Peligro Sísmico Con CRISIS2007

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

ASIGNATURA: INGENIERÍA ANTISÍSMICA APUNTES DEL CURSO PELIGRO SÍSMICO PROBABILÍSTICO DE LA CIUDAD DE CHIMBOTE

DOCENTE: LEON MALO, IVAN

Nuevo Chimbote, 25 de Abril del 2014

Peligro Sísmico de Chimbote

DOCENTE: LEÓN MALO IVÁN

INTRODUCCIÓN El presente trabajo muestra los resultados obtenidos del análisis del Peligro Sísmico de la ciudad de Chimbote, provincia del Santa de la región Ancash, ubicado en la costa Norte del Perú. El peligro sísmico es una medida de la probabilidad que el sismo más fuerte que puede ocurrir en una zona, en un cierto número de años, exceda (o no exceda) un determinado nivel de intensidad sísmica (intensidad, aceleración, velocidad, etc). Cornell (1968) propuso una metodología para realizar el análisis de peligro sísmico probabilísticamente. Esta metodología fue sistematizada por Mc Guire (1974) en su programa de cómputo RISK, el cual es ampliamente usado en la actualidad, convirtiéndose seguramente en una herramienta básica para este análisis, dado que únicamente determina los niveles de demanda sísmica para la aceleración máxima en la base del terreno. El peligro sísmico del área del proyecto se ha determinado utilizando la información pertinente en la literatura técnica y así como el programa de cómputo CRISIS 2007, desarrollado por Ordaz et al. (1999), que emplea métodos numéricos conocidos, considerando las leyes de atenuación de Youngs et al (1997) ya definido por el mismo programa para sismos de subducción y la ley de atenuación de Sadigh et al (1997) para sismos corticales. Se han utilizado las fuentes sismogénicas para sismos continentales y de subducción, las cuales están basadas en el trabajo de tesis de investigación de Gamarra y Aguilar (2009).

OBJETIVOS El objetivo general de este trabajo es conocer el manejo del programa CRISIS2007 Versión 7.6, determinando el peligro sísmico probabilístico de la ciudad de Chimbote. Identificar y caracterizar las principales fuentes sismogénicas para la evaluación del peligro sísmico. Conocer los parámetros de sismicidad local y las leyes de atenuación determinadas para las fuentes de subducción y fuentes corticales.



FUNDAMENTOS DEL ANÁLISIS DEL PELIGRO SÍSMICO La predicción de eventos futuros puede ser realizada por medio de modelos estadísticos, en base a datos pasados. Actualmente el modelo más usado es el de Poisson. El modelo de Poisson asume que los eventos sísmicos son espacial y temporalmente independientes y que la probabilidad de que dos eventos sísmicos ocurran en el mismo sitio y en el mismo instante es cero. Estas suposiciones, por lo general, no se ajustan a la ocurrencia de eventos de baja magnitud, sin embargo representan adecuadamente la ocurrencia de los movimientos grandes, que son los de mayor interés para fines ingenieriles. Por esta razón, el modelo de Poisson es ampliamente utilizado para evaluar el peligro sísmico probabilísticamente.

FUENTES SISMOGÉNICAS La determinación de las fuentes sismogénicas se ha basado en el mapa de Distribución de Epicentros, así como en las características tectónicas del área de influencia. Como se ha mencionado anteriormente, la actividad sísmica en el Perú es el resultado de la interacción de las Placas de Nazca y Sudamericana, así como del proceso de reajustes tectónicos del aparato andino. Esto permite agrupar a las fuentes en continentales y de subducción. Las fuentes de subducción modelan la interacción de las Placas Sudamericana y de Nazca. Las fuentes continentales o corticales están relacionadas con la actividad sísmica superficial andina. La determinación de estas fuentes se basa en conceptos regionales de sismotectónica, pues el aporte de fuentes sismogénicas locales es un problema que continúa abierto, ya que no existen metodologías exactas para darle solución. Un factor principal que imposibilita la evaluación de la contribución de las fuentes locales, es que si bien es cierto que la traza y la geometría de las fuentes pueden ser conocidas, la falta de información de su actividad reciente no admite estudios de recurrencia y en consecuencia, tal actividad no puede incluirse en un modelo probabilístico. Otro factor preponderante es que las ecuaciones de atenuación conocidas son inaplicables para representar la atenuación de las aceleraciones en el campo realmente cercano, correspondiente a la distancia entre la fuente puramente local y el sitio de interés. En consecuencia, el peligro que implican las fuentes locales deberá ser analizado en un estudio de detalle, que evalúe la posibilidad de ruptura superficial de alguna falla que podría afectar al proyecto. Para el presente estudio se han utilizado todas las fuentes sismogénicas, (Subducción y corticales).



PARÁMETROS DE SISMICIDAD LOCAL Para este análisis se ha utilizado el catálogo sísmico para el Perú, que fue compilado utilizando los catálogos del Instituto Geofísico del Perú (IGP) y del National Earthquake Information Center (NEIC) para el periodo de 1963-2009 y magnitudes Mw ≥ 3.0. El catálogo sísmico fue analizado gráfica y estadísticamente considerando el tiempo, la profundidad y la magnitud de los eventos sísmicos registrados en el área de estudio. Definidas las fuentes sismogénicas, se dividió el catalogo sísmico en función al número de fuentes sismogénicas, determinándose de esta manera los eventos delimitados en cada fuente. Dado que el proceso de Poisson postula la utilización de datos mutuamente independientes, se procedió a eliminar los eventos sísmicos catalogados como réplicas. Para ello se empleó la metodología propuesta en el proyecto piloto “Global Seismic Hazard Assessmentt Project” (GSHAP), basado en la relación de Maeda (1996). En la Tabla 1 se presentan los parámetros de sismicidad local de las fuentes sismogénicas utilizados determinados mediante la estadística de mínimos cuadrados desarrollada.

FUENTE

MW MMín

MMáx

β

Tasa

F1

4.2

8.3

1.492

3.014

F2

4.5

8.2

2.128

F3

4.6

8.4

F4

4..5

F5

FUENTE

MW MMín

MMáx

β

Tasa

F11

4.5

7.5

1.271

4.421

4.75

F12

4.1

7.1

1.962

3.099

1.292

8.683

F13

4.6

7.5

2.079

2.145

8.4

1.672

7.132

F14

4.8

7.3

1.81

4.65

4.5

8.4

1.973

8.32

F15

4.4

6.3

2.385

0.782

F6

4.4

6.5

2.001

1.104

F16

4.8

6.9

2.977

1.89

F7

4.3

7.1

2.22

2.722

F17

4.6

7.5

1.842

1.966

F8

4.3

7.1

1.879

3.754

F18

4.6

7.4

1.881

2.22

F9

4.5

7.8

2.070

3.591

F19

4.8

7.2

2.45

2.589

F10

4.9

7.8

2.022

11.211

F20

4.3

6.9

2.010

1.409

Tabla 1. Parámetros de sismicidad local utilizados



ATENUACIÓN DE LAS ONDAS SÍSMICAS Una vez determinada la tasa de actividad de cada una de las fuentes sísmicas, es necesario evaluar los efectos que, en términos de intensidad sísmica, produce cada una de ellas en un sitio de interés. Para ello se requiere saber que intensidad se presentará en el lugar de interés, si en la i-ésima fuente ocurriera un temblor con magnitud dada. Las leyes de atenuación pueden adoptar muy diversas formas, para estimar el peligro sísmico se ha utilizado los modelos de atenuación para ordenadas espectrales propuesta por Young et al (1997) que diferencia los mecanismos focales para sismos de subducción de interfase e intraplaca en la estimación de la máxima aceleración del suelo. Así mismo, se ha utilizado el modelo de atenuación sísmica propuesto por Sadigh et al (1997) para sismos continentales o corticales.

CÁLCULO DEL PELIGRO SÍSMICO PROBABILÍSTICO Una vez conocidas la sismicidad de las fuentes y los patrones de atenuación de las ondas generadas en cada una de ellas, el peligro sísmico puede calcularse considerando la suma de los efectos de la totalidad de las fuentes sísmicas analizadas y la distancia entre cada fuente y el sitio donde se proyectará la estructura. El peligro sísmico del área del proyecto se ha determinado utilizando la información pertinente en la literatura técnica y así como el programa de cómputo CRISIS 2007, desarrollado por Ordaz et al. (1999), que emplea métodos numéricos conocidos. Se decidió evaluar el peligro sísmico para un 10% de probabilidad de excedencia en 50 años de vida útil (período de retorno de 475 años) para la localidad de Chimbote, cuyas coordenadas se presentan a continuación: ZONA DE ESTUDIO Ciudad de Chimbote


COORDENADAS Longitud (W)

Latitud (S)

-78.5936

-9.0744


PROCESAMIENTO EN CRISIS 2007 v 7.6



Inicio de CRISIS2007 ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________

Ingreso de los archivos (mapas) de la zona de estudio ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________



Definición de la malla para la zona en estudio ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________

Definición de características geométricas de la zona de estudio ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________



Coordenadas Geográficas de las Fuentes de Subducción de Interfase

Fuente

F1

F2

F3

F4

F5

Coordenadas Geográficas Longitud

Latitud

-80.323 -78.408 -80.044 -81.284 -81.284 -80.821 -79.310 -80.214 -80.670 -79.156 -81.050 -81.693 -82.088 -82.000 -81.050 -79.156 -75.998 -77.028 -77.028 -75.998 -72.914 -74.063 -75.684 -74.063 -72.914 -71.427 -69.641 -69.627 -71.586 -71.617

2.000 2.000 -2.448 -2.448 -0.595 -2.448 -2.448 -3.622 -5.420 -7.834 -8.931 -7.632 -6.198 -3.760 -8.931 -7.834 -13.999 -14.811 -14.811 -13.999 -16.397 -17.768 -16.501 -17.768 -16.397 -17.553 -18.721 -22.000 -22.000 -19.680

Profundidad (Km.) 25 60 60 25 25 25 50 50 50 60 25 25 25 25 30 75 30 60 30 75 75 30 30 30 60 60 70 70 30 30

Fuente: (Gamarra, 2009)



Coordenadas Geográficas de las Fuentes de Subducción de Intraplaca

Fuente

F6

F7

F8

F9

F10

F11


Latitud

-78.408 -76.644 -78.593 -80.044 -79.310 -78.593 -78.449 -77.429 -79.156 -80.670 -80.214 -79.156 -78.427 -74.996 -75.998 -75.998 -74.996 -72.160 -72.914 -72.914 -70.892 -69.055 -68.013 -67.868 -69.627 -69.641 -71.427 -77.923 -76.785 -75.236 -75.600 -77.429 -78.449 -78.593

2.000 2.000 -2.448 -2.448 -2.448 -2.448 -5.045 -6.720 -7.834 -5.420 -3.622 -7.834 -7.363 -13.218 -13.999 -13.999 -13.218 -15.453 -16.397 -16.397 -13.863 -15.365 -19.959 -22.000 -22.000 -18.721 -17.553 -0.918 -0.918 -3.054 -5.539 -6.720 -5.045 -2.448

Profundidad (Km.) 60 135 150 60 50 100 125 125 60 50 50 80 100 115 90 80 110 130 80 95 245 275 200 165 100 100 110 200 200 160 145 145 150 150




Coordenadas Geográficas de las Fuentes de Subducción de Intraplaca (Continuación)

Fuente

F12

F13

F14


Latitud

-78.427 -77.177 -73.973 -74.996 -74.996 -73.577 -70.892 -72.160 -77.177 -75.600 -74.400 -73.589 -73.914 -72.963 -73.973

-7.363 -6.557 -12.421 -13.218 -13.218 -12.112 -13.863 -15.453 -6.557 -5.539 -6.567 -8.086 -9.347 -11.633 -12.421

Profundidad (Km.) 100 140 135 115 110 110 130 130 145 145 155 195 170 145 140




Coordenadas Geográficas de las Fuentes Continentales

Fuente

F15

F16

F17

F18

F19

F20

Coordenadas Geográficas

Profundidad (Km.)

Longitud

Latitud

-79.156 -78.084 -76.340 -74.760 -75.998 -75.998 -74.760 -70.176 -70.434 -69.134 -69.641 -71.427 -78.100 -76.872 -77.410 -76.826 -79.100 -79.085 -79.100 -75.100 -74.422 -77.143 -77.143 -74.422 -74.170 -72.480 -74.760 -76.340 -74.760

-7.834 -7.213 -10.670 -13.130 -13.999 -13.999 -13.130 -15.201 -15.947 -17.789 -18.721 -17.553 0.748 0.373 -0.867 -4.705 -5.200 -0.370 -5.200 -4.330 -7.976 -9.079 -9.079 -7.976 -9.330 -11.400 -13.130 -10.670 -13.130

25 40 40 40 25 25 50 50 50 50 25 25 25 40 60 60 25 25 35 35 50 50 35 35 35 40 40 35 40

-72.480 -69.400

-11.400 -12.966

40 40

-70.176

-15.201

40




Características de sismicidad de la zona de estudio

FUENTE

MW MMín

MMáx

β

Tasa

F1

4.2

8.3

1.492

3.014

F2

4.5

8.2

2.128

F3

4.6

8.4

F4

4..5

F5

FUENTE

MW MMín

MMáx

β

Tasa

F11

4.5

7.5

1.271

4.421

4.75

F12

4.1

7.1

1.962

3.099

1.292

8.683

F13

4.6

7.5

2.079

2.145

8.4

1.672

7.132

F14

4.8

7.3

1.81

4.65

4.5

8.4

1.973

8.32

F15

4.4

6.3

2.385

0.782

F6

4.4

6.5

2.001

1.104

F16

4.8

6.9

2.977

1.89

F7

4.3

7.1

2.22

2.722

F17

4.6

7.5

1.842

1.966

F8

4.3

7.1

1.879

3.754

F18

4.6

7.4

1.881

2.22

F9

4.5

7.8

2.070

3.591

F19

4.8

7.2

2.45

2.589

F10

4.9

7.8

2.022

11.211

F20

4.3

6.9

2.010

1.409

Tabla 1. Parámetros de sismicidad local utilizados



CRISIS 2007 permite realizar un modelo probabilístico de Poisson, para lo cual se requiere conocer las siguientes características símicas de cada una de las fuentes: •

MO: magnitud mínima.

•

λ (MO): Tasa de excedencia de magnitud MO, en unidades [sismos/año].

•

La esperanza del parámetro β de la fuente.

•

Coeficiente de variación del parámetro β.

•

Valor esperado de la magnitud máxima de la fuente.

•

Desviación estándar de la máxima magnitud.

•

M1: Límite inferior. Mínimo valor posible para la magnitud máxima.

•

M2: Límite superior. Máximo valor posible para la magnitud máxima.

Los parámetros de magnitud mínima, tasa de excedencia, esperanza y coeficiente de variación de β son determinados a partir del cálculo de la ley Gutenberg – Richter para cada fuente.



Definición de Leyes de Atenuación para sismos de Interfase definidos por el mismo programa ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________

Definición de Leyes de Atenuación para sismos de Intraplaca definido por el mismo programa ___________________________________________________________________ ________________________________________________________________ Para el caso de los sismos corticales se importará la ley de atenuación de Sadigh et al (1997)



Asignación de Leyes a cada fuente (INTERFASE F-1 A F-5) ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________

Asignación de Leyes a cada fuente (INTRAPLACA F-6 A F-14) ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Peligro Sísmico de Chimbote


Asignación de Leyes a cada fuente (CONTINENTALES SADIGH F-15 A F-20) ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________

Definición del número de Ordenadas Espectrales (10 en total) y el período estructural para cada ordenada espectral podrá ser: 0, 0.05, 0.10, 0.15, 0.30, 0.50, 1, 2, 3, 4 seg.(esto dependerá de los períodos estructurales que se quiera evaluar)



Definición de Parámetros Globales ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________

Resumen de la información ingresada ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________



Selección de los resultados ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________

Validación y Procesamiento de los datos ingresados ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________



Finalización del procesamiento de datos ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________

Mapa de Peligro Sísmico ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________



Espectro de Amenaza Uniforme Para Chimbote según sus coordenadas ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________ La imagen anterior muestra La tasa, razón o Frecuencia anual de excedencia vs la Intensidad (gals). Esta tasa anual de excedencia se obtiene en función de la probabilidad de excedencia “P”, durante la vida útil “t”, mediante la ecuación modelo de Poisson, que se indica a continuación:

El período de Retorno “TR” se determina mediante la inversa de FAE (Frecuencia anual de excedencia o Exceedance rate). Tiempo de retorno: 475 años. Frecuencia Anual de Excedencia “FAE”: 1/475: 0.0021 veces/año. Probabilidad de excedencia “P”: 10% = 0.10. Tiempo de exposición “t”: 50 años. Con el dato obtenido de FAE, voy a la gráfica “Frecuencia anual de excedencia vs la Intensidad” y obtengo que la aceleración máxima (PGA) evaluado en roca para la ciudad de Chimbote que es de 0.46g. Este valor de aceleración corresponde a un periodo de retorno de 475 años, con un periodo de exposición sísmica de 50 años con una probabilidad de excedencia del 10%.



CONCLUSIONES La definición de las fuentes sismogénicas es vital para la evaluación del peligro sísmico y está en función a la configuración tectónica, la sismicidad y los mecanismos focales a los que se encuentra asociada. Así también, el definir correctamente las leyes de atenuación permitirá obtener resultados mucho más certeros. Se han definido en total 20 fuentes sismogénicas para el Perú; 14 corresponden a fuentes de subducción, de las cuales 5 son de subducción de interfase y 9 de intraplaca, y 6 corresponden a fuentes continentales. La evaluación del peligro sísmico realizada para el Perú está basada en la teoría desarrollada por Cornell (1968) y ha sido realizada para una probabilidad de excedencia de 10% en 50 años de vida útil en el programa de cómputo CRISIS 2007 v7.6 (Ordaz et al., 1999). La evaluación del peligro sísmico se realizó para la máxima aceleración del suelo (PGA) y para aceleraciones espectrales de respuesta horizontal con 5% de amortiguamiento, generando mapas de isoaceleraciones espectrales para períodos estructurales de 0.0 (PGA). Los resultados obtenidos muestran que la aceleración máxima (PGA) para la ciudad de Chimbote es de 0.46g. Este valor de aceleración corresponde a un periodo de retorno de 475 años, con un periodo de exposición sísmica de 50 años con una probabilidad de excedencia del 10%.

¿Qué otras conclusiones usted puede sacar, comparando con la Norma E.030 por ejemplo?



Peligro Sísmico Con CRISIS2007

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