affecting the foundations of precarious constructions, built many of them without any technical support on loose granular soils, not compacted landfills and soft geotechnical materials. The studied cases and the prevention actions taken are enumerated by means of graphical assistance and the chats sustained by the students and the residents as well as their results and solutions that have been carried out in some punctual cases.

1 INTRODUCCIÓN

1.1 Desastres naturales: Los desastres naturales causaron mundialmente

en el 2003 casi cinco veces más víctimas que el año 2002, principalmente por el terremoto de Irán y la ola de calor registrada en el centro de Europa. Se registra que 50,000 personas murieron alrededor del mundo por terremotos, inundaciones

y tormentas que podrían ser consecuencia del cambio climático. Esta es la cuarta vez que se alcanza una cifra tan alta de muertos desde 1980, y es posible que los desastres continuarán. Los desastres naturales le costaron en el 2003 a la economía mundial US $ 60,000 millones.

1.2 El fenómeno de El Niño: El Niño es un efecto de las perturbaciones

climáticas de Sudamérica que durante el evento de El Niño 1997/1998 en el Perú se produjeron

daños que ascienden a US $ 861 millones, que incluyen sólo los gastos de prevención y reconstrucción efectuados. Puentes y carreteras se vieron interrumpidos por huaycos, inundaciones, socavación de cimentaciones, etc., considerándose como saldo 60 puentes destruidos y 128 dañados, 800 kilómetros de carreteras destruidas y 6,000 kilómetros averiados, 58 kilómetros de vías férreas arrasadas y 4 hidroeléctricas parcial o totalmente destruidas. Las personas afectadas fueron 591,451, los heridos llegaron a 412 y los muertos a 364, así mismo fueron 112,405 las familias damnificadas. (Figuras 2 y 3)

1.3 Los terremotos en el Perú: La sismicidad en el Perú, se debe a eventos

producidos por la subducción interplaca como resultado de la ruptura de la zona de contacto de la placa de Nazca y la placa Sudamericana o Continental suprayacente y eventos intraplaca que ocurren dentro de las dos placas (Figura 1).

De los cálculos determinísticos, el evento máximo creíble mas critico aparece asociado con los eventos de subducción de la interplaca los cuales tienen un intervalo de recurrencia de cerca de una centuria. El Perú esta propenso a sufrir un evento de este tipo en un futuro cercano que podría tener una magnitud comprendida en el rango 8.0 a 8.8 y una aceleración horizontal pico en el rango de 0.15g a 0.38g. Otros escenarios creíbles de potencial máximo involucran eventos intraplaca, que pueden corresponder a magnitudes en el rango de 5.5. a 8.4 con aceleraciones superficiales comprendidas entre 0.06g hasta 0.42g (Figura 4).

Figura 1 Teoría de las placas continentales

Figura 2 Inundaciones, Fenómeno de El Niño

1998

Figura 3 Caída de puentes, Fenómeno de El Niño 1998

Figura 4 Desastre sísmico en la ciudad de Huaraz,

terremoto Ancash 1970

2 ENFOQUE GEOTÉCNICO CON RESPECTO A SISMOS Actualmente no cabe duda acerca de la

influencia del suelo, y por lo tanto de la Ingeniería Geotécnica, en los daños ocasionados por los terremotos en las obras de ingeniería. De acuerdo con Seed (1969) fue Wood quien por primera vez, después del terremoto de San Francisco en 1906 concluyó en que los lugares que presentaban mayores daños tenían que ver con la geología local. Estudios analíticos posteriores seguidos de datos instrumentales, han sentado una base sólida para el entendimiento de los efectos inducidos por las condiciones locales del suelo en los movimientos del terreno debidos a sismos (Figuras 5, 6 y 7).

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

1998 Loma Prieta

Con base en cálculos

Relación media recomendadapara usarse en correlacionesempíricas

Ciudad de México 1985

Figura 5 Aceleraciones pico en suelos blandos y

rocas (Idriss, 1990) Ahora conocemos que se pueden presentar

importantes amplificaciones de la onda sísmica en suelos sueltos, blandos o cuando estructuras con largos períodos fundamentales se apoyan sobre potentes depósitos de suelos sueltos (Figura 8).

Núm

ero

de c

asas

inse

gura

s po

r mill

a cu

adra

da

Espesor del suelo, m

0

10

20

30

40

50

60

0 6 12 18 24 30 36 42 48

Figura 6 Relación entre la intensidad de daño y el

espesor del suelo, San Fernando 1971 (Whitman, 2000)

20050 500 1000 2000 5000

IX

VIII

VII

VI

V

(KPa)x102

ESC

ALA

DE

INTE

NSI

DAD

(M.M

.I.)

MÓDULO DE YOUNG (Kg / cm )2

PROMEDIO

CARGA CÍCLICAREPETIDA

CARGA ESTÁTICAUNIFORME

50 200 500 1000 2000 5000

Figura 7 Distribución de intensidades sísmicas (terremoto 1974, Lima, Perú) y la calidad del suelo (Carrillo, 1979)

Inte

nsid

ad

Distancia, m

4

6

8

12

10

0

30

60

90

0 150 300 450 600

Grava arenosa

Figura 8 Relación entre el espesor del suelo y la intensidad del movimiento, Terremoto Chalkalsk, URSS (Dedova, 1946)

Se ha llegado a establecer evidencias, a partir de registros de acelerómetros, que los movimientos sísmicos pueden amplificarse grandemente cerca de la coronación de taludes y cuando el suelo suelto choca contra taludes de roca dura, caso que se presenta en la falda de los cerros de los asentamientos humanos que normalmente han sido producto de invasiones u ocupación precaria en los barrios marginales de las grandes ciudades (Figuras 9, 10 y 11).

Aceleración en sitios rocosos (g)

Acele

ració

n en s

itios c

on su

elos s

uelto

s (g)

Figura 9 Inicio de invasión para un Asentamiento Humano

Figura 10 Desarrollo de un Asentamiento Humano entre cerros

Figura 11 Desarrollo de un Asentamiento Humano en la falda de los cerros

De allí la importancia de desarrollar un programa intenso de prevención sísmica en estos lugares que normalmente carecen de información y son olvidados por la Agencias del Estado y por las reglamentaciones y Normas que suelen emitirse de manera general sin tomar en cuenta la realidad que ocurre en estos lugares de la ciudad de Lima Metropolitana (Carrillo,1987)

Por ello, después de numerosas encuestas que efectuamos en las áreas señaladas, encontramos resultados que nos obligaron a profundizar nuestros estudios iniciales, ya que de su análisis obtuvimos respuestas que revelan un gran porcentaje de riesgo para los moradores de estas zonas ya que la gran parte de ellos no sienten seguridad en sus casas a pesar de que la mayoría de las viviendas son de un piso y el material predominante es el ladrillo, y muchas veces una gran mayoría son edificadas por autoconstrucción sin ninguna ayuda o dirección técnica y no cumplen con las normas de diseño, o se encuentran por debajo ó cercanas a fuentes de alto riesgo, como ser cables de alta tensión, grandes reservorios de agua, etc., respondiendo en muchos casos que se encuentran mas seguros en la calle que en sus casas ya que la reacción inmediata ante un sismo es salir rapidamente de ellas ya sea durante el día o la noche para buscar protección fuera, revelando además que un gran porcentaje de ellos no ha recibido orientación ni información adecuada de prevención o seguridad en caso de un terremoto severo (Figura 12).

¿HA RECIBIDO ANTES INFORMACION SOBRE RIESGO SISMICO O PREVENCION SISMICA?

2.00%

98.00%

0.00%

20.00%

40.00%

60.00%

80.00%

100.00%

120.00%

SI NO

Serie1

ACCION ANTE UN SISMO - NOCHE

6%

34%

24%

4%

6%

22%

4%

REZAR

SALIR

IR A LUGAR SEGURO

BAJAR LLAVE D LUZ

NO SABE

SALIR CON HIJOS

QUEDARSE EN CASA

LUGAR MENOS PREFERIBLE ANTE UN SISMO

CALLE14%

CASA20%

PLAYA8%

MERCADO14%

CINE10%

EDIFICIO28%

OTRO6%

LUGAR MAS SEGURO EN EL BARRIO

PARQUE30%

CALLE34%

CASA10%

NO HAY20%

CERRO6%

Figura 12 Resultados típicos de encuestas llevadas a cabo por los estudiantes

ACCION ANTE UN SISMO (DIA)

40%

6%

30%

4%

20%

SALIR SERENARSE IR A LUGAR SEGURO NO SABE BUSCAR A HIJOS

LUGAR MAS SEGURO EN LA CASA

SALA14%

COLUMNAS12%

PATIO22%

MARCO DE PUERTA18%

NO HAY14%

NO SABE20%

Figura 13 Encuestas de seguridad llevadas a cabo por los estudiantes

3 LA ENSEÑANZA-APRENDIZAJE DE LA GEOTECNIA EN LA PREVENCIÓN SÍSMICA

Tomando en cuenta esta realidad, concebimos crear un taller que nos permita aplicar con los estudiantes los conocimientos de la mecánica de suelos, la ingeniería de cimentaciones y al mismo tiempo desarrollar una acción de proyección social de los educandos hacia los pobladores de los Asentamientos Humanos seleccionados para el proyecto. Los resultados de los trabajos de campo llevados a cabo por estudiantes de ingeniería civil, próximos a graduarse y que completan sus créditos en el décimo semestre con el Curso de Cimentaciones y Diseño Geotécnico, nos han permitido no sólo establecer las características geotécnicas de cada sitio investigado, sino también ofrecer a sus habitantes información

sencilla y accesible a su entendimiento sobre que hacer en caso de un sismo severo que pueda ocurrir en el área. Esta información fue impartida mediante charlas acompañadas de presentaciones con ayudas visuales y posterior entrega de información escrita y en un CD o casette de video, en los que se muestra claramente con figuras y textos sencillos las acciones a tomar por los pobladores. Estos resultados se lograron en esta primera etapa, para mas adelante proporcionarles ayuda técnica en casos críticos y puntuales para mejorar o reforzar las cimentaciones de sus viviendas cuando fuera detectado algún vicio de construcción que pueda originar falla o daño durante un evento sísmico importante.

Prevención Sísmica

Cortesía: MSc. Arnaldo Carrillo Gil

Prohibido su Venta

Universidad Ricardo Palma

Figura 14 CD con información sencilla sobre

prevención sísmica entregada por los estudiantes a los moradores

El taller implementado, bajo la consigna de

“aprender haciendo” ha dado los mejores resultados, dado a que los estudiantes practican personalmente las labores de exploración de campo, toma de muestras, ejecución de ensayos de campo y laboratorio, así como la interpretación de los mismos para casos reales, dando finalmente su diagnóstico y predicción con respecto al comportamiento del suelo subyacente y sus posibilidades de falla por efectos dinámicos, en cimentaciones superficiales muchas veces construidas sin ayuda especializada. Adicionalmente, el estudiante es consciente del peligro que corren los habitantes de estos barrios marginados y ejercita sus mejores conocimientos y facilidad de palabra para hacer conocer los riesgos y las acciones que deben tomar como

prevención sísmica en salvaguarda de su integridad física y la de sus familiares (Carrillo,2003)

4 CARACTERÍSTICAS DEL PROYECTO

El proyecto ha sido llevado a cabo en dos oportunidades. La primera implementada en los años 1996 a 1998, para los asentamientos humanos ubicados al sur de la ciudad de Lima. La segunda la estamos llevando a cabo entre los años 2003 a 2005 en los barrios marginales del norte de la ciudad, mucho más numerosos y con una densidad poblacional mayor (Figura 15). En la primera etapa se estudiaron cuatro distritos, en la segunda etapa estamos haciéndolo en nueve distritos, dentro de los que estudiamos 45 asentamientos humanos que tienen problemas graves de cimentación, estabilidad de taludes, asentamientos por apoyo en suelos sueltos y de rellenos mal compactados, así como defectos de construcción vulnerables a las acciones dinámicas de los sismos (Carrillo, 1996).

Figura 15 Ubicación de los lugares investigados en Lima Metropolitana.

Los trabajos de campo como Taller de Geotécnia cumplieron con determinar las características físicas y mecánicas de los suelos subyacentes a cada lugar investigado, practicándose calicatas o sondeos con obtención de muestras alteradas e inalteradas para su posterior ensaye en los laboratorios de la universidad, así como también se efectuaron ensayos de campo que permitieron obtener resultados de Penetración de Barra, esto es, una metodología desarrollada por el autor de este trabajo que consiste en hacer penetrar dentro del suelo por golpes de un martillo de 4 kilogramos de peso y una caída de 0.30 m, una barra de acero de construcción de media pulgada de diámetro, y medir el número de golpes que por cada 0.15 m se introduce en el suelo investigado, para luego por correlaciones empíricas llegar al equivalente del Ensayo Normal de Penetración (Standard Penetration Test - ASTM 1586). El Penetrómetro de Barra fue preparado y fabricado por los mismos estudiantes, de acuerdo a planos y diagramas proporcionados en cada caso.

305

500

450

1375 mm

F° Negro

80 mm20 mm

120 mm

DETALLE DEL MARTILLOESC. 1:250

Figura 16 Detalle del Penetrómetro de Barra preparado por los estudiantes.

5 MUESTREO DE RESULTADOS OBTENIDOS

Toda la información recolectada fue procesada y preparada por los estudiantes en presentaciones digitales (ver figuras siguientes: textos, gráficos, videos) que han permitido evaluar adecuadamente las zonas críticas de los Asentamientos Humanos de cada sitio estudiado, considerando los casos puntuales de fallas de cimentaciones que serán estudiados en la tercera etapa del proyecto, en la que se proporcionará la ayuda y soporte técnico conveniente para evitar daños futuros

En la mayoría de los casos los estudios llegan a conclusiones válidas, emitidas con sustento técnico aceptable por alumnos del último semestre de la carrera de Ingeniería Civil de la Universidad Ricardo Palma.

Las diferentes zonas de estudio fueron seleccionadas de acuerdo con las necesidades del sitio y precariedad de las edificaciones existentes, y que por lo tanto necesitan ayuda técnica.

Los trabajos presentados por los estudiantes reúnen toda la información pertinente a las zonas estudiadas, resultados de encuestas, ensayos de campo y laboratorio además de los resultados de las charlas sostenidas con los pobladores del lugar y la presentación del CD informativo acerca de Prevención Sísmica.

En todos los casos se efectuaron Ensayos de Penetración de Barra, presentando sus resultados e interpretación correspondientes.

La información sobre el lugar estudiado, fue presentada adecuadamente en planos dibujados en AutoCad con la ubicación general y puntual dentro del distrito, sus datos censales, gráficos, poblaciones, etc., además de los datos estadísticos correspondientes.

6 COMENTARIOS FINALES

Los proyectos implementados han dado muy buenos resultados, aunque aún no logramos la completa cooperación de los Municipios, Oficinas Gubernamentales y entidades de ayuda humanitaria, ya que sucede lo mismo que en cualquier otro lugar en caso de una catástrofe, nadie se preocupa de ella mientras que ésta no ocurra y cauce daños irreparables. La falta de prevención y su difusión es alarmante, sin embargo los resultados obtenidos en este Taller Estudiantil son gratificantes desde el punto de vista social, satisfactorios desde el punto de vista técnico, y excelentes desde el punto de vista enseñanza-aprendizaje de la geotecnia, que lo eleva a la excelencia como curso importante en la carrera de ingeniería civil desarrollado en la Universidad Ricardo Palma en Lima, Perú (Carrillo, 2003).

Este es un nuevo aporte a los Talleres de

Ingeniería Civil, orientados a incentivar la práctica real de los cursos de Geotecnia que complementan fuera del aula las clases teóricas, al mismo tiempo que se fomenta la proyección social de la universidad hacia los mas necesitados, complementando el trabajo presentado por el autor al 1er Congreso Panamericano de Enseñanza - Aprendizaje de Ingeniería Geotécnica desarrollado en Oaxaca, México, titulado “Modernización de la curricula de Geotecnia” Sólo esperamos que con estas acciones, en caso de producirse un evento sísmico importante, la pérdida de vidas humanas sea mínima (Carrillo,2000).

Cabe señalar que muchos de los problemas

encontrados en las zonas estudiadas, han podido evitarse o disminuirse si existiera la voluntad de

planificar convenientemente el crecimiento de estos distritos así como también si los organismos competentes hubieran proporcionado asistencia técnica oportuna a los pobladores durante la construcción de sus viviendas, por lo que se hace necesario convocar a todas las instituciones relacionadas con el desarrollo urbano correspondiente para que participen y lleven a cabo proyectos con el respaldo profesional conveniente.

REFERENCIAS Carrillo Gil, A., 2003, “Análisis Crítico acerca de las

Universidades Latinoamericanas”, Enseñanza e Investigación Universitaria, Universidad Ricardo Palma, Lima, Perú.

Carrillo Gil, A., 2003, “Conversaciones en el MIT, Boston 2003”, Enseñanza e Investigación Universitaria, Universidad Ricardo Palma, Lima, Perú.

Carrillo Gil, A., 2000, “Modernización de la Curricula de Geotecnia” 1er Congreso Panamericano de Enseñanza-Aprendizaje de Ingeniería Geotécnica, Oaxaca, México.

Carrillo Gil, A., 1996 “Peligro sísmico en los Barrios Marginales del Sur”, Conferencia Instituto Peruano de Ingeniería Geotécnica y Geoambiental, CIP, CDL, Lima, Perú.

Carrillo Gil, A., 1987 "La ingeniería geotécnica preventiva y la recuperación de desastres naturales" Memorias del V Congreso Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones, Lima, Perú.