Universidad Austral de Chile
Facultad de Ciencias de la Ingeniería
Escuela de Ingeniería Civil en Obras Civiles
“EVALUACIÓN DEL PELIGRO SÍSMICO UNIFORME
EN LA REGIÓN DE LOS RÍOS USANDO ENFOQUES
PROBABILISTA Y DETERMINISTA”
Tesis para optar al Título de: Ingeniero Civil en Obras Civiles
Profesor Patrocinante: Sr. Galo Valdebenito Montenegro Ingeniero Civil, especialidad Estructuras Dr. Ingeniería Sísmica y Dinámica Estructural
Profesores Informantes: Sr. Luis Collarte Concha Ingeniero Civil, M.Sc. en Ingeniería Civil. Especialidad Hidráulica Mecánica de Suelos.
Sr. José Soto Miranda. Ingeniero Civil, M. Sc. en Ing. Civil. Mención Ingeniería Sísmica.
A mi madre, Letzia Matamala Scheihing, por su incansable entrega y sacrificio por mi. Por darme siempre lo mejor y por aguantar
mí extraño carácter. Este trabajo es para ti. A mi fiel compañera Sussy, por estar siempre a mi lado, escucharme y sacar de mí una sonrisa cuando más lo necesitaba. A mi Yiyi, por criarme y darme su cariño incondicional. A mis familiares que siempre se han preocupado de mi persona. A mis amigos, por ser verdaderos amigos.
Agradecimientos
Quisiera empezar agradeciendo a mi director de tesis, Dr. Galo Valdebenito, por la confianza depositada en mí para la realización de esta investigación. Agradezco sinceramente todo el apoyo dado desde el inicio de esta memoria, los consejos, la entrega de conocimientos y el ingreso al área investigativa de la sismología.
Agradecer también al Dr. Armando Aguilar, por su ayuda y consejos en la utilización del software CRISIS 2007 para la evaluación probabilista del peligro sísmico.
A Ignacio Díaz, por el trabajo de Geoprocesamiento que permitió la generación de los mapas que se adjuntan en esta tesis.
A David Alvarado, por la ayuda entregada en la realización de esta investigación.
A la Escuela de Ingeniería Civil en Obras Civiles y a los docentes de la Universidad Austral de Chile que entregaron sus conocimientos y disposición para mi formación como profesional.
A mis compañeros de carrera, por todas las alegrías vividas y el apoyo en el camino que emprendimos juntos.
Finalmente agradecer a la Dirección de Investigación y Desarrollo de la Universidad Austral de Chile por el apoyo financiero entregado a esta memoria.
RESUMEN
Chile es uno de los países más sísmicos del mundo. Aún más, en la Región de los Ríos, específicamente en la zona de Valdivia, el 22 de mayo de 1960 ocurrió el evento de mayor magnitud que se haya registrado a la fecha en el mundo, alcanzando una magnitud Mw=9.5. Este antecedente, en parte evidencia de la elevadísima sismicidad chilena, generó la necesidad de realizar esta evaluación de Peligro Sísmico Uniforme en la Región de los Ríos, de manera de desarrollar un estudio actualizado de la sismicidad regional y obtener una zonificación realística de la Región, en términos de aceleraciones e intensidades máximas esperadas, orientadas al ordenamiento territorial y la definición de criterios normativos sísmicos.
Para alcanzar los objetivos mencionados, se emplearon las metodologías Probabilista y Determinista a partir de la información compilada en un Catálogo Sísmico Regional, desarrollado con la utilización de las bases de datos del Servicio Sismológico de la Universidad de Chile (SSUCH), International Seismological Centre (ISC) y de Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS). Dicho catálogo contempló una extensión de más de 500 de años y un área de influencia con un radio de 500 Km aproximadamente. En la evaluación, se consideró el estudio de las tres principales fuentes sismogénicas que inciden a nivel país: Fuente Interplaca, Fuente Intraplaca de Profundidad Intermedia y Fuente Cortical. Con el post-procesamiento de la información se obtuvieron leyes de productividad sísmica y curvas de atenuación propias para la Región de Los Ríos.
Los resultados obtenidos indicaron la gran influencia de la fuente Interplaca en el peligro sísmico regional, seguida de la fuente Intraplaca y finalmente un aporte menor de la fuente Cortical. La distribución de aceleraciones generó la presencia de 3 zonas sísmicas con valores que decrecen de costa a cordillera, similares a la zonificación sísmica de la Nch 433 Of. 96. En particular, los cálculos probabilísticos indicaron un rango de 0,4g a 0,45 g para la zona 3, de 0,32g a 0,36 g para la zona 2 y finalmente de 0,26g a 0,29g para la zona 1. Se concluye de la evaluación que la consideración exclusiva de sismos Interplaca para la formulación de la zonificación sísmica de la Nch 433 Of. 96, es adecuada para la Región de Los Ríos. No obstante, la actualización de los cálculos sugiere un incremento de 0,05 g por zona sísmica.
ABSTRACT
Chile is one of the most seismically active countries in the world. Specifically, in the Region de Los Ríos, in Valdivia in May 22th, 1960 occurred largest event remembered in the world, reaching a magnitude 9.5 (Mw). This event, evidence of the high seismicity in Chile, generated the need for this Uniform Seismic Hazard Assessment in the Region de Los Ríos, in order to develop an updated study of regional seismicity and get a real zoning of the region, in function of accelerations and intensities maximum expected, oriented to territorial regulation and definition of seismic normative criteria
The procedure for achieving the objectives was to use probabilistic and deterministic methodologies from information compiled by regional seismic catalog, developed with the use of database Seismological Service of the University of Chile (SSUCH), International Seismological Centre (ISC) and Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS). This catalog contemplated an extension of more than 500 years and a catchment area defined by a radius of approximately 500 Km. In the evaluation, was considered the three main seismogenic sources: interplate, intermediate-depth intraplate and crustal source. With the post-processing of information was obtained Gutenberg-Richter laws and curves of attenuation own for the Region de Los Ríos.
The results showed the large influence of the source interplate in the seismic hazard, followed by intraplate source and finally cortical source. The accelerations distribution generated showed the presence of three seismic zones with values decreasing from coast to mountains, similar to seismic zoning of NCh 433. In particular, the probability calculations indicated a range of 0.4 g to 0.45 g to zone 3, of 0.32 g to 0.36 g for zone 2 and finally 0.26g to 0.29g for the zone 1. The conclusion of the study is that the exclusive consideration of interplate earthquakes in the formulation of the seismic zoning of NCh 433, is suitable for the Region de Los Ríos. However, update estimates suggest a increase of 0.05 g by seismic zone.
Índice General
1. Introducción………1
1.1 Planteamiento del problema y justificación………3
1.2 Objetivos……….5 1.2.1 Objetivo General....……….5 1.2.2 Objetivos Específicos………...5 1.3 Hipótesis de trabajo………6 1.4 Alcances y limitaciones………..7 1.5 Metodología General………..8 1.5.1 Metodología Probabilista……….8 1.5.2 Metodología Determinista………..11 1.6 Organización de la tesis...……….13
2. Estado del Arte………..15
2.1 Contexto Mundial ………16
2.2 Contexto Chileno………..18
3. Marco Sismotectónico Chileno………28
3.1 Tectónica de Placas………..29
3.2 Mecanismo de Generación de terremotos en Chile………..32
3.3 Fuentes Sismogénicas y modelación………33
3.3.1 Sismos tipo Outer-rise………33
3.3.2 Sismos tipo Interplaca………33
3.3.3 Sismos tipo Intraplaca de Profundidad Intermedia………33
3.3.4 Sismos Corticales o Superficiales………..34
3.4. Sismicidad en Chile y la Región de Los Ríos……….39
4. Catálogo Sísmico Regional………...45
4.3 Homologación de Escalas de Magnitud………52
4.4. Clasificación de eventos por Fuentes Sismogénicas………57
4.4.1. Sismos tipo Outer-rise………...58
4.4.2. Sismos tipo Interplaca………...59
4.4.3. Sismos tipo Intraplaca Profundidad Intermedia………60
4.4.4. Sismos tipo Cortical………..61
4.5. Elaboración de Perfiles Sismogénicos para la Región……...………62
4.6. Determinación de magnitudes máximas………..67
4.7 Conclusiones……….68
5. Productividad Sísmica de las Fuentes Sismogénicas……….70
5.1. Análisis de Completitud del Catálogo Sísmico Regional………71
5.2. Caracterización de Fuentes Sismogénicas mediante Leyes de Gutenberg-Richter….85 5.3 Conclusiones……….93
6. Leyes de Atenuación……….96
6.1. Parámetros de estudio………..98
6.2. Antecedentes a considerar………99
6.3 Estado del arte a nivel nacional ……….104
6.4. Valores límites para la formulación de Leyes de atenuación………108
6.5. Determinación de Leyes de atenuación……….109
6.5.1. Leyes de atenuación de Aceleración Máxima Horizontal (PGA)………...111
6.5.2 Leyes de atenuación de Intensidad Máxima (IMM)………115
6.6. Análisis y Discusión………..119
6.6.1. Leyes de atenuación de Aceleración Máxima Horizontal (PGA)……...…119
6.6.2 Leyes de atenuación de Intensidad Máxima (IMM)………127
7. Evaluación del Peligro Sísmico Uniforme a través de Metodología Probabilista……….136
7.1 Metodología General……….137
7.1.1 Ingreso de datos geográficos del área de estudio………138
7.1.2 Definición de las fuentes sismogénicas………...139
7.1.3 Ingreso de Leyes de atenuación………..144
7.1.4 Definición de Parámetros Globales de cálculo………146
7.2 Procedimiento de Cálculo. Teoría de Probabilidad………149
7.3. Mapas de Peligro Sísmico Uniforme Probabilístico………..151
7.3.1 Nivel sísmico: Sismo de Servicio………152
7.3.2 Nivel sísmico: Sismo de Diseño………..155
7.3.3 Nivel sísmico: Sismo Máximo Capaz………..158
7.4 Curvas de Tasa de excedencia y de período de retorno………..161
7.5 Curvas de Probabilidad de Excedencia………...163
7.6 Comparación de resultados con otras investigaciones………165
7.7 Conclusiones………...171
8. Evaluación del Peligro Sísmico Uniforme a través de Metodología Determinista……...177
8.1 Metodología General……….178
8.2 Determinación de Terremotos Máximos Creíbles………179
8.2.1 Sismos tipo Interplaca……….179
8.2.2 Sismos tipo Intraplaca Profundidad Intermedia………..181
8.2.3 Sismos tipo Cortical……….182
8.3 Aplicación del Sistema de Información Geográfica………. 184
8.4 Análisis de los Mapas de Peligro Sísmico Determinístico………187
8.4.1 Escenarios Interplaca………...187
8.4.2 Escenario Intraplaca Profundidad Intermedia………..191
8.4.3 Escenario Cortical………192
8.4.4 Escenario por efecto conjunto de las fuentes………...193
9. Análisis comparativo de las Metodologías Probabilista y Determinista………...198
9.1 Antecedentes a considerar………..199
9.2 Análisis ………..202
9.3 Conclusiones………...207
10. Comparación de resultados obtenidos con la zonificación sísmica de la Nch 433 of.96 mod. 2009………...208
10.1 Breve reseña histórica………...209
10.2 Zonificación sísmica de la norma Nch 433 of. 96………211
10.3 Análisis comparativo………214
10.3.1 Comparación de la Evaluación Determinista con la zonificación sísmica de la Nch. 433 Of.96 mod.2009………216
10.3.2 Comparación de la Evaluación Probabilista con la zonificación sísmica de la Nch. 433 Of.96 mod.2009………....219
10.4 Conclusiones……….222
11. Conclusiones de la Investigación……….225
Anexos………..230
Anexo A: Catálogo Sísmico Regional………..231
Anexo B: Base de datos de Intensidades………..277
Anexo C: Mapas de Peligro Sísmico Probabilístico……….290
Anexo D: Curvas de Periodo de Retorno y de Probabilidad de Excedencia por Capital Comunal………315
Anexo E: Mapas de Peligro Sísmico Determinístico………...340
Anexo F: Escala Intensidad Mercalli Modificada (IMM)………355
Anexo G: Distancia entre dos puntos de la superficie………..358
Anexo H: Sistema de Información Geográfica (SIG). Plataforma ArcGis………...361
Anexo I: Plataforma CRISIS 2007………...364
Índice de Figuras
Figura N°1.1 Variación porcentual de población y vivienda del Censo 2012 respecto
a Censo 2002, según comunas de la Región de Los Ríos……….4
Figura N°2.1: Mapa de Peligro Sísmico Global………17
Figura N°2.2: Mapa Probabilístico de Peligro Sísmico para América del Sur para un periodo de retorno de 475 años………..18
Figura N°2.3: Primer Mapa de Peligro Sísmico para Chile………..19
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%...21
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%...22
Figura N°2.6: Mapa de intensidades Chile Central para combinación Fuentes Cortical e Intraplaca de Profundidad Intermedia……….23
Figura N°2.7: Mapa de peligro sísmico probabilístico Región del Maule con probabilidad de excedencia de 10% en 50 años………...25
Figura N°2.8: Mapa de peligro sísmico determinístico Región del Maule………25
Figura N°2.9: Mapa de peligro sísmico Región Metropolitana para 50 años de vida útil con 10% de Probabilidad de ocurrencia………..26
Figura N°2.10: Mapa Peligro Sísmico Determinístico (fuente Interplaca) para la Región Metropolitana………27
Figura N°3.1: Representación de las Placas Tectónicas……….29
Figura N° 3.2: Interacción de Placas tipo Divergente………30
Figura N°3.3: Interacción de Placas tipo Transformante………...30
Figura N°3.4: Interacción de Placas tipo Convergente………..31
Figura N°3.5: Penetración de Placa de Nazca bajo Placa Sudamericana, según latitud…………33
Figura N°3.8: Áreas de rupturas de los mayores terremotos chilenos (M > 8) de los últimos
130 años………40
Figura N°3.9: Energía sísmica liberada en el S.XX a nivel mundial……….41
Figura N°3.10: Sismicidad en Chile período 2000-2010 con magnitud mayor a 4………...42
Figura N°3.11: Relación de la velocidad de convergencia y edad de placas con la Magnitud Mw……….43
Figura N°3.12: Extensión de la mega falla de Liquiñe – Ofqui……….44
Figura N°4.1: Mapa Región de Los Ríos………...46
Figura N°4.2: Área de Influencia de la Región de Los Ríos………..47
Figura N°4.3: Localización geográfica de los eventos del Catálogo Sísmico Regional……...51
Figura N°4.4: Relación lineal entre escalas de magnitud………...55
Figura N°4.5: Representación de los sismos Outer-Rise del Catálogo Sísmico Regional……….58
Figura N°4.6: Representación de los sismos Interplaca del Catálogo Sísmico Regional………...59
Figura N°4.7: Representación de los sismos Intraplaca Prof. Intermedia del Catálogo Sísmico Regional……….60
Figura N°4.8: Representación de los sismos Corticales del Catálogo Sísmico Regional………..61
Figura N°4.9: Perfil Sismogénico del Área de Influencia de la Región de Los Ríos……….63
Figura N°4.10: Perfiles Sismogénicos de la Región de Los Ríos, Límites Norte y Sur………….64
Figura N°4.11: Perfil transversal Tercer segmento Placa de Nazca………...65
Figura N°4.12: Perfiles de Sismicidad entre los paralelos 35.5° y 40.5° Proyecto ISSA 2000………..66
Figura N°5.1: Representación gráfica de la Metodología de Stepp………...73
Figura N°5.2: Desviación Estándar v/s tiempo, sismos tipo Outer-rise……….75
Figura N°5.3: Desviación Estándar v/s tiempo, sismos tipo Interplaca……….78
Figura N°5.5: Desviación Estándar v/s tiempo, sismos tipo Cortical………83
Figura N°5.6: Relación Gutenberg-Richter Sismos tipo Outer-rise………..86
Figura N°5.7: Relación Gutenberg-Richter Sismos tipo Interplaca………...87
Figura N°5.8: Relación Gutenberg-Richter Sismos tipo Intraplaca Prof. Intermedia………88
Figura N°5.9: Relación Gutenberg-Richter Sismos tipo Cortical………..89
Figura N°5.10: Análisis comparativo de relaciones de Gutenberg-Richter de la Región de Los Ríos………92
Figura N°5.11 Subjetividad de elección del tiempo representativo en la Metodología de Stepp………..93
Figura N°5.12: Análisis de sensibilidad de Metodología Stepp en la generación de leyes de Gutenberg-Richter………94
Figura N°6.1: Curvas promedio de aceleraciones máximas para diferentes zonas del Mundo……….99
Figura N°6.2: Comparación de atenuación de intensidad del terremoto de Chillán (Intraplaca) con formulación de Barrientos (Interplaca)………...100
Figura N°6.3: Comparación de atenuación de intensidad de los sismos Intraplaca de La Ligua y Santiago con formulación de Barrientos (Interplaca)……….101
Figura N°6.4: Comparación de fórmulas de atenuación en función del Terremoto Interplaca de Chile de 1985………102
Figura N°6.5: Comparación de fórmulas de atenuación en función de un Sismo de Diseño Intraplaca (M=7,9)……….103
Figura N°6.6: Variación de la intensidad según distancia hipocentral para eventos interplaca del Catálogo SISRA………...116
Figura N°6.7: Variación de la intensidad según distancia hipocentral para eventos interplaca del trabajo de Silva (2008)……….117
Figura N°6.8: Variación de la intensidad según distancia hipocentral para eventos Interplaca………...118
Figura N° 6.9: Atenuación de aceleración de eventos Interplaca normalizados por Magnitud………..120
Figura N°6.10: Atenuación de aceleración, en función de ley de Ruiz y Saragoni (2005a),
para eventos interplaca normalizados por magnitud………...121 Figura N°6.11: Atenuación de aceleración en función del terremoto del 27 de Febrero de
2010……….122 Figura N°6.12: Evaluación curva de Atenuación Ruiz y Saragoni (2005a) para terremoto
27 Febrero 2010………...123 Figura N°6.13: Fórmula de atenuación de Ruiz y Saragoni (2005a) para aceleraciones
máximas horizontales, evaluada para Terremoto de Chile de 1985
y réplica………124 Figura N°6.14: Evaluación de curva de Sadigh et al. (1997) para sismos de Chuzmiza 2001 y Curicó 2004………..125 Figura N°6.15: Análisis de deformaciones cinemáticas de la falla de Liquñi-Ofque…………..126 Figura N°6.16: Atenuación de la intensidad para eventos Interplaca normalizados por
Magnitud………..127 Figura N°6.17: Atenuación de la intensidad para eventos Interplaca normalizados por
magnitud en función de ley de Silva (2011)………128 Figura N°6.18: Atenuación de la intensidad para diversos sismos………...130 Figura N°6.19: Atenuación de Intensidad en función del terremoto del 27 de Febrero
de 2010……….132 Figura N° 7.1: Representación de la Región de Los Ríos y malla de cálculo en plataforma
CRISIS 2007……….138 Figura N°7.2: Constantes que definen el largo de ruptura en función del trabajo de Wells
and Coopersmith (1994)………139 Figura N°7.3: Constantes que definen el área de ruptura……….140 Figura N° 7.4. Representación de las fuentes sismogénicas influyentes en la Región de
Los Ríos……….142 Figura N°7.5 : Curvas de atenuación de PGA en plataforma CRISIS 2007………145 Figura N°7.6: Nivel de Peligrosidad en función de la aceleración máxima para un periodo de retorno de 475 años según GSHAP………..151 Figura N°7.7: Curva de período de retorno del PGA para Valdivia……….162
Figura N°7.8: Curva de período de retorno de IMM para Valdivia……….162 Figura N°7.9: Curva de período de retorno de PGA para Lago Ranco………163 Figura N° 7.10: Curva de Probabilidad de Excedencia del PGA para Valdivia considerando una vida útil de 50 años………..164 Figura N° 7.11: Curva de Probabilidad de Excedencia del IMM para Valdivia considerando una vida útil de 50 años………..165 Figura N° 7.12: Peligro Sísmico para Chile de acuerdo a Proyecto GSHAP………...167 Figura N° 7.13: Mapa de peligro sísmico probabilístico en términos de PGA para un
periodo de retorno de 475 años………...169 Figura N°8.1: Epicentros de sismos superficiales asociados a Falla Liquñe-Ofqui……….182 Figura N°8.2 :Representación de los Escenarios Sísmicos para evaluación de Peligro
Sísmico Determinista en la Región de Los Ríos………...184 Figura N°8.3: Malla de Cálculo para la evaluación de Peligro Sísmico determinístico
de La Región de Los Ríos………..185 Figura N° 9.1: Comparación gráfica de las metodologías probabilista y determinista…………206 Figura N° 10.1: Zonificación Sísmica de Chile………212 Figura N°10.2: Mapa de Peligro Sísmico para aceleraciones horizontales máximas
con un 10% de probabilidad de ser excedida en 50 años………214 Figura N°10.3: Comparación de los límites de las zonas sísmicas, en la Región de Los Ríos, de la Nch. 433 Of.96 mod.2009 con la Evaluación Determinista………218 Figura N°10.4: Comparación de los límites de las zonas sísmicas, en la Región de Los Ríos, de la Nch. 433 Of.96 mod.2009 con la Evaluación Probabilista……….221
Índice de Tablas
Tabla N° 4.1: Ecuaciones para el proceso de homologación de escalas de magnitud………56
Tabla N°4.2: Magnitudes máximas por fuente sismogénica………..68
Tabla N°5.1 Intervalos temporales para evaluación de Completitud del Catálogo Sísmico Regional………..72
Tabla N°5.2: Cálculos Metodología Stepp, Sismos tipo Outer-Rise………..74
Tabla N°5.3: Cálculos Metodología Stepp, Sismos tipo Interplaca………...76
Tabla N°5.4: Cálculos Metodología Stepp, Sismos tipo Intraplaca Prof. Intermedia………79
Tabla N°5.5: Cálculos Metodología Stepp, Sismos tipo Cortical………..82
Tabla N°5.6: Ventanas temporales representativas obtenidas con Metodología Stepp………...84
Tabla N°5.7: Cálculos relación Gutenber-Richter Sismos tipo Outer-rise……….86
Tabla N°5.8: Cálculos relación Gutenber-Richter Sismos tipo Interplaca……….87
Tabla N°5.9: Cálculos relación Gutenber-Richter Sismos tipo Intraplaca……….88
Tabla N°5.10: Cálculos relación Gutenber-Richter Sismos tipo Cortical………..89
Tabla N°5.11: Leyes de Gutenberg-Richter para Región de Los Ríos………...90
Tabla N°6.1: Algunas de las primeras curvas de atenuación formuladas a nivel Nacional………...104
Tabla N°6.2: Curvas de atenuación para Aceleración Horizontal formuladas por Ruiz y Saragoni (2005a)……….105
Tabla N°6.3: Curva de atenuación para Intensidad formulada por Barrientos (1980)………….106
Tabla N°6.4: Curvas de atenuación para Intensidad formuladas por Silva (2011)………..107
Tabla N°6.5: Curva de atenuación para Intensidad formulada por Leyton et. al (2010, sin publicación)………...107
Tabla N°6.7: Sismos con registros de Aceleración en Área de Influencia de la Región de
Los Ríos………..112 Tabla N°6.8: Registros de Aceleración Horizontal para Sismos de Tabla N°6.7………113 Tabla N°6.9: Base de datos de registros de aceleración máxima horizontal para la Región
de Los Ríos……….114 Tabla N°6.10: Leyes de atenuación (PGA) consideradas para Evaluación de Peligro
Sísmico en la Región de Los Ríos………127 Tabla N°6.11: Leyes de atenuación (IMM) consideradas para Evaluación de Peligro
Sísmico en la Región de Los Ríos………...134 Tabla N°7.1: Modelación de fuentes sismogénicas adoptadas para la Región de Los Ríos……141 Tabla N°7.2: Parámetros que definen la productividad sísmica de la Región de Los Ríos
(Relaciones de Gutenberg-Richter modificadas)……….144 Tabla N°7.3: Niveles sísmicos para evaluación de peligro sísmico probabilista……….147 Tabla N° 7.4: Grado de Peligro Sísmico de acuerdo a aceleración máxima horizontal e
intensidad máxima……….152 Tabla N°7.5: PGA y nivel de peligro por capital comunal en función del sismo de
Servicio………153 Tabla N°7.6: IMM y nivel de peligro por capital comunal en función del sismo de
Servicio………155 Tabla N°7.7: PGA y nivel de peligro por capital comunal en función del sismo de
Diseño………..156 Tabla N°7.8: IMM y nivel de peligro por capital comunal en función del sismo de
Diseño………..157 Tabla N°7.9: PGA y nivel de peligro por capital comunal en función del sismo máximo
Capaz………...159 Tabla N°7.10: IMM y nivel de peligro por capital comunal en función del sismo máximo
Capaz……….160 Tabla N°7.11: Comparación de PGA esperado para la Región de Los Ríos según la presente investigación y otros estudios………...167
Tabla N° 7.12: Valores de PGA por Capital Comunal, según Nivel sísmico y Fuente
sismogénica participante………...175 Tabla N°7.13: Valores de IMM por Capital Comunal, según Nivel sísmico y Fuente
sismogénica participante………176 Tabla N°8.1: Terremotos interplaca del Área de Influencia de la Región de Los Ríos con
magnitud Ms>8.0………179 Tabla N°8.2: Escenarios sísmicos fuente Interplaca para evaluación de Peligro Sísmico
Determinístico……….180 Tabla N°8.3: Escenario sísmico fuente Intraplaca Prof. Intermedia para evaluación de
Peligro Sísmico Determinístico………..181 Tabla N°8.4: Escenario sísmico fuente Cortical para evaluación de Peligro Sísmico
Determinístico……….183 Tabla N° 8.5: Grado de Peligro Sísmico de acuerdo a aceleración máxima horizontal e
intensidad máxima……….186 Tabla N°8.6: Aceleraciones, intensidades y nivel de peligro alcanzado según Escenario
Sísmico Interplaca I-2, por capital comunal de la Región de Los Ríos………….189 Tabla N°8.7: Aceleraciones, intensidades y nivel de peligro alcanzado según Escenario
Sísmico Interplaca I-3, por capital comunal de la Región de Los Ríos…………..190 Tabla N°8.8: Aceleraciones, intensidades y nivel de peligro alcanzado según Escenario
Sísmico Intraplaca , por capital comunal de la Región de Los Ríos………..191 Tabla N° 8.9: Aceleraciones, intensidades y nivel de peligro alcanzado según Escenario
Sísmico Cortical , por capital comunal de la Región de Los Ríos……….193 Tabla N°8.10: Aceleraciones, intensidades y nivel de peligro alcanzado según Escenario
Conjunto 1, por capital comunal de la Región de Los Ríos……….196 Tabla N°8.11: Aceleraciones, intensidades y nivel de peligro alcanzado según Escenario
Conjunto 2, por capital comunal de la Región de Los Ríos………..197 Tabla N° 9.1: Comparación de metodologías probabilista y determinista en términos de
PGA………203 Tabla N° 9.2: Comparación de metodologías probabilista y determinista en términos de
IMM………203 Tabla N°10.1: Aceleración efectivas por zona sísmica………213
Tabla N°10.2 Valores de PGA por metodología determinista según límites de Zonas
sísmicas de la Nch 433 Of.96 mod.2009………216 Tabla N° 10.3 Comparación de Aceleraciones Efectivas según límites de Zonas sísmicas de la Nch 433 Of.96 mod.2009. Metodología determinista………..217 Tabla N°10.4 Valores de PGA por metodología probabilista según límites de Zonas
sísmicas de la Nch 433 Of.96 mod.2009………219 Tabla N° 10.5 Comparación de Aceleraciones Efectivas según límites de Zonas sísmicas de la Nch 433 Of.96 mod.2009. Metodología Probabilista………..219
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN
_______________________________
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
Desde el punto de vista de la Ingeniería y de la planificación territorial, todas las decisiones que se adopten en este sentido deben involucrar estudios de sismicidad, sobretodo en zonas propensas a la ocurrencia de sismos, como es el caso de Chile.
El conocimiento que engloba tanto las características de la sismicidad histórica como de los posibles escenarios sísmicos que se presenten en el futuro, se obtiene a través de estudios de peligro sísmico. En estos estudios, cuando no se alude a la influencia de las condiciones locales del suelo, ni a la interacción suelo-estructura, se habla de Estudios de Peligro Sísmico Uniforme.
A escala regional (decenas a cientos de Km), los estudios de peligro sísmico buscan determinar el nivel del movimiento del suelo que pueda ocurrir en distintos lugares de la zona de estudio, sin considerar particularidades de los emplazamientos. El resultado final ha de permitir establecer para la región, mapas de peligro sísmico uniforme en función de los valores previstos de los parámetros en estudios, a menudo intensidades o aceleraciones máximas.
Para llevar a cabo estas evaluaciones, se han desarrollado una serie de técnicas principalmente agrupadas en dos metodologías: Determinista y Probabilista. La metodología determinista supone que la sismicidad futura será igual a la registrada en el pasado, por ello el máximo terremoto ocurrido es el máximo creíble. Por otra parte, la metodología probabilista realiza un análisis estadístico de la sismicidad histórica y determina leyes de recurrencia para los sismos, obteniendo así curvas de probabilidad para diferentes intensidades de movimiento.
En la presente memoria se realiza una Evaluación del Peligro Sísmico Uniforme en la Región de Los Ríos utilizando las metodologías determinista y probabilista con el objetivo de entregar una herramienta útil (Mapas de Peligro Sísmico Uniforme y Catálogo Sísmico Regional) para organismos competentes y profesionales del rubro, que permita desde una compresión del comportamiento sísmico de la región, determinando el grado de peligro zonificado y los parámetros de diseño sísmico, hasta un ordenamiento y seguridad territorial.
1.1 Planteamiento del problema y justificación
En Chile los terremotos son eventos frecuentes, de hecho la historia indica que un terremoto de magnitud superior a 8 se produce cada diez años en algún lugar del territorio nacional (Madariaga, 1998). La actividad sísmica del país, se genera principalmente por la subducción de la plazca de Nazca bajo la placa Sudamericana a una velocidad de convergencia muy alta, lo cual explica que los sismos tengan una gran frecuencia de producción. Al mismo tiempo, la generación de los sismos se debe a cuatro fuentes sismogénicas principales que generan diferentes efectos en las estructuras: Outer-rise, Interplaca, Intraplaca y Cortical. Por lo anterior, las obras de ingeniería se ven expuestas constantemente a distintos tipos de amenazas sísmicas que hace imprescindible contemplar un diseño que considere la sismogénesis de la subducción chilena.
La zonificación sísmica de la normativa de diseño vigente, se formuló en base a investigaciones que contemplaron solamente la sismicidad Interplaca debido a la falta de datos de la época en que se desarrollaron (décadas de los 80-90). En este sentido, es fundamental una línea de trabajo que permita determinar las características de la sismicidad y los posibles escenarios sísmicos que en el futuro puedan presentarse, de manera de actualizar y precisar los parámetros sísmicos utilizados en el diseño estructural, contemplando las 4 fuentes sismogénicas principales. Aún más, es importante que dicho estudio sea realizado con datos locales a una escala regional, de manera de conocer la respuesta sísmica particular de la zona. Lo anterior, se logra a través de las Evaluaciones de Peligro Sísmico.
A nivel país se han realizado una serie de trabajos que evalúan el Peligro Sísmico, pero en lo que respecta a la Región de los Ríos no se ha realizado evaluación alguna a nivel macro, aún cuando es en esta Región donde ocurrió el evento de mayor magnitud que se haya registrado a la fecha en el mundo, el terremoto del 22 de Mayo de 1960.
La Región de los Ríos cuenta con una superficie de 18.429,5 km2y está conformada por 12 comunas distribuidas en 2 provincias: Valdivia y Ranco. De acuerdo a los resultados preliminares del último Censo 2012, la población residente es de 363.887 habitantes y el total de viviendas es de 138.887, valores que representan un aumento del 2,7 % y 28,8% respectivamente, en relación a los resultados del Censo 2002 (Figura N°1.1)
Figura N°1.1 Variación porcentual de población y vivienda del Censo 2012 respecto a Censo 2002, según comunas de la Región de Los Ríos
Fuente: INE, 2012a
Al crecimiento mostrado anteriormente, se suma el sostenido aumento de la actividad económica regional. Analizando por ejemplo, el trimestre Julio-Septiembre 2012, el Indicador de Actividad Económica Regional (INACER) registró un aumento de 7,5 % con respecto a igual período de 2011. Durante este período, todos los sectores de la economía regional que se evalúan a través de este indicador mostraron crecimiento, teniendo las mayores incidencias la Industria Manufacturera, Silvoagropecuaria, Servicios Sociales, Personales y Comunales y Construcción, destacando este último por su incidencia positiva en los últimos cuatro trimestres consecutivos (INE, 2012b).
El progreso sostenido de la Región de Los Ríos, se traduce en mayores oportunidades tanto para la población residente como para inmigrantes y empresas externas que buscan aportar al desarrollo de la Región. En el contexto ingenieril, sin duda que este desarrollo va ligado directamente con un aumento de las obras civiles, tal como lo indica el INACER, por ello la presente memoria de título busca ser un aporte concreto para incrementar el volumen de conocimientos de los eventos sísmicos en la Región y generar oportunidades encausadas en la
mitigación de los efectos provocados por los sismos, principalmente a través de una actualización y precisión de los parámetros sísmicos empleados actualmente en las normas de diseño estructural, en función del conocimiento anticipado de escenarios de peligro sísmico que pudieran solicitar a las estructuras. De esta forma se busca, en la práctica, proporcionar Mapas de Peligro Sísmico Uniforme destinados a la planificación urbana, normativa sísmica y gestión de riesgos naturales.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo General
Realizar una evaluación, análisis y caracterización, a través de las metodologías
probabilista y determinista, del Peligro Sísmico Uniforme en la Región de los Ríos, sobre la base de la consideración de parámetros de atenuación por Intensidad Mercalli Modificada y Aceleración horizontal máxima del suelo.
1.2.2 Objetivos Específicos
a) Confeccionar un Catálogo Sísmico para la Región de Los Ríos, que constituya una base de datos representativa de sismos históricos e instrumentales, clasificados según fuente sismogénica. b) Caracterizar cada una de las fuentes sismogénicas en base a leyes de recurrencia y leyes de atenuación calibradas para la Región. En lo que respecta a las leyes de atenuación, se desarrollarán bases de datos con registros locales de Aceleración Máxima Horizontal e Intensidad Mercalli Modificada para la zona de estudio.
c) Realizar una evaluación probabilista del peligro sísmico utilizando la plataforma CRISIS 2007. Se obtendrán así, los valores alcanzados para los parámetros en estudio (intensidad y aceleración) en función de probabilidades de excedencia para distintos periodos de retorno.
d) Realizar una evaluación del Peligro sísmico determinístico, en función de los terremotos máximos creíbles para cada fuente sismogénica. Se generarán así escenarios sísmicos determinísticos y se obtendrán los valores alcanzados para los parámetros en estudio (intensidad y aceleración).
e) Comparar y discutir los resultados obtenidos con la metodología probabilista y determinista. f) Desarrollar Mapas de Peligro Sísmico, probabilístico y determinístico, de tal forma de representar gráficamente los resultados obtenidos de la investigación en una plataforma SIG. g) Comparar las aceleraciones máximas obtenidas para la Región de Los Ríos a través de esta investigación, con los valores fijados por la Norma Nch 433 of 96.mod 2009 de acuerdo a la zonificación sísmica.
1.3 Hipótesis de trabajo
Para la metodología probabilista, se asume una distribución de Poisson para los eventos sísmicos. En concreto, lo anterior implica que los eventos son independientes entre sí tanto espacial como temporalmente y además, se considera que la probabilidad de que dos eventos sísmicos ocurran al mismo tiempo y en el mismo lugar es nula. Adicionalmente, se supondrá que la relación frecuencia-magnitud de los sismos sigue una distribución exponencial de acuerdo a la teoría de Gutenberg- Richter (1944). En esta relación, los eventos de magnitudes pequeñas (menores a M=4.5) serán considerados de poca relevancia para este estudio, mientras que las magnitudes máximas serán limitadas por la sismicidad histórica. La relación de recurrencia obtenida se asumirá apropiada para predecir la sismicidad futura.
Para la metodología determinista, se considera que la sismicidad es repetitiva, por consiguiente, en el futuro no se producirán sismos que excedan los parámetros de eventos ocurridos anteriormente.
1.4 Alcances y limitaciones
La presente memoria evalúa el Peligro Sísmico Uniforme de la Región de Los Ríos a través de las metodologías Probabilista y Determinista. Para ello, se desarrolla un Catálogo Sísmico Regional de más de 500 años que contempla la recopilación de sismos dentro de un radio de 500 Km aproximadamente en torno a la Región de Los Ríos. A partir del post-procesamiento de la información recopilada, se generan leyes de productividad sísmica y luego, en función de registros de aceleración e intensidad que se presentan en anexo, se desarrollan leyes de atenuación propias para la región. En este sentido, por primera vez se realiza a nivel macro un estudio que genere, a partir de datos locales, las leyes que definen y caracterizan el comportamiento sísmico. De esta manera se precisará la respuesta sísmica de la región. En dicho proceso, destaca además la clasificación de los eventos sísmicos por fuente sismogénicas, parte fundamental para todo proceso de evaluación de Peligro Sísmico. Con ello, se podrá evaluar a través de ambas metodologías la mayor o menor influencia de cada una las fuentes sismogénicas en la sismicidad regional y determinar, finalmente, los parámetros de estudio (aceleración máxima horizontal e intensidad máxima) para cualquier emplazamiento dentro de la Región.
Las limitaciones que presenta esta investigación, surgen principalmente por la extrapolación de la información sísmica de la Región de Los Ríos, correspondiente a los últimos 500 años, en función de una escala geológica que se expresa en millones de años. Además, hay que agregar que la información instrumental disponible es limitada y reciente por lo cual los pronósticos a realizar pueden tener una incertidumbre no menor. En este sentido, es importante indicar que siempre existe la probabilidad de que el daño sea mayor al esperado, y de que las magnitudes también sean mayores a las esperadas. Por consiguiente, esta aproximación queda limitada dentro de un contexto geológico, en donde la información paleosísmica es escasa o nula. Finalmente, es importante mencionar que por ser esta investigación una evaluación de peligro sísmico uniforme, no se contempla ningún efecto de amplificación producto de las condiciones locales del suelo. Se apunta entonces a dar las bases y primeras aproximaciones para futuros trabajos específicos sobre microzonificación sísmica regional.
1.5 Metodología General
Para la evaluación del peligro sísmico uniforme en la Región de los Ríos, se aplicarán dos metodologías, Probabilista y Determinista, tendientes a determinar los parámetros sísmicos en evaluación (aceleración horizontal máxima e intensidad máxima), de acuerdo a los enfoques y criterios considerados por cada una de ellas.
1.5.1 Metodología Probabilista
En el caso de la metodología probabilista, basada en el método paramétrico, el proceso se puede resumir en 5 pasos:
(a) (b) (c) (d) (e) a) Confección de Catálogo Sísmico:
Una vez que se ha definido el Área de Influencia, es decir, la zona cuya actividad sísmica pudiera afectar a un emplazamiento dado dentro de la Región, se procede a recopilar la información de todos los eventos sísmicos que han ocurrido en dicha área (corresponde aproximadamente a un radio de 500 km). La recopilación de la información sísmica de esta zona se realizará utilizando las bases de datos del Servicio Sismológico de la Universidad de Chile (SSUCH), International Seismological Centre (ISC) y de Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS). Debido a que las bases de datos mencionadas registran la magnitud en diversas escalas, se hace necesario homologar las escalas de magnitud. Para ello, se decide utilizar una sola escala que corresponderá a Magnitud de Ondas superficiales (Ms), por lo cual, las demás escalas serán transformadas a ésta identificando la relación entre el par de escalas de
magnitud a través de una regresión de los registros de las bases de datos que reporten, para un mismo evento, la magnitud en diferentes escalas. Llevando todos los eventos a escala Ms, se seleccionarán sólo aquellos que posean un valor mayor o igual a 4.5, criterio que se contempla en esta memoria por considerarse de interés para el estudio de la Ingeniería. Con los datos recopilados, se procede a la confección del Catálogo Sísmico de la Región en función de la longitud, latitud, magnitud, profundidad focal, etc. De esta forma se tendrá para el estudio una recopilación de los sismos históricos (anteriores a 1900) y de los datos sísmicos instrumentales (posteriores a 1900).
b) Definición de Fuentes Sismogénicas
La información obtenida y compilada en el Catálogo Sísmico debe ser separada en función de las fuentes sismogénicas existentes. Para ello, los eventos sísmicos se asociarán a las fuentes en función de la ubicación geográfica del epicentro y las profundidades focales, según los rangos mencionados en esta memoria y considerados como límites usuales, privilegiando la ubicación geográfica del epicentro por sobre la profundidad. De las 4 fuentes sismogénicas principales: Outer-rise, Interplaca, Intraplaca de Profundidad Intermedia y Cortical, serán parte de este estudio aquellas que se verifique su participación en forma significativa, lo cual será analizado a través del desarrollo de un perfil sismogénico transversal de la zona de estudio y dos perfiles sismogénicos correspondientes a los límites norte y sur de la Región, que contendrán la información de la sismicidad recopilada. Adicionalmente, con los perfiles norte y sur se podrá determinar el ángulo de colisión entre las placas que subductan.
Separados los eventos por fuente sismogénica, se hará uso de la metodología descrita por Stepp (1971,1972) para minimizar los efectos de una base de datos incompleta y no representativa de los eventos, Se agruparán los sismos según rangos de magnitudes y a la vez se determinarán las magnitudes máximas esperadas según fuente generadora de acuerdo al historial sísmico. Con ello se obtendrá la ventana temporal en la cual cada rango de magnitud se encuentra descrito en forma completa en el catálogo para cada fuente sismogénica.
c) Caracterización de la sismicidad de cada fuente
Se procede a caracterizar las fuentes sismogénicas mediante el uso de leyes de Gutenberg-Richter (1944) de tal forma de indicar la frecuencia de ocurrencia de los eventos en relación a la magnitud. Estas leyes serán normalizadas temporalmente en función de las ventanas representativas obtenidas de la metodología Stepp (1971,1972). El procedimiento se realizará utilizando el método de regresión lineal empleando mínimos cuadrados a los datos reunidos. d) Definición de modelos de atenuación para cada fuente
Se generarán bases de datos de aceleración horizontal máxima e Intensidad Mercalli Modificada con los reportes proporcionados por RENADIC y el Servicio Sismológico de la Universidad de Chile, respectivamente. Con estos datos, se formularán y adecuarán leyes de atenuación para la Región de Los Ríos en función de las fuentes sismogénicas participantes. En aquellas sismogénesis que no presentan datos que permitan formular leyes de atenuación, se realizará un análisis para determinar las leyes desarrolladas por otros autores que resulten más apropiadas para la evaluación.
e) Cálculo de la peligrosidad Sísmica
Finalmente la estimación del peligro sísmico se realizará utilizando la hipótesis de que los eventos sísmicos son independientes entre sí, es decir, se adopta una distribución de Poisson. Para la aplicación de la teoría probabilista se utilizará el programa computacional CRISIS 2007 (Ordaz et al ,2007). El procedimiento a efectuar será, en resumen, el que se indica a continuación:
• Ingreso de datos del área de estudio y de sitios donde se realizará el cálculo.
• Generación de malla de puntos (Grilla) para la evaluación.
• Definición de las fuentes sismogénicas.
• Características de sismicidad de las fuentes ingresadas. Relaciones de recurrencia.
• Ingreso de leyes de atenuación particulares para cada fuente sismogénica.
• Establecimiento de los parámetros generales para el análisis sísmico.
• Revisión de la información ingresada y comienzo del proceso de cálculo.
Se obtendrán así mapas probabilístico de peligro sísmico (en términos de aceleraciones e intensidades), para diferentes períodos de retorno, y que se traducen en una zonificación del peligro sísmico en la Región. Además, con el post-procesamiento de los resultados obtenidos se desarrollan curvas de periodo de retorno y curvas de probabilidad de excedencia para las capitales comunales de la Región.
1.5.2 Metodología Determinista
En el caso de la metodología determinista, en base a la sismicidad conocida, el proceso se puede resumir en 5 pasos:
(a) (b) (c) y (d) (e)
a) Identificación de las fuentes sismogénicas:
Este procedimiento es el mismo descrito en la metodología probabilista.
Identificadas las fuentes sismogénicas se selecciona el parámetro de distancia de la fuente al sitio evaluado. Este parámetro corresponderá a la distancia hipocentral, corregida por esfericidad de la Tierra, entre la fuente y el sitio en estudio dentro de la región.
c) Determinación del terremoto máximo creíble
Analizando el Catálogo Sísmico elaborado, se obtendrán los máximos terremotos históricos relacionados con cada fuente sismogénica en base a la magnitud alcanzada por cada uno de ellos. Se generan entonces escenarios sísmicos para cada fuente sismogénica a partir del sismo más grande histórico (terremoto máximo creíble).
d) Aplicación de relaciones de atenuación
Se aplican las relaciones de atenuación formuladas para la Región de los Ríos, de manera de modelar la atenuación de la propagación de las ondas con la distancia desde el terremoto máximo creíble, de cada fuente sismogénica, hasta los distintos sitios de cálculo.
e) Cálculo de la peligrosidad Sísmica
Finalmente se determina la aceleración horizontal e intensidad máxima en cada sitio analizado con las leyes de atenuación y, a través de una escala de peligro sísmico, se califica a cada zona de la Región con un nivel de peligro que se representa en un mapa de peligro sísmico determinístico para cada escenario definido.
b) Selección del parámetro de distancia fuente - sitio
1.6 Organización de la tesis
La tesis se organiza en once capítulos cuyo contenido es el siguiente:
Capítulo 1: Se presentan los objetivos generales y específicos de la memoria junto con la formulación del problema abordado. Además se presenta un resumen de la metodología a emplear en la evaluación de Peligro Sísmico.
Capítulo 2: Se realiza una revisión del estado del arte a nivel mundial y nacional, describiendo brevemente evaluaciones de Peligro Sísmico en otras regiones del país.
Capítulo 3: Se entregan antecedentes relacionados con la sismicidad del país, sus características, sismogénesis y el marco sismotectónico regional.
Capítulo 4: Se genera el Catálogo Sísmico Regional a partir de la recopilación de los eventos sísmicos para la zona de estudio y el post-procesamiento de la información.
Capítulo 5: Se caracteriza a cada una de las fuentes sismogénicas de acuerdo a su productividad sísmica, previo análisis de completitud del Catálogo Sísmico Regional.
Capítulo 6: Se formulan leyes de atenuación para la Región de Los Ríos, en función de los registros de datos locales recopilados tanto para aceleración máxima como para intensidad Capítulo 7: Se evalúa el Peligro Sísmico Uniforme a través de la metodología Probabilista y se establecen conclusiones.
Capítulo 8: Se evalúa el Peligro Sísmico Uniforme a través de la metodología Determinista y se establecen conclusiones.
Capítulo 10: Se realiza una comparación de los resultados obtenidos en la presente evaluación para PGA, con la zonificación sísmica de la norma Nch 433 Of. 96 mod.2009
Capítulo 11: Se presentan las conclusiones generales de la evaluación de Peligro Sísmico Uniforme para la Región de Los Ríos.
El Catálogo Sísmico Regional, las bases de datos para la formulación de las leyes de atenuación y los mapas de peligro sísmico probabilístico y determinístico se adjuntan en anexos correspondientes.
CAPÍTULO 2
ESTADO DEL ARTE
_______________________________
CAPÍTULO 2. ESTADO DEL ARTE
La necesidad de cuantificar el potencial de peligro asociado a fenómenos relacionados a terremotos tales como probabilidad de ocurrencia, aceleraciones máximas, procesos de ruptura, efectos de sitio y licuefacción, ha llevado a una serie de estudios de evaluación del peligro sísmico en todo el mundo utilizando tres tipos de niveles o escalas: mundial (1:7.500.000 o mayor), regional (1:250.000 o mayor) y local (1:25.000 o menor).
Para la realización de estas evaluaciones, surgen en los años 60 una serie de técnicas agrupadas en dos metodologías, determinista y probabilista. En lo que sigue se presentan algunos de los estudios más relevantes.
2.1 Contexto Mundial
A nivel mundial, el proyecto de mayor relevancia corresponde al GSHAP desarrollado por el Programa de Evaluación de Peligrosidad Sísmica Global (Giardini et al, 1999). Este proyecto tuvo como objetivo elaborar un mapa a escala global del peligro sísmico, para lo cual, se estimó la aceleración máxima horizontal para una vida útil de 50 años considerando un 10% de probabilidad de excedencia (Figura N°2.1). La clasificación del suelo empleada fue, en general, roca a excepción de Canadá y EE.UU donde se supuso que las condiciones del suelo correspondían a un suelo rocoso firme. El mapa que se presenta en figura N°2.1 presenta los niveles probables del movimiento del terreno en una escala de colores de menor probabilidad (blanco) a mayor probabilidad (rojo-café).
Figura N°2.1: Mapa de Peligro Sísmico Global
Fuente: Giardini et al, 1999
En 1990, para evaluar el Peligro Sísmico en Latinoamérica y Caribe, se desarrolla el proyecto IPGH cuyo principal objetivo era confeccionar un catálogo sísmico integrado y un mapa probabilístico de peligro sísmico para toda esta zona. Para fines operativos y administrativos se dividió el área del proyecto en cuatro regiones, conformando para América del Sur el Centro Regional de Sismología. En su informe final, CERESIS (1997) presentó su contribución al proyecto que consistió en la generación de un catálogo instrumental con la información después de 1900 y un catálogo histórico desde los inicios del siglo XVI. Adicionalmente, se confeccionó un mapa probabilístico de peligro sísmico de aceleraciones con un 10% de excedencia en 50 años, el cual se presenta en figura N°2.2
Figura N°2.2: Mapa Probabilístico de Peligro Sísmico para América del Sur para un periodo de retorno de 475 años
Fuente: CERESIS,1997
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
CAPÍTULO 3
MARCO SISMOTECTÓNICO CHILENO
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CAPÍTULO 3. MARCO SISMOTECTÓNICO CHILENO
3.1 Tectónica de Placas
De acuerdo a la teoría de la Tectónica de Placas, la superficie de la Tierra está dividida en grandes placas rígidas (Litósfera) que se mueven por encima de capas más dúctiles, densas y de temperaturas más elevadas (Astenósfera). La Litósfera está dividida en la actualidad en ocho grandes placas con otras dos docenas de placas más pequeñas (figura N°3.1). Las ocho placas grandes son: la Africana, Antártica, Euroasiática, Indo-australiana, Nazca, Norteamericana, Pacífica y Sudamericana. El alto grado de ductilidad de la Astenósfera, permite que los fragmentos de Litósfera o Placas Tectónicas puedan desplazarse a una velocidad de 5 a 10 cm/año e interactuar entre ellos. Es esta interacción la principal causa de la actividad sísmica en la superficie de la Tierra.
Figura N°3.1: Representación de las Placas Tectónicas
