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Introducción
La ciudad de Arequipa es la capital y mayor ciudad del departamento de Arequipa y se encuentra al occidente de la región sur del Perú (Fig. 1).
Es la segunda ciudad del Perú en importancia, con una población de más de 1000000 de habitantes y la zona metropolitana tiene un área de 182 Km2.
Arequipa está asentada en el valle del río Chili, a una altitud promedio de 2300 msnm.
La ciudad de Arequipa tiene una geología muy compleja con una variedad de rocas ígneas intrusivas y extrusivas, materiales piroclásticos, aluviales y fluviales, que le otorgan múltiples características geológicas y geotécnicas a los sedimentos donde se emplaza la ciudad. Además, debido a su cercanía al volcán Misti, el cual se encuentra a 18 km del centro de la ciudad y a su intensa actividad sísmica, los riesgos geológicos en esta zona son importantes y muy variables.
Contexto Geológico
Perú se encuentra en la placa continental Sudamericana, en los Andes Centrales. El territorio de la Región Arequipa forma parte de la Cordillera de la Costa, pampas o llanuras costeras, dentro de la Cordillera Occidental en la que destacan los estratovolcanes y el Altiplano, unidades morfoestructurales que caracterizan y le otorgan una configuración morfológica peculiar al sur del Perú.
La Estratigrafía de la Región Arequipa incluye unidades desde el Proterozoico al Cuaternario (fig. 2). El Complejo Basal de la Costa del Proterozoico, es considerado como el basamento de Arequipa a nivel regional en el sur de Perú y que está constituido esencialmente por rocas metamórficas, rocas ígneas y secuencias sedimentarias metamorfizadas.
En esta región del sur de Perú se encuentra la cuenca Arequipa, la cual está constituida por unidades volcánicas, volcánicas-sedimentarias y sedimentaria del Mesozoico que han sido plegadas y falladas.
Destaca las unidades de las formaciones Chocolate y Guaneros que representan un arco volcánico del Mesozoico localizado en el sector occidental de Arequipa. En tanto que en la parte oriental de la Cuenca Arequipa se tienen unidades sedimentarias calcáreas (Formaciones Socosani, Gramadal y Arcurquina) y principalmente silicicoclásticas (Grupo Yura, Formación Murco).
Las unidades sedimentarias y volcánicas del Cenozoico que conforman buena parte de las pampas costeras, la Cordillera Occidental y el Altiplano, están representando a las unidades de cobertura que yacen discordantemente sobre las unidades proterozoicas, paleozoicas y mesozoicas.
En el área de la ciudad y alrededores de Arequipa se observa la presencia de depósitos aluviales limitados por depósitos volcánicos principalmente al oeste y flujos de lodo al este, y que corresponden a sedimentos detríticos como arenas, arcillas y limos que engloban a guijarros, cantos rodados y bloques con algunos restos de piedra pómez, además afloran depósitos que pertenecen al Cenozoico representados por el grupo Barroso (flujos de barro), y depósitos recientes (aluviales y eluviales). Así también en la ciudad de Arequipa-Cercado se han reconocido la existencia de 3 unidades geológicas del período Cuaternario (Holoceno y Pleistoceno)
Estas unidades son los depósitos de flujo de barro, depósitos aluvio-fluviales (cubren la penillanura de Arequipa y el lecho del río Chili) y depósitos aluviales (suelos residuales que constituyen los terrenos de cultivos).
Geomorfología
Las estructuras geomorfológicas presentes en Arequipa-Cercado y alrededores son el resultado de la interacción de fuerzas endógenas y exógenas. Las primeras actúan como fuerzas creadoras de las grandes elevaciones y depresiones formadas principalmente por movimientos del componente vertical y las segundas, como desencadenantes de una continua denudación que tiende a rebajar el relieve originado, estos últimos llamados procesos de geodinámica externa que se agrupan en la cadena de meteorización-erosión, transporte y sedimentación.
La ciudad de Arequipa esta desarrollada sobre un valle fluvial que pertenece al río Chili, en donde se forma una penillanura plana con una inclinación de aproximadamente 4% hacia el suroeste.
Esta geoforma es denominada Penillanura del Cercado (superficie del Cercado), fue generada por los levantamientos de la Cordillera del Barroso (formada por tres volcanes: Chachani, Misti y Pichu Pichu) y las rocas ígneas del Complejo la Caldera (rocas ígneas intrusivas que afloran en la parte sur de la ciudad), que aportan los sedimentos que nivelan la superficie, los cuales son materiales fluvio-aluviales con contenido de material volcánico proveniente del volcán Misti en forma de aluviones. A su vez la penillanura suele ser subdividida en 5 subunidades: Valle del Chili, Superficie del Cercado, Superficie de Socabaya, Superficie de Pachacútec y Superficie del Aeropuerto.
La penillanura del Cercado es disectada por quebradas activas en épocas de precipitaciones (enero a marzo) e inactivas el resto del año, conocidos comúnmente como torrenteras.
En la ciudad de Arequipa existen 7 torrenteras y de ellas, 3 pasan por el distrito de Arequipa-Cercado: San Lázaro, Miraflores y Mariano Melgar. Estas torrenteras tienen su punto de origen en los flancos del volcán Misti. En épocas de lluvias se comportan como colectores secundarios naturales que desembocan sobre el colector principal, el río Chili.
En los márgenes del río Chili se ubican terrazas aluvio-fluviales formadas por materiales de gravas, limos y arenas. Actualmente estos depósitos, son utilizadas para la actividad agrícola sobre una superficie que representa el 10 % del área de Arequipa-Cercado.
Cordillera de Laderas: Ocupa la parte sur de la ciudad, se caracteriza por presentar un relieve de cerros de superficie rocosa, con drenaje dendrítico y esporádicamente paralelo.
Gracias a los estudios geológicos y geomorfológicos de esta región algunos autores, como Yanqui, 1990; Salazar et. al., 2016, crearon mapas geomorfológicos en los cuales se divide las áreas según las geoformas más importantes para la región de la ciudad de Arequipa-Cercano (Fig. 3 y 4).
Hidrología y clima
En Arequipa el clima es predominantemente seco en invierno, otoño y primavera; entre enero y marzo, en el verano, se producen las mayores precipitaciones en la zona. Las temperaturas normalmente no sobrepasan los 25 °C y muy rara vez bajan de los 10 °C. En invierno la temperatura desciende hasta una media de 10 °C.
Hay que mencionar que las condiciones climáticas e hidrológicas cambian hacia zonas mas altas, como lo son las zonas del volcán Misti, en donde las temperaturas son menores.
Las precipitaciones en la ciudad de Arequipa-Cercano son 80 a 120 mm/año (altura de la estación de medición 2525 msnm). Por encima de los 3500 msnm las precipitaciones promedio son 250 mm/año, mientras que sobre los 4500 msnm es de aproximadamente 700mm/año. Respecto a la humedad de la zona hasta los 1000 msnm, la humedad relativa es de 60 % en promedio, y entre los 1000 y 2000 msnm es de 20 a 30 % en promedio.
Geotecnia Arequipa
Los estudios geotécnicos en los suelos de Arequipa-Cercado han sido numerosos debido a su importancia para poder desarrollar la urbanización de la ciudad de manera segura y con el fin de evitar problemas y/o inconvenientes en las construcciones de edificios, casas u otras estructuras. A su vez debido a la intensa actividad sísmica de la zona, es fundamental caracterizar geotécnicamente los suelos y rocas donde habitan los ciudadanos de Arequipa para poder establecer las zonas adecuadas y seguras para la construcción de viviendas.
Las principales técnicas utilizadas para obtener datos geotécnicos en la ciudad de Arequipa han sido: calicatas, ensayos granulométricos, estudios de densidad y contenido de humedad del suelo, ensayos de penetración dinámica ligera (DPL), ensayos de corte directo (para conocer la resistencia de los suelos al corte), ensayos con métodos sísmicos, etc.
Con la información geotécnica recopilada de estos estudios y ensayos, se pueden obtener las características físico-mecánicas de los suelos de cimentación y así, por ejemplo, calcular la capacidad portante del suelo.
La capacidad del terreno para soportar cargas aplicadas sobre él es denominada como capacidad de carga admisible o capacidad portante. Debido a que las rocas y suelos donde se realizan las cimentaciones en esta zona son variadas, las capacidades portantes también varían. Algunos estudios realizados dieron como resultado que las rocas ígneas tienen capacidades portantes mayores que 10 Kg/cm2; depósitos aluviales capacidades portantes de 3.5 a 1.0 Kg/cm2; depósitos de materiales piroclásticos y suelos eluviales capacidades portantes de 0.5 Kg/cm2 (Bardales y Hurtado, 1991).
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Hay que tener en cuenta las composiciones de estos suelos, ya que la gran mayoría son de origen volcánico y generalmente contienen fragmentos de piedra pómez, lapilli y cenizas volcánicas, por lo que presentan pesos unitarios bastante bajos; además, debido a la forma en que han sido depositados, en algunos lugares se encuentran en estado suelto.
Gracias a la información geotécnica recopilada de los ensayos geotécnicos, se pueden realizar clasificación de suelos SUCS (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos). Según un informe técnico especial para la ciudad de Arequipa-Cercado (Tavera et al., 2017), se identificaron 3 tipos de suelos:
- Suelos tipo GW: Conformados por gravas bien graduadas con presencia de arenas y limos. Estos suelos presentan contenidos de humedad de 2.80% (calicata 8), 2.50% (calicata 9) y 16% (calicata 16), este último debido a que los suelos presentan humedad alta debido a que el nivel freático superficial está a una profundidad de 0.70 metros. No presentan límite plástico y son considerados como suelos compactos. Su capacidad de carga varía entre 3.24 a 5.02 Kg/cm2. Estos suelos abarcan el 15% de la superficie de la ciudad de Arequipa-Cercado, principalmente en las urbanizaciones de La Perla, Ferroviarios y Tingo.
- Suelos tipo GP: Suelos conformados por gravas arenosas mal gradadas. Los materiales granulares superan el 65% en promedio; mientras que, los finos no superan el 34%. En estos suelos el contenido de humedad varia de 3.10% a 11.00%, siendo este último alto debido a que el nivel freático superficial está a 4.00 metros. Son considerados como suelos compactos y no presenta plasticidad. Su capacidad de carga admisible varía de 4.85 a 4.90 Kg/cm2, y están presentes en la mayor parte de la superficie del área urbana, desde el lado noreste (Selva Alegre) hasta el sureste de la ciudad de Arequipa-Cercado, llegando a ocupar el 70 % de los suelos de la ciudad.
- Suelos tipo SW: Conformados por arenas bien graduadas con presencia de limos y gravas. El porcentaje de humedad es variada. Son suelos poco compactos y sin plasticidad. Su capacidad de carga varía entre 4.19 a 4.75 Kg/cm2. Estos suelos abarcan el 15% de la ciudad de Arequipa-Cercado, principalmente en los sectores del Estadio Melgar, Castelar, Estadio UNSA y SIDSUR.
Riesgos geológicos de la ciudad de Arequipa-Cercado
La ubicación de la ciudad de Arequipa en el sur del Perú, la ubica en una zona vulnerable a riesgos geológicos como lo son los sismos y a eventos volcánicos generados por la actividad del volcán Misti. Pero así también hay otros riesgos geológicos asociados a la geodinámica externa de esta zona que dan lugar a procesos dinámicos como pueden ser movimientos de terrenos, deslizamientos, derrumbes e inundaciones. Estos procesos mencionados son los responsables de modelar y crear las estructuras geomorfológicas que caracterizan a la región de Arequipa y de la formación de los distintos suelos en donde hoy se establece la ciudad.
Riesgos sísmicos
Según los registros históricos esta región tiene una intensa actividad sísmica. Esto se debe a que el borde occidental del Perú, es una de las principales fuentes generadoras de sismos, siendo los de mayor magnitud los que han causado grandes niveles de daños y pérdidas de vidas humanas.
En esta región la actividad sísmica suele ser del tipo superficial (profundidad < 60 km) e intermedia (profundidad entre 61 y 350 km). Mientras más superficial sea el sismo, mayores son los daños y efectos que causan.
Los últimos grandes sismos de Arequipa de los que se tiene registro y que afectaron a esta zona ocurrieron en 1604 (8.0Mw), 1868 (8.5Mw), 1979 y 2001 (8.0Mw). Los dos últimos fueron los que causaron mayores daños materiales y pérdidas humanas (fig. 5).
El sismo del 2001 a su vez genero un tsunami que genero daños en las áreas costeras de la ciudad de Caman. Otros efectos importantes que genera un sismo son deslizamientos en masa y de licuación de suelos, que son eventos que pueden provocar grandes daños por su rápido y eventual accionar.
Estos son efectos que hay que tener muy en cuenta y mas en una región como la de Arequipa que esta próxima a geoformas con grandes alturas, como lo es el volcán Misti, en donde los deslizamientos tienen mayores probabilidades de ocurrir. Además, la gran vulnerabilidad a la licuación de los suelos sueltos, granulados y saturados o moderadamente saturados, que son característicos de esta zona.
Se produjeron grandes daños materiales como derrumbe de casas y edificios en la ciudad de Arequipa y así también en otras regiones del sur de Perú.
El peligro sísmico en Arequipa es muy importante de analizar y caracterizar, principalmente en las ciudades con una gran actividad sísmica, como lo es la ciudad de Arequipa-Cercado. El peligro sísmico permite conocer, en términos de probabilidad, la severidad sísmica con la cual podría ser sacudida un área en un determinado lapso de tiempo. Este parámetro es expresado en términos de aceleración.
En Arequipa-Cercado se han realizado estudios sísmicos como, por ejemplo, estudios de microzonificación sísmica, el cual es un procedimiento que involucra estudios geológicos, topográficos, sismológicos, geotécnicos, hidrológicos, de evaluación de daños sísmicos, de microtrepidaciones y de amplificación sísmica.
Estos estudios permiten delimitar zonas con diferente comportamiento sísmico dentro de una ciudad, considerando las condiciones locales de los suelos de cimentación.
Esta técnica de microtrepidacion permite evaluar el período de vibración natural del terreno, un instrumento suficientemente sensible puede detectar estos continuos movimientos de microtrepidaciones, las cuales pueden ser generadas por causas naturales (volcanes, sismos, etc.) o artificiales (tráfico, maquinarias, etc.).
A partir de estos estudios se pueden realizar mapas de microzonificación sísmica para un determinado lugar, como el que realizo Aguilar, 1991 para la ciudad de Arequipa-Cercado (fig. 6), en el cual dividió el terreno en distintas zonas según sus características sísmicas y condiciones geotécnicas de los suelos.
Actualmente en Perú, la construcción de obras civiles está regulada por la “Norma E.030, diseño sismorresistente (2003)”, esta norma considera la clasificación de los suelos en función de sus propiedades mecánicas, espesor de estrato, período fundamental de vibración y velocidad de propagación de las ondas de corte. Entonces los suelos pueden ser clasificados en cuatro tipos:
- Suelos duros (Tipo S1: onda de corte varía entre 750 y 1500 m/s.);
- Suelos intermedios (Tipo S2: suelos con características intermedias entre las indicadas para los suelos S1 y S3);
- Suelos flexibles o con estratos de gran espesor (Tipo S3: velocidades de ondas de corte menor e igual a 180 m/s.) y
- suelos con condiciones excepcionales (Tipo S4: suelos con condiciones geológicas y/o topográficas desfavorables).
Riesgos asociados a procesos dinámicos externos
Los riesgos geológicos de Arequipa que son generados por procesos geodinámicos externos son, por ejemplo, deslizamientos, desprendimientos, flujos de barro, avalanchas, torrentes, hundimientos, etc. Mucho de estos eventos son propensos a ocurrir en la región de Arequipa.
Movimientos en masa, son generados por efecto de la gravedad, ladera abajo, que transportan rocas, detritos o tierras. Algunos de estos movimientos en masa pueden ser derrumbes o desprendimientos y otros asociados al régimen hidrológico como inundaciones por torrenteras.
Como la ciudad de Arequipa-Cercado, se encuentra rodeada por el complejo volcánico Chachani-Misti-Pichu Pichu hay altas probabilidades que puedan generarse desprendimientos, derrumbes y también flujos de barro que pueden afectar a la ciudad que se encuentra muy próxima.
Además, sumarle que el volcán Misti de Arequipa, que se encuentra a pocos km de la ciudad de Arequipa (fig. 7), está considerado activo, por lo que se generan sismos de origen volcánico que pueden provocar la desestabilización de los terrenos y por ende derrumbes o avalanchas de material.
Otro tipo de peligro asociado a la geodinámica externa son las inundaciones por torrenteras. La ciudad de Arequipa-Cercado se encuentra a una altura de 2300 msnm en el valle del río Chili, está rodeada por volcanes que sobrepasan los 5000 msnm y en sus flancos, nacen un gran número de quebradas conocidas comúnmente como torrenteras que transportan agua en periodos de lluvias para luego desembocar en el río Chili.
Las torrenteras que atraviesan Arequipa-Cercado son las de San Lázaro, Miraflores y Mariano Melgar, todas encausadas por la actividad humana con fines urbanísticos, llegando a irrumpir su cauce natural.
En el verano del 2013, estas torrenteras colmataron sus cauces debido a lluvias torrenciales que provocando inundaciones que produjeron severos daños a la infraestructura de la ciudad y pérdida de vidas humanas (fig. 8).
Riesgos volcánicos
El volcán Misti, con una altura de 5822 msnm, es considerado uno de los cuatro volcanes con mayor riesgo en el mundo, esto se debe a la gran población que se encuentra asentada en su valle y por su intensa actividad eruptiva registrada desde tiempos históricos.
De acuerdo a los registros geológicos, uno de los procesos eruptivos más importantes del Misti se desarrolló hace aproximadamente 2000 años, en el cual se expulsó pómez en un radio mayor a 25 km. Este episodio originó una columna subpliniana de entre 10 km y 13 km de altura sobre el cráter. Una de las ultimas erupciones de este volcán se dio entre los años 1440 y 1470.
Este volcán es intensamente monitoreado a través de técnicas de monitoreo geoquímico y visual y además con técnicas monitoreo sísmicas y geodésicas. Algunos de los posibles riesgos volcánicos que están asociados a este volcán son: lahares, derrumbes, avalanchas y así también riesgos asociados a una posible erupción con coladas de lavas, flujos piroclásticos y/o liberación de cenizas (columna eruptiva) (fig. 9).
Los lahares son uno de los fenómenos con mayores probabilidades podría darse en la región de Arequipa con un gran impacto para las comunidades que allí habitan, esto se debe a su proximidad a volcanes con altas pendientes y las condiciones climáticas que se generan durante las temporadas de lluvias.
Los lahares son una mezcla de agua, cenizas volcánicas y fragmentos rocosos que descienden por las pendientes próximas a los volcanes, por lo general, siguiendo el lecho de las quebradas y ríos a velocidades que varían constantemente según las características del terreno, la cantidad de agua involucrada y volumen de material disponible a ser erosionado.
En el volcán Misti, las pendientes son fuertes de la base a la cima y hay una gran cantidad de volúmenes de material volcánico acumulados en sus flancos, a su vez hay varias quebradas cuyas desembocaduras ponen en peligro a la población de Arequipa (fig. 10).
Es por esto que debe monitorearse de manera constante este volcán para poder dar alertas tempranas a la población sobre estos fenómenos, pero además también se deben realizar obras civiles acordes a las dimensiones y volúmenes de material que transportan estos eventos. Otra iniciativa importante es educar e informar a la población del peligro de estos eventos y así concientizar a los ciudadanos. También tener en cuenta los lugares y zonas más vulnerables a estos fenómenos para evitar la construcción de viviendas u otras estructuras que podrían verse afectadas.
REFERENCIAS
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Martínez, A., & Santos Chaparro, L. (2017). Peligros geodinámicos en la ciudad de Arequipa Cercado y zonas aledañas: Informe Técnico Especial 2017.
Masías Alvarez, P. J., Taipe Maquerhua, E. L., Antayhua Vera, Y., & Ramos Palomino, D. A. (2011). Monitoreo del volcán Misti 2005-2010.
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