UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL CENTRO PERUANO-JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES

Transcripción

1 EALUACIÓN DE EFECTO DE SITIO DE LA ESTACIÓN ACELEROGRÁFICA SENCICO AREQUIPA (AQP3) UTILIZANDO ACELEROGRAMAS DE SISMOS OCURRIDOS DURANTE LOS MESES DE AGOSTO Y SEPTIEMBRE DEL 26 ELABORADO POR: Selene Quispe Fernando Lázares Armando Sifuentes Zenón Aguilar Lucio Estacio Silvia Alarcón Diana Calderón Cinthia Calderón Manuel Medina SEPTIEMBRE, 26 LIMA - PERÚ

2 Evaluación de Efecto de Sitio de la Estación Acelerográfica SENCICO AREQUIPA (AQP3) utilizando Acelerogramas de Sismos Ocurridos Durante los Meses de Agosto y Septiembre del 26 Selene Quispe, Fernando Lázares, Armando Sifuentes, Zenón Aguilar, Lucio Estacio, Silvia Alarcón, Diana Calderón, Cinthia Calderón, Manuel Medina. Antecedentes Mediante convenio firmado por la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI), el Servicio Nacional de Capacitación para la Industria de la Construcción (SENCICO), y la Cámara Peruana de la Construcción (CAPECO), se encargó al Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres (CISMID) en el año 24 la instalación de un acelerógrafo digital modelo Basalt, marca Kinemetrics de propiedad de SENCICO, en el local de la Gerencia Zonal ubicado en el distrito del Cercado, Ciudad de Arequipa. Este acelerógrafo ha sido asignado con el código AQP3 como parte de la Red Nacional de Acelerógrafos del CISMID-FIC-UNI. Durante los meses de agosto y a inicios de septiembre del presente año, han ocurrido varios eventos sísmicos en la región de Arequipa con una magnitud local (ML) mayor a 4., de los cuales cinco han sido registrados por la estación acelerográfica AQP3. A continuación se presenta la evaluación del efecto de sitio de esta estación utilizando los acelerogramas registrados por estos sismos. 2. Objetivos El objetivo del presente estudio es evaluar el efecto de sitio del terreno donde se ubica la estación acelerográfica de SENCICO-AREQUIPA (AQP3). Para tal fin, se aplica la conocida técnica de cociente espectral H/ utilizando los registros de aceleración registrados durante los meses de agosto y septiembre del Metodología La técnica cociente espectral H/ es un método que permite evaluar las condiciones locales de sitio utilizando registros de aceleración. Este método calcula la relación espectral entre las componentes horizontales del registro de aceleración con respecto a la componente vertical. Esta metodología ha sido utilizada por diferentes autores tales como Chávez-García (993), Field y Jacob (995), Theodulidis et al. (996), entre otros, dado que es fácil y rápido de aplicar para obtener información concerniente a las frecuencias predominantes en que ocurre una amplificación importante. A. TÚPAC AMARU N 5 LIMA 25 PERÚ Apartado Postal 3-25 Lima 3 Teléfono (5) , (5) , (5) FAX: (5)48-7

3 Latitud UNIERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA El presente trabajo utiliza el método H/ con el fin de estimar las condiciones locales de sitio de la estación AQP3, instalada en la ciudad de Arequipa. Para ello se utiliza los acelerogramas registrados por esta estación sísmica durante el mes de agosto y a inicios del mes de septiembre del presente año. 4. Sismos Ocurridos en la Ciudad de Arequipa Arequipa ha sido afectada con una serie de eventos sísmicos durante los meses de agosto y setiembre del presente año, como se aprecia en las Figura (a) y (b). Los eventos sísmicos están representados por círculos rojos, cuyo tamaño está en función de su magnitud local. La Figura (a) muestra la distribución espacial de los eventos sísmicos, mientras que la Figura (b) presenta también la distribución espacial pero con respecto al tiempo. El sismo del 4 de agosto del 26 con una ML5.3 produjo considerables daños materiales así como también pérdidas de vidas en el alle del Colca, entre las localidades de Yanque e Ichupampa. De acuerdo al Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico (INGEMMET), la ocurrencia de este sismo estaría relacionado a la actividad de fallas geológicas superficiales ( La Figura (b) muestra el evento principal así como también la serie de réplicas producidas con respecto al tiempo, los cuales se caracterizan por tener una ML entre 3. y 4.; se muestra también que posterior al terremoto del 4 de agosto se ha estado produciendo sismos con magnitudes mayores a 4. en la ciudad de Arequipa. (a) (b) 26/8/4 2:58 ML5.3 26/8/2 2:4 ML4.8 26/9/ 3:4 ML5. Leyenda Magnitud /8/9 4:49 ML Longitud Tiempo Figura. (a) Distribución espacial de los eventos sísmicos ocurridos en la ciudad de Arequipa en los meses de agosto y a inicios de septiembre del 26, y (b) distribución espacial de tales eventos con respecto al tiempo. A. TÚPAC AMARU N 5 LIMA 25 PERÚ Apartado Postal 3-25 Lima 3 Teléfono (5) , (5) , (5) FAX: (5)48-7 2

4 5. Estimación de Efecto de Sitio de la Estación AQP3 5.. Estación Acelerográfica y Eventos Sísmicos La estación acelerográfica SENCICO-AREQUIPA, conocida también como AQP3, se encuentra instalada en la ciudad de Arequipa como se muestra en la Figura 2, representado por un triángulo amarillo. La Tabla presenta información pertinente de esta estación como su latitud y longitud. El presente estudio evalúa las condiciones locales de la estación AQP3 utilizando los registros de aceleración de los sismos que están representados por una estrella roja en la Figura 2. Tales eventos se caracterizan por tener una magnitud local mayor a 4.. Este este estudio no se incluye el terremoto que ocurrió el 4 de agosto del 26 ya que la estación AQP3 no registro este evento por problemas técnicos. La Tabla 2 presenta las características de los sismos utilizados. Esta información ha sido obtenida de la página web del Instituto Geofísico del Perú (IGP), entidad encarga de proporcionar tales parámetros de fuente ( 26/8/2 2:4 ML4.8 26/8/29 5:36 ML4.7 26/9/ 3:4 ML5. 26/8/7 7:36 ML4.3 Leyenda Evento sísmico 26/8/9 4:49 ML5.2 Estación Figura 2. Las estrellas rojas indican los epicentros de los sismos utilizados en presente estudio, mientras que el triángulo amarillo muestra la ubicación de la estación AQP 3. Tabla. Información sobre la estación AQP3. Código Provincia Distrito Latitud Longitud AQP3 Arequipa Cercado A. TÚPAC AMARU N 5 LIMA 25 PERÚ Apartado Postal 3-25 Lima 3 Teléfono (5) , (5) , (5) FAX: (5)48-7 3

5 Tabla 2. Sismos utilizados para el análisis de efecto de sitio de la estación AQP3. Hora local 5.2. Procesamiento de la Información Latitud Longitud Profundidad (N) (E) (km) 26/8/7 7:36: /8/9 4:49: /8/2 2:4: /8/29 5:36: /9/ 3:4: Los parámetros de fuente fueron determinados por el Instituto Geofísico del Perú (IGP) Magnitud local (ML) Se han utilizado 5 acelerogramas correspondiente a 5 sismos registrados por la estación AQP3. Las componentes horizontales, verticales, y sus respectivos espectros de Fourier de cada sismo son presentados en las Figuras 3a, 3b, 3c, 3d y 3e. La componente, y están representados por líneas de color rojo, azul y negro, respectivamente. Cabe mencionar que los registros seleccionados han sido corregidos por línea base PGA: -9. cm/s2 PGA: cm/s PGA: 35.4 cm/s2 (a) -36 Figura 3a. Se presentan los acelerogramas registrados por la estación AQP3, y sus respectivos espectros de Fourier. Las líneas de color rojo, azul, y negro corresponde a las componentes,, y, respectivamente. El sismo ocurrió el 26/8/7 7:36 ML /8/7 7:36 A. TÚPAC AMARU N 5 LIMA 25 PERÚ Apartado Postal 3-25 Lima 3 Teléfono (5) , (5) , (5) FAX: (5)48-7 4

6 (b) PGA: cm/s2-5 5 PGA: cm/s PGA: cm/s /8/9 4:49 - PGA: -.6 cm/s2 (c) - PGA: -.42 cm/s2 PGA: -.6 cm/s2 - Figura 3b y 3c. Se presentan los acelerogramas registrados por la estación AQP3, y sus respectivos espectros de Fourier. Las líneas de color rojo, azul, y negro corresponde a las componentes,, y, respectivamente. Los sismos ocurrieron el 26/8/9 4:49 ML5.2, y 26/8/2 2:4 ML /8/2 2:4 A. TÚPAC AMARU N 5 LIMA 25 PERÚ Apartado Postal 3-25 Lima 3 Teléfono (5) , (5) , (5) FAX: (5)48-7 5

7 9-9 (d) PGA: 7.58 cm/s2 PGA:.92 cm/s2 9-9 PGA:.93 cm/s (e) PGA: 6.93 cm/s2 4 PGA: -7.4 cm/s PGA: 6.4 cm/s /8/29 5:36 26/9/ 3:4 Figura 3d y 3e. Se presentan los acelerogramas registrados por la estación AQP3, y sus respectivos espectros de Fourier. Las líneas de color rojo, azul, y negro corresponde a las componentes,, y, respectivamente. Los sismos ocurrieron el 26/8/29 5:36 ML4.7, y 26/9/ 3:4 ML5.. A. TÚPAC AMARU N 5 LIMA 25 PERÚ Apartado Postal 3-25 Lima 3 Teléfono (5) , (5) , (5) FAX: (5)48-7 6

8 A partir de los espectros de Fourier estimados para cada sismo, se procedió a calcular la media geométrica de las componentes horizontales ( y ), el resultado se dividió con respecto a la componente vertical (), para obtener el cociente espectral H/. La Figura 4 muestra la relación espectral H/ determinada para los cinco eventos sísmicos utilizados en este análisis, representados por líneas grises delgadas. Finalmente, se calculó el promedio aritmético el cual está representado por una línea negra como se aprecia en la Figura 4. AQP3 Cociente Espectral H/.. Frecuencia (Hz) Promedio Average 26/8/7 7:36 ML4.3 26/8/9 4:49 ML5.2 26/8/2 2:4 ML4.8 26/8/29 5:36 ML4.7 26/9/ 3:4 ML5. Figura 4. Estimación de la relación espectral H/. La línea gris delgada representa el cociente espectral H/ para cada evento sísmico, mientras que la línea negra gruesa representa el promedio aritmético. 6. Interpretación de resultados y conclusiones A partir de los cálculos realizados en la sección anterior para evaluar las condiciones locales de la estación AQP3, en la Figura 4 se puede observar en la gráfica del cociente espectral H/ un claro pico máximo predominante aproximadamente a 2 Hz (.5 s); también se puede observar que el nivel de amplificación estimado se incrementa de alta a bajas frecuencias. A. TÚPAC AMARU N 5 LIMA 25 PERÚ Apartado Postal 3-25 Lima 3 Teléfono (5) , (5) , (5) FAX: (5)48-7 7

9 Probablemente se deba a que la estación se ubica en un suelo relativamente blando. Es importante rescatar que este pico máximo promedio está presente en todos los cocientes espectrales obtenidos, es decir la respuesta de este sitio, al aplicar el método H/, no está afectada por la distancia epicentral y por el acimut (efectos de trayectoria) debido a la ubicación de los diferentes epicentros de los sismos como se muestra en la Figura 2. La respuesta se mantiene en todos los registros incluyendo el que presenta menor aceleración horizontal del terreno (evento del 26/8/2, aceleración menor a gal) Estas conclusiones son preliminares y para confirmar lo expresado es necesario realizar ensayos de exploración geofísica para caracterizar el subsuelo donde se localiza la estación AQP3. En la actualidad existen diferentes metodologías que permiten explorar el subsuelo con el fin de explicar cómo los estratos sedimentarios controlan la amplificación del suelo. Asimismo es necesario seguir obteniendo cocientes espectrales H/ con los futuros acelerogramas a obtenerse por la ocurrencia de futuros sismos, y verificar si las conclusiones sobre efectos de trayectoria (acimut) y distancia epicentral se mantienen, y también observar la influencia de la magnitud del sismo. Bibliografía Lermo, J. and Chávez-García, F. J. (993). Site effect evaluation using spectral ratios with only one station. Bulletin of the Seismological Society of America, 83, Field, E. H. and Jacob K. H. (995). A comparison and test of various site response estimation techniques, including three that are non reference- site dependent. Bulletin of the Seismological Society of America, 85, Theodulidis, N. P., Bard P.-Y., Archuleta R., and Bouchon M. (996). Horizontal to vertical spectral ratio and geological conditions: the case of Garner alley Downhole Array in southern California, Bulletin of the Seismological Society of America, 86, A. TÚPAC AMARU N 5 LIMA 25 PERÚ Apartado Postal 3-25 Lima 3 Teléfono (5) , (5) , (5) FAX: (5)48-7 8