UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
ESTUDIO Y PROPOSICIÓN DE UNA LEY DE ATENUACIÓN DE ACELERACIÓN SÍSMICA PARA LA ZONA CENTRAL DE CHILE
LUCAS PRADO CORREA
MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL EN OBRAS CIVILES PROFESOR GUÍA: JORGE CREMPIEN LABORIE MEMORIA ING-037/10 SANTIAGO, SEPTIEMBRE DE 2010
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
ESTUDIO Y PROPOSICIÓN DE UNA LEY DE ATENUACIÓN DE ACELERACIÓN SÍSMICA PARA LA ZONA CENTRAL DE CHILE
LUCAS PRADO CORREA
Memoria presentada a la Comisión integrada por los profesores: PROFESOR GUÍA: JORGE CREMPIEN LABORIE REPRESENTANTE DEL DECANO: JOSÉ ANTONIO ABELL PROFESOR INVITADO: RODRIGO FERNANDEZ SANTIAGO, SEPTIEMBRE DE 2010
AGRADECIMIENTOS Se agradece a cada uno de los autores citados en la bibliografía, ya que sin sus respectivas investigaciones esta memoria no habría sido posible.
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ÍNDICE GENERAL RESUMEN ...................................................... ............................................................................................................. ....................................................................VI .............VI 1. INTRODUCCIÓN......................................................................................................1 1.1 GENERALIDADES ........................................................................................................1 1.2 CONCEPTOS DE SISMOLOGÍA ......................................................................................2 1.2.1 Tectónica de Placas ................................................. ............................................................................................ ........................................... 2 1.2.2 Mecanismo de Subducción ......................................................... ................................................................................. ........................ 3 1.2.3 Ondas Sísmicas........................................................ Sísmicas. .................................................................................................. ........................................... 4 1.2.4 Magnitud e Intensidad de un Sismo .................................................... ................................................................... ............... 6 1.3 OBJETIVOS .................................................................................................................8 1.3.1 Objetivo General............................................. General................................................................................................. .................................................... 8 1.3.2 Objetivos Específicos ....................................................... ......................................................................................... .................................. 8 2.
BASE DE DATOS .................................................. ...................................................................................................... .................................................... 9 2.1 GENERALIDADES ........................................................................................................9 2.2 ESTUDIOS A NTERIORES ............................................................................................10 2.3 BASE DE DATOS I NICIAL ..........................................................................................12 2.4 HOMOGENEIZACIÓN DE LA BASE DE DATOS .............................................................13 2.4.1 Corrección y Eliminación de Registros ........................................................ ............................................................ .... 13 2.4.2 Diferenciación del Tipo de Sismogénesis .................................................... ........................................................ .... 14
3.
LEYES DE ATENUACIÓN ..................................................... .................................................................................... ............................... 17 3.1 GENERALIDADES ......................................................................................................17 3.2 OBTENCIÓN DE LEYES DE ATENUACIÓN...................................................................18 3.2.1 Validez de los Datos................................................ Datos ......................................................................................... ......................................... 18 3.2.2 Ley de Atenuación Propuesta ..................................................... ........................................................................... ...................... 20
4.
COMPARACIONES CON OTRAS LEYES DE ATENUACIÓN ...................... 27 4.1 COMPARACIÓN CON LEYES DE ATENUACIÓN HISTÓRICAS .......................................27 4.2 COMPARACIÓN CON LEYES DE ATENUACIÓN QUE CONSIDERAN MECANISMO Y TIPO DE SUELO ...........................................................................................................................29 4.3 COMPARACIÓN CON LEYES DE ATENUACIÓN QUE CONSIDERAN EFECTOS DEL SUELO Y ASPEREZAS PARA SISMOS I NTERPLACA NTERPLACA TIPO THRUST .....................................................31 4.4 COMPARACIÓN CON LEYES DE ATENUACIÓN PARA ZONAS DE SUBDUCCIÓN DE OTRAS PARTES DEL MUNDO ..............................................................................................33
5. 6. 7.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................. ..................................................... .... 37 BIBLIOGRAFÍA .................................................... ...................................................................................................... .................................................. 39 ANEXOS ............................................... ...................................................................................................... .................................................................... ............. 42 A.1 BASE DE DATOS ......................................................................................................42
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INDICE DE TABLAS TABLA 3.1 NÚMERO DE EVENTOS EVENTOS AGRUPADOS POR MAGNITUD MAGNITUD Y TIPO DE MECANISMO MECANISMO ..... 19 TABLA 3.2 VALOR DEL PARÁMETRO D EN FUNCIÓN DEL RANGO DE MAGNITUDES................ MAGNITUDES............ .... 20 TABLA 3.3 VALOR DEL PARÁMETRO K EN FUNCIÓN DEL PARÁMETRO D Y RANGO DE MAGNITUDES.......................... MAGNITUDES........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................ .......... 22 TABLA 3.4 VALORES VALORES DE COEFICIENTES DE LA RECTA..................................... RECTA.................................................. ........................... .................... ...... 23 TABLA 3.5 RESUMEN DE LOS PARÁMETROS PARÁMETROS A Y B ........................... ......................................... ............................ ............................ ...................... ........ 23 TABLA 3.6 PARÁMETROS DE REGRESIÓN PARA SISMOS MS≤8,0 Y MS≤9,0 ........................... ..................................... .......... 24 TABLA 4.1 PARÁMETROS DE DISTINTAS CURVAS DE ATENUACIÓN PROPUESTAS PARA LA ZONA CENTRAL DE CHILE.................................... CHILE.................................................. ............................ ........................... ........................... ............................ .................... ...... 28 TABLA 4.2 PARÁMETROS PARÁMETROS DE LAS CURVAS DE ATENUACIÓN.................... ATENUACIÓN.................................. ............................ ........................ .......... 29 TABLA 4.3 PARÁMETROS PARÁMETROS DE LAS CURVAS DE ATENUACIÓN.................... ATENUACIÓN.................................. ............................ ........................ .......... 31 TABLA 4.4 LEYES DE ATENUACIÓN PARA ZONAS DE SUBDUCCIÓN A LO LARGO DEL MUNDO .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ...................... ........ 33 TABLA 4.5 PARÁMETROS PARÁMETROS DE LEYES DE ATENUACIÓN ATENUACIÓN ........................... ......................................... ............................ ............................ ................ 34
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INDICE DE ILUSTRACIONES FIGURA 1.1 SUBDUCCIÓN DE PLACAS...................................................................................................... 3 FIGURA 1.2 ONDAS DE CUERPO. ................................................................................................................ 5 FIGURA 1.3 ONDAS SUPERFICIALES.......................................................................................................... 5 FIGURA 2.1 PERFIL DE SUBDUCCIÓN Y MECANISMOS DE SISMOGÉNESIS................................... 15 FIGURA 3.1 REGRESIÓN DE LOS REGISTROS SEGÚN RANGOS DE MAGNITUDES ....................... 22 FIGURA 3.2 CURVAS DE ATENUACIÓN PARA MAGNITUD DE DISEÑO........................................... 25 FIGURA 3.3 LEY DE ATENUACIÓN PROPUESTA PARA SISMOS INTERPLACA TIPO THRUST..... 26 FIGURA 4.1 COMPARACIÓN LEY DE ATENUACIÓN CON CURVAS HISTÓRICAS PARA MS=7,5. 28 FIGURA 4.2 COMPARACIÓN LEY DE ATENUACIÓN PROPUESTA CON CURVAS QUE CONSIDERAN TIPO DE SUELO PARA MS=7,5 FIGURA 4.4 COMPARACIÓN LEY DE ATENUACIÓN PROPUESTA CON CURVAS DE OTRAS ZONAS DE SUBDUCCIÓN PARA MS=7,5. ........................................................................................ 35 FIGURA 4.5 COMPARACIÓN LEY DE ATENUACIÓN PROPUESTA CON CURVAS DE OTRAS ZONAS DE SUBDUCCIÓN PARA MS=7,5. ........................................................................................ 36
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NOMENCLATURA A
Área de ruptura, [m2]; Parámetro ley de atenuación
B
Parámetro ley de atenuación
C
Parámetro ley de atenuación
C1
Parámetro ley de atenuación
C2
Parámetro ley de atenuación
C3
Parámetro ley de atenuación
C4
Parámetro ley de atenuación
C5
Parámetro ley de atenuación
C6
Parámetro ley de atenuación
D
Deslizamiento entre placas, [m]; Parámetro ley de atenuación
E
Energía liberada por un terremoto, [ergs]
H
Profundidad de la falla, [km]
K
Parámetro para calibrar B
M
Magnitud de Richter
Mo
Momento sísmico, [N . m]
Ms
Magnitud de Richter
Mw
Magnitud de momento
R
Distancia hipocentral, [km]
a
Aceleración máxima del suelo, [cm/s2] o [g]
µ
Caída de tensión en la falla, [Pa]
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RESUMEN La alta sismicidad que presenta Chile debido a la interacción entre la Placa de Nazca y la Placa Sudamericana pone en riesgo tanto a obras de ingeniería como a vidas humanas. A lo largo de la historia la ciencia ha ido avanzando progresivamente en el área de la sismología, aclarando conceptos claves que explican los distintos mecanismos de sismogénesis a lo largo del mundo, las clases de sismos que pueden ser generados por dichos mecanismos y las eventuales repercusiones que puedan tener estos tanto en estructuras como en la vida de las personas. Dichos conocimientos y la recopilación de registros sísmicos a lo largo del tiempo permite establecer, mediante metodologías definidas, el peligro sísmico asociado a una región o una localidad dentro de ella previamente definida. Se entiende por peligro sísmico a la probabilidad de exceder un determinado nivel de sacudida del terreno en dicha localidad para un lapso de tiempo dado. En gran parte de los casos el nivel de sacudida corresponde a la aceleración máxima experimentada por éste para un sismo. Para definir mapas de peligro sísmico se debe conocer a cabalidad la sismicidad del área de estudio, sus mecanismos de sismogénesis, su distribución espacial y temporal y las leyes de atenuación, esto es como decae la aceleración máxima del terreno con su distancia al epicentro.
Varios estudios han
propuesto relaciones de atenuación para todas partes del mundo, en particular para Chile, donde la cantidad de registros disponibles para definir dichas leyes es esencial. De acuerdo a ello, la constante recopilación de registros sísmicos a lo largo del tiempo permite ir perfeccionando las leyes de atenuación, lo que permite obtener riesgos sísmicos más precisos. El objetivo de esta memoria es proponer nuevas leyes de atenuación para la zona central de Chile utilizando una base de datos que incluye una gran cantidad de registros, lo que permitirá llevar a cabo cálculos de peligro sísmico más confiables.
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1.
INTRODUCCIÓN
1.1
GENERALIDADES Es bien sabido que Chile es uno de los países más sísmicos del mundo. A lo largo
de la historia, este país ha sido sometido a una inmensa cantidad de sismos, ya sean leves, moderados o severos.
Debido al constante desarrollo humano, en particular las
construcciones de grandes ciudades y obras de ingeniería, el peligro sísmico aumenta año tras año al poner a prueba cada vez a más estructuras, las cuales a su vez ponen en riesgo a vidas humanas. Por este motivo, se debe estudiar la sismicidad y sus efectos con el objeto de reducir la pérdida de vidas humanas, en primer lugar, y también reducir las pérdidas económicas, en segundo lugar. Gracias a la gran cantidad de investigaciones que se realizan constantemente en el área de peligro sísmico, se han ido perfeccionando diversos métodos y técnicas que permiten comprender y obtener estimaciones de los diversos parámetros y fenómenos de los movimientos sísmicos. En particular, se han logrado grandes avances en el área para el caso de los terremotos chilenos. La sismicidad en la zona central de Chile es producto de la interacción de la placa Nazca con la placa Continental a través de un mecanismo de subducción, el cual es distinto a otros mecanismos de otras partes del mundo. Por este motivo, no se pueden usar modelos desarrollados para otras regiones. De aquí nace la necesidad de estudiar la sismicidad nacional y de usar datos recolectados en la región para que los modelos usados sean confiables. Debido a que periódicamente se registran nuevos sismos a lo largo de todo el mundo, el uso de dichos datos en estudios de sismología y peligro sísmico permiten profundizar los conocimientos del área, calibrando a su vez herramientas que puedan ser usadas para evaluar el potencial riesgo asociado a terremotos para un área definida. Es imperativo actualizar constantemente dichos estudios para cada zona particular a medida que se cuenten con nuevos registros, de tal forma de obtener cada vez herramientas más
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asertivas para predecir potenciales riesgos y definir los procedimientos de mitigación pertinentes. Uno de los factores importantes de cualquier estudio de riesgo sísmico está en contar con leyes de atenuación de ondas sísmicas que representen bien la realidad, ya que así se podrán definir aceleraciones máximas del suelo en función de la posición geográfica, las cuales certificarán diseños seguros para las obras de ingeniería. De acuerdo a ello, el presente estudio tiene como objetivo principal establecer nuevas leyes de atenuación de ondas sísmicas para la zona central de Chile, considerando el estado de la técnica y comparando con otras expresiones propuestas.
1.2
CONCEPTOS DE SISMOLOGÍA
1.2.1 TECTÓNICA DE PLACAS La tectónica de placas es una rama de la geología que estudia los componentes, comportamientos y mecanismos de interacción involucrados en las placas que conforman la superficie de la tierra (corteza).
Dichas placas, denominadas placas tectónicas, se
encuentran sobre el manto en estado plástico, debido a que una porción de sus componentes se encuentran en estado semilíquido. En el manto, debido al gradiente de temperatura, de presión y de densidad, se producen corrientes de convección que provocan arrastre sobre las placas obligándolas a moverse (Wegener, 1910). La convergencia entre placas ocasiona un aumento en las tensiones internas del material litosférico en los puntos de contacto, provocando eventuales fracturas o deslizamientos relativos bruscos de las placas cuando se superan las resistencias máximas. Cuando estos desplazamientos bruscos o rupturas se producen, generan ondas que se propagan por el medio y la superficie, generándose un sismo. El lugar físico desde donde se inicia la falla se denomina hipocentro y la proyección del hipocentro en la superficie terrestre se denomina epicentro.
2
1.2.2 MECANISMO DE SUBDUCCIÓN El mecanismo de subducción entre placas consiste en que al converger dos placas litosféricas, una se hunde bajo la otra (ver Figura 1.1). En el caso de Chile, la placa Nazca se hunde bajo la placa Sudamericana, creando un área de contacto entre placas de profundidad variable, lo que ocasiona distintos tipo de sismos. En la actualidad, para las latitudes comprendidas entre 15ºS y 45ºS, las placas Sudamericana y Nazca convergen con una rapidez de 7 [cm/año] y un azimut promedio de N78ºE, respectivamente (Norambuena et al ., 1998).
Figura 1.1: Subducción de Placas
La zona de subducción chilena se caracteriza por producir 4 tipos de terremotos: interplaca tipo thrust, intraplaca de profundidad intermedia, intraplaca cortical e intraplaca oceánica; siendo los más importantes para la ingeniería sísmica los tres primeros. En la actualidad, se cuentan con pocos registros de sismos intraplaca cortical (Campos et al ., 2005), por lo cual los estudios de peligro sísmico se realizan para los dos primeros tipos. Los sismos interplaca tipo thrust se caracterizan por tener epicentros marítimos y abarcar grandes longitudes de ruptura. Los sismos intraplaca de profundidad intermedia se
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caracterizan por tener sus epicentros en el continente, lo que conlleva sismos más destructivos que el tipo anterior, aún cuando tienen menores longitudes de ruptura.
1.2.3 ONDAS SÍSMICAS La acumulación de energía elástica en distintas zonas de las placas debido a la convergencia entre éstas da lugar a fallas debido a la fatiga del material de la corteza terrestre, la que libera la energía acumulada en forma de calor y ondas sísmicas hacia todas las direcciones. Existen dos tipos de ondas sísmicas:
•
Ondas de cuerpo (ver Figura 1.2): Son aquellas que viajan a través del volumen de la tierra, por lo cual su atenuación está en proporción al cubo de la distancia recorrida. Se distinguen entre dos tipos de ondas de cuerpo:
o
Ondas P (ondas primarias): Son ondas que producen dilatación y compresión de la corteza en la misma dirección en que se propaga la onda.
o
Ondas S (ondas secundarias): Son ondas que producen deformaciones por esfuerzos de corte en la corteza (deformaciones perpendiculares a la trayectoria de la onda).
•
Ondas superficiales (ver Figura 1.3): Son aquellas que viajan por la superficie terrestre, por lo cual su atenuación está en proporción al cuadrado de la distancia recorrida. Se distinguen entre dos tipos de ondas superficiales:
o
Ondas de Love: Se originan cuando las ondas S llegan a la superficie, por lo cual producen deformaciones por esfuerzos de corte en el material.
o
Ondas de Rayleigh: Se originan cuando las ondas P llegan a la superficie, produciendo deformaciones similares a las que vienen dadas por la propagación de ondas en la superficie de un líquido.
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Figura 1.2: Ondas de Cuerpo
Figura 1.3: Ondas Superficiales
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1.2.4 MAGNITUD E INTENSIDAD DE UN SISMO Para saber qué tan severo fue un sismo dado, existen dos conceptos: intensidad y magnitud. La intensidad de un sismo es una medida subjetiva asociada a la percepción de la población del movimiento telúrico y los a daños materiales ocasionados por este. Por ello, un mismo sismo tendría una intensidad superior en una zona en que las construcciones no sean sismorresistentes, a uno en que sí se contara con estructuras aptas para resistir dicho evento. El tipo de suelo también es un factor influyente en la intensidad de un terremoto, debido a diversos fenómenos tales como amplificación topográfica de ondas, fallas estructurales por suelos deficientes, etc. La escala comúnmente usada para medir la intensidad es la Escala de Mercalli Modificada. La escala establece doce grados en números romanos, donde cada grado está asociado a la perceptibilidad del sismo y los daños ocasionados. El grado I corresponde a un sismo “muy débil” y el grado XII corresponde a un sismo “catastrófico”. La magnitud de un sismo es una medida objetiva, proporcional a la energía liberada por la falla. Su definición fue propuesta por Richter como el logaritmo en base 10 de la amplitud máxima de la traza registrada por un sismógrafo Wood-Anderson (aparato que sirve para medir la aceleración de la superficie terrestre durante un sismo) ubicado a 100 kilómetros del epicentro, por lo cual es única para el evento. Se puede ver que la definición anterior es arbitraria, pero es una forma objetiva de cuantificar la energía liberada por un terremoto, teniéndose la siguiente relación entre energía (E) y magnitud de Richter (Ms): (1,1) Debido a la relación logarítmica entre energía y magnitud en Ec(1.1), para valores de Ms superiores a 7, la variación de energía liberada es enorme, lo cual se aleja de la realidad. Por esta razón se ha establecido otra forma para medir la magnitud, denominada Momento Sísmico (Mo), el cual fue definido por Kanamori (1979) a partir de la caída de
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tensión en la falla (µ), el área de ruptura (A) y el deslizamiento entre placas (D), mediante Ec(1.2): (1.2) Luego se define otra escala para medir la magnitud, denominada Magnitud de Momento (Mw), de la siguiente forma: (1.3) De acuerdo a la definición anterior, el terremoto de mayor magnitud registrado en la historia corresponde al ocurrido el 22 de Mayo de 1960 en Valdivia, Chile, alcanzando una magnitud de momento de 9,6 grados. El terremoto del 27 de Febrero de 2010, ocurrido en Maule, Chile, tuvo una magnitud de momento de 8,8.
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1.3
OBJETIVOS
1.3.1 OBJETIVO GENERAL El presente estudio tiene como objetivo principal proponer una nueva relación de atenuación de ondas sísmicas para la zona central de Chile, considerando registros históricos y recientes.
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS •
Establecer una ley de atenuación para la zona central de Chile diferenciando entre los distintos mecanismos, considerando las distancias más cortas a las asperezas para el terremoto de Valparaíso de 1985 e incorporando en la base de datos el terremoto del Maule, ocurrido el 27 de Febrero de 2010.
•
Comparar las relaciones obtenidas con leyes propuestas en trabajos anteriores.
•
Realizar un análisis de sensibilidad de los parámetros de atenuación al incluir en la base de datos el terremoto del Maule del 27 de Febrero de 2010.
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2.
BASE DE DATOS
2.1
GENERALIDADES El estudio de los mecanismos y rupturas que generan un terremoto, la amplitud de
las ondas, los movimientos del suelo y cualquier otro parámetro relevante al sismo, debe ser llevado a cabo mediante un análisis exhaustivo de los registros sísmicos que se hayan registrado a lo largo del tiempo, complementándose además con los análisis in situ correspondientes. La obtención de registros sísmicos se lleva a cabo mediante el uso de sismógrafos y acelerógrafos. El sismógrafo es un instrumento utilizado para registrar el desplazamiento del terreno durante un sismo; el registro obtenido, llamado sismograma, es una representación amplificada del movimiento en función del tiempo. El acelerógrafo es un instrumento que registra la aceleración del suelo en función del tiempo; de dichos datos se pueden construir gráficos que relacionan la aceleración del suelo con el tiempo, llamados acelerogramas. Para definir leyes de atenuación en una zona, que luego permitan definir mapas de riesgo sísmico, es preciso contar con una amplia base de registros sísmicos de dicha zona y en algunos casos puede ser útil complementar con datos de otras regiones que presenten similitudes en términos de mecanismo de convergencia entre placas y sismogénesis. Dicha base de datos debe indicar la magnitud de cada sismo, aceleración del suelo, profundidad de ruptura, fecha de ocurrencia, latitud y longitud del epicentro y latitud y longitud de la estación de registro. Para un sismo dado se puede tener más de un registro, dependiendo de cuantas estaciones de registro han monitoreado dicho evento. Las bases de datos deben revisarse para asegurar la calidad de los datos, su completitud y homogeneidad. Una vez revisada la base de datos, se puede proceder a efectuar estudios usando herramientas como regresión lineal para determinar las tendencias de ésta. Los datos se pueden separar por tipo de suelo, mecanismo, etc.
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2.2
ESTUDIOS ANTERIORES Los estudios de peligro sísmico se han ido perfeccionando a lo largo de las últimas
décadas alrededor de todo el mundo. En particular, el primer estudio de este tipo asociado a Chile fue realizado por F. Greve (1948), quien calculó factores de seguridad de la respuesta sísmica para distintas estructuras en varios puntos del país. Posteriormente, diversos investigadores han llevado a cabo cálculos probabilísticas de peligro sísmico asociado a distintas zonas de Chile (Lomnitz, 1969; Araya, Barrientos, Crempien, Saragoni, 1980; Villablanca, Ridell, 1985; Martin, 1990; Algermissen et al ., 1992; Romanoff, 1999; Crempien, 2000; Álvarez et al ., 2002; Silva, 2008). En estos trabajos se han determinado curvas de atenuación y/o modelos de ocurrencia, pero han tenido problemas de escasez de datos para el caso chileno, o de falta de datos en regiones epicentrales. De acuerdo a investigaciones desarrolladas por Ruff y Kanamori (1980) y Heaton y Kanamori (1984), se ha mostrado que las características de un terremoto subductivo, como es el caso de los terremotos chilenos, dependen de las edades de las placas tectónicas, las propiedades de éstas en la zona de contacto y sus velocidades de convergencia. No obstante, existen varios estudios internacionales para zonas subductivas que, debido a la escasez de registros locales, combinan registros de este clase de mecanismo de distintas partes del mundo (Youngs et al ., 1997; Atkinson y Boore, 2003), a pesar de las diferencias significativas entre estos sismos para distintas regiones, como lo ilustra Ruiz y Saragoni (2005c). Sin embargo, a partir del terremoto de 1985 y sus réplicas junto con los sismos posteriores, Chile cuenta con una base de datos bastante robusta lo que permite obtener relaciones de atenuación empíricas con muchos más datos que garantizan las tendencias. Actualmente existen publicaciones que establecen leyes de atenuación para la zona central de Chile considerando únicamente registros históricos locales (Arias y Crempien, 1989; Crempien, 2001; Ruiz, 2002; Ruiz y Saragoni, 2005). Publicaciones recientes han determinado además leyes de atenuación para los sismos chilenos de la zona central, diferenciando entre registros de eventos interplaca tipo thrust e intraplaca de profundidad intermedia, considerando a su vez los efectos del suelo (Ruiz y Saragoni, 2005a). Youngs y
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otros (1997) y Atkinson y Boore (2003) ya habían obtenido relaciones de atenuación considerando estos dos mecanismos de sismogénesis para una zona de subducción, sin embargo en sus bases de datos incluyen zonas de subducción pertenecientes a otras partes del mundo, y, como se vio anteriormente, las aceleraciones máximas de la subducción chilena difiere con las aceleraciones máximas de otras partes del mundo. De esta forma, el estudio anterior es el primero en utilizar sólo registros chilenos, además de incluir los efectos del suelo, en la obtención de relaciones de atenuación. Ruiz y Saragoni (2005a) concluyen que existen diferencias en las leyes de atenuación para los dos mecanismos de sismogénesis considerados, lo que ilustra una importancia en hacer dicha diferenciación. De acuerdo a ello, un estudio similar con la incorporación de un mayor número de registros, permitirá seguir perfeccionando dichas leyes. En general, al definir fórmulas de atenuación, el parámetro del suelo suele expresarse en función de la magnitud y la distancia más cercana a la falla, o bien la distancia hipocentral o la distancia epicentral. Sin embargo, el considerar la distancia epicentral, la distancia hipocentral o la distancia más cercana a la falla puede no ser correcto, debido a que se ha visto que para terremotos de altas magnitudes y grandes áreas de ruptura suelen liberar la energía a través de distintas asperezas y no de un solo punto, lo cual explica la presencia de altos valores de aceleraciones del suelo lejos de la fuente inicial. Ejemplos de lo anterior son el terremoto de 1985 en Valparaíso, Chile, y el terremoto de 1985 en Michoacán, México; donde el primero presenta múltiples asperezas mientras que el segundo presenta dos grandes asperezas que dominan la ruptura (Houston y Kanamori, 1986). De acuerdo a ello, el considerar la distancia a la aspereza más cercana para la ley de atenuación establece relaciones más precisas, tal como concluyen Ruiz y Saragoni (2005b) los cuales consideran las asperezas del terremoto de Valparaíso de 1985 definidas por Ruiz (2002) mediante métodos empíricos. Cohee et al. (1991) desarrollaron también fórmulas de atenuación que consideran la distancia más cercana a las asperezas para la zona de subducción de Cascadia, obteniendo resultados similares. No obstante, las leyes de atenuación obtenidas por Ruiz y Saragoni (2005b) consideran sólo 44 registros, por lo cual aún pueden obtenerse relaciones mejores al agregar a dicha base de datos
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registros de sismos de magnitudes menores que presenten una única fuente de emanación de energía. En vista de las investigaciones abordadas en los párrafos anteriores, se concluye que para poder establecer leyes de atenuación que se ajusten a la realidad de la sismotectónica de la zona central de Chile, se debe contar en primera instancia con una base de datos de registros sísmicos amplia, donde se indique la fecha y magnitud de cada evento, profundidad de ocurrencia, distancia epicentral y aceleración máxima. Debe asignarse además un mecanismo de sismogénesis a cada registro, ya sea interplaca tipo thrust o intraplaca de profundidad intermedia, en función de la posición geográfica del evento, su profundidad y la geometría de la subducción de las placas tectónicas. A dichos datos se deben agregar aquellos provenientes del terremoto de Valparaíso de 1985, indicándose cada estación de registro, su distancia a la aspereza más cercana y la aceleración máxima del suelo. Con ello, se podrá contar con una base de datos apropiada para establecer relaciones de atenuación empíricas con coeficientes de correlación aceptables.
2.3
BASE DE DATOS INICIAL En principio se disponía de una base de datos de 2.529 registros correspondientes a
sismos ocurridos entre las fechas 12/09/1945 y 22/12/2000, con magnitudes variables entre 0,0 y 7,8. Esta base de datos está conformada por datos obtenidos a través de la Red Nacional de Acelerógrafos operada por la Universidad de Chile y datos de la Red Acelerográfica del Departamento de Estructuras de la Pontificia Universidad Católica de Chile. Se agregó a dicha base 29 registros obtenidos para el terremoto del Maule de magnitud 8,8, ocurrido el 27 de Febrero de 2010; llegando así a un total de 2.558 registros sísmicos, asociados a la zona comprendida entre Los Vilos por el norte y Cauquenes por el sur. Dichos datos se encuentran ordenados en una tabla de 11 columnas correspondientes a la fecha de ocurrencia, la latitud y longitud de la estación de registros, la latitud y la longitud del epicentro, el nombre de la estación de registros, la dirección del movimiento registrado, la aceleración máxima, la magnitud, la profundidad del evento y la distancia
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epicentral. Debido que para una gran cantidad de los registros, exceptuando los del terremoto del Maule, no se indicaba algún parámetro importante tal como la magnitud, aceleración máxima, o distancia epicentral, debió filtrarse la base de datos para contar sólo con datos relevantes.
2.4
HOMOGENEIZACIÓN DE LA BASE DE DATOS
2.4.1 CORRECCIÓN Y ELIMINACIÓN DE REGISTROS El primer paso en la homogeneización de la base de datos consistió en eliminar aquellos registros incompletos o que no presentan utilidad para los objetivos del presente estudio. En efecto, se eliminaron aquellos datos que cumplían uno o más de los siguientes aspectos:
•
No se indica magnitud
•
No se indica distancia epicentral y no es posible calcularla a partir de la posición de la estación de registros y posición del epicentro
•
Magnitud menor a 4,0
•
Registro de componente vertical
La eliminación de registros con magnitudes menores a 4,0 se llevó a cabo debido a la baja confianza que presentan las mediciones para eventos de tales órdenes. Los registros de componentes verticales también fueron extraídos de la base de datos ya que se pretenden obtener leyes de atenuación sólo para aceleraciones horizontales del suelo. Una vez llevada a cabo las eliminaciones anteriores, se procedió a modificar los registros del terremoto de Valparaíso del 3 de Marzo de 1985, cambiando las distancias hipocentrales no corregidas por aquellas que consideran la distancia de la estación de registro a la aspereza más cercana, de acuerdo a las asperezas definidas por Ruiz (2002).
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De acuerdo a las modificaciones anteriores, se redujo el número de registros a un total de 1.684 datos.
2.4.2 DIFERENCIACIÓN DEL TIPO DE SISMOGÉNESIS Se ha visto que estudios anteriores han dejado en evidencia que los dos mecanismos principales de sismogénesis en Chile presentan diferencias en sus leyes de atenuación (Ruiz y Saragoni, 2005a), por lo cual es importante diferenciar dichos eventos para obtener relaciones adecuadas. Se puede definir el tipo de sismogénesis en función de la longitud del evento y su profundidad y la geometría subductiva que presentan las placas Nazca y Sudamericana, considerando la Figura 2.1.
Dicha figura corresponde a un perfil
esquemático de la zona central de Chile (latitud 33,5º), en el cual se puede apreciar la subducción entre placas, la ciudad de Santiago y la Cordillera de los Andes. Para la definición del tipo de sismogénesis se supuso que la geometría representada en la Figura 2.1 no presenta grandes cambios a lo largo de la zona de estudio.
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Figura 2.1: Perfil de Subducción y Mecanismos de Sismogénesis
Todos los eventos pertenecientes a la zona (A) de la Figura 2.1 se definieron como evento del tipo interplaca tipo thrust; aquellos pertenecientes a la zona (B) se definieron como eventos del tipo intraplaca de profundidad intermedia; aquellos pertenecientes a la zona (C) se definieron como eventos corticales. Una vez aplicada la diferenciación anterior, se obtuvieron 878 registros pertenecientes al tipo interplaca tipo thrust, 755 registros pertenecientes al tipo intraplaca de profundidad intermedia y 21 registros pertenecientes al tipo cortical. 30 registros fueron eliminados debido a que su mecanismo de sismogénesis no pudo ser definido mediante el criterio anterior. Se eliminaron además los eventos del tipo cortical ya que dicha escasez de registros no permite obtener relaciones empíricas.
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La base de datos correspondiente a sismos del tipo interplaca tipo thrust y a sismos del tipo intraplaca de profundidad intermedia se adjunta en el Anexo A.1 en medio electrónico.
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3.
LEYES DE ATENUACIÓN
3.1
GENERALIDADES La atenuación de ondas sísmicas corresponde a la disminución de la amplitud de la
onda a medida que viaja a través del terreno o sobre la superficie de éste. Las ondas de cuerpo se atenúan más rápido que las ondas superficiales debido a que las primeras tienen una frecuencia más alta que las segundas. Sin embargo, al definir relaciones de atenuación empíricas, se establecen expresiones que no diferencian entre tipos de onda, por lo cual el orden de atenuación viene dado de acuerdo a la regresión de los datos sobre una expresión previamente definida. Debido a la imposibilidad práctica de definir leyes de atenuación en función de todos los parámetros de los cuales ellas dependen, se supone que la atenuación de ondas sólo dependen de la magnitud del sismo y la distancia a la fuente. En general, los estudios anteriores desarrollados para distintas zonas tienen la expresión algebraica que sigue:
(3.1)
Donde a corresponde a la aceleración máxima del suelo, M corresponde a la magnitud del evento, R corresponde a la distancia de la fuente de emanación de energía, A,
B y D son parámetros arbitrarios definidos mediante regresión de los datos. Se ha visto en otros trabajos que para la subducción de Chile, el definir C como 60 [km] presenta bajas variaciones en los resultados, por lo cual se adoptará dicho valor. La forma de la Ec(3.1) está basada en consideraciones teóricas, donde el término de la exponencial se refiere a la relación entre magnitud y energía del evento; la distancia a la fuente de energía llevada a una potencia negativa hace alusión a la atenuación geométrica de una onda que se propaga en un medio desde una fuente puntual; y el término C es un
17
elemento correctivo en la zona de campo cercano a la suposición de una fuente puntual o lineal de emisión de energía sísmica.
3.2
OBTENCIÓN DE LEYES DE ATENUACIÓN
3.2.1 VALIDEZ DE LOS DATOS Se comenzó por confeccionar gráficos de Aceleración versus Distancia Hipocentral para todos los registros, separando por tipo de mecanismo de sismogénesis para distintos rangos de magnitud. Para cada gráfico se calculó además una regresión de mínimos cuadrados la cual también fue dibujada, con el propósito de saber si para cada rango de magnitud se cuenta con la cantidad suficiente de datos que permitan obtener leyes de atenuación coherentes. Se considera que la ley de atenuación es coherente cuando los parámetros A, B, y D de la Ec(3.1) toman valores positivos. En la Tabla 3.1 se resumen los gráficos realizados, indicándose el mecanismo, rango de magnitud considerado, número de registros disponibles en cada caso y resultado de la regresión.
18
Tabla 3.1: Número de Eventos Agrupados por Magnitud y Tipo de Mecanismo
Tipo de Mecanismo de Sismogénesis Interplaca Tipo Thrust
Intraplaca de Profundidad Intermedia
Rango de
Número de
Regresión
Número de
Regresión
Magnitud
Registros
Preliminar
Registros
Preliminar
4,0<=M<4,5
158
Incoherente
154
Incoherente
4,5<=M<5,0
226
Coherente
426
Coherente
5,0<=M<5,5
232
Coherente
100
Coherente
5,5<=M<6,0
74
Coherente
50
Incoherente
6,0<=M<6,5
74
Coherente
21
Incoherente
6,5<=M<7,0
16
Incoherente
0
-
7,0<=M<7,5
51
Coherente
4
Incoherente
7,5<=M<8,0
18
Coherente
0
-
8,0<=M<8,5
0
-
0
-
8,5<=M<9,0
29
Coherente
0
-
Total
878
755
Debido a la baja cantidad de registros en los rangos de magnitudes sobre 6,0 y al alto número de regresiones incoherentes obtenidas para el mecanismo intraplaca de profundidad intermedia, se decide obtener una ley de atenuación sólo para el mecanismo interplaca tipo thrust. Cabe observar que este mecanismo es el más relevante de estudiar ya que es el cual ha generado los sismos más devastadores a lo largo de la historia de Chile, como el de 1906, 1960, 1985 y 2010.
19
3.2.2 LEY DE ATENUACIÓN PROPUESTA La solidez de los registros disponibles para los sismos interplaca tipo thrust permitirá obtener una relación de atenuación válida para poder realizar posteriores estudios de peligro sísmico. Debido a la no uniformidad de las aceleraciones del suelo con respecto a la distancia, se comenzó por calcular el valor del parámetro D de la Ec(3.1) mediante una regresión de mínimos cuadrados de los datos con la forma logarítmica de dicha ecuación, correspondiente a la Ec(3.2): (3.2) El valor de D fue calculado por separado para los registros pertenecientes al rango de magnitudes M ≤ 8,0, como para la totalidad de ellos, obteniéndose los resultados expuestos en la siguiente tabla: Tabla 3.2: Valor del Parámetro D en Función del Rango de Magnitudes
Rango de Magnitudes
Valor de D
4,0<=M<8,0
1,264
4,0<=M<9,0
1,225
Recordar que los únicos registros de magnitudes mayores a 8,0 son los del terremoto del Maule del 27/02/2010, por lo cual la diferencia entre ambos valores de D corresponde únicamente a la influencia de dicho terremoto. En la Figura 3.1 se muestran ambas curvas obtenidas según la regresión. Se puede apreciar que las dos curvas presentan prácticamente la misma forma, y la única diferencia son los valores más altos de la aceleración cuando se incluye el terremoto del Maule, debido a su alta magnitud. La elección del valor definitivo de D será llevada a cabo luego de un posterior análisis de sensibilidad una vez definidos los parámetros restantes.
20
Para el cálculo de los parámetros A y B primero se definió el parámetro K, de acuerdo a la siguiente expresión: (3.3) La definición de K , según Ec(3.3), permite calibrar adecuadamente el parámetro B, de tal forma que la relación entre aceleración máxima del suelo y magnitud sea la correcta. De esta forma, la Ec(3.1) puede reescribirse como:
(3.4)
De acuerdo a Ec(3.4), se puede hacer una regresión para K para distintos rangos de magnitud y para los valores de D obtenidos en la regresión anterior. Esto es para los datos considerando el terremoto de Maule 2010 y sin ellos, a través de una regresión lineal del tipo: (3.5) En la Tabla 3.3 se muestran los valores de Ln(K ) y K obtenidos en función del rango de magnitudes y valor del parámetro D considerado.
21
Regresión de los Registros según Rangos de M agnitudes 1
] g [ n ó i c a r e l e c A
0,1
4,0<=M<8,0 4,0<=M<8,8
0,01
0,001 10
100
1000
Distancia Hipocentral [km]
Figura 3.1: Regresión de los Registros según Rangos de Magnitudes
Tabla 3.3: Valores del Parámetro K en Función del Parámetro D y Rango de Magnitudes
D = 1,264 Rango de
D = 1,225
Ln(K)
K
Ln(K)
K
4,0<=M<5,0
0,5842
1,79
0,7769
2,17
5,0<=M<6,0
1,5142
4,55
1,7217
5,59
6,0<=M<7,0
2,3547
10,53
2,5767
13,15
7,0<=M<8,0
3,9379
51,31
4,1276
62,03
8,0<=M<9,0
6,1197
454,71
6,3499
572,42
Magnitudes
22
Una vez obtenidos los valores de Ln(K ), se llevó a cabo una regresión lineal que permite estimar el valor de Ln(K ) para cualquier magnitud. Se obtuvieron las siguientes expresiones: Tabla 3.4: Valores de Coeficientes de la Recta
D = 1,264
D = 1,225
Ln(K ) = 1,3552·M - 5,6981
Ln(K ) = 1,3495·M - 5,8694
Observar que la forma logarítmica de Ec(3.3), dada Ec(3.6), tiene la misma forma que las ecuaciones de la Tabla 3.4; por lo tanto, los parámetros A y B se obtienen de forma directa para cada valor de D. En la Tabla 3.5 se resumen dichos valores. (3.6)
Tabla 3.5: Resumen de los Parámetros A y B
ln(A) A B
D = 1,264
D = 1,225
-5,6981
-5,8694
0,00335233 0,00282457 1,3552
1,3495
De acuerdo a la tabla anterior, quedan conocidos los valores de A y B para los distintos valores del parámetro D. Luego se cuenta con dos leyes de atenuación, de las cuales se ha de elegir una en función del coeficiente de correlación que tengan con los datos. En la Tabla 3.6 se resumen los parámetros de ambas leyes y el coeficiente de correlación obtenido entre cada expresión y los registros interplaca tipo thrust. En la Figura
23
3.2 se muestran ambas curvas graficadas para distancias hipocentrales entre los valores 10 y 600 kilómetros, para la magnitud de diseño M=8,5. Tabla 3.6: Parámetros de Regresión para Sismos Ms≤8,0 y Ms≤9,0
Parámetro A
Curva 1
Curva 2
Ms≤8,0
Ms≤9,0
0,003352329 0,00282457
B
1,3552
1,3495
C
60
60
Correlación 4,0<=M<=9,0
0,88
0,89
Correlación 4,0<=M<=8,0
0,91
0,91
De acuerdo a la tabla anterior, se aprecia que para ambas curvas se obtienen coeficientes de correlación aceptables, siendo el mismo valor cuando se consideran los eventos de magnitudes menores a 8,0. Nótese que la Curva 2 es la que incluye el terremoto del Maule, lo cual explica el ligero aumento del coeficiente de correlación, con respecto a la Curva 1, para el caso en que se consideran la totalidad de los datos.
24
Leyes de Atenuación para Sismos Interplaca Tipo Thrust 10
] g [ a 1 m i x á M n ó i c a r e 0,1 l e c A
Curva 1, M=8,5 Curva 2, M=8,5
0,01 10
100
1000
Distancia Hipocentral [km]
Figura 3.2: Curvas de Atenuación para Magnitud de Diseño
Se define finalmente como ley de atenuación para sismos del tipo interplaca tipo thrust a la Curva 2, ya que es más confiable para representar terremotos de magnitudes superiores a 8,0. Luego, la expresión propuesta para aceleraciones en [g] y aceleraciones en [cm/s2] viene dada por Ec(3.7) y Ec(3.8), respectivamente. En la Figura 3.3 se muestra la curva propuesta para distintas magnitudes junto con la totalidad de los registros.
(3.7)
25
(3.8)
Ley de Atenuación Propuesta para Sismos Interplaca Tipo Thrust
10
] g [ a m i x á M n ó i c a r e l e c A
1 4<=M<5 5<=M<6 6<=M<7 0,1
7<=M<8 8<=M<9 Propuesta M=4,5 Propuesta M=5,5
0,01
Propuesta M=6,5 Propuesta M=7,5 Propuesta M=8,5
0,001
0,0001 10
100
1000
Distancia Hipocentral [km]
Figura 3.3: Ley de Atenuación Propuesta para Sismos Interplaca Tipo Thrust
26
4.
COMPARACIONES CON OTRAS LEYES DE ATENUACIÓN En el presente capítulo se comparará la curva de atenuación propuesta con otras
leyes obtenidas para la zona central de Chile y para otras partes del mundo. Es relevante llevar a cabo comparaciones entre distintos estudios ya que permite ilustrar qué tan variable puede ser la resolución de un problema cuando es abordado mediante métodos diferentes, además de dar mayor confiabilidad a la curva propuesta siempre y cuando mantenga una cierta concordancia con otras expresiones similares. En cada comparación se incluirá además los registros para sismos interplaca tipo thrust con magnitudes entre 7 y 8, para así tener una referencia respecto de la correlación existente entre cada curva y los datos reales.
4.1
COMPARACIÓN CON LEYES DE ATENUACIÓN HISTÓRICAS En este apartado se comparará la curva de atenuación propuesta con leyes de
atenuación definidas para sismos chilenos en las últimas décadas. Esta comparación permitirá apreciar la evolución de las leyes de atenuación en Chile al ir incorporándose un mayor número de registros. En la Tabla 4.1 se indican los parámetros de cada curva con la que se llevará a cabo la comparación, el año en que fue planteada y el respectivo autor, para aceleraciones máximas en [g].
27
Tabla 4.1: Parámetros de Distintas Curvas de Atenuación Propuestas para la Zona Central de Chile
Saragoni, et al .
Martin
Medina
Crempien
Curva
(1982)
(1990)
(1998)
(2001)
Propuesta
A
1,9782495
0,0727058
1,9547960
0,4507146
0,0028246
B
0,65
0,83
0,39
0,79
1,35
C
60
60
60
60
60
D
1,52
1,03
1,12
1,42
1,22
Comparación Ley de Atenuación Propuesta con Curvas Históricas para Ms=7,5 1
] g [ n ó i c 0,1 a r e l e c A
Propuesta Crempien (2001) Medina (1998) Martin (1990) Crempien, et al. (1982) Registros 7<=M<=8
0,01 10
100
1000
Distancia Hipocentral [km]
Figura 4.1: Comparación Ley de Atenuación Propuesta con Curvas Históricas para Ms=7,5
28
De acuerdo a la figura anterior, se aprecia que todas las curvas subestiman las aceleraciones máximas en relación con la curva propuesta. Sin embargo, no se destacan grandes diferencias en términos de órdenes de atenuación, lo que indica que la naturaleza de los registros no presenta una amplia variabilidad a lo largo del tiempo.
4.2
COMPARACIÓN CON LEYES DE ATENUACIÓN QUE CONSIDERAN
MECANISMO Y TIPO DE SUELO A continuación se compara la ley de atenuación propuesta con dos curvas definidas por Ruiz y Saragoni (2005a), las cuales consideran el tipo de mecanismo de sismogénesis y los efectos del suelo en la estación de registros. La comparación sólo se lleva a cabo con las curvas propuestas para aceleraciones horizontales correspondientes al mecanismo interplaca tipo thrust. En la Tabla 4.2 se muestran los parámetros de la curva propuesta en el presente estudio junto con las dos curvas definidas para los distintos tipos de suelo, para aceleraciones máximas en [g]. En la Figura 4.2 se grafican dichas curvas. Tabla 4.2: Parámetros de las Curvas de Atenuación
Roca Dura (RD)
Roca o Suelo Duro (RSD)
Curva Propuesta
A
0,0040789
0,0020394
0,0028246
B
1,3
1,28
1,35
C
30
30
60
D
1,43
1,09
1,22
29
Comparación Ley de Atenuación Propuesta con Curvas que Consideran Tipo de Suelo para Ms=7,5 1
] g [ n ó i c a r e l e c A
0,1 Roca Dura Roca o Suelo Duro Propuesta Registros 7<=M<=8
0,01
0,001 10
100
1000
Distancia Hipocentral [km]
Figura 4.2: Comparación Ley de Atenuación Propuesta con Curvas que Consideran Tipo de Suelo para Ms=7,5
De la comparación anterior, se aprecia que la curva propuesta en el presente estudio tiende a asemejarse más a la ley de atenuación definida para RSD, la cual presenta valores de aceleración superiores a aquellos asociados a RD. Se destaca también un orden de atenuación menor para la curva propuesta y una subestimación de los valores de aceleración máxima, en comparación a la ley de atenuación definida para RSD en distancias hipocentrales menores a 100 [km]. Por otro lado, las tres curvas presentan atenuaciones similares para distancias hipocentrales sobre los 100 [km].
30
4.3
COMPARACIÓN CON LEYES DE ATENUACIÓN QUE CONSIDERAN
EFECTOS DEL SUELO Y ASPEREZAS PARA SISMOS INTERPLACA TIPO THRUST Se comparará ahora la curva de atenuación propuesta con dos curvas establecidas por Ruiz y Saragoni (2005b), en las cuales consideran los efectos del suelo y la distancia más corta a la aspereza para aceleraciones máximas horizontales de eventos del tipo interplaca tipo thrust. Cabe mencionar que dichas leyes de atenuación fueron calculadas considerando sólo los registros del terremoto de Valparaíso en 1985, puesto que es el único evento chileno que se considera tuvo más de una aspereza. En la Tabla 4.3 se resumen los parámetros de las curvas a comparar, y en la Figura 4.3 se grafican las curvas respectivas. Tabla 4.3: Parámetros de las Curvas de Atenuación
Roca Dura
Roca o Suelo
Curva
(RD)
Duro (RSD)
Propuesta
A
4,9486828
0,9615924
0,0028246
B
0,65
0,83
1,35
C
60
60
60
D
1,52
1,03
1,22
31
Comparación Ley de Atenuación Propuesta con Curvas que consideran Efectos del Suelo y Asperezas para Ms=7,5
10
1
] g [ n ó i c a r e l e c A
0,1
Propuesta Roca Dura Roca o Suelo Duro
0,01
Registros 7<=M<=8
0,001 10
100
1000
0,0001
Distancia Hipocentral [km]
Figura 4.3: Comparación Ley de Atenuación Propuesta con Curvas que Consideran Efectos del Suelo y Asperezas para Ms=7,5
Se aprecia de la Figura 4.3 que, al igual que lo observado para la Figura 4.2, la curva propuesta presenta una mayor similitud con las relaciones definidas para suelos del tipo RSD. Para distancias hipocentrales menores a 50 [km], la relación definida para RD presenta valores considerablemente mayores a los dados por la curva propuesta, destacándose a su vez una atenuación más acentuada. La curva correspondiente a RSD también presenta una mayor atenuación con respecto a la curva propuesta, lo cual se debe a la carencia de registros de terremotos de magnitudes altas que presenten grandes valores de aceleración del suelo para distancias hipocentrales considerables, tal como el terremoto del Maule, 2010.
32
4.4
COMPARACIÓN CON LEYES ATENUACIÓN PARA ZONAS DE
SUBDUCCIÓN DE OTRAS PARTES DEL MUNDO Se ha visto que debido a la gran cantidad de factores que influyen en las características de un sismo, en particular para los generados por un mecanismo de subducción, las leyes de atenuación suelen diferir para tal mecanismo en distintas partes del mundo. A continuación se comparará la curva de atenuación propuesta en esta memoria con otras curvas obtenidas para zonas de subducción a lo largo del mundo, para sismos del tipo interplaca tipo thrust. En la tabla 4.4 se muestran las procedencias de las distintas curvas a comparar, indicándose los autores de la ley de atenuación respectiva y las regiones de las cuales se utilizaron datos para definir dicha curva. En varias investigaciones, cuando no se cuenta con una base de datos lo suficientemente amplia como para obtener leyes de atenuación aceptables, se agrupan datos de distintas zonas con el mismo mecanismo, tal como la curva propuesta por Youngs, et al. (1997). Tabla 4.4: Leyes de Atenuación para Zonas de Subducción a lo Largo del Mundo
Zona(s)
Comentarios
Youngs, et al.
Lee, Lin
Casaverde, Vargas
(1997)
(2008)
(1980)
Noreste de Taiwan
Lima (Perú)
Se agregaron datos de
Curva obtenida con
otras zonas para
una baja cantidad de
magnitudes altas
datos
Alaska, Chile, Cascadia (EE.UU.), Japón
La ecuación de las leyes de atenuación propuestas por Youngs, et al. (1997) y Lee, Lin (2008), son de la forma dada por Ec(4.1), mientras que la propuesta por Casaverde y Vargas (1980) es de la misma forma considerada en este trabajo, de acuerdo a Ec(4.2).
33
(4.1)
(4.2)
Los valores de los parámetros utilizados por Youngs, et al. (1997) y Lee, Lin (2008) se encuentran en la tabla 4.5: Tabla 4.5: Parámetros de Leyes de Atenuación
Youngs, et al. (1997) (suelo) Youngs, et al. (1997) (roca) Lee, Lin (2002) (suelo) Lee, Lin (2002) (roca)
C1
C2
C3
C4
C5
C6
-0,6687
1,438
-2,329 1,09700 0,61700 0,00648
-0,2418
1,414
-2,329 1,78180 0,55400 0,00607
-0,9000
1,000
-1,900 0,99178 0,52632 0,00400
-2,5000
1,205
-1,905 0,51552 0,63255 0,00400
34
Comparación Ley de Atenuación Propuesta con Curvas de Otras Zonas de Subducción para Ms=7,5 1
] 0,1 g [ n ó i c a r e l e c A0,01
Propuesta Youngs, et al. (1997), suelo Youngs, et al. (1997), roca Registros 7<=M<=8
0,001 10
100
1000
Distancia Hipocentral [km]
Figura 4.4: Comparación Ley de Atenuación Propuesta con Curvas de Otras Zonas de Subducción para Ms=7,5
La figura anterior muestra una clara diferencia en el orden de atenuación entre la curva propuesta y aquellas obtenidas por Youngs, et al. (1997). En valores de aceleración se observan similitudes para distancias hipocentrales menores a 100 [km]; sin embargo, para distancias mayores el caso chileno presenta aceleraciones superiores, tal como ocurrió para el terremoto del Maule 2010, por lo cual no es seguro usar leyes de atenuación de otras partes del mundo para peligros sísmicos asociados a localidades de Chile.
35
Comparación Ley de Atenuación Propuesta con Curvas de Otras Zonas de Subducción para Ms=7,5 1
] 0,1 g [ n ó i c a r e l e c A0,01
Propuesta Lee, Lin, (2002), roca Lee, Lin, (2002), suelo Casaverde, Vargas, (1980) Registros 7<=M<=8
0,001 10
100
1000
Distancia Hipocentral [km]
Figura 4.5: Comparación Ley de Atenuación Propuesta con Curvas de Otras Zonas de Subducción para Ms=7,5
La ley de atenuación de Casaverde y Vargas (1980) da a conocer la menor atenuación de los sismos peruanos en comparación con atenuaciones de sismos de otras partes del mundo, la cual es un tanto similar a la chilena aunque con órdenes de aceleraciones mayores. Dichas aceleraciones notoriamente mayores a las estimadas por la curva propuesta, si son utilizadas para un estudio de peligro sísmico, los resultados serían innecesariamente conservadores. Las leyes de atenuación propuestas para el noreste de Taiwán presentan atenuaciones más acentuadas que la curva propuesta y menores valores de aceleración, por lo cual no pueden ser usadas para investigaciones chilenas.
36
5.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La gran cantidad de registros sísmicos disponibles a la fecha han permitido
proponer una nueva fórmula de atenuación para la zona central de Chile, para los sismos interplaca tipo thrust. De acuerdo a la figura 4.1, se aprecia que estudios anteriores han definido leyes de atenuación que subestiman las aceleraciones máximas del suelo en comparación con la expresión propuesta en esta memoria, lo cual puede deberse a que no se clasificaron los registros según tipos de mecanismo, o simplemente a una baja cantidad de registros. La ley de atenuación propuesta entrega valores más altos de la aceleración máxima del suelo, lo cual es más realista para terremotos de magnitudes Ms sobre 7,5. Esto permite obtener estimaciones de peligro sísmico mejor. La comparación de la curva propuesta con leyes de atenuación que consideran tipo de suelo (figura 4.2), reveló la gran similitud en forma y valores que tiene la primera con las relaciones establecidas para RSD. De ello y el hecho de que la fórmula propuesta está basada en un alto número de registros, se deduce que dicho tipo de suelo es predominante y a su vez presenta aceleraciones máximas superiores a aquellas para el caso de RD, lo cual puede justificar eventuales suposiciones de este tipo de suelo como predominante para futuros estudios. Ha quedado en evidencia que las leyes de atenuación para la zona central de Chile difieren con las propuestas para otras zonas de subducción en otras partes del mundo, tal como se ha visto en estudios anteriores, lo que enfatiza el hecho de formular expresiones para una región considerando sólo datos locales, los que en general son dependientes del mecanismo del lugar. Esto hace pensar que la utilización de modelos de riesgo de tipo global no son convenientes, ya que incorporar curvas de atenuación para otros lugares y zonas falsea la información.
37
La incorporación del terremoto de Maule 2010 ha permitido estudiar la influencia de las altas magnitudes en las formas de las curvas de atenuación. Se pudo constatar que si bien la forma de la ley de atenuación no cambia, los valores de las aceleraciones máximas del suelo suelen subir. De acuerdo a lo anterior, es de vital importancia incluir la mayor cantidad de registros posibles de terremotos de altas magnitudes en la obtención de leyes de atenuación, ya que de esta manera se asegura no subestimar las aceleraciones para posteriores estudios de peligro sísmico. Debido a la gran área de ruptura que tuvo lugar para el terremoto de Maule 2010, se recomienda establecer leyes de atenuación para dicho sismo estudiando las distintas correlaciones obtenidas al considerar a la distancia hipocentral tanto como la distancia al punto inicial de emanación de energía, la distancia más corta al área de ruptura y la distancia al centroide del área de ruptura. De esta forma se podrá definir una ley de atenuación ajustada a este terremoto, la cual puede luego ser comparada con la propuesta en esta memoria. Se propone definir un método empírico y/o matemático justificado que, mediante la consideración de la variabilidad de los datos, tipo de mecanismo, tipo de suelo etc., defina un coeficiente de amplificación de la curva de atenuación que permita asegurar que no se subestime la aceleración máxima del suelo ni se sobreestime innecesariamente, asignado a su vez un nivel de confianza determinado.
38
6.
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