Escenarios de riesgo frente a Tsunamis de fuente cercana en Lima y Callao

(1)

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

ESCENARIOS DE RIESGO FRENTE A TSUNAMIS DE FUENTE

CERCANA EN LIMA Y CALLAO.

TESIS

Para o

b

t

ener

el Título Profesional de

INGENIERO CIVIL

ELABORADO POR:

MANOLO ANDRÉS PAEZ RODRÍGUEZ

Asesor:

Dr. RAFAEL SALINAS BASUALDO

Lima- Perú

(2)

fines estrictamente académicos.”

Páez Rodriguez, Manolo Andrés

mnlpr1990@gmail.com

(3)

ESCENARIOS DE RIESGO FRENTE A TSUNAMIS DE FUENTE CERCANA EN LIMA Y CALLAO BACH. MANOLO ANDRÉS PÁEZ RODRÍGUEZ

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ESCENARIOS DE RIESGO FRENTE A TSUNAMIS DE FUENTE CERCANA EN LIMA Y CALLAO BACH. MANOLO ANDRÉS PÁEZ RODRÍGUEZ

AGRADECIMIENTO

El presente trabajo fue realizado gracias al apoyo de diversas personas que me conllevaron a su culminación. Es tácito mencionar el valiosísimo apoyo de mis queridos padres, familiares y seres queridos. Expreso mi agradecimiento al Dr. Ing. Rafael Salinas Basualdo, por sus consejos, apoyo constante y ánimos para seguir con la presente investigación. Expreso también mi agradecimiento a mis amigos de la sala de tesistas del CISMID en especial al MSc. Jorge Morales Tovar por su altruismo cognitivo para conmigo. Agradezco a los maestros de mi alma máter que me mostraron el sentir de la pasión por nuestra profesión.

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ESCENARIOS DE RIESGO FRENTE A TSUNAMIS DE FUENTE CERCANA EN LIMA Y CALLAO 1 BACH. MANOLO ANDRÉS PÁEZ RODRÍGUEZ

ÍNDICE

AGRADECIMIENTO PRÓLOGO

ABSTRACT RESUMEN

LISTA DE CUADROS LISTA DE FIGURAS

LISTA DE SÍMBOLOS Y SIGLAS INTRODUCCIÓN

CAPÍTULO I: ASPECTOS GENERALES 19

1.1 ANTECEDENTES 19

1.2 JUSTIFICACIÓN 23

1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 23

1.4 OBJETIVOS 23

1.4.1 Objetivo Principal 23

1.4.2 Objetivos Específicos 24

1.5 REGIÓN DE ESTUDIO 24

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO 25

2.1 MODELO “TUNAMI” 25

2.2 CONCEPTOS GENERALES 26

2.2.1 Origen de un Tsunami. 27

2.2.1.1 Sismo Tectónico 27

2.2.1.2 Explosión Volcánica submarina 29

2.2.1.3 Deslizamiento de terreno submarino 30

2.2.1.4 Impacto de meteorito en el mar 30

2.2.2 Características de un Tsunami. 31

2.2.3 Clasificación de Tsunamis 33

2.2.3.1 Tsunamis locales 33

2.2.3.2 Tsunamis regionales 33

(6)

2.2.5 Sismicidad en el Perú 38

2.2.5.1 Principales sismos tsunamigénicos que afectaron al Perú: 39

2.2.6 Mecanismos focales en el Perú. 43

2.2.7 Zonas de silencio o “Gaps” Sísmicos. 44

2.2.8 Modelado numérico de maremotos 47

2.2.8.1 Generación de un tsunami 47

2.2.8.2 Desplazamiento horizontal 48

2.2.8.3 Propagación de un tsunami 49

2.2.8.4 Inundación por tsunami 50

2.2.9 Curvas de fragilidad 51

CAPÍTULO III: METODOLOGÍA 53

3.1 DATOS BATIMÉTRICOS Y TOPOGRÁFICOS 53

3.1.1 Método de la Distancia Inversa Ponderada (IDW) 54

3.1.2 Método de Kriging 55

3.1.3 Método de la Vecindad Natural (“Natural Neighbor”) 56

3.1.4 Método del Spline 57

3.2 PARÁMETROS DEL MECANISMO FOCAL DE LA FUENTE 58

3.2.1 Parámetros del mecanismo focal de Jiménez (9.0 Mw) 58 3.2.2 Parámetros del mecanismo focal de Pulido (Mw 8.7) 59 3.3 CÓDIGOS DEL MODELO NUMÉRICO Y PROGRAMAS DE

CÓMPUTO

60

3.3.1 Programas de cómputo 60

3.3.1.1 Arc.GIS v.10.3: 60

3.3.1.2 Intel Paralllel Studio XE 2015: 60

3.3.1.3 Google Earth 60

3.3.2 Códigos del Modelo 60

3.3.2.1 TUNAMI N2: 61

3.3.2.2 OkadaUtm 61

3.3.2.3 GetElevGoogle 61

3.4 GRILLAS ANIDADAS 62

3.5 MODELAMIENTO DE LA GENERACIÓN 64

3.6 MODELAMIENTO DE LA PROPAGACIÓN 65

3.7 MODELAMIENTO DE LA INUNDACIÓN 67

(7)

4.2 INTERPOLACIONES EN LA BATIMETRÍA 71

4.2.1 Interpolación en zona 1 71

4.3 MAREÓGRAFOS Y MAREOGRAMAS SINTÉTICOS 77

4.4 MAPAS DE INUNDACIÓN POR TSUNAMI 83

4.4.1 Inundación en la zona 1 83

4.4.1.1 Inundación en zona 1 con parámetros de Jiménez. 85 4.4.1.2 Inundación en zona 1 con parámetros de Pulido 86

4.5 APLICACIÓN DE CURVAS DE FRAGILIDAD 113

4.5.1 Cálculo de daño estructural para el distrito de La Punta. 117

CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 122

5.1 CONCLUSIONES 122

5.2 RECOMENDACIONES 124

BIBLIOGRAFÍA 126

(8)

RESUMEN

El presente trabajo desarrolla una metodología para la realización de mapas de inundación por tsunami debido a sismos de fuente cercana, y a partir de esto estimar la probabilidad de daño de las estructuras. A partir de los resultados se trata de poner en conocimiento las zonas vulnerables de Lima y Callao con el fin de proponer medidas estructurales o políticas de mitigación de desastres naturales.

La metodología consiste en hacer uso del modelo numérico TUNAMI-N2 (Tohoku University’s Numerical Analysis Model for Investigation of Near-field Tsunamis)

desarrollado en la Universidad de Tohoku, Japón, empleando los parámetros correspondientes a la zona de estudio. El modelo TUNAMI requiere como datos principales de entrada la topografía y batimetría de la zona a estudiar, así mismo los parámetros de la fuente sísmica. Los resultados obtenidos del modelo han sido: Altura de ola en línea de costa, tiempo de arribo y área de inundación. La limitación del programa depende directamente de la resolución con las que se trabaje la topografía y la batimetría.

Se tomaron dos modelos de fuentes sísmicas, Pulido con 280 subfallas (2012) y Jiménez con 5 subfallas (2015), los cuales simulan un sismo de Mw 8.9 y 9.0, respectivamente, siendo la de peores consecuencias la de Jiménez, pero el más probable es el de Pulido.

De los resultados se determinó que las zonas de mayor inundación y por ende más vulnerables son Lurín (1.7 – 2.9 km de inundación horizontal) y Ventanilla (0.5 – 2.8 km

de inundación horizontal, así mismo la zona de menor inundación ha sido el área comprendida entre los distritos de Punta Negra, San Bartolo, Santa María del Mar y Pucusana.

Se ha calculado que el tiempo de arribo de las primeras olas está entre 26 – 34 minutos con unas alturas máximas de ola entre 7 – 15 m a lo largo de la costa afectada lo cual

hace necesario tomar medidas de mitigación de desastres naturales en las zonas más vulnerables.

(9)

ABSTRACT

This work develops a methodology to make flood maps by tsunami due to earthquakes of near source, and from this, estimate the probability of damage structures. From the results, the aim is to inform the vulnerable zones of Lima and Callao in order to propose structural measures or policies to mitigate natural disasters.

The methodology consists in make use of numerical model TUNAMI-N2 (Tohoku University's Numerical Analysis Model for Investigation of Near-field Tsunamis) developed at the University of Tohoku, Japan, which has been adapted and validated in Peru. The TUNAMI model requires as main input data the topography and bathymetry of the studied area, as well as the parameters of seismic source. The results obtained from the model were: Coastline wave height, arrival time and flood area. The limitation of the program depends directly on the resolution with which topography and bathymetry were worked.

Two models of seismic sources were taken: Pulido with 280 sub faults (2012) and Jiménez with 5 sub faults (2015), which simulate an earthquake of Mw 8.9 and 9.0 respectively, being the one with the worst consequences Jiménez’s fault, but the most probable is Pulido’s fault.

From the results, it was determined the areas with the greatest flood and therefore the most vulnerable are Lurín (1.7 - 2.9 km of horizontal flood) and Ventanilla (0.5 - 2.8 km of horizontal flood, likewise the zone of least flood has been the area between Punta Negra, San Bartolo, Santa Maria del Mar and Pucusana districts.

It has been estimated that the arrival time of the first wave is 26 - 34 minutes with maximum wave heights of 7 - 15 m which makes it necessary to take measures to mitigate natural disasters in the most vulnerable areas.

(10)

PRÓLOGO

La costa central de Perú ha estado expuesta a numerosos terremotos severos, algunos de los cuales provocaron tsunamis que asolaron zonas extensas del litoral de Lima y Callao. El 28 de octubre de 1746 ocurrió el tsunami más destructor del que se tiene memoria histórica en esta región. En el último decenio, se ha estudiado este evento al punto que investigadores en Japón y Perú han planteado modelos de generación del sismo tsunamigénico que probablemente causaron un escenario de inundación semejante al que describen las crónicas de aquel tiempo y otras informaciones comprobatorias. De manera similar a los estudios para definir escenarios de riesgo a los edificios frente a los sismos severos, ha surgido la necesidad de realizar estudios para establecer escenarios probables de inundación y riesgo a los edificios frente a tsunamis, en zonas expuestas a esta amenaza.

En la presente Tesis, el Bach. Manolo Páez ha implementado dos modelos de generación de tsunamis en el programa de cómputo TUNAMI, empleando para ello los estudios realizados por el Dr. N. Pulido y colaboradores, en Japón, y el M.Sc. C. Jiménez, en Perú. En estos dos estudios se propusieron parámetros para la generación de tsunamis en la costa central de Perú con hipótesis distintas, de modo que en los modelos de Pulido y Jiménez se generarían sismos de magnitud Mw = 8,9 y 9,0 respectivamente. Con base en los resultados obtenidos en las costas de Lima Metropolitana y Callao, en términos de la altura de inundación, y el uso de curvas de fragilidad de edificios ante efectos de tsunamis propuestos en países con una exposición elevada a este tipo de amenazas, se proponen escenarios de riesgo frente a tsunamis de fuente cercana. Ello implicó una labor previa en el que se recopiló y/o recogió información de campo acerca de la tipología de las construcciones en las zonas potencialmente afectadas.

(11)

construidos. Estos resultados son concordantes con análisis realizados en la zona por otros investigadores. Sin embargo, se hace necesaria la obtención de curvas de fragilidad más apropiadas de considerar para el caso de edificios de albañilería e incluso de concreto armado, que tomen en cuenta las características de la tipología de los edificios en la zona de estudio.

Dr. Rafael R. Salinas Basualdo

(12)

LISTA DE CUADROS

Tabla 1.1. Zonas de estudio de norte a sur. (Fuente INEI-2016). 24

Tabla 2.1 Criterios para el potencial de generar tsunamis en base a los parámetros preliminares del terremoto. (Regional Tsunami Advisory Services Provider (RTSP) services of Indian Tsunami Early Warning Centre, 2011).

36

Tabla 2.2 Clasificación de maremotos según el momento sísmico (Talandier, 1993).

37

Tabla 2.3 Principales sismos tsunamigénicos que afectaron al Perú. Silgado (1978) y www.igp.gob.pe accedido en febrero 2016.

40

Tabla 3.1 Parámetros de Jiménez contenidos en 5 sub fallas – Mw 9.0.

59

Tabla 3.2 Parámetros de Pulido contenidos en 280 sub fallas – Mw 8.9. (La tabla completa se muestra en Anexos)

60

Tabla 3.3 División de las Zonas de Estudio. 62

Tabla 4.1 Ubicación de las grillas anidadas (Zona 18). 69

Tabla 4.2 Resultados de la simulación para el modelo numérico no lineal en costas de Lima y Callao para los parámetros de Jiménez 2015. Ta: Tiempo de arribo, Hmax: máxima amplitud de ola.

70

Tabla 4.3 Resultados de la simulación para el modelo numérico no lineal en costas de Lima y Callao para los parámetros de Pulido et. al 2011. Ta: Tiempo de arribo, Hmax: máxima amplitud de ola.

70

Tabla 4.4 Ubicación en coordenadas geográficas de los mareógrafos sintéticos.

81

(13)

Tabla 4.6 Áreas inundables de norte a sur en la zona 2 92

Tabla 4.11 Número de manzanas afectadas en los distritos de Lima y Callao, según el escenario sísmico.

111

Tabla 4.12 Clasificación de tipología de vivienda en las áreas inundadas por distrito.

113

Tabla 4.13 Parámetros considerados para la construcción de las curvas de fragilidad (Adriano et al. 2014)

114

Tabla 4.14 Clasificación de niveles de daño en edificaciones (Adriano et al. 2014)

114

Tabla 4.15 Tipología de construcción 115

Tabla 4.16 Cantidad de manzanas afectadas por tipo de daño para cada distrito.

116

Tabla 4.17 Cantidad de viviendas según su tipología para La Punta (Fuente: Plan de Desarrollo Concertado de La Punta 2004-2015)

117

Tabla 4.18 Tipo de daño más probable según su tipología para La Punta con los parámetros de Pulido.

118

Tabla 4.19 Tipo de daño más probable según su tipología para La Punta con los parámetros de Jiménez.

(14)

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 La Torre Tasukaru - FEMA P646 21

Figura 1.2 Torre Nishiki - FEMA P646 21

Figura 1.3 Unidad de Emergencia de almacenamiento para necesidades básicas de la población, sirve para otorgar respuesta inmediata a la ciudadanía en las primeras 48 horas de ocurrida una catástrofe, Arica, Chile

22

Figura 1.4 Muro de defensa ante tsunamis de 12.5 m de alto. (BBC 2015)

22

Figura 2.1 Tsunami de fuente tectónica. (Dirección General de Protección Civil y Emergencias, www.proteccioncivil.es, España 2015).

28

Figura 2.2 Tsunami de fuente Volcánica. (Guardian Liberty Voice, 2014).

29

Figura 2.3 Deslizamiento de terreno submarino. Procesos gravitacionales de la fuerza de gravedad. (Paracas Carayannis, 1999).

30

Figura 2.4 Representación de un mega-impacto de meteorito sobre el mar. (ABC, 2010).

31

Figura 2.5 Parámetros físicos y geométricos de la onda de tsunami.

32

Figura 2.6 Epicentro del tsunami local sucedido en Sumatra en el 2010. (Eart Week, 2010).

33

Figura 2.7 Epicentro y propagación del tsunami ocurrido en Japón en 1983. (Paracas-Carayannis, http://www.drgeorgepc.com, 2000)

34

Figura 2.8 Epicentro y propagación del tsunami ocurrido en Sumatra 2004. (NOAA, 2010).

(15)

1973-2014 (M > 5.0 Mw) según el catálogo del USGS (2014). Las líneas negras representan perfiles de corte que no están presentes en la investigación.

Figura 2.10 Mecanismos focales de terremotos en Perú (M>5.0 Mw) según el catálogo del CMT 1976-2016 (www.globalcmt.org, acceso: Feb 2016).

44

Figura 2.11 Los gaps sísmicos en Perú y norte de Chile están representados por las elipses de color rojo de acuerdo a su tamaño relativo (Ocola, 2008).

46

Figura 2.12 Parámetros de la geometría de la fuente sísmica. (Stein y Wysession, 2003).

48

Figura 2.13 Modelo de deformación inicial de Tanioka & Satake (1996).

49

Figura 2.14 Sistema de coordenadas para el modelo hidrodinámico, w y u representan las componentes de vector velocidad (Koshimura, 2009)

50

Figura 2.15 Ejemplo de histograma realizado en Dichato-Chile luego del tsunami del 2010. (Mas et al. 2012)

51

Figura 3.1 Mapa de Microzonificación sísmica creada en base a ArcGis. Estudio de zonificación sísmica en Lima (CISMID, 2014).

53

Figura 3.2 Vecindad del IDW del punto seleccionado. (ArcGIS for Desktop, 2016).

54

Figura 3.3 Cálculo de la diferencia cuadrada entre las ubicaciones asociadas – Método de Kriging. (ArcGIS for Desktop, 2016).

55

Figura 3.4 Ejemplo de polígono de Voronoi creado alrededor del punto de interpolación. Método de la Vecindad Natural – (ArcGIS for Desktop, 2016).

56

Figura 3.5 Ejemplo de aplicación del método del Spline en ArcGIS. (Interpolation Surfaces in ArcGIS Spatial Analyst, 2004).

57

Figura 3.6 Distribución de la fuente sísmica para el terremoto de Callao 1746 – Mw 9.0 (Jiménez 2015).

(16)

terremoto en Perú – Mw 8.9 (Pulido et.al 2011).

Figura 3.8 Grillas 1, 2 y 3 demarcadas perimetralmente sobre un mapa generado en ArcGIS.

62

Figura 3.9 Grillas 4 de las 6 zonas estudiadas en orden de norte a sur, Los símbolos P representan los mareógrafos virtuales puestos.

63

Figura 3.10 Campo de deformación inicial para el modelo de Okada con los parámetros de Jiménez.

64

Figura 3.11 Campo de deformación inicial para el modelo de Okada con los parámetros de Pulido.

65

Figura 3.12 La figura de la izquierda muestra el campo de propagación para los parámetros de Jiménez al minuto 0, la imagen de la derecha muestra el campo de propagación al minuto 180, la simulación realizada fue de 3 horas.

66

Figura 3.13 La figura de la izquierda muestra el campo de propagación para los parámetros de Pulido al minuto 0, la imagen de la derecha muestra el campo de propagación al minuto 180, la simulación realizada fue de 3 horas.

66

Figura 3.14 Mapa de inundación para los parámetros de Jiménez en la zona 1 (Norte de Lima Metropolitana).

67

Figura 3.15 Mapa de inundación para los parámetros de Pulido en la zona 1 (Norte de Lima Metropolitana).

68

Figura 4.1 Interpolación por 4 métodos en Zona 1 71 Figura 4.2 Resultados de la interpolación en Zona 1 72 Figura 4.3 Interpolación por 4 métodos en Zona 2 72 Figura 4.4 Resultados de la interpolación en Zona 2 73 Figura 4.5 Interpolación por 4 métodos en Zona 3 73 Figura 4.6 Resultados de la interpolación en Zona 3 74 Figura 4.7 Interpolación por 4 métodos en Zona 4 74

(17)

Figura 4.12 Resultados de la interpolación en Zona 6 77 Figura 4.13 Plano de ubicación de mareógrafos sintéticos en zona

1

77

Figura 4.14 Plano de ubicación de mareógrafos sintéticos en zona 2.

78

79

80

Figura 4.19 Resultado mareógrafo virtual P03-Z01 Jiménez. 82

Figura 4.20 Imagen desde el Malecón Miramar en el distrito de Ancón (Fuente: Google Street View).

83

Figura 4.21 Imagen desde estacionamiento posterior a edificios ubicados en el Malecón Ancón en el distrito de Ancón (Fuente: Google Street View).

84

Figura 4.22 Imagen desde Av. Santa Rosa en el distrito de Santa Rosa (Fuente: Google Street View).

48

Figura 4.23 Imagen desde la Av. La Playa en el distrito de Ventanilla (Fuente: Google Street View).

48

Figura 4.24 Mapa de inundación en Zona 1 con parámetros de Jiménez.

85

Figura 4.25 Mapa de inundación en Zona 1 con parámetros de Pulido.

86

Figura 4.26 Imagen desde La Av. Néstor Gambeta en la Urb. Las Brisas en el distrito de Callao (Fuente: Google Street View).

88

Figura 4.27 Imagen desde el Óvalo Garibaldi en el distrito de Callao (Fuente: Google Street View).

(18)

(Fuente: Google Street View).

Figura 4.29 Imagen desde Av. La Costanera en el distrito de La Perla (Fuente: Google Street View).

89

90

91

Figura 4.32 Imagen Av. La Costanera en el distrito de San Miguel (Fuente: Google Street View).

93

Figura 4.33 Imagen Circuito de Playas en el distrito de Magdalena del Mar (Fuente: Google Street View).

93

Figura 4.34 Imagen Circuito de Playas en el distrito de San Isidro (Fuente: Google Street View).

93

Figura 4.35 Imagen Circuito de Playas en el distrito de Miraflores (Fuente: Google Street View).

93

Figura 4.36 Imagen Circuito de Playas en el distrito de Barranco (Fuente: Google Street View).

94

95

Figura 4.39 Imagen Malecón de la Herradura en el distrito de Chorrillos (Fuente: Google Street View).

96

Figura 4.40 Imagen Urb. Monte Carmelo en el distrito de Chorrillos (Fuente: Google Street View).

97

Figura 4.41 Imagen Urb. Las Delicias de Villa en el distrito de Chorrillos (Fuente: Google Street View).

97

Figura 4.42 Imagen Panamericana Sur en el distrito de Villa El Salvador (Fuente: Google Street View).

97

98

99

Figura 4.45 Playa Pachacamac desde la Panamericana Sur en el distrito de Lurín (Fuente: Google Street View).

(19)

distrito de Lurín (Fuente: Google Street View).

Figura 4.47 Urbanización Las Virreinas en el distrito de Lurín (Fuente: Google Street View).

101

Figura 4.48 Urbanización Las Palmeras de Huarangal en el distrito de Lurín (Fuente: Google Street View).

102

Figura 4.49 Urbanización Los Claveles en el distrito de Lurín (Fuente: Google Street View).

102

Figura 4.50 Playa el Silencio – Malecón Corales en el distrito de Punta Hermosa (Fuente: Google Street View).

102

Figura 4.51 Malecón Sur en el distrito de Punta Hermosa (Fuente: Google Street View).

102

103

104

Figura 4.54 Av. Guanay Norte en el distrito de Punta Negra (Fuente: Google Street View).

106

Figura 4.55 Malecón 200 Millas en el distrito de Punta Negra (Fuente: Google Street View).

106

Figura 4.56 Malecón Ribera Norte en el distrito de San Bartolo (Fuente: Google Street View).

106

Figura 4.57 Malecón Ribera Sur en el distrito de San Bartolo (Fuente: Google Street View).

106

Figura 4.58 Av. Rio de Janeiro en el distrito de Santa María del Mar (Fuente: Google Street View).

107

Figura 4.59 Pasaje Los Delfines en el distrito de Pucusana (Fuente: Google Street View).

107

Figura 4.60 Vista de la Isla Chuncho en el distrito de Pucusana (Fuente: Google Street View).

107

Figura 4.61 Mapa de inundación en Zona 6 con parámetros de Jiménez

108

109

Figura 4.63 Gráfico de la distribución en porcentaje de afectación para parámetros de Jiménez Mw 9.0

(20)

para parámetros de Pulido Mw 8.9

Figura 4.65 Curvas de fragilidad para tsunami basado en el material estructural y niveles de daño. (Suppasri et al. 2012)

115

Figura 4.66 Tipologías de vivienda en el distrito de La Punta 121 Figura 4.67 Cálculo del daño con parámetros de Pulido (Mw 8.9)

en el distrito de La Punta.

122

Figura 4.68 Mapa de tipo de daño por lote en el distrito de La Punta con parámetros de Pulido Mw=8.9.

123

Figura 4.69 Comparativa de tipo de daño por lote en el distrito de La Punta La Punta con el escenario 1 según Adriano et al. 2014.

123

Figura 4.70 Cálculo del daño con parámetros de Jiménez (Mw 9.0) en el distrito de La Punta.

124

Figura 4.71 Mapa de tipo de daño por lote en el distrito de La Punta con parámetros de Jiménez Mw=9.0.

125

Figura 4.72 Comparativa de tipo de daño por lote en el distrito de La Punta La Punta con el escenario 2 según Adriano et al. 2014.

(21)

LISTA DE SIMBOLOS Y SIGLAS

Mw = Magnitud de momento

g = aceleración de la gravedad

d = profundidad del fondo oceánico

V = velocidad de propagación

Mo = Momento sísmico

µ = Módulo de Rigidez

U = dislocación de fuente

L = longitud de la falla

W = ancho de la falla

D = distancia de dislocación o slip

θ = ángulo azimutal (strike angle)

δ = ángulo de buzamiento (dipangle)

λ = ángulo de deslizamiento (slip orrakeangle)

uh = desplazamiento vertical

Z(x,y) = batimetría

(ux, uy) = componentes del desplazamiento horizontal

Ta = Tiempo de arribo

Hmax = Máxima amplitud de ola

ɸ = Función de distribución lognormal normalizada

x = Profundidad de la inundación del tsunami

𝜇’ = media estándar

(22)

ESCENARIOS DE RIESGO FRENTE A TSUNAMIS DE FUENTE CERCANA EN LIMA Y CALLAO 18 BACH. MANOLO ANDRÉS PÁEZ RODRÍGUEZ

INTRODUCCIÓN

Los fenómenos naturales son las señales que indican que nuestro planeta se encuentra en constante cambio, tanto en su superficie como en su interior. Superficialmente nuestro planeta cuenta con decenas de placas o casquetes que se encuentra en su perímetro, debido a que es donde ocurre el encuentro con otra placa, afectando a la región encontrada en su proyección superficial.

La región costera del Perú se encuentra en la zona de subducción de la Placa de Nazca y la Placa Sudamericana, formando parte del Cinturón de Fuego del Pacífico, llamándose así por formar un perímetro de encuentro de zonas de subducción, las cuales cuentan con un gran registro de fenómenos sísmicos considerables. Usualmente la mayoría de sismos registrados han tenido su epicentro bajo mar, siendo esta la razón más común de la ocurrencia de un tsunami en las costas.

(23)

CAPÍTULO 1: ASPECTOS GENERALES

1.1. ANTECEDENTES

A lo largo de los años la costa peruana ha sido afectada por fenómenos de diversa índole, siendo los fenómenos sísmicos y sus consecuentes quienes más daño estructural y no estructural han causado; la región de Lima metropolitana y el Callao son puntos de aglomeración demográfica del país y han estado siempre expuestas a verse afectadas por sismos y/o tsunamis.

En las últimas décadas diversos países y sus organismos de investigación de fenómenos naturales se han puesto adelante en avances tecnológicos en lo que respecta a prevención de daños por tsunamis. Por ejemplo, en Japón se implementaron medidas como: La plantación de vegetación de tallo robusto, pilotes inclinados, muros de contención; los muros de contención parecen tener mejor potencial para aminorar los daños a pesar de haber ocurrido un colapso de un muro de contención en la ciudad de Kawashi en el tsunami del año 2011; el alto costo (miles de millones) de la construcción de un muro de contención de más de 10 m de alto a lo largo de la costa peruana lo hace inviable, es por ello que las medidas a las cuales podríamos apelar serían sólo a las no estructurales. (BBC 2015).

El tsunami ocurrido en el Océano Índico en el año 2004 fue el impulso para que ingenieros y científicos asiáticos estudien el tema con la misión de proponer medidas para aminorar los daños ocasionados por el tsunami, algo similar ocurrió en Chile, después del tsunami del 2010 se generó una cultura de prevención en la sociedad chilena cuya rápida actuación quedó demostrada en el tsunami de setiembre 2015.

(24)

El flujo que transporta el tsunami mientras se adentra a las costas no es sólo agua con restos marinos, sino es un conjunto de lo anterior con restos sólidos y líquidos que son arrastrados en conjunto en su camino, es por ello que una ciudad con más acopio de objetos muebles en sus costas hace más vulnerable a dicha ciudad (Matsutomi 2009).

Los mapas de las posibles zonas de inundación por tsunami son importantes para la definición de las rutas de evacuación y planificación a largo plazo en las comunidades costeras vulnerables. La Dirección de Hidrografía y Navegación (DHN) de la Marina de Guerra del Perú, es la institución peruana responsable del Sistema Nacional de Alerta de Tsunamis (SNAT). Esta institución publica y actualiza periódicamente cartas de inundación de ciudades costeras y puertos a lo largo de toda la costa peruana. Es por ello que la comparación de resultados entre diversas instituciones permite contrastar y actualizar aportes presentados en los estudios realizados.

La curva de fragilidad es una medida para la estimación de daños por tsunami basada en estudios de campo, modelamientos numéricos y en el análisis de datos históricos. Esta curva se expresa como la probabilidad de daño estructural y está relacionada con las características hidrodinámicas del flujo de inundación causada por tsunamis, tales como la altura de inundación, velocidad de la corriente y la fuerza hidrodinámica (Koshimura et. al 2009). La generación de curvas de vulnerabilidad para Lima es algo que aún no se tiene, actualmente sólo se toma aquellas propuestas en distintos países con similares características en edificaciones o viviendas costeras.

Las medidas tomadas a partir de investigaciones son las obras de ingeniería como rompeolas, diques, muros de defensa como se muestra en la figura 1.4 (medidas estructurales) y políticas de gestión de riesgo a través del uso del suelo (medidas no estructurales).

(25)

Figura 1.1 La Torre Tasukaru - FEMA P646

(26)

Figura 1.3 Unidad de Emergencia de almacenamiento para necesidades básicas de la población, sirve para otorgar respuesta inmediata a la ciudadanía en las primeras 48 horas de ocurrida una catástrofe, Arica, Chile

Los muros de defensa se consideran la mejor manera de mitigar el embiste del tsunami, a pesar que la altura del tsunami pueda sobrepasar la altura del muro, el muro reducirá de manera considerable la fuerza de embiste del tsunami cuando llegue a las viviendas cercanas.

(27)

Las medidas no estructurales son los planes de gestión de riesgo que deben delimitar las áreas para la construcción según el uso del suelo, para ello se necesita identificar el riesgo de inundación por tsunami en la localidad, así mismo el daño que se espera según el tipo de estructura, realizar una planificación urbana a largo plazo y efectuar un plan de educación e información orientado a la comunidad local.

1.2. JUSTIFICACIÓN

Los fenómenos naturales y/o sísmicos son característicos de los países que conforman el Cinturón de Fuego del Pacífico; a lo largo de la historia las cartas nacionales han sido realizadas con datos de sucesos naturales del pasado.

La presente investigación pretende hacer el análisis e interpretación de los resultados referentes a una simulación numérica de tsunamis de fuente cercana en Lima Metropolitana y Callao, con el fin de ofrecer recomendaciones y propuestas que propicien una acción eficaz frente a un tsunami.

1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El terremoto y el tsunami del año 2011 en Japón, el cual tuvo una magnitud de 9,0 Mw fue un evento que destruyó la mayor parte de las contramedidas estructurales ante tsunamis. Sin embargo, aproximadamente 90% de la población estimada en riesgo del tsunami sobrevivió debido a una rápida evacuación hacia un lugar más alto o en el interior (Mas et al. 2012). En Lima y Callao se ha tratado de imitar medidas no estructurales realizadas en otros países, lo cual no podrá ser garantía de resultados similares.

Los tsunamis a menudo causan daños estructurales por las fuerzas de agua directas, así como las fuerzas de impacto por objetos transportados con el agua. Sintetizando la información técnica, metodologías racionales se han desarrollado para la determinación de las fuerzas de diseño de tsunami en los edificios situados en zonas en tierra donde los mapas de inundación de tsunami están disponibles. (Yeh, 2007). Los mapas de inundación desactualizados de Lima Metropolitana y Callao expuestos en las últimas décadas y las políticas de gestión de riesgo planteadas por las autoridades no son suficientes para disminuir considerablemente el posible daño después de la ocurrencia de un tsunami.

(28)

Hacer uso de curvas de fragilidad para obtener escenarios de riesgo ante tsunami en Lima Metropolitana y Callao a partir de un modelamiento matemático.

1.4.2. Objetivos Específicos:

Realización de una caracterización de viviendas en Lima Metropolitana y Callao (Cap.4.5).

Delimitación y caracterización de las zonas de inundación para cada distrito de Lima Metropolitana y Callao (Cap. 4.4).

1.5. REGIÓN DE ESTUDIO

La región que ha sido estudiada se encuentra ubicada en la zona del Perú, en Lima Metropolitana con sus distritos costeros desde Ancón hasta Pucusana y la Provincia Constitucional del Callao desde Ventanilla hasta La Perla, tal como se muestra en la Tabla 1.1.

Tabla 1.1. Zonas de estudio de norte a sur. (Fuente INEI-2016).

Distrito Población (hab.) Superficie (km2) Provincia

Ancón 39600 299.32 Lima

Santa Rosa 18751 21.5 Lima

Ventanilla 372899 73.52 Callao

Callao 406889 46.94 Callao

La Punta 4370 0.75 Callao

La Perla 58817 3.05 Callao

San Miguel 135506 10.72 Lima

Magdalena del

Mar 54656 3.61 Lima

San Isidro 54206 11.1 Lima

Miraflores 81932 9.62 Lima

Barranco 29984 3.33 Lima

Chorrillos 325547 38.94 Lima

Villa El Salvador 463014 35.46 Lima

Lurín 85132 181.12 Lima

Punta Hermosa 7609 119.5 Lima

Punta Negra 7934 130.5 Lima

San Bartolo 7699 45.01 Lima

Santa Maria del

Mar 1608 9.81 Lima

(29)

CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO

2.1 MODELO “TUNAMI”

“TUNAMI” es el acrónimo para el nombre en inglés de “Tohoku University’s Numerical Analysis Model for Investigation of tsunamis”; “TUNAMI” es un

programa de cómputo que resuelve las ecuaciones de cantidad de movimiento para aguas someras y la ecuación de continuidad o conservación de masa usando métodos numéricos, también incluye un algoritmo de rozamiento de fondo construido al interior del modelo. Las ecuaciones de continuidad y de momento lineal se discretizan en un esquema de diferencias finitas centrales denominado “salto de rana” (leap– frog) (Koshimura, 2009).

El dominio de integración se discretiza mediante un conjunto de grillas anidadas de diferente resolución espacial, siendo las más detalladas las del área de estudio. Las grillas representan regiones del área de ruptura en las que se va trasladando la solución de la simulación numérica, traslado que debe cumplir con resoluciones espaciales de celdas que se tripliquen cuando se pasa de una celda exterior a otra interior. (Jiménez 2015).

En base a la teoría de deformación para un medio homogéneo y elástico de Okada (1992) se obtiene la condición inicial. Se requiere los parámetros del mecanismo focal del sismo generador. La hipótesis es que la deformación del fondo marino (debido al sismo) se traslada (en forma casi instantánea) a la superficie del océano, lo que genera la propagación de las ondas del maremoto.

La propagación del maremoto se simula utilizando el método de Goto y Ogawa (1992) que consiste en la integración numérica de las ecuaciones de aguas someras utilizando el método de diferencias finitas.

(30)

El modelo “TUNAMI” no toma en cuenta las señales correspondientes a las

mareas oceánicas ni el efecto terrestre (generadas por la atracción gravitatoria entre la Tierra, el Sol y la Luna) tampoco toma en cuenta el oleaje generado por los vientos los cuales usualmente actúan bajo la influencia de la Luna (Jiménez 2015).

2.2 CONCEPTOS GENERALES

Tsunami es un término proveniente del japonés “tsu” puerto o bahía y “nami” ola. En castellano se le llama también maremoto, proveniente del latín “mare” mar y “motus” movimiento.

El Océano Pacífico es considerado como la región con mayor probabilidad de generación de sismos y tsunamis que afectarían consecuentemente a las costas cercanas.

Un tsunami es una serie de olas, que se generan en un océano u otros cuerpos de agua a causa de un terremoto, deslizamientos de tierra, erupción o impacto de meteoritos. Los tsunamis generan grandes daños cuando chocan contra las costas. Algunas personas llaman a los tsunamis, "olas de mareas", pero estas olas realmente tienen muy poco que ver con las mareas, de manera que el término de "olas de marea" en realidad es incorrecto (Jiménez 2015).

Las olas de un Tsunami son diferentes a las que llegan hasta las orillas de los mares o lagos. Este tipo de olas son generadas por los vientos que se generan adentro y son olas bastante pequeñas en comparación con las olas de un tsunami. Las olas de un tsunami en el océano abierto pueden tener más de 100 kilómetros de largo. Eso es lo que medirían 1 000 canchas de fútbol. Las olas son inmensas y viajan muy de prisa a una velocidad aproximada de 700 km/h, pero tienen sólo un metro de altura cuando están mar adentro.

A medida que un tsunami viaja en dirección a las aguas menos profundas de la costa, desacelera y aumenta en altura. Aun cuando es muy difícil ver a un tsunami en el mar, cuando llega a la costa puede crecer hasta alcanzar muchos metros de altura. Cuando finalmente llega a la costa, podría parecer que el tsunami es una marea que crece o decrece rápidamente o una serie de olas con una altura máxima de hasta 30 metros.

(31)

persona. El peligro de un tsunami puede durar muchas horas después de la primera ola.

2.2.1 Origen de un Tsunami.

Un Tsunami tiene diversas maneras de originarse y siempre se debe a la deformación de la masa de agua. A continuación, se describirán las causas empezando de la más usual.

2.2.1.1 Sismo Tectónico

Este es el origen más común de los tsunamis. En este caso, se genera por una deformación por subducción de placas tectónicas que empiezan a sentirse en la costa por un movimiento sísmico.

La tectónica de placas está basada en un modelo de la Tierra caracterizado por un pequeño número de placas litosféricas, de 70 a 250 kilómetros de espesor, que flotan sobre una capa subyacente de naturaleza viscosa, llamada astenósfera. Estas placas, que cubren toda la superficie del planeta y contienen los continentes y el piso oceánico, están en movimiento relativo entre ellas con velocidades de hasta varios centímetros/año (Bernal y Tavera 2002).

La región donde dos placas están en contacto es llamada la frontera o borde de placas y la forma en que una placa se mueve con respecto a la otra determina el tipo de frontera o borde: de separación, donde dos placas se alejan una de la otra; de subducción, donde dos placas se mueven convergentemente y una se está deslizando bajo la otra y de transformación, donde dos placas se están deslizando horizontalmente en direcciones opuestas. Las zonas de subducción se caracterizan por la presencia de profundas fosas oceánicas y las islas volcánicas o cadenas montañosas volcánicas asociadas con las muchas zonas de subducción alrededor del borde del Pacífico, se denominan a veces el “Cinturón de Fuego”.

(32)

directamente sobre el foco. No todos los sismos generan tsunamis. Para generar un tsunami, la falla donde ocurre el sismo debe estar bajo o cerca del océano, y debe crear un movimiento vertical (de hasta varios metros) del piso oceánico sobre una extensa área (de hasta cien mil kilómetros cuadrados). Los sismos de foco superficial a lo largo de zonas de subducción son los responsables de la mayor parte de los tsunamis destructores. Forman parte del mecanismo de generación de tsunamis: la cantidad de movimiento vertical del piso oceánico, el área sobre la cual ocurre y la eficiencia con la que la energía es transferida desde la corteza terrestre al agua oceánica.

(33)

2.2.1.2 Explosión Volcánica submarina

La mayoría de erupciones volcánicas se dan debajo del mar y la proyección de gases y material volcánico expulsados de golpe e intempestivamente generarán un tren de ondas en la superficie marina.

El brusco movimiento del agua desde la profundidad genera un efecto de “latigazo” hacia la superficie que es capaz de lograr olas de magnitud impensable

tal como se muestra en la Figura 2.2. Los análisis matemáticos simples indican que la velocidad es igual a la raíz cuadrada del producto entre la fuerza de gravedad (9,8 m/s2) y la profundidad. Para tener una idea si se toma la profundidad habitual del Océano Pacífico, que es de 4.000 m., nos daría una ola que podría moverse a 200 m/s, o sea a 700 km/h. Y como las olas pierden su fuerza en relación inversa a su tamaño, al tener 4.000 m puede viajar a miles de kilómetros de distancia sin perder mucha fuerza. Sólo cuando llegan a la costa comienzan a perder velocidad, al disminuir la profundidad del océano.

El mayor tsunami del que se tiene noticia fue el provocado entre las islas de Java y Sumatra por la erupción del volcán Krakatoa, en mayo de 1883, donde la ola producida alcanzó una altura media de 37 metros. Destruyó 295 pueblos y ciudades en Java y Sumatra. Murieron un total de 36.417 personas. Al ser el tsunami de origen volcánico su alcance fue local y fue destructivo sólo en Indonesia. Sin embargo, se observaron olas de mayor tamaño al otro lado del Pacífico.

(34)

2.2.1.3 Deslizamiento de terreno submarino

Se originan cuando una gran masa de terreno submarino se desplaza generando una perturbación y deformación de la masa de agua generando así rápidamente trenes de ondas. Usualmente este tipo de fenómenos se dan luego de un sismo cercano. Es muy probable que este tipo de fenómenos se den cerca a la costa y depende bastante de la geología del terreno, su llegada a la costa puede darse en cuestión de segundos.

El mayor tsunami registrado causado por deslizamiento fue el de Alaska en el 9 de julio de 1958 cuando se produjo un deslizamiento de tierra en Lituya Bay en Alaska, lo cual generó una altura de inundación de 500 metros de altura como se muestra en la Figura 2.3.

Figura 2.3 Deslizamiento de terreno submarino. Procesos gravitacionales de la fuerza de gravedad. (Paracas Carayannis, 1999).

2.2.1.4 Impacto de meteorito en el mar

(35)

bien estudiados, pero en caso de caer en las aguas de la Tierra causarían olas que llegarían hasta los 500 metros de altura; si el tamaño del objeto llega a ser de más de un kilómetro y medio, causaría un desastre que afectaría a todo el planeta, se conocen unos 120 cráteres que han dejado los grandes asteroides tras su colisión con la superficie terrestre. El mayor de los cráteres tiene un diámetro de unos 100 kilómetros y se encuentra en la región rusa de Siberia, en la cuenca del río Popigai. Se cree que un asteroide se estrelló en ese lugar hace unos 36 millones de años.

Figura 2.4 Representación de un mega-impacto de meteorito sobre el mar. (ABC, 2010).

2.2.2 Características de un Tsunami.

En altamar un tsunami no es más que un tren de ondas que máximo tiene una altura de un metro y viaja a una velocidad aproximada de 800 km/h, a medida que se acerca a la costa la distancia entre el nivel del mar y la batimetría se va acortando haciendo que las ondas aumenten en altura tal como se muestra en la Figura 2.5.

El período (T) es el tiempo que transcurre entre el paso de dos ondas sucesivas por un mismo punto de observación. Por lo general para tsunamis de origen cercano el período es de unos 10 a 30 minutos y para los de origen lejano entre 30 a 70 minutos.

(36)

La Longitud de onda (λ) es la distancia que separa a dos crestas o dos valles

sucesivos. Se estima que la longitud de onda inicial es aproximadamente igual a la máxima dimensión de la geometría de ruptura.

Figura 2.5 Parámetros físicos y geométricos de la onda de tsunami.

Cuando la longitud de onda es mucho mayor que la profundidad se considera aguas someras y en ese caso se puede aproximar la velocidad de propagación como:

V=√𝑔. 𝑑 (2.1)

Donde “g” es la aceleración de la gravedad (9.8 m/s2) y “d” es la profundidad del

(37)

2.2.3 Clasificación de Tsunamis

Los tsunamis se clasifican en el lugar de arribo a la costa, según la distancia (o el tiempo de desplazamiento) desde su lugar de origen, en:

2.2.3.1. Tsunamis locales

El lugar de arribo a la costa está muy cercano o dentro de la zona de generación (delimitada por el área de dislocación del fondo marino) del maremoto; presenta un tiempo de desplazamiento menor de una hora. Para costas peruanas los tsunamis locales que se han producido han tenido un tiempo de arribo entre quince minutos a una hora.

En el año 2010 un terremoto de magnitud de 7.7 ocurrió en Sumatra, generándose un tsunami local tal como se muestra en la Figura 2.6 que causó daño a sesenta embarcaciones y dejó docenas de heridos; en el 2004 el epicentro fue muy cercano y causó la muerte de más de mil personas.

Figura 2.6 Epicentro del tsunami local sucedido en Sumatra en el 2010. (Eart Week, 2010).

2.2.3.2. Tsunamis regionales

(38)

Los tsunamis regionales también en ocasiones tienen efectos muy limitados y localizados fuera de la región.

Los tsunamis más destructivos pueden ser clasificados como locales o regionales, es decir, sus efectos destructivos se limitan a las costas a menos de cien kilómetros o hasta mil kilómetros respectivamente de la fuente que por lo general es un terremoto. De ello se desprende muchas consecuencias relacionadas con el tsunami y sus daños materiales. Entre 1975 y 2007 hubo 34 tsunamis locales y/o regionales en el Pacífico y mares adyacentes lo que resultó en muertes y daños a las viviendas.

Un ejemplo de un tsunami regional ocurrió en 1983 en el Mar de Japón tal como se muestra en la Figura 2.7, dañó gravemente las zonas costeras de Japón, Corea y Rusia, causando más de 800 millones de dólares en daños y más de 100 muertes (Paracas-Carayannis, http://www.drgeorgepc.com, 2000).

Figura 2.7 Epicentro y propagación del tsunami ocurrido en Japón en 1983. (Paracas-Carayannis, http://www.drgeorgepc.com, 2000)

2.3.3.3 Tsunamis lejanos (remotos, transpacíficos o tele tsunamis)

(39)

Menos frecuente pero más peligrosos que los tsunamis regionales, suele comenzar como un tsunami local que causa una destrucción significativa cerca de la fuente, estas ondas siguen viajando por toda la cuenca del océano con la energía suficiente para causar víctimas y destrucciones adicionales en las costas a más de unos mil kilómetros de la fuente. En los últimos doscientos años, ha habido al menos veintiséis tsunamis destructivos en todo el océano y nueve han causado víctimas mortales a más de mil kilómetros de la fuente.

El tsunami más destructivo de la historia reciente de todo el Pacífico se ha generado por un terremoto frente a la costa de Chile el 22 de mayo de 1960. Todas las ciudades costeras chilenas entre los 36° y 44° paralelos fueron destruidos o gravemente dañados por la acción del tsunami y el terremoto. El tsunami y el terremoto combinado incluyeron 2 000 muertos, 3 000 heridos, 2 000 000 de personas sin hogar, y $ 550 millones en daños. En la costa de Corral, Chile, se estimaron olas de 20 metros de altura. El tsunami causó 61 muertes en Hawai, 20 en Filipinas y 138 en Japón. Los daños estimados fueron de US $ 50 millones en Japón, $ 24 millones en Hawai y varios millones a lo largo de la costa oeste de los Estados Unidos y Canadá. Las alturas de las olas distantes variaron en algunas zonas como 12 metros en la isla de Pitcairn, 11 metros en Hilo - Hawai y 6 metros en algunos lugares de Japón.

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Figura 2.8 Epicentro y propagación del tsunami ocurrido en Sumatra 2004. (NOAA, 2010).

Tabla 2.1 Criterios para el potencial de generar tsunamis en base a los parámetros preliminares del terremoto. (Regional Tsunami Advisory Services Provider (RTSP) services of Indian Tsunami Early Warning Centre, 2011).

Magnitud (Mw) Tipo de tsunami

6.5 ≥ M ≤ 7.5

Posibilidad de tsunamis locales que pueden ser destructivos a lo largo de la costa situada a menos de 100 km del epicentro del terremoto

7.6 ≥ M ≤ 7.8

Posibilidad de tsunamis regionales que pueden ser destructivos a lo largo de la costa situada dentro de 1000 km del epicentro del terremoto.

M ≥ 7.9

(41)

2.2.4 Condiciones para la ocurrencia de un tsunami.

No necesariamente todos los sismos generan un tsunami, para ello se deben cumplir algunas condiciones, aunque pueden ocurrir excepciones.

a) Si el epicentro del sismo está ubicado en el mar o cerca de la línea de costa. Esto implica que la totalidad del área de ruptura o una parte de dicha área esté ubicada en el mar de tal forma que se genere una deformación del fondo marino.

b) Si el hipocentro es superficial. Se puede decir que si el movimiento o deformación es sólo lateral no se generará tsunami, pero si ocurre una deformación vertical considerable ocurrirá un tsunami.

c) Si el grado de deformación (o cambio de la batimetría) del fondo marino sea tal que dispare el mecanismo de generación del maremoto. Por lo general para que esto ocurra la magnitud del sismo debe ser mayor a 7.0 Mw.

El momento sísmico, definido por (Aki, 1966), es:

𝑀𝑜 = µ.L.W.U (2.2)

Donde μ es el módulo de rigidez promedio de la zona de ruptura, L es el

largo del área de ruptura, W es el ancho del área de ruptura y U es la dislocación de la fuente. Talandier (1993) proporciona una relación entre el momento sísmico 𝑀𝑜y el potencial destructivo de un tsunami. Por regla general en los centros

internacionales de alerta de maremotos el umbral de alerta se establece en 1020 N.m (7.2 Mw). Todos aquellos sismos con momento sísmico igual o mayor son potencialmente maremotogénicos (Jiménez 2015). El valor del momento sísmico 𝑀𝑜 determinará el tamaño y los efectos del maremoto tal como se muestra en la

Tabla 2.2.

Tabla 2.2 Clasificación de maremotos según el momento sísmico (Talandier, 1993).

Rango de Valores de 𝑀𝑜 Tipo de Tsunami 𝑀𝑜<1020 N.m No se genera tsunami

1020<𝑀𝑜<1021 N.m Probable tsunami pequeño y local

1021<𝑀𝑜<5𝑥1021 N.m Tsunami pequeño

5𝑥1021_<_𝑀

(42)

2.2.5 Sismicidad en el Perú

La sismicidad en el Perú se encuentra prácticamente regida por la interacción de la Placa Nazca (Oceánica) y la sudamericana (Continental) siendo la primera quien en un proceso de subducción se va colocando bajo la segunda.

La información sobre la sismicidad histórica de Perú data del tiempo de la conquista y colonización hasta aproximadamente el año 1900, y en su mayoría se encuentra esparcida en diferentes obras inéditas, manuscritos, crónicas, narraciones, informes administrativos por parte de los clérigos y gobernantes de aquellos años. Gran parte de esta información ha sido recolectada y publicada por Polo (1904), Barriga (1939), Silgado (1978) y Dorbath et al (1990).

En la Figura 2.9, se muestra un mapa de la actividad sísmica ocurrida en Perú durante el período 1973-2014 para magnitudes mayores a 5.0 Mw según el catálogo del USGS (2014).

La sismicidad con hipocentros de profundidad superficial (h<60 km), se localiza entre la fosa y la línea de costa con ocurrencia frecuente de sismos de magnitud elevada (13 enero 1960, 17 octubre 1966, 31 mayo 1970). Los sismos con foco de profundidad intermedia (60<h<300 km) se distribuyen de manera irregular, pudiendo identificarse tres zonas: la primera se distribuye paralela a la línea de costa desde la latitud 9°S hasta 19°S.Un segundo grupo se localiza en el interior del continente (zona norte y centro) paralelo a la Cordillera Oriental y zona Sub andina. Estos sismos siguen una línea (N-S) aproximadamente. El tercer grupo de sismicidad se localiza en la Región Sur del Altiplano y se caracteriza por su alto índice de sismicidad. (Tavera y Buforn, 1998).

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Figura 2.9 Mapa de sismicidad del Perú durante el periodo 1973-2014 (M > 5.0 Mw) según el catálogo del USGS (2014). Las líneas negras representan perfiles de corte que no están presentes en la investigación.

2.2.5.1 Principales sismos tsunamigénicos que afectaron al Perú

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Tabla 2.3 Principales sismos tsunamigénicos que afectaron al Perú. Silgado (1978) y www.igp.gob.pe accedido en febrero 2016.

AÑO LUGAR DESCRIPCIÓN

1604, 24 Nov Tacna Destruyó las ciudades de Tacna, Arequipa, Moquegua y Arica. El mar se adentró en el puerto de Arica y causó la muerte de 23 personas, alcanzando intensidades de X (MM).

1746, 28 Oct Lima De la larga historia sísmica de Lima, este fue el terremoto con el mayor impacto conocido. De las 3,000 casas que en ese entonces tenía la ciudad quedaron en pie sólo 25. El sismo produjo un maremoto en el Callao, donde de un total de 5,000 personas sobrevivieron sólo 200. La intensidad fue de X-XI MM en Lima y Callao.

(45)

1940, 24 May

Lima Con una magnitud 8.2 Mw, causó 179 muertos y 3,500 heridos. La intensidad fue de VII-VIII MM en Lima. Luego del sismo se produjo un pequeño maremoto, se observó una retirada del mar en Ancón, Callao y Pisco.

1966, 17 Oct Lima La ciudad de Lima fue estremecida por un sismo, siendo el más fuerte desde el de 1940. Dejó un saldo de 100 muertos y numerosos daños materiales. La máxima intensidad en Lima fue de VIII MM. Luego de 50 minutos del sismo se produjo un maremoto moderado, lo que se registró en los mareógrafos de la Punta, Chimbote y San Juan. En Casma y Tortugas hubo inundación.

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2007, 15 Ago

Ica (Pisco) El 15 de agosto de 2007, la zona sur de la región central de Perú fue nuevamente afectada por un terremoto de magnitud 8.0 Mw, produciendo una fuerte destrucción en los departamentos de Lima (provincias de Cañete y Yauyos), Ica (provincias de Ica, Chincha y Pisco) y Huancavelica (provincias de Castrovirreyna, Huaytará y Huancavelica), evaluándose intensidades máximas de VII-VIII en la escala de Mercalli Modificada (MM). Este sismo tuvo como características principales su gran duración y el aparente proceso complejo de ruptura que experimento, para luego ser seguido por un gran número de réplicas con magnitudes que no sobrepasaron los 6.5 Mw. El terremoto del 15 de agosto se constituye como el de mayor magnitud y duración registrada en esta región en los últimos 100 años. El sismo generó un tsunami que se adentró hasta cien metros de la costa, y en Paracas las olas alcanzaron los 5 m de altura.

(47)

2.2.6 Mecanismos focales en el Perú

Usualmente los sismos ocurrentes entre la línea costera y fosa peruana tienen un mecanismo focal de falla inversa con planos nodales orientados en dirección N-S (región norte) y NO-SE (región centro y sur) tal como se muestra en la Figura 2.10. Los sismos frente al Callao se caracterizan por presentar uno de los planos nodales próximo a la vertical buzando hacia el Oeste y el otro casi horizontal con buzamiento hacia el Este. Estos mecanismos focales son típicos de la zona de subducción en la región central del Perú (subducción de tipo casi horizontal), siendo el plano de falla con buzamiento hacia el Este asociado al proceso de la subducción. Los sismos que se producen a lo largo de esta zona presentan un incremento en sus profundidades de Oeste a Este.

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Figura 2.10 Mecanismos focales de terremotos en Perú (M>5.0 Mw) según el catálogo del CMT 1976-2016 (www.globalcmt.org, acceso: Feb 2016).

2.2.7 Zonas de silencio o “Gaps” Sísmicos

Un “gap sísmico” o “zona de silencio” es aquella zona en la cual no se ha

producido durante un periodo de tiempo del orden de decenas o centenas de años un sismo de magnitud elevada y que en la actualidad se encuentra rodeada por otras zonas que si produjeron sismos. Las dimensiones de los “gaps” sísmicos permiten aproximar el tamaño del sismo que se producirá en el futuro, así como las dimensiones del área a ser afectada (Tavera y Bernal, 2005).

En las zonas de "gap sísmico" existe una gran cantidad de energía potencial elástica acumulada lo que se deduce mediante la vigilancia geodésica de la tasa de deformación de la corteza. La determinación de los límites del “gap”

(49)

en qué momento y sitio exacto se producirán. Sin embargo, existe una alta posibilidad de que ocurran eventos sísmicos fuertes en los “gaps” sísmicos. La sismicidad histórica y la base de datos de los catálogos sísmicos (sismicidad instrumental) han permitido evaluar la presencia aleatoria en el borde oeste de Perú de diversas áreas de ruptura y otros de “gaps” sísmicos desde el año 1500

a la fecha. En la actualidad las áreas más relevantes comprometidas con la posible ocurrencia futura de un sismo según el mapa (Figura 2.11) de “gaps” sísmicos son:

a) “Gap” sísmico de Trujillo-Chiclayo. - Con una longitud de alrededor de 350 km en el área norte del Perú, entre Trujillo y Chiclayo. Según la relación empírica de Papazachos et al. (2004), la magnitud potencial sería de alrededor de 8.6 Mw.

b) “Gap” sísmico de Chancay-Huarmey. - En el área norte del departamento de Lima, de Chancay a Huarmey con una longitud de casi 200 km. La magnitud potencial sería de alrededor de 8.2 Mw. Pero, si la ruptura fuera desde Cañete hasta Huarmey (abarcando la geometría de ruptura del sismo de Lima de 1974) se tendría una longitud de ruptura de 390 km, lo que podría generar un sismo de alrededor de 8.7 Mw.

c) “Gap” sísmico de Yauca-Atico. - Con una longitud de alrededor de 115

km, está ubicada al sur del departamento de Ica y norte del departamento de Arequipa, entre las ciudades de Yauca y Atico. La magnitud potencial sería de alrededor de 7.7 Mw.

d) “Gap” sísmico de Ilo-Arica. - Con una longitud de 150 km, ubicada frente

a los departamentos de Moquegua y Tacna, entre las áreas de ruptura de los sismos de Camaná 2001 y norte de Chile 1877. La magnitud potencial sería de alrededor de 8.0 Mw.

e) “Gap” sísmico de Arica-Antofagasta. - Con una longitud de más de 500 km,

(50)

(51)

2.2.8. Modelado numérico de maremotos

Un modelo de simulación numérica es una técnica matemática para resolver ecuaciones diferenciales en derivadas parciales cuya solución analítica es extremadamente difícil o no es posible a la fecha obtenerla. Para realizar la simulación numérica se discretiza las ecuaciones utilizando métodos numéricos como las diferencias finitas, elementos finitos, etc. De esta manera se obtiene una solución numérica de dichas ecuaciones diferenciales (Jimenez 2015).

“TUNAMI” es un modelo basado en teoría lineal y no lineal de propagación

de ondas en aguas someras y en calcular ecuaciones de continuidad y momento lineal usando el método de diferencias finitas según el esquema del “salto de rana”. Para la grilla de propagación se utiliza el modelo lineal con coordenadas

esféricas y para la grilla de inundación se utiliza el modelo no-lineal con coordenadas cartesianas.

2.2.8.1 Generación de un tsunami

De la teoría de Okada (1992) se obtiene la región de deformación debido a una fuente rectangular finita y homogénea en un medio lineal. En primer lugar, se supone que la deformación del océano es instantánea y similar que la deformación del fondo marino o batimetría debido a que el fluido es incompresible. Para un caso real se puede aplicar el principio de superposición para obtener el campo de deformación de un modelo de fuente compuesto, pero para esto necesariamente se necesitarán aplicarár técnicas numéricas para su resolución.