2. Estado del Arte
2.2 Contexto Chileno
Los primeros estudios realizados en el país apuntaban a identificar regiones en las cuales la sismicidad pudiese ser considerada uniforme, es decir, se enfocaban a una regionalización sísmica. En este aspecto destacan los estudios de Gajardo y Lomnitz (1960), Welkner (1964) y Labbe (1976). El primer estudio de evaluación de peligro sísmico fue realizado por Greve (1948) quien determinó coeficientes de seguridad sísmica para diferentes zonas del país basándose en la frecuencia de los sismos. La confección del primer mapa de peligro sísmico fue realizada por Lomnitz (1969) considerando todos los eventos con magnitud superior a 7,5 que habían ocurrido
desde la colonia. En este mapa, figura N°2.3, se representa la probabilidad estimada de ocurrencia de un sismo que produzca una aceleración de por lo menos 0,1g durante un período de 30 años.
Figura N°2.3: Primer Mapa de Peligro Sísmico para Chile
Fuente: Lomnitz (1969)
Posteriormente, Barrientos (1980) elaboró nuevos mapas de peligro sísmico para el territorio nacional, en función de la intensidad, con un 10% de probabilidad de ser excedida en 50
años considerando sismos de magnitud mayor o igual a 5.5. Desde el punto de vista de la aceleración máxima, Martin (1990) aplicó la teoría probabilística para generar mapas de peligro sísmico con las aceleraciones horizontales y verticales con un 10% de probabilidad de ser excedidas en períodos de 50 y 100 años. Luego, Algermissen y Kausel (1992) incorporaron a los mapas de Martin (1990) la variabilidad de las fórmulas de atenuación de aceleraciones máximas del suelo en torno a valores medios y al mismo tiempo establecieron el peligro sísmico, en función de la intensidad, para la zona de Chile Central afectada por el terremoto de 1985.
La mayoría de los trabajos mencionados anteriormente evaluaron el peligro sísmico con la totalidad de los sismos, es decir, sin considerar la influencia de cada una de las fuentes sismogénicas. No es hasta los trabajos de Campos et al. (1990) y Kausel et al. (1992) que empieza a discutirse la clasificación de los eventos sísmicos para el análisis de la peligrosidad, teorías que serían posteriormente confirmadas por los trabajos de Saragoni et al. (2004), Astroza et al. (2005), Leyton et al (2002) entre otros. Adicionalmente, ha quedado de manifiesto las diferencias sismotectónicas de los distintos contactos entre placas, mostrando las características peculiares que posee la sismicidad chilena, lo cual se traduce en la necesidad de desarrollar expresiones regionales para cada tipo de fuente sísmica formulando leyes de recurrencia y de atenuación particulares a la zona de estudio (Leyton, 2010), y que por cierto justifica plenamente la presente investigación. En este sentido, las leyes de atenuación adquieren un papel fundamental en la evaluación de peligro sísmico, ya que a través de la formulación que las define se determina la aceleración o intensidad que indicará el grado de peligro asociado al sitio en estudio. Por ello, en el Capítulo 6 se incorpora un apartado sobre el estado del arte a nivel nacional que presenta en mayor profundidad las investigaciones realizadas en el país.
Surgen así nuevos trabajos que toman en consideración lo anteriormente expuesto. Para la zona central del país, Leyton (2010) entregó una primera aproximación del peligro sísmico, es decir, sin considerar el efecto de sitio producto de las condiciones locales del suelo. Para ello, empleó las bases de datos de NEIC y el catálogo de sismicidad histórica SISRA con las recientes actualizaciones desarrolladas por Araya (2007), para luego evaluar el peligro sísmico a través de tres procedimientos del tipo probabilístico desarrollados por Algermissen y Perkins (1976), Anderson y Trifunac (1978) y Reiter (1990). En su trabajo se enfatiza la necesidad de separar las fuentes sismogénicas principales que afectan a la zona, correspondientes a interplaca, intraplaca
menciona además, que es imprescindible caracterizar las fuentes utilizando leyes de Gutenberg- Richter y de atenuación particulares para la zona, para lo cual se emplearon las determinadas por Saragoni et. al (2004) y Ruiz y Saragoni (2005) en base a terremotos chilenos del tipo interplaca e intraplaca de profundidad intermedia, considerando a la aceleración horizontal como parámetro de estudio. Para la fuente cortical, debido a la carencia de acelerogramas chilenos fue necesario utilizar la fórmula propuesta por Sadigh et al. (1997) para sismos de California
La estimación del peligro sísmico se calculó para dos períodos de vida útil, 50 y 100 años, cada uno con una probabilidad de excedencia de 10% y 5%, respectivamente como se aprecia en figura N°2.4 y N°2.5, respectivamente
Figura N°2.4: PGA esperado en Chile Central para un período de vida útil de 50 años y una probabilidad de excedencia del 10%
Figura N°2.5: PGA esperado en Chile Central para un período de vida útil de 100 años y una probabilidad de excedencia del 5%
Fuente: Leyton, 2010
Los resultados indicaron que “la fuente que produce las aceleraciones horizontales mayores es la de tipo interplaca, pero tanto la fuente intraplaca de profundidad intermedia y la cortical poseen una mayor influencia en la zona centro-este de la zona en estudio. Ello causa un aumento del PGA esperado para Santiago y en zonas precordilleranas.” (Leyton, 2010). En general, los resultados siguen una tendencia norte-sur, llegando a mayores valores en la zona costera que hacia el interior de continente, debido al efecto de los terremotos interplaca. Además se aprecian grandes valores en el borde cordillerano, efecto relacionado con la fuente cortical.
Siguiendo en Chile Central, Jorquera (2008) estudió la zona cordillerana, comprendida entre las latitudes 34.5ºS y 33ºS y las longitudes 71ºW y 69.5 ºW usando tanto el enfoque probabilístico como determinístico y utilizando como parámetro de estudio la intensidad. En la metodología determinística calculó la máxima magnitud en la sismicidad cortical según el criterio de las fallas máximas sugerido en Reiter (1990). Se incluyeron las fallas geológicas reportadas en la región y se superpuso la sismicidad cortical registrada por diversas redes locales. La zona de estudio fue dividida en diversas zonas sísmicas en base a la orientación de las fallas mapeadas y la sismicidad registrada. Luego, por medio de perfiles de la sismicidad en función de la profundidad, se estimó el área de las máximas fallas posibles. Utilizando ecuaciones de
máximas magnitudes de momento asociadas a cada unas de ellas. Para el enfoque probabilístico se generó un catálogo de sismos corticales y de intraplaca de profundidad intermedia en la región, en base a los datos proporcionados por los catálogos ISC, SSN y NEIC con las actualizaciones realizadas por Araya (2007). En lo que respecta a las leyes de atenuación, para los sismos corticales se emplearon las correspondientes a California, mientras que para los sismos intraplaca se emplearon las leyes de atenuación de intensidades de Barrientos (1980). La estimación del peligro sísmico se realizó utilizando el método de Algermissen y Perkins (1976) y el método de estadísticas de valores extremos (distribuciones biparamétrica de Weibull y de Gumbel). Los resultados obtenidos indican que “la sismicidad cortical es menor en cuanto hay mayores periodos de retorno para todas las magnitudes en comparación a las mismas magnitudes para los sismos intraplaca de profundidad intermedia. Por otra parte, se ve que las estimaciones de periodos de retorno para todas las magnitudes en ambos tipos de sismos son muy similares suponiendo distribución de Poisson y distribución bi-paramétrica de Weibull”. Se obtiene así mapas de intensidad sísmica para un período de diseño de 50 años y con una probabilidad del 10% de excedencia. Se presenta a continuación un ejemplo en la figura N°2.6
Figura N°2.6: Mapa de intensidades Chile Central para combinación Fuentes Cortical e Intraplaca de Profundidad Intermedia
Llevando la evaluación a nivel regional, Alfaro (2011) evaluó el peligro sísmico para el segmento norte de la Región del Maule aproximadamente entre los 34°55’ y 35°40’ sin considerar efectos de sitio. En su evaluación se distingue una etapa de carácter regional, como manifestación directa del proceso de subducción, el cual se desarrolla a partir del análisis de los terremotos Interplaca e Intraplaca a través de un enfoque probabilístico, y otra parte de carácter local en la cual se analizan las estructuras activas, potencialmente activas y capaces a través de un enfoque determinista. Para el enfoque probabilístico se emplearon los catálogos sísmicos del SSN, NEIC y SISRA con lo cual se procedió a clasificar los eventos por fuente sismogénica. En cuanto a las leyes de atenuación, empleó las formuladas de Ruiz y Saragoni (2005a). La obtención de los mapas probabilísticos se realizó utilizando el programa CRISIS 2007 (Ordaz, et al. 2007) con el cual se obtienen tres mapas probabilísticos conjuntos para periodos de retorno de 475, 1950 y 10000 años. En el análisis determinístico, primero se definen las estructuras según su nivel o grado de actividad asociadas a sismicidad cortical. Para la caracterización de las estructuras sismogénicas se emplean las relaciones definidas por Wells y Coppersmith (1994) quienes, utilizando datos mundiales de terremotos corticales, desarrollaron relaciones empíricas entre la magnitud, el largo de ruptura superficial, largo de ruptura en profundidad, profundidad de ruptura o hipocentro, área de ruptura, desplazamiento promedio, desplazamiento máximo y mecanismo de una falla. Se calculó posteriormente la aceleración horizontal máxima (PGA), en función de la distancia, empleando las leyes de atenuación propuestas por Ambraseys y Douglas (2003). Los resultados de la metodología probabilística muestran valores máximos cercanos a 0.5g, 0.7g y 1g en la zona costera, para períodos de retorno de 475, 1950 y 10000 años respectivamente. Por otra parte, en el cálculo determinístico se obtuvo un máximo valor de PGA igual a 0,65g en el sector de la Cordillera Principal y cercanos a 0,55g en la Cordillera de la Costa. A modo ilustrativo se presentan algunos de los mapas obtenidos (Figuras N°2.7 y N°2.8)
Figura N°2.7: Mapa de peligro sísmico probabilístico Región del Maule con probabilidad de excedencia de 10% en 50 años
Fuente: Alfaro, 2011
Figura N°2.8: Mapa de peligro sísmico determinístico Región del Maule
Para la Región Metropolitana el peligro sísmico ha sido evaluado probabilísticamente por Silva (2008) usando como parámetro la Intensidad Mercali Modificada (IMM), parámetro que solamente había sido evaluado anteriormente por Barrientos (1980). La información reunida corresponde a la proporcionada por el ISC y el Catálogo CERESIS para los eventos pertenecientes a las latitudes 30° y 37° S, y a las longitudes 69° y 73° W. En lo que respecta a la caracterización de las fuentes, las leyes de recurrencia se determinaron mediante el método de mínimos cuadrados, y las leyes de atenuación se obtuvieron a través del criterio de percepción del evento considerando, además, un término que representa la profundidad focal del evento. Adicionalmente se obtuvieron curvas de atenuación según criterio de área de daños generadas por los eventos con IMM mayor o igual a VI. Para el análisis probabilístico, se desarrolló un programa computacional basado en la Metodología de Algermissen y Perkins (1976) con el cual se obtuvo para la Cuenca de Santiago, por ejemplo, que el orden de dominio de las fuentes está dado por interplaca, luego cortical y finalmente intraplaca. Luego se construyeron Mapas de Peligro Sísmico para la Región Metropolitana, para dos períodos de vida útil correspondientes a 10 y 50 años, en los cuales se presentan curvas isosistas calculadas para un determinado porcentaje de probabilidad de ocurrencia del valor de intensidad de Mercalli. Una muestra de lo anterior se presenta en figura N°2.9
Figura N°2.9: Mapa de peligro sísmico Región Metropolitana para 50 años de vida útil con 10% de Probabilidad de ocurrencia
Posteriormente, Silva (2011) actualizó los cálculos para la Región Metropolitana incrementando la extensión de la bases de datos de intensidades del proyecto SISRA con el trabajo de Araya (2007). De esta forma se precisaron las leyes de atenuación obtenidas en la investigación anterior. Desarrolló además, una metodología determinista para la región a través de la definición del terremoto máximo creíble, con el cual describió el evento más desfavorable que pudiera ocurrir en cada fuente sismogénica. Para ello, analizó condiciones de magnitud máxima, profundidad y distancia epicentral o hipocentral que lo producirían y luego acotó los resultados de acuerdo a los antecedentes de sismos históricos registrados. Se generaron así mapas de peligro sísmico determinístico como el que se presenta en figura N°2.10
Figura N°2.10: Mapa Peligro Sísmico Determinístico (fuente Interplaca) Para la Región Metropolitana