AVANCES EN LA IMPLEMENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LA MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA DE QUITO

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1 AVANCES EN LA IMPLEMENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LA MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA DE QUITO M. Schmitz, H. Yepes, J. Ordoñez, E. Jiménez, C. Zapata, J.G. Barros, A. Laurendeau, A. Calahorrano, F. Flores, M. Pozo, D. Sosa, D. Cárdenas y el grupo de microzonificación sísmica de Quito Quito, 9 de mayo 2017

2 Contenido de la Presentación: Resumen de los estudios existentes en Quito - EPN, GeoHazards, ORSTOM, 1997, EPN ERN Aguiar, 2013, 2015 Objetos de estudios adicionales: Revisión de la amenaza sísmica Revisión del modelo del subsuelo Revisión de los espectros de diseño Ampliación del estudio de peligro de deslizamientos Calibración de los espectros de diseño Implementación en ordenanza municipal Quito, 9 de mayo 2017

3 Escuela Politécnica Nacional; GeoHazards International; Ilustre Municipio de Quito; ORSTOM, Quito; and OYO Corporation, The Quito, Ecuador, Earthquake RiskManagement Project: An Overoiew. (San Francisco: GeoHazards International, 1994.) Quito, 9 de mayo 2017

4 Geología: Los flancos del Pichincha (F) La depresión central (L) (lacustres) Los flancos orientales (Q) (cangahua) Cerro el Panecillo (Pn) Zonificación de Quito (EPN et al., 1995) 4

5 Terremoto en la costa Intensidades Terremoto local 1987 M=6,9 a 80 km Daños Quito, 9 de mayo 2017

6 Frecuencias amplificadas: (a) Primera: 1,0 2.0 Hz (b) Segunda: 1,5 4,5 Hz Espesores de 115 m de la Depresión Central basados en mediciones sísmicas reportados por Geohazards (1994) Guéguen et al. (2000) 673 puntos de medición de HVSR

7 Escuela Politécnica Nacional (Valverde et al., 2000) Quito, Ecuador, 11 de noviembre 2016

8 El Distrito Metropolitano de Quito dividido en tres zonas de comportamiento dinámico. De acuerdo a la clasificación señalada en el Código (CEC, 2001) suelos tipo S1, S2 y S3. Períodos fundamentales de vibración estimados entre 0.2 y 0.6 segundos. Elaboración de espectros basados en perfiles tipo Perfil tipo S1: rocas y suelos endurecidos con Vs > 750 m/s y con T < 0.2 s. Perfil tipo S2: Suelos intermedios entre S1 y S3, corresponden a depósitos de cangahua de poco espesor, lacustres y lahariticos Perfil tipo S3: Suelos blandos o estratos profundos con T > 0.6 s. Potentes estratos de arenas volcánicas, caídas de cenizas y gravas poco consolidadas, suelos limosos de origen orgánico con altos niveles freáticos y zonas de relleno en el cauce de antiguas quebradas. Quito, 9 de mayo 2017

9 2012 Definición de zonas homogéneas basado en 14 perforaciones con ensayos de laboratorio Quito, 9 de mayo 2017

10 Resultados de penetración estándar para el Distrito Metropolitano de Quito. Incluye datos recopilados de otros estudios de suelos y la prospección del proyecto ERN Profundidad de prospección: m Vs de ensayos downhole de 13 perforaciones del proyecto ERN 2012 El valor de Vs aumenta de 150 a 500 m/s De sísmica de refracción, Vp hasta 6 m de 500m/s, 6-20 m entre 700 y 900 m/s y debajo de 20 m entre 1100 y 1400m/s

11 Análisis de la respuesta dinámica Para cada punto de referencia (33) se presentan los espectros de amenaza uniforme de pseudo-aceleración, pseudovelocidad y desplazamiento espectral correspondientes a periodos de retorno de 55, 225, 475, 1000 y 2500 años. aceleración velocidad desplazamiento Espectros de respuesta en superficie Aceleración, velocidad y desplazamiento máxima Tr=475 años para Quito, en superficie Aceleración en superficie (PGA) y en terreno para períodos 0,05 s, 0,1 s, 0,15 s, 0,3 s, 0,5 s, 1 s, 1,5 s, 2 s, 3 s Quito, 9 de mayo 2017

12 Espectros de diseño consolidados del estudio Metro y sondeos propuestos Los mapas de microzonificación sísmica para la ciudad se presentan entonces en términos de los factores Fa, Fd y Fs que permiten construir las formas espectrales de diseño

13 Fa Fd Fs Mapas de los factores Fa, Fd y Fs respectivamente, para un periodo de retorno de diseño de 475 años En el sistema SISQuito se manejan los resultados de esta microzonificación

14 RECOMENDACIONES PARA ESTUDIOS FUTUROS Se recomienda instalar el mayor número posible de acelerógrafos, especialmente en la zona de suelos blandos En al menos uno de los sitios críticos de estudio se recomienda la instalación de instrumentos en profundidad Para efectos de mejorar la información geotécnica en el futuro se recomienda que la ciudad exija la realización de investigaciones profundas en el caso de proyectos importantes Las investigaciones geofísicas a gran profundidad se requieren para modelar la forma general de la cuenca y la conformación tridimensional de los depósitos característicos que dominan la respuesta dinámica Los efectos geométricos locales, asociados a la heterogeneidad de los depósitos de suelo o a cambios topográficos en superficie (como el caso de taludes o colinas) deben evaluarse en detalle a nivel local Quito, 9 de mayo 2017

15 Espectros propuestos por ESPE (Aguiar, 2013; 2015) Comparación con espectros ERN (2012) Ejemplos de espectros

16 Aguiar, 2013; 2015

17 Aguiar, 2013; 2015

18 Utilidad de la Microzonificación Sísmica Nuevas edificaciones Complemento de la Norma COVENIN Actualización Norma Elaboración de Ordenanza Municipal Insumo para Planes Urbanos Estudios de Vulnerabilidad Reforzamiento Inmuebles Públicos Municipal Inmuebles Privados Edificaciones existentes Estudios de Riesgo Planes de Contingencia Aseguramiento de los inmuebles públicos Municipalidades Ciudad Formal Estabilidad de taludes Primas de Seguros Ciudad Informal Problema alcance nacional

19 Revisión de la amenaza sísmica Mapas de amenaza en roca para diferentes períodos de retorno [PGA en cm/s2] (ERN et al., 2012) Para PMR de 500 años resulta para Quito un valor de 0,2 g Quito: 0,2 g Beauval et al. (2014): 0.4g para PGA en 475 años en Quito. NEC (2015): 0.4g PGA para 475 años en Quito. Quito, 9 de mayo 2017

20 Revisión del modelo del subsuelo Zonas de comportamiento homogéneo Siguiendo la delimitación de las formaciones geológicas, se han propuesta unas zonas homogéneas asociadas a cada uno de los puntos investigados en los cuales se cuenta con información estratigráfica y de velocidad de onda. Perforaciones ERN Perforaciones Metro

21 Revisión del modelo del subsuelo Perfil Vs 30 del Metro (Cataldi, 2013) Perfil Vs hasta 250 m Basado en mediciones ReMi Quito, 9 de mayo 2017

22 Revisión del modelo del subsuelo Quito, 9 de mayo

23 Revisión del modelo del subsuelo Relación espectral H/V de ruido ambiental (línea roja) y de sismos (línea negra) (Alfonso-Naya et al., 2012). 23

24 Mediciones de ruido ambiental para período fundamental del suelo en Quito Puntos verdes: Gueguen et al., 2000 Puntos Azules: Puntos futuros MzQ Puntos Celestes: Puntos realizados hasta la fecha Compración de espectro Gueguen (2000), arriba con equipo de 1 Hz, y espectro de las mediciones actuales con equipos de 20 s (abajo). Destacan aparte de las frecuencias entre 2 y 6 Hz picos alrededor de 0,5 Hz 24 J.G. Barros y A. Laurendeau, 2016

25 Revisión del modelo del subsuelo Mapa preliminar de Vs30 de Quito basado en análisis de la pendiente topográfica (León et al., 2017) Calibración con datos geotécnicos existentes (Metro de Quito) Verificación con mediciones ReMi (Vs30) en las zonas identificadas 25

26 Ampliación del estudio de peligro de deslizamientos Mapa de Susceptibilidad por Movimiento de Terrenos Inestables - Ampliar el mapa a los valles - Incorporar peligro por sismo Definir restricciones en zonas de alto peligro FUNEPSA, 2015

27 Revisión de los espectros de diseño Zonas sísmicas con base en perforaciones geotécnicas Las zonas se encuentran en revisión respecto a la geología, geomorfología y características geotécnicas y de los espectros de respuesta Clasificación según espectros NEC 2015 Meseta 1.4 g, más alto que Suelo C Coluvial: MSQ8 Cangahua : MSQ10 Depósitos lagunares: MSQ11 Meseta 1.2 g, Espectro parecido a Suelo C Coluvial : MSQ1 Cangahua sobre sedimentos Chiche: MSQ14 Meseta 1.0 g, por debajo del espectro del Suelo C, Coluvial: MSQ3, MSQ4, Depósitos de terraza del Holoceno: MSQ13 Cangahua sobre sed. Chiche: MSQ15 Meseta 0.8 g, por debajo del Suelo D Cangahua: MSQ2 Coluvial : MSQ6, MSQ17 Depósitos laháricos: MSQ16 Efectos de cuenca 2D y 3D en Quito?

28 Revisión de los espectros de diseño Zonas sísmicas re-agrupadas según espectros Cangahua? centro-sur (MSQ 10, MSQ8) 10 y 8 Espectro Suelo D Coluvial (MSQ 1, 3, 4, 6, 17) 1, 17 Depósitos de flujos volcánicos (MSQ 13, 16) Cangahua sobre sedimentos Chichi, valles (MSQ 14, 15) 14 y y 8 Espectro Suelo C Cangahua norte (MSQ 2) 2 Espectro Suelo E? Sedimentos La Carolina y Sur (MSQ11) 11 Incorporar rellenos de EPN 2000

29 Punto 1 (Laderas del Pichincha, coluvionales): 1, 6, 8, 13, 17 Punto 2 (Cangahua en el norte): 2 Punto 3 (Cangahua en el centro-sur): 10 Punto 4 (sed. lacustres La Carolina y Rancho San Francisco): 11 Punto 5 (sedimentos lacustres en el sur): 11 Punto 6 (Cangahua sobre sed. Chichi): 14, 15 Calibración de los espectros de diseño T = 1 s, H = 165 m T = 0,73 s, H = 310 m T = 0,35 s, H = 710 m T = 0,47 s, H = 500 m T = 0,32 s, H = 735 m T = 0,42 s, H = 575 m Generación de modelos de entrada para el SHAKE Vs30 a partir de las perforaciones de ERN et al. (2012) o del Metro del mismo informe. El perfil Vs inferior se estima en analogía a datos ReMi profundo (Cataldi, 2013), Quito Sur (Morán Valverde) y La Carolina, y extrapolado hasta el basamento según la litología pozos cercanos. El espesor se determina con H=Vs *T/4 (Kramer, 1996) utilizando los valores de frecuencia según Laurendeau et al. (2017). El perfil litológico hasta 30 m de las perforaciones del informe ERN et al. (2012). Asignación de los perfiles SUCS a las litologías. Las densidades fueron tomadas de las perforaciones ERN et al. (2012)

30 Utilidad de la Microzonificación Sísmica Nuevas edificaciones Complemento de la Norma COVENIN Actualización Norma Elaboración de Ordenanza Municipal Insumo para Planes Urbanos Estudios de Vulnerabilidad Reforzamiento Inmuebles Públicos Municipal Inmuebles Privados Edificaciones existentes Estudios de Riesgo Planes de Contingencia Aseguramiento de los inmuebles públicos Municipalidades Ciudad Formal Estabilidad de taludes Primas de Seguros Ciudad Informal Problema alcance nacional

31 Algunos aspectos a ser considerados para la Propuesta de Ordenanza de Quito - Calibración de los espectros ERN2012 y NEC2015 en microzonas con enfoque en las unidades geológicas y la respuesta sísmica (cálculos SHAKE 91) - Incorporación de efectos topográficos - Actualización del Estudio de Microzonificación Sísmica (efectos profundos) - Consideración de zonas de rellenos de quebradas (EPN 2000) - Integración del peligro de deslizamientos - Guía para la recepción de los proyectos - Requerimientos para perforaciones geotécnicas; recopilación de la información por la alcaldía - Consideraciones para casas de 1 y 2 pisos según la NEC Compromiso de actualización de los resultados - Levantamiento sistemático de la información de vulnerabilidad - Consideraciones para la definición de un Programa de Mitigación del Riesgo Sísmico con enfoque en Edificaciones esenciales (escuelas, hospitales, bomberos, etc.)

32 Muchas gracias por su atención!

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