SIMULACIÓN DE ACELEROGRAMAS PARA LA CIUDAD DE LIMA CASO DEL TERREMOTO DEL 3 DE OCTUBRE DE 1974

Transcripción

1 SIMULACIÓN DE ACELEROGRAMAS PARA LA CIUDAD DE LIMA CASO DEL TERREMOTO DEL 3 DE OCTUBRE DE 974 Zenón AGUILAR, Antioco QUIÑONES 2 Dr. Ing., Sub Director Académico del CISMID, Profesor Asociado, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. zaguilar@uni.edu.pe 2 Ing., Profesor Asistente, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. atqv65@yahoo.es RESUMEN En el Perú, la falta de registros sísmicos de eventos moderados y fuertes es evidente. Hasta la fecha sólo se cuentan con unos pocos registros obtenidos en la ciudad de Lima y la deficiente instrumentación sísmica que disponen las instituciones que se dedican a esta actividad, hace prever que todavía en el futuro próximo estaremos careciendo de esta valiosa información. En la presente investigación, mediante la técnica de simulación de acelerogramas utilizando Funciones de Green Empíricas (Irikura, K., 986), se han obtenido acelerogramas sintéticos del terremoto de Lima, del 03 de octubre de 974 (Ms = 7.5). Los resultados muestran que las señales sintéticas tienen una buena correlación con la señal registrada durante dicho sismo, tanto en la forma de la onda sísmica como en su contenido de frecuencias. Posteriormente, se hizo un análisis de cuales podrían ser las mayores intensidades sísmicas a registrarse en la ciudad de Lima, de presentarse un evento sísmico de similares características que el terremoto de 974, pero en las condiciones más desfavorables para la ciudad. Los resultados muestran que un evento de esta naturaleza podría generar aceleraciones máximas de hasta 0.8g..0 INTRODUCCIÓN En la actualidad sólo unos pocos registros de tiempo historia de aceleraciones están disponibles en el Perú, la mayoría de ellos obtenidos en la ciudad de Lima. Además, el estado de instrumentación sísmica en este país es realmente pobre. El Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres de la Universidad Nacional de Ingeniería (CISMID), posee una red de 4 acelerógrafos instalados en las principales ciudades del país, y el Instituto Geofísico del Perú tiene un número similar de ellos conjuntamente con su red sismológica. Así, el interés de entender las principales características de los movimientos sísmicos generados por los grandes sismos, nos hizo analizar la posibilidad de estimar los acelerogramas de grandes terremotos que podrían ocurrir en el futuro, usando el conocido procedimiento de simulación de las Funciones de Green Empíricas. Para tal efecto, en una primera etapa, se han obtenido acelerogramas sintéticos para el terremoto de Lima del 03 de Octubre de 974, (Ms = 7.5) usando los registros de la réplica del 09 de Noviembre de 974 (Ms = 6.2) como función de Función de Green Empírica. El modelo de fuente para este evento fue determinado de la información recopilada, asumiendo que el movimiento principal fue generado por la ruptura consecutiva de dos planos de falla principales y un plano secundario, cuyos parámetros fueron obtenidos de las referencias recopiladas (Giesecke et al, 975), así como de las características y forma de las ondas registradas durante en evento principal. El Método de la Función de Green Empírica (Irikura, K., 986) es usado para sintetizar la señal del sismo principal por la superposición de los registros de la réplica. Este método asume que un evento principal se genera por la

2 superposición de una serie de pequeños eventos que se van generando conforme progresa la ruptura del plano de falla; en consecuencia, para poder reproducir adecuadamente este evento lo ideal sería tener un gran número de pequeños eventos cuyos focos estén distribuidos en toda la superficie de la falla. Sin embargo, dada la imposibilidad de obtener un número representativo de pequeños eventos, se puede usar un solo evento que haya sido generado en el plano de falla. Existen varios estudios realizados que prueban la efectividad de este método a pesar de las simplificaciones que se efectúan tanto en el mecanismo de la fuente como en el modelo de ruptura (Aguilar, 996). 2.0 EL TERREMOTO DEL 03 DE OCTUBRE DE 974, LIMA - PERÚ El terremoto del 03 de octubre de 974, ocurrió en la costa de Lima, en la zona de subducción, a 90 Km al sur oeste de la ciudad de Lima. La Figura muestra la ubicación del epicentro del evento principal y de la réplica del 09 de Noviembre de 974. La Figura 2 muestra el registro sísmico en la dirección E-W obtenido en la estación del Parque Central de la Reserva. De acuerdo con el Catálogo Sísmico del Perú, este evento tiene los siguientes parámetros: 2. Parámetros de la Fuente Para el proceso de simulación de los acelerogramas se usaron tres planos de falla, cuyas dimensiones son las siguientes: Plano : 20 x 30 km², libera el 65% de la energía total del sismo; Plano 2: 20 x 20 km², libera el 25% de la energía total del sismo; Plano 3: 40 x 40 km², libera el 0% de la energía total del sismo. Todos estos planos están contenidos en un gran plano de deslizamiento generado durante el movimiento, cuyo buzamiento es de 2 y tiene un rumbo de 294 respecto al norte geográfico. Otros parámetros de interés pueden ser consultados en la tesis que resume el presente artículo (Quiñones, 2002). Aceleración (cm/seg²) Tiempo (Segundos) Fecha : 03/0/974; Hora : 4:2:32.68; Ubicación : Latitud: -2.39, Longitud: ; Profundidad Focal 27.0 Km.; Magnitud : Mb: 6.6, Ms: 7.5. FIG. 2: Acelerograma del terremoto de Lima del 03/0/74, registrado en el Parque de la Reserva. Componente E-W (registro rotado de su dirección original N82 W). 3.0 FUNCIÓN DE GREEN EMPÍRICA JUNIN LIMA Sismo 03/0/74 Réplica 09//74 OCEANO PACIFICO Debido a la poca disponibilidad de registros de eventos pequeños ocurridos en la fuente analizada, la réplica del evento principal, ocurrida el 09 de Noviembre de 974, fue usada como única Función de Green Empírica para los tres planos de falla propuestos como mecanismo de fuente. Los parámetros sísmicos correspondientes a esta réplica fueron tomados del Catálogo Sísmico del Perú y se describen a continuación: -4 FIG. ICA UBICACION DEL SISMO DEL 03/0/974 Y LA REPLICA DEL 09//974 (Según Catálogo Sísmico del Perú) -4 Fecha : 09//974; Hora G.T.M : 2:59:5.00; Ubicación : Latitud : , Longitud: , Profundidad Focal: 6.0 Km.; Magnitud : Mb: 6.0, Ms: 6.

3 4.0 ACELEROGRAMAS SINTÉTICOS Un programa de cómputo desarrollado por Aguilar (996) y actualizado en versión Windows por Quiñones (2002), fue usado para obtener los acelerogramas sintéticos para este evento. Para evaluar la influencia de la velocidad de propagación de ondas y propagación de la ruptura en la señal sintética, se realizó un análisis de sensibilidad, variando los valores de estos parámetros dentro del rango de valores aceptables y considerando la ubicación del foco en el lugar indicado en las referencias (Giesecke, et al, 975). El mejor ajuste entre las señales sintética y observada se obtuvo para una velocidad de propagación de ondas S de 3.5 Km./seg, y una velocidad de propagación de ruptura de 2.8 Km/seg. La Figura 3 muestra la componente E-W de la señal sintética para el evento principal del 03/0/ TIEMPO (segundos) FIG. 3: Acelerograma sintético del terremoto de Lima del 03/0/74, para la estación Parque de la Reserva. Componente E-W. 4. Discusión de Resultados Los resultados encontrados en este estudio muestran que el tiempo historia de aceleraciones de la señal sintética para el terremoto de Lima de 974 tiene una buena semejanza en la forma de onda, duración y contenido de frecuencia con los registros obtenidos en la Estación del Parque de la Reserva. Del análisis de sensibilidad se concluye que la señal sintética es sensible a las variaciones de propagación de ruptura y la velocidad de ondas, y la mejor aproximación fue obtenida para una velocidad de propagación de ondas S de 3.5 Km/s. Como se observa en las Figuras 4 y 5, que muestran la comparación de los espectros de respuesta para las componentes horizontales de las señales sintéticas y las registradas, hay una buena correspondencia en la forma del espectro para todo en el dominio de la frecuencia, a excepción del pico que aparece en el rango de periodos alrededor de seg. en la componente N-S. 0 0 FIG. 4: Registrado Simulado PERIODO (segundos) 0 0 FIG. 5: Espectro Respuesta de Aceleraciones (h=5%) de las señales sintética y observada del terremoto de Lima, del 03/0/74. Componente E-W. Registrado Simulado PERIODO (segundos) Espectro Respuesta de Aceleraciones (h=5%) de las señales sintéticas y observadas del terremoto de Lima, del 03/0/74. Componente N-S. 5.0 ESTIMACIÓN DEL MOVIMIENTO MÁXIMO ESPERADO EN LIMA Posteriormente, con la finalidad de estimar cuál sería el movimiento más severo que puede ocasionar en la ciudad de Lima un sismo de características similares a las del terremoto del 03/0/74, se realizó un análisis de sensibilidad de la señal sintética con respecto al punto de inicio de la ruptura. Los resultados confirman que debido al efecto de directividad (ubicación

4 desfavorable de la ciudad con respecto a la dirección de propagación de la energía) y para sismos de poca profundidad, se pueden presentar aceleraciones máximas de hasta 0.8 veces la aceleración de la gravedad, las cuales pueden generar aceleraciones espectrales de hasta tres veces la gravedad en el período 0.3 a 0.4 segundos. Esas mismas condiciones generan un segundo rango de amplificación para valores de periodos entre. a.3 seg. Si bien es cierto, en la ciudad de Lima no existen evidencias de este comportamiento, los resultados obtenidos tienen un sustento en los registros de grandes sismos obtenidos en suelo firme que también muestran amplificaciones importantes en rangos de periodos relativamente largos (Takeo, M. y H. Kanamori, 997). El tiempo historia de aceleraciones de la señal sintética de mayor amplitud se presenta en la Figura 6 y los espectros de respuesta de éste y otros eventos obtenidos en el análisis se presentan en la Figura7. Aceleración (cm/seg 2 ) FIG. 6: Aceleración (cm/seg²) Tiempo (seg) Acelerograma sintético del evento de mayor intensidad en la ciudad de Lima. Componente E-W Periodo (segundos) FIG. 7: Espectros de aceleraciones de eventos sintéticos obtenidos para la ciudad de Lima. Componente E-W. 6.0 CONCLUSIONES Mediante el método de las Funciones de Green Empíricas se ha logrado obtener acelerogramas sintéticos del terremoto de Lima del 03 de Octubre de 974. Estos acelerogramas tienen una buena similitud, tanto en la forma de onda, duración y contenido de frecuencia, con los registros instrumentales obtenidos en la estación del Parque de la Reserva. Los resultados demuestran que, ante la falta de registros instrumentales, esta técnica puede ser una herramienta bastante útil para estimar acelerogramas de futuros grandes sismos que podrían ocurrir en las distintas regiones del Perú. Paralelamente, se ha estimado el movimiento sísmico más severo que podría generar un terremoto de similares características al del 03/0/74 en la ciudad de Lima. Los resultados indican que, de acuerdo a la ubicación del punto de inicio de la ruptura y por efectos de directividad, en esta ciudad se puede esperar la ocurrencia de aceleraciones máximas de hasta 0.8 veces la aceleración de la gravedad en campo libre. Así mismo, se observa que los espectros de respuesta elásticos para amortiguamientos del 5% presentan amplitudes de hasta 3 veces la gravedad. Por otro lado, estos espectros presentan amplificaciones importantes en periodos alrededor de seg., aún para el suelo firme de la ciudad de Lima. Como se ha mencionado en la discusión de los resultados, este comportamiento es lo que se viene observando en los registros sísmicos de grandes eventos sísmicos que se han ido obteniendo últimamente; en consecuencia, es de esperar que en futuros eventos se obtenga este tipo de espectros. Los resultados obtenidos en este trabajo para la estimación del movimiento sísmico más severo en la ciudad de Lima, corresponden únicamente a un mecanismo de fuente similar al del terremoto del 03/0/74; por lo tanto éste no representa el mayor movimiento esperado en esta ciudad. Dado que en la zona de subducción se pueden generar sismos hasta de magnitud Ms = 8.2, los movimientos sísmicos ocasionados por estos eventos pueden tener mayor intensidad que el movimiento estimado en este trabajo, especialmente en la duración de la fase intensa del movimiento y el contenido de frecuencias.

5 REFERENCIAS Aguilar, Z. (996), Sinthetic Strong Ground Motion Acceleration For the 995 Kobe Earthquake at The Akashi Kaikyo Bridge, Thesis, Kyoto University, Japan. Aguirre, J., K. Irikura & K Kudo (994), Estimation of Strong Ground Motions on Hard Rock and Soft Sediment Sites in the Ashigara Valley, Bull. DPRI, Vol. 44, Kyoto University, Japan. Dorbath, L., A. Cisternas, & C. Dorbath (990), Assessment of The Size of Large and Great Historical Earthquakes in Perú, Bulletin of the Seismological Society of America. Vol 80, No. 3. Giesecke, A., L. Ocola y E. Silgado (975), Informe a UNESCO del Sismo del 03 de Octubre de 974, Lima - Perú, CERESIS. Irikura, K. (986), Prediction of Strong Ground Motions using Empirical Green s Function, Proc. of the 9 th Japan Earthquake Engineering Symposium, pp. E049 E054. Quiñones, A. (2002), Simulación de Acelerogramas para el Terremoto del 03/0/974, Registrado en Lima, Perú. Tesis para obtener el Título de Ingeniero Civil, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima. Takeo, M. & H. Kanamori (997), Simulation of Long-Period Ground Motions Near a Large Earthquake. Bulletin of the Seismological Society of America. Vol 87, pp