PeligroSismico_Achisina0714

Estimación del Peligro SísmicoCaso de Estudio: Chile

Felipe Leyton, PhD

Por cubrir

� Motivación� Un poco de Tectónica de Placas � Sismicidad en Chile� Peligro Sísmico Probabilístico

� Sin memoria� Con memoria

� Peligro Sísmico Determinístico� Peligro Sísmico en fallas activas (peligrosas?)� Comentarios Finales

2SISMOLOGÍA PARA INGENIEROS: Novedades y Desafíos

Chile: país de grandes terremotos

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� Ejemplos:� Chillán, 1939� Valdivia, 1960� Valparaíso, 1985� Punitaqui, 1997� Maule, 2010

SISMOLOGÍA PARA INGENIEROS: Novedades y Desafíos 3

Principales placas tectónicas

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� Contacto entre placas de Nazca (oceánica) y Sudamericana (continental)

� Según mediciones recientes, existe una convergencia de 6-7 cm/año

� Con los años, vamos acumulando mucha energía

SISMOLOGÍA PARA INGENIEROS: Novedades y Desafíos

Sismicidad

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� Terremotos de magnitud superior a 5.0 en sólo 10 años

� Color proporcional a profundidad (escala en borde derecho)

� Distribución de la sismicidad de norte a sur

� Los terremotos se vuelven más profundos de Oeste hacia el Este

USGS


Un corte Oeste - Este

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� Subducción de la placa de Nazca (azul) bajo la placa Sudamericana (verde)

� Principales tipos de terremotos (fuentes sismogénicas):a) Interplaca tipo thrustb) Intraplaca de

profundidad intermediac) Corticalesd) Outer-rise

Leyton y otros (2010)


Metodología Probabilística para cálculo del

Peligro Sísmico

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� Propuesta por Algermissen & Perkins (1976) basada en el trabajo de Esteva (1967) y Cornell (1968)

� Pasos:A. Definir fuentes

sismogénicas (geometría)B. Caracterización:

productividad & atenuación

C. Prob de exceder cierto parámetro: PGA, IMM, etc

D. Resultados para cierto período de retorno

Algermissen & Perkins (1976)


Geometría de las fuentes sismogénicas

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Interplaca tipo thrust

Intraplaca prof intermedia


Fuente cortical: un poco más compleja

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� Sismicidad menor de 50 km de profundidad

� Fallas activas (con actividad en el Holoceno)

� Es necesario chequear si es posible caracterizar las fuentes corticales en términos probabilísticos, de acuerdo a la sismicidad reportada

� Nuevamente, se modela con fuentes puntuales, de productividad variable

� Si no es posible, la incluimos en el análisis determinístico


Productividad Sísmica

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� Descrita a través de la ley de potencia definida por Gutenberg & Richter (1944)

� Relaciona el número de terremotos (N) de magnitud igual o menor que Ms

� Vemos la fuente interplaca como la más activa, seguida por la interplaca de profundidad intermedia, y luego la cortical



Completitud del catálogo

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� La información de los eventos no es completa

� Para magnitudes pequeñas, basta una ventana temporal corta para caracterizarlas

� Pero para grandes magnitudes, se requieren ventanas temporales más largas

� Metodología de Stepp



Leyes de Atenuación: PGA

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� Pérdida de energía con la distancia

� Se muestran las leyes de atenuación en aceleración horizontal máxima (PGA) en términos de g

� Se comparan las obtenidas con datos Chilenos (Saragoni y Ruiz, 2005), con aquellas obtenidas con datos mundiales (Atkinson y Boore, 2003 y Youngs y otros, 1997)

Fuente interplaca

Fuente intraplaca de profundidad intermedia

Leyes de Atenuación (cont)

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� Comparamos las 3 fuentes sismogénicas en términos de leyes de atenuación

� Cada fuentes es evaluada para el terremoto máximo creíble:� Interplaca: Ms= 8.5� Intraplaca: Ms= 8.0� Cortical: Ms=7.5

� Sismos corticales predominan para distancias cortas, seguidos de intraplaca, y finalmente los interplaca



De las leyes de atenuación

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� En general, las leyes de atenuación poseen una (gran) dispersión

� Datos del Maule 2010 y curvas de Ruiz y Saragoni (2005)

� Lo que entrega la curva es la media, pero lleva asociado un error

� Considerando ese error, es posible calcular la probabilidad P de exceder cierto parámetro Y>y, conocidas la magnitud (m) y la distancia (r)


Y el efecto de sitio?

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� Las figuras muestran PGA de los eventos de Iquique 2014:� Arriba: principal (Mw 8.2)� Abajo: réplica (Mw 7.6)

� Cada punto negro es medido en suelo duro (curva plana)

� Los otros puntos presentan efecto de sitio (peak claro)

� Las condiciones locales del sitio afecta el movimiento del suelo SISMOLOGÍA PARA INGENIEROS: Novedades y Desafíos

Resultados en Santiago, intensidad

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� Resultados para los periodos de vida útil de 30, 50 y 100 años

� Se marcan el 50%, 10% y 5%, respectivamente

� Equivale a períodos de retorno de 43, 475 y 1950 años, respectivamente

30 años50 años

100 años


Del periodo de vida útil & prob de excedencia

al periodo de retorno

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� El número esperado de eventos n que produzcan un cierto PGA0 en t años es:

n = t * rdonde r es la tasa anual de excedencia (el inverso del

periodo de retorno, T)

� Suponiendo un modelo de Poisson, la probabilidad de ocurrencia de 0 eventos es:

P(0) = e-n

� Si esperamos que al menos un evento ocurra 1 vez, la probabilidad será: 1 – P(0)

� Calculemos la excedencia anual correspondiente a una probabilidad (de excedencia) del 10% en 50 años (r)


Del periodo de vida útil & prob de excedencia

al periodo de retorno (cont)

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� Para ello, tendremos que la probabilidad de que ocurra un evento que exceda el determinado PGA0 es:

1 – P(0) = 10% = 0.1 => P(0) = 1 – 0.1 = 0.9

� Como vimos: P(0) = e-n

� Tomando el logaritmo en ambos lados

n = -ln(0.9) = 0.10536

� Pero, antes vimos que:

n = t * r = 50 * r => 50 * r = 0.10536

� Con ello

r = 0.10536/50 = 0.00210721 = 1/474.561

� Llegando a un periodo de retorno

T = 1/r = 474.561 años ~ 475 añosSISMOLOGÍA PARA INGENIEROS: Novedades y Desafíos

Otros resultados

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� Considerando todas las fuentes relevantes, para una vida útil de 50 años

� Sismo de Diseño:� Para 50 años & 10% prob

(Tret 475 años): 38.1%g

� Sismo Máximo Creíble:� Para 50 años & 1% prob

(Tret 4975 años): 64.4%g

� Se repite el proceso para muchos periodos de retorno


¿Qué periodo de retorno debo elegir?

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¿Qué auto debo elegir?


Resultados en Santiago, por fuente

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� Para 50 años de vida útil, con 10% probabilidad de excedencia => equivale a un período de retorno de 475 años

� Interplaca manda en la costa pero interplaca y cortical poseen gran influencia en Santiago



Resultados en Santiago, combinados

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� En PGA, para un período de vida útil de 50 años con un 10% de probabilidad de excedencia (equivale a un período de retorno de 475 años)

� Se utilizó la metodología clásica de Algermissen & Perkins (1976)

� En Santiago, PGA~56%g



¿Qué pasa con el sitio?

Veamos un ejercicio teórico

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PGA (g)


Para todo Chile

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� Resultados de Barrientos (1980)

� Considera IMM� Se utiliza la fuente

intraplaca de profundidad intermedia por 1era vez

� Utiliza sólo 1 ley de atenuación

� Disminuye de Oeste a Este



Otros autores

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� Resultados de Algermissen et al (1992)

� Poseen la misma tendencia: paralela a la costa, disminuyendo de Oeste a Este

� En cálculos recientes, valores van de 0.4 a casi 1.0 g

Leyton et al. (2009)

Otros autores (cont)

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� Zonificación Sísmica de la norma NCh 433

� Líneas paralelas a la costa, disminuyendo de Oeste a Este

� Se tiene alto peligro en la costa y bajo en la cordillera

� Nuevos resultados� Típico de considerar

la fuente interplaca


Peligro Probabilístico con Memoria

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� La ocurrencia de sismos no es homogénea: la figura muestra los largos de ruptura de los grandes terremotos, en el tiempo

� El modelo de Poisson no de depende del lapso de tiempo ocurrido desde el último evento

� Es decir, no tiene memoria (ejemplo: tiempo de espera de la micro)

� Existen otros modelos que sí consideran esta variable: por ejemplo, Weibull

� Se debe calcular el periodo de recurrencia de un evento y su error

� Consideremos el caso mostrado en la figura


Peligro Probabilístico con Memoria

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� Para eventos M≥7.5, tendremos la siguiente secuencia:1570–1657–1751–1835–1928–

2010

� Tendremos un periodo de retorno de 87.99 ± 5.21 años

� Considerando que el último evento ocurrió hace 3 años, se llegan la los resultados mostrados

� Se compara con los valores esperados según Poisson



Desagregando resultados

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� Si bien los resultados son la combinación de todas las fuentes sismogénicas, es posible considerar los aportes de cada una de ellas

� En las figuras, el color es proporcional al aporte de cada subfuente

� De esa manera se puede definir cuál es la que más aporta a cada nivel

� En el ejemplo que se muestra abajo� para Tret= 475 años se tiene un mayor aporte de la fuente interplaca tipo thrust

� para Tret= 4970 años, es la fuente intraplaca de profundidad intermedia la que predomina

Desagragando, en detalle

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Tret = 112 años Tret = 475 años Tret = 4950 años

Tret = 475 años

Tret = 475 años

Tret = 112 años

Tret = 112 años

Tret = 4950 años

Tret = 4950 años


Peligro Sísmico Determinístico

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� Considera la ocurrencia del máximo terremoto creíble

� La figura muestra el modelamiento de la fuente interplaca (tonos azules) y la intraplaca (tonos rojos)

� Con esa información, es posible definir escenarios “creíbles” para cada caso

� Análisis de fallas activas y/o capaces

� Es necesario analizar el impacto de cada una de las fallas por separado

� Importancia de magnitud y distancia al punto de estudio


De fallas activas

Cortes et al (2012)

� Existen muy pocos estudios de fallas en Chile

� Una de las más estudiadas corresponden a Mejillones y Salar del Carmen

� Usando diversas técnicas, se ha puesto en evidencia la ocurrencia de terremotos en la falla de Mejillones:� 2 terremotos, M ~ 7.0� T ~ 3400 años

� Y también en la falla Salar del Carmen!


� Se considera ambas fallas� El color es proporcional to

PGA, siguiendo la escala del borde derecho, en g

� Líneas discontinuas representan las fallas y las líneas continuas las ciudades de Antofagasta y Mejillones

� PGA muy altos (casi 1 g)� Efecto del “muro colgante”

(hanging-wall)� Caída de la aceleración

(Ambraseys & Douglas, 2003)

� ¿Cómo podemos comparar estos resultados con los estudios probabilísticos?

Realizando cálculos determinísticos


Hagamos probabilidades!

Gutenberg & Richter (1945)

� De los estudios paleosísmicos sabemos:� Tret = 3.4±0.8 ky� Mmax = 7.0 ± 0.2, de

relaciones de escala

� No tenemos información de redes mundiales

� Es posible estimar una ley de Gutenber-Richter?

� Supuestos:� GR is valid� b = 1.07

M

Log(N)

b=1.07


� Notar el cambio de escala

� Menores valores del PGA, pero siguen siendo altos

� Se mantiene la caída con distancia

� Ahora los podemos comparar con los resultados de las fuentes de subducción (interplaca & intraplaca)

Estimaciones probabilísticas


Comparando con las fuentes de subducción,

Tret 500 años

Subducción + fallas Sólo fallas36SISMOLOGÍA PARA INGENIEROS: Novedades y Desafíos

Comparando con las fuentes de subducción,

Tret 2000 años

Subducción + fallas Sólo fallas37SISMOLOGÍA PARA INGENIEROS: Novedades y Desafíos

Comentarios finales

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� Chile presenta alta sismicidad, debido al ambiente tectónico

� Se presentan 3 principales fuentes sísmicas:� Interplaca� Intraplaca de profundidad intermedia� Corticales

� Cada una de las fuentes posee características particulares (geometría, productividad y atenuación)

� Cambios producto del sitio� Elevado peligro sísmico producto de fallas corticales


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