INTENSIDADES Y DAÑOS DEL TERREMOTO DE TOCOPILLA DEL 14 DE NOVIEMBRE DEL 2007

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1 INTENSIDADES Y DAÑOS DEL TERREMOTO DE TOCOPILLA DEL 14 DE NOVIEMBRE DEL 2007 M. Astroza I. 1 y R. Astroza E. 2 1 Departamento de Ingeniería Civil, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile. Santiago. CHILE. mastroza@ing.uchile.cl 2 Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. Universidad de Los Andes. Santiago. CHILE rastroza@uandes.cl RESUMEN En este trabajo se estiman las intensidades sísmicas en 20 localidades ubicadas en el área de daño del terremoto de Tocopilla del 14 de noviembre del 2007 a partir de los daños de los tipos de construcción que más abundan en la zona. Tanto las construcciones como sus daños se clasifican de acuerdo con las clases de vulnerabilidad y la escala de daños de la escala MSK-64. Con las intensidades estimadas, se trazan las curvas isosistas del terremoto comprobando que la longitud del área de daños es 330 km en la dirección norte-sur. Además, se comprueba que la atenuación de las intensidades del terremoto del 14 de Noviembre del 2007 con la distancia hipocentral queda representada por la fórmula propuesta por Barrientos (1980). SUMMARY In this work the seismic intensities in 20 places located in the damage area of the Tocopilla November 14, 2007 earthquake are determinated from the damages of the more popular constructions in the zone. The structures and their damages are classified in agreement with the vunerability classes and the damages scale of MSK-64 intensity scale. The isoseismal curves are drawn, verifying that the length of the damage area in the North-South direction is about 330 km. In addition, the intensity attenuation with the hypocentral distance of the Tocopilla earthquake is studied, and it shows a good matching with Barrientos s formula (1980).

2 INTRODUCCIÓN Para estudiar los efectos del terremoto del 14 de Noviembre del 2007 se visitaron 13 localidades ubicadas en su área de daño, comprendida entre las localidades de Quillagua por el norte y Antofagasta por el sur. En estos lugares se estimó la intensidad sísmica a partir de los daños observados en los tipos de construcción que más abundan en la zona, con este propósito se utiliza la escala MSK-64 de intensidades aplicando la metodología propuesta por Monge y Astroza (1989). Las intensidades obtenidas se complementan con los valores informados por medios de prensa nacional fuera del área de daño, considerando los efectos que produjo el terremoto en las personas y en los contenidos de algunas instalaciones comerciales. Durante la inspección de los daños se pudo comprobar que en algunas de las localidades visitadas, la distribución de los daños no era uniforme producto de las condiciones locales de sitio. Un ejemplo de esta situación es la ciudad de Tocopilla, donde la intensidad es 1 ½ grado mayor si el sector se ubica sobre un depósito aluvional reciente, como ocurre en el sector norte de la ciudad, o sobre roca (Astroza et al., 2010). Con las intensidades estimadas se trazan las curvas isosistas del terremoto para un suelo del Tipo II según la clasificación de la norma NCh433 (INN, 1996), resultando curvas de forma elíptica regulares producto de no considerar los efectos de las condiciones locales. De acuerdo con las isosistas trazadas, la zona de daño del terremoto del 14 de noviembre del 2007 se extiende entre los paralelos -21º y -24º de latitud, lo que representa una extensión del orden de 330 km en la dirección norte-sur. Además se observa que el daño se atenúa rápidamente en la dirección oeste-este, alcanzando una distancia no mayor que 90 km. medida desde la costa. Esto último es una característica de los terremotos chilenos del tipo interplaca y es consecuencia de que la ruptura se propaga en la dirección norte-sur. Finalmente se analiza la atenuación de las intensidades con la distancia hipocentral, comprobándose que la caída del valor de las intensidades del terremoto del 14 de Noviembre del 2007 con la distancia hipocentral queda bien representada por la fórmula propuesta por Barrientos (1980). Más detalles de los efectos de este terremoto se entregan en el trabajo preparado por el grupo que visitó la zona afectada por el terremoto (Astroza et al., 2008) y en el Volumen Nº5 de la Revista Innova (Innova, 2008) CALCULO DE LAS INTENSIDADES SISMICAS Las intensidades en las localidades visitadas se determinaron por inspección visual de los daños en los tipos de construcción que más abundan en la zona. Con este propósito, las viviendas se clasifican en las tres Clases de Vulnerabilidad indicadas en la Tabla 1 y los grados de daño se establecen de acuerdo con la descripción detallada en las Tablas 2 y 3. Hecha la asignación del grado de daño para una muestra de viviendas de un mismo tipo de construcción, el grado de intensidad se determina teniendo en cuenta la distribución porcentual de daños detallada en la Tabla 4 (Monge y Astroza, 1989). Los valores de esta tabla corresponden a los establecidos en la escala de intensidad MSK-64 (Kárník et al., 1984).

3 Clase de Vulnerabilidad Clase A Clase B Clase C Tabla 1 - Clase de Vulnerabilidad Tipo de Construcción Construcciones de adobe. Viviendas auto-construidas Construcciones de albañilería sin refuerzos. Construcciones de tabiquería de madera rellena con adobe, Construcciones del tipo palo ahogado Construcciones de albañilería reforzada (Armada y confinada) Tabla 2 - Descripción de los grados de daños para las construcciones de adobe y de albañilería con y sin refuerzo y para las viviendas auto-construidas Grado de daño Descripción 0 Sin daños. 1 Daños menores en estucos. Grietas horizontales en antetechos, tímpanos y chimeneas. Grietas 2 verticales en encuentros de muros sin que se produzca separación. Grietas finas en los muros Caída de antetechos, de tímpanos o de partes de chimeneas. Grietas verticales en encuentros de muros con evidente desaplomo de los 3 muros. Grietas diagonales en los muros con anchos mayores que 3 mm. 4 Caída parcial o total de un muro. 5 Caída de más de un muro. Colapso total. Tabla 3 - Descripción de los grados de daños para las construcciones de tabiquería de madera rellena con adobe y construcciones del tipo palo ahogado Grado de Descripción daño 0 Sin daños. Fisuras verticales y diagonales en el estuco, siguiendo la enmaderación 1 formada por los pies derechos y diagonales. 2 Caída de trozos de estucos dejando a la vista el relleno. 3 Vaciamiento de parte del relleno. 4 Caída de un muro. 5 Caída de más de un muro. Colapso total. En la zona visitada abundan dos tipos de construcciones que no estaban originalmente incluidas en la Tabla 1, éstas son las viviendas auto-construidas y las construcciones del tipo palo ahogado. Para determinar el grado de intensidad de acuerdo al daño observado en este tipo de construcciones se ha considerado que las viviendas auto-construidas pertenecen a la Clase A de Vulnerabilidad (Kort, 1968) y que las construcciones del tipo palo ahogado a la Clase B, considerando que su comportamiento sísmico es similar al de las construcciones de tabiquería de madera rellena con adobe. Con el propósito de verificar el grado de intensidad obtenido a partir de este último tipo de vivienda, se compara el grado de intensidad obtenido con los daños observados en las construcciones de adobe o en las viviendas de albañilería reforzada.

4 Tabla 4 - Distribución del daño según la Escala Europea de Intensidades (Intensidad MSK). Grado de Intensidad Clase A Clase B Clase C % Grado de daño % Grado de daño % Grado de daño V VI VII VIII IX X XI XII Intensidades: Las intensidades obtenidas en las localidades visitadas se indican en la Tabla 5. En esta tabla también se incluyen las intensidades estimadas a partir de los efectos en las personas y de los daños en los contenidos de algunas instalaciones comerciales informados por los medios de comunicación en cuatro localidades ubicadas fuera del área de daños. Tabla 5 - Intensidades en los pueblos visitados, IMSK Localidad Intensidad Localidad Intensidad Quillagua 6.5 Sierra Gorda 5.0 Buena Esperanza 6.0 Baquedano 6.0 Tocopilla (3) 7.0 Antofagasta 6.0 María Elena 7.0 Iquique (1) 5.0 Pedro de Valdivia 6.0 Alto Hospicio (1) 5.0 Gatico (2) 6.5 Calama (1) 5.0 Cobija (2) 6.5 Taltal (1) 5.0 Hornitos 6.5 Valparaíso 2.0 Mejillones 6.5 Viña del Mar 2.0 Chacabuco 6.0 Santiago 2.0 (1) Intensidades estimadas de la información entregada por los medios de comunicación. (2) Lugar ubicado en roca, (3) Suelo Clase B (Astroza et al., 2010)

5 Para estimar las intensidades se tuvo en cuenta el estado en que se encontraban las construcciones antes del terremoto, ya que algunas de ellas habían sido dañadas durante los terremotos ocurridos los años 1967 y En particular, en la ciudad de Tocopilla se pudo comprobar que muchos de los daños más espectaculares se presentaron en edificios que habían sufrido daños durante el terremoto de Tocopilla de 1967 (Kort, 1968). Lo mismo ocurrió en localidades como Sierra Gorda y Baquedano, donde las viviendas más afectadas se encontraban dañadas como consecuencia del terremoto de Antofagasta del 30 de julio de En la Figura 2 se muestran las intensidades estimadas en la zona afectada por el terremoto junto con las intensidades reportadas por ONEMI (ONEMI, 2007, ver Tabla 6) y con las curvas que representa la ley de atenuación de la intensidad sísmica propuesta por Barrientos (1980) para las dos magnitudes entregadas en el informe del Servicio Sismológico de la Universidad de Chile (S.S., 2007), magnitudes indicadas en la Tabla Intensidad Distancia Hipocental [km] Barrientos 1980 M=7.7 Tocopilla 2007 (Onemi) Tocopilla 2007 (Terreno) Barrientos 1980 M=7.5 Figura 2 Intensidades del terremoto del 14 de Noviembre del 2007 Tabla 6 Intensidades reportadas por ONEMI, en la escala Mercalli Modificada Localidad Intensidad Localidad Intensidad Localidad Intensidad Arica 6.0 Baquedano 7.0 La Higuera 3.0 Huara 6.0 Antofagasta 7.0 La Serena 3.0 Iquique 6.0 Tal Tal 6.0 Huayco 3.0 Alto Hospicio 6.0 Tierra Amarilla 5.0 Freirina 3.0 Tocopilla 8.0 Chañaral 5.0 Coquimbo 3.0 María Elena 7.0 Caldera 5.0 Alto del Carmen 3.0 Calama 7.0 Copiapo 5.0 Valparaíso 2.0 Mejillones 7.0 Vallenar 3.0 Viña del Mar 2.0

6 Tabla 7 - Datos del terremoto (S.S., 2007) Tipo de evento Hora local de ocurrencia Latitud Longitud Profundidad Magnitud Fuente Interplaca 12 hr 40 min 48 s 70º W 22º S 38,9 km 7,7(Mw),, 7,5(Ms) Servicio Sismológico (U. de Chile) De la Figura 2 se comprueba que los valores de las intensidades entregadas por ONEMI (ONEMI, 2007) están sobrestimados, lo cual queda confirmado si se consideran aspectos como: (a) los daños que debieran haber en las ciudades de Arica (I=6.0) y Antofagasta (I=7.0) de acuerdo con la distribución de los daños de la Tabla 4 para las construcciones de las Clases de Vulnerabilidad A y B, y (b) la posición relativa de los valores entregados por ONEMI con respecto a la curva que representa la ley de atenuación de las intensidades propuesta por Barrientos para los terremotos chilenos. ISOSISTAS DEL TERREMOTO En la Figura 3 se muestran las curvas isosistas que se pueden trazar con las intensidades estimadas para el terremoto del 14 de noviembre del Junto con estas curvas se destacan las intensidades de las 17 localidades de la Tabla 5 donde su valor fue mayor o igual a 5.0 grados. Las isosistas de la Figura 3 representan las intensidades en un suelo del Tipo II según la clasificación de la norma NCh433 (INN, 1996) y por ello su forma elíptica sin irregularidades al no estar presente los efectos beneficiosos o desfavorables que produce en el valor de la intensidad la presencia de otros tipos de suelos, por ejemplo roca o depósitos aluvionales recientes existentes en la zona. De acuerdo con la distribución de daños detallada en la Tabla 4, la zona de daño de un terremoto corresponde a la región encerrada por la isosista del grado 6, la cual se extiende entre los paralelos -21º y -24º de latitud para este terremoto, representando una longitud de 330 km en la dirección norte-sur. Además se observa que el daño se atenúa rápidamente en la dirección oeste-este, alcanzando una distancia no mayor que 90 km como consecuencia de que la ruptura en este terremoto se propagó en la dirección norte-sur. De la Figura 3 se observa que la zona de mayor intensidad, IMSK = 7.0, se ubica entre los paralelos -22º y -23º de latitud sur, lo que representa una longitud del orden de 110 km en la dirección norte-sur. Esta longitud se compara bastante bien con la longitud de ruptura del terremoto, del orden de 80 km (Barrientos, 2008), y con la longitud de la zona donde los lugareños pudieron apreciar levantamientos del borde costero, los que de acuerdo con la información reunida en terreno fueron entre 25 y 30 cm. La zona de mayor intensidad se extiende unos pocos kilómetros en la dirección este-oeste sin alcanzar las localidades ubicadas al oriente de la Ruta 5.

7 Figura 3 Isosistas del terremoto del 14 de Noviembre del 2007 ATENUACIÓN DE LAS INTENSIDADES CON LA DISTANCIA HIPOCENTRAL La atenuación de las intensidades con la distancia hipocentral se determina con las intensidades de la Tabla 5. En la Figura 4 se grafican estas intensidades en función de la distancia hipocentral, aceptando que los parámetros del hipocentro son los detallados en la Tabla 7. Además, en la Figura 4 se dibuja la curva que representa la ley de atenuación de las intensidades que se = A + B log R + C : Ι 10 obtiene al ajustar por mínimos cuadrados una ecuación del tipo ( ) R Ι Tocopilla 07 = log10 ( R) R donde: R = distancia hipocentral

8 Figura 4 - Atenuación de las intensidades del terremoto del 14 de noviembre del De la Figura 4 se observa que la tendencia de la caída de las intensidades del terremoto del 14 de Noviembre del 2007 con la distancia hipocentral queda bien representada por la fórmula de Barrientos (Barrientos, 1980), ubicándose la ley de atenuación de la intensidad por debajo de las curvas que representan la ecuación de Barrientos para las dos magnitudes de la Tabla 7. COMPARACIÓN DE LAS INTENSIDADES DE LOS TERREMOTOS DE TOCOPILLA DE 1967 Y DEL 2007 Según Comte y Pardo. (1991), el terremoto interplaca del 20 de diciembre de 1967 tuvo una magnitud Ms = 7.3, las coordenadas de su epicentro fueron 70.1º de longitud oeste y 21.9º de latitud sur y su profundidad fue de 20 km. De acuerdo con los archivos del Servicio Sismológico de la Universidad de Chile las intensidades estimadas en 29 localidades corresponden a las mostradas en la Figura 5, las cuales son comparables con las intensidades del terremoto del 14 de Noviembre del 2007, ver Tabla 5, y con la curva que representa la ecuación de Barrientos para una magnitud de 7.3 grados. CONCLUSIONES Al analizar los valores de las intensidades del terremoto del 14 de Noviembre del 2007 se aprecia lo siguiente: Los daños producidos por el terremoto no son mayores que los observados en el terremoto del 20 de diciembre de El terremoto se puede calificar como un terremoto moderado de acuerdo con los valores de las intensidades sísmicas. Teniendo en cuenta lo anterior, se debe revisar la situación tanto de algunas estructuras de uso público como de las viviendas particulares construidas por sus propietarios sin asistencia

9 técnica y por lo tanto de alta vulnerabilidad, que han sufrido daños tanto en este terremoto como en el terremoto del año Esta revisión es necesaria como medida de prevención considerando que en la zona norte de Chile puede ocurrir un evento de mayor magnitud con epicentro más al norte como el terremoto que ocurrió el 10 de mayo de 1877 (Kausel, 1986) Intensidad Distancia Hipocentral [km] Barrientos M=7.3 Tocopilla 2007 Tocopilla 1967 Figura 5 Comparación de las intensidades de los terremotos de Tocopilla de 1967 y de En el marco de la sismicidad de la zona Norte de Chile y teniendo en cuenta que el 30 de julio de 1995 ocurrió un terremoto de mayor magnitud (Mw=8.0 (Delouis et al., 1997), Ms=7.3 (NEIC)) al sur de la zona de daño del terremoto del 14 de Noviembre del 2007, debe estudiarse en forma conjunta la situación de los terremotos de 1967 y del 2007 para establecer potenciales zonas de ruptura al norte de la ciudad de Antofagasta. Por ahora parece difícil aceptar que la zona de ruptura del esperado gran terremoto se extienda más al sur de Tocopilla si se acepta como hipótesis de trabajo que los terremotos de 1967 y 2007 se han producido producto de rupturas que han afectado distintas zonas del contacto entre las placas de Nazca y Sudamericana. Tanto en este terremoto como en el ocurrido el año 1967 se han observado claramente los efectos de las condiciones locales asociadas con los depósitos que se encuentran en la ciudad de Tocopilla, lo que ha tenido como efecto que la intensidad sísmica aumente en 1 grado con respecto al valor indicado en la Tabla 5 (Astroza et al., 2010). AGRADECIMIENTOS Los autores de este trabajo desean agradecer el financiamiento y auspicio obtenido del proyecto MAR-VASTO BID/IADB, de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Los Andes y de la Facultad de Construcción y Arquitectura de la Universidad Católica del Norte para realizar la inspección de terreno. Además agradecen la colaboración de CODELCO-División Chuquicamata y de las Ilustres Municipalidades de Maria Elena y Sierra Gorda.

10 REFERENCIAS Astroza M., F. Matus y J. Music, 2010, Microzonificación sísmica de la ciudad de Tocopilla, 10º. Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica, Santiago, Chile. Astroza M., Omerovic J., Astroza R., Music J., Saragoni R., Alvarez I., Covarrubias A., Morales E., Vladillo S. and Rabello O., 2008, Intensity and Damage Assessment of the 2007 Tocopilla Earthquake, Chile, Earthquake Engineering and Research Institute (EERI), published on line at October. Barrientos S., 1980, Regionalización Sísmica de Chile, Tesis para optar al Grado de Magíster en Ciencias con Mención en Geofísica, Departamento de Geofísica, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile. Barrientos,S., 2008, Comunicación personal. Comte D. y M. Pardo, 1991, Reappraisal of great historical earthquakes in the Northern Chile and Southern Peru seismic gaps, Natural Hazards 4: Delouis B., T. Monfret, L. Dorbath, M. Pardo, L. Rivera, D. Comte, H. Haessler, J.P. Caminade, L. Ponce, E. Kausel and A. Cisternas, 1997, The Mw=8.0 Antofagasta (Northern Chile) Earthquake of 30 July 1995: A Precursor to the End of the Large 1877 Gap, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 87, Nº2, pp , April. INN, 1996, Norma NCh433.Of96 Diseño Sísmico de Edificios, Instituto Nacional de Normalización, Santiago, Chile. Kárník V., Z. Schenková and V. Schenk, 1984, Vulnerability and the MSK Scale, Engineering Geology, 20, pp Kausel, E., 1986, Los Terremotos de Agosto de 1868 y Mayo de 1877 que afectaron el Sur del Perú y Norte de Chile, Boletín Acad. Chilena Ciencias 3, Kort I., 1968, El terremoto de Tocopilla del 20 de diciembre de 1967, desde el punto de vista de la Ingeniería Sísmica, Memoria para optar al título de Ingeniero Civil, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile. Innova, 2008, Revista de la Facultad de Arquitectura, Construcción e Ingeniería Civil, Universidad Católica del Norte, Vol. Nº5, Antofagasta, Chile, Diciembre, pp Monge, J, y M. Astroza 1989, Metodología para determinar el grado de Intensidad a partir de los daños", 5as. Jornadas Chilenas de Sismología e Ingeniería Antisísmica, Vol. I, Santiago, Chile, 7 al 11 de Agosto. ONEMI, 2007, Info. Nº ,14/11/2007- Sismo mayor intensidad del norte no reúne condiciones para generar tsunami, Oficina Nacional de Emergencia, Santiago, Chile. S.S., 2007, Informe del sismo del 14 de Noviembre del 2007, Servicio Sismológico, Departamento de Geofísica, Universidad de Chile.