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Universidad de Concepción Departamento de Ingeniería Civil

Asociación Chilena de Sismología e Ingeniería Antisísmica

N°

A01 - 14

ESTUDIO COMPARATIVO DE LOS TERREMOTOS DE SUBDUCCIÓN CHILENOS CON LOS TERREMOTOS DE SUBDUCCION DEL NORTE, CENTRO Y SUR DE AMERICA

S.A. Ruiz1 and G.R. Saragoni2 1.- Departmento de Ingeniería Civil Universidad de Chile. Blanco Encalada 2002, Santiago, Chile e-mail: [email protected] 2.- Ingeniero Jefe, Division Estructuras – Construcción – Geotecnia Departmento de Ingeniería Civil Universidad de Chile Blanco Encalada 2002, Santiago, Chile e-mail:[email protected]

RESUMEN En este trabajo se muestra una comparación entre los valores de aceleración máximos horizontales de diferentes zonas de subducción de América con las fórmulas de atenuación propuestas para Chile para terremotos interplaca tipo thrust e intraplaca de profundidad intermedia en roca dura y roca y suelo duro. Se observa que las curvas de aceleraciones propuestas para Chile quedan por sobre las curvas de atenuación propuestas para la zona de Cascadia y México, y que los datos de aceleraciones de terremotos peruanos presentan una ley de atenuación diferente. La comparación de los datos de registros chilenos con fórmulas propuestas utilizando bases de datos de registros de diferentes zonas de subducción del mundo son incapaces de reproducir las aceleraciones de terremotos chilenos.

Palabras Clave: Subducción, Terremotos, Thrust, Intraplaca, México, Cascadia, Chile, PGA, Atenuación

Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica IX Jornadas, 16-19 de Noviembre de 2005, Concepción - Chile

1

INTRODUCCION

La costa oeste del continente americano es constantemente afectada por terremotos de subducción debido a las placas de Nazca, Cocos, Rivera y Juan de Fuca con las placas Norteamericana, Caribe y Sudamericana. La alta frecuencia a la cual ocurren los terremotos en esta zona del mundo permite contar con importantes registros de aceleraciones, siendo la mayoría de ellos registros de Chile y México. La importante cantidad de registros útiles para el desarrollo de la ingeniería sísmica ha mostrado que existen diferencias significativas entre los acelerogramas de terremotos de subducción y los acelerogramas de terremotos superficiales (de fuente cercana); debiendo ser por esta razón los métodos de diseño sísmico de zonas de subducción diferentes a los de otras zonas sismogénicas (Saragoni y Ruiz, 2005a y Saragoni y Ruiz, 2006). Por ejemplo los registros obtenidos en la zona de California en EEUU presentan significativas diferencias en cuanto a contenido de frecuencias, amplitud y duración de los registros de aceleraciones respecto a los registros de aceleraciones de los terremotos de las zonas de subducción, lo cual permite comenzar a explicar la gran diferencia en el daño observado para ambos tipos de terremotos. Los principales terremotos de las zonas de subducción son los terremotos interplaca tipo thrust y los terremotos intraplaca de profundidad intermedia, los cuales presentan significativas diferencias en cuanto a los valores de amplitud máximas, contenido de frecuencias, duración, largo de ruptura, caída de tensiones, entre otras (Ruiz, 2002 y Ruiz y Saragoni, 2005a), con respecto a los terremotos superficiales o corticales. Las características de los terremotos de subducción de la costa Pacifica de América se deben a las propiedades de las placas que se encuentran en contacto, como son sus edades y velocidades de convergencia, las cuales están relacionadas directamente con la magnitud máxima del terremoto característico de cada zona (Ruff y Kanamori, 1980 y Heaton y Kanamori, 1984). Además de la rugosidad de las placas, factor relacionado con la edad de las mismas y que influye en el contenido de frecuencia de los acelerogramas de los terremotos (Houston y Kanamori, 1986) factor que esta relacionado con el valor de aceleración máxima del terremoto (Saragoni y Ruiz, 2005a). Solamente en los últimos años se han desarrollado fórmulas de atenuación de aceleraciones horizontales máximas para zonas de subducción, por ejemplo para Chile, México y Canadá. En particular la base de datos de aceleraciones, velocidad y desplazamiento máximos tanto para la dirección horizontal como vertical de terremotos chilenos ha sido generada por Ruiz (2002), permitiendo separar los terremotos chilenos en terremotos del tipo intraplaca de profundidad intermedia e interplaca tipo thrust. Las bases de datos desarrolladas por Ruiz (2002) han sido posteriormente utilizadas por Saragoni y Ruiz (2005b) y Ruiz y Saragoni (2005a) y Ruiz y Saragoni (2005b) para obtener fórmulas de atenuación para sismos de subducción chilenos. Esto es diferente a los desarrollados por Youngs y otros (1997) y Atkinson y Boore (2003) quienes incluyen en sus bases de datos registros de aceleraciones de terremotos de subducción de diferentes partes del mundo. Los suelos en los cuales se registraron los acelerogramas en Chile que conforman la base de datos utilizada por Ruiz (2002) fueron agrupados utilizando una clasificación dinámica de suelos que considera la velocidad de onda de corte Vs del suelo. Ruiz (2002) clasificó los suelos siguiendo la idea del UBC 97 en roca dura y roca y suelo duro, que corresponde según el UBC 97 a suelos con Vs > 1500 [m/s] para las rocas duras y entre 360 < Vs < 1500 [m/s] para las rocas y suelos duros; incluyendo en esta última división dos suelos considerados por el UBC 97, como son

Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica IX Jornadas, 16-19 de Noviembre de 2005, Concepción - Chile las ‘rocas’ y ‘los suelos muy duros o rocas frágiles’. Por la dureza de los suelos chilenos, esta clasificación probablemente no sea apropiada para otras zonas de subducción. En este trabajo se desarrolla un estudio comparativo entre las fórmulas de atenuación de aceleraciones máximas de Chile comparadas con fórmulas de atenuación de aceleraciones máximas propuestas para otras zonas de subducción de América. El estudio se restringe al análisis de fórmulas de atenuación de aceleraciones horizontales, por ser las únicas fórmulas que existen para las diferentes zonas de subducción, a diferencia de la subducción chilena que cuenta con fórmulas de atenuación para aceleración, velocidad y desplazamiento, horizontal y vertical. (Saragoni y Ruiz, 2005b y Ruiz y Saragoni, 2005a).

2

BASE DE DATOS HOMOGENEA

Los primeros registros de aceleraciones se obtuvieron solo a principios de los años 30, sin registrarse acelerogramas importantes en zonas epicentrales hasta los años 90, por esta razón las primeras bases de datos incluían principalmente los registros de El Centro, California, 1940 terremoto superficial, el registro de Olympia 1949, de Washington en EEUU, de subducción intraplaca de profundidad intermedia, el registro de Santiago de Chile de 1945, terremoto de subducción intraplaca. Posteriormente se agregaron otros registros, todos obtenidos en una sola estación y de aceleración máxima muy baja. Siendo, estas bases de datos, que mezclan mecanismos de diferentes terremotos, las más utilizadas por la ingeniería sísmica mundial. Sin embargo, en la actualidad se recomienda utilizar bases de datos para cada una de las zonas sismogénicas y en particular para cada zona sísmica (Saragoni y otros 2004, Ruiz y Saragoni, 2004). A pesar de que la tendencia mundial ha sido mezclar bases de datos de diferentes zonas sísmicas, la ingeniería sísmica chilena ha utilizado en sus bases de datos registros de una misma zona sísmica, en particular Labbé y otros (1976) y Saragoni y otros (1982) consideraron solamente registros obtenidos en Sudamérica. Posteriormente Shaad y Saragoni (1989) y Martin (1990) desarrollaron formulas de atenuación que incluían solamente datos de terremotos chilenos. Sin embargo estas formulas no separaron sus bases de datos por tipo de mecanismo y sismogenesis (Saragoni, 1996). Solamente en el trabajo de Ruiz (2002) se separaron por primera vez las bases de datos de acuerdo al tipo de terremoto. En los últimos años se ha tratado de homogeneizar las bases de datos separando los terremotos de subducción de los terremotos superficiales. Youngs y otros (1997) fue el primero en estimar fórmulas de atenuación de aceleraciones horizontales y espectros de respuesta para terremotos interplaca tipo thrust y para terremotos intraplaca de profundidad intermedia, posteriormente Ruiz (2002) hizo lo mismo para la subducción chilena, Atkinson y Boore (2003) para Cascadia y las diferentes zonas de subducción del mundo, Saragoni y Ruiz (2005b) y Ruiz y Saragoni (2005a) para Chile. Los principales países que presentan zonas de subducción y que cuentan con importantes registros de aceleraciones son Chile, México y Japón. Fórmulas de atenuación calculadas recientemente se basan en las bases de datos de estos países separando los datos por tipo de terremoto, Youngs y otros (1997) y Atkinson y Boore (2003).

Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica IX Jornadas, 16-19 de Noviembre de 2005, Concepción - Chile En este trabajo se define una base de datos homogénea con un suficiente numero de registros de aceleraciones y distribuidos adecuadamente en magnitud y distancia hipocentral, además de una clasificación dinámica de los suelos donde se registraron los terremotos. La base de datos se estudia por segmentos de magnitud, la cual entrega un buen comportamiento de las fórmulas para cada nivel de magnitud, lo cual permite extrapolar en forma adecuada hacia las magnitudes de los terremotos de diseño, no registrados todavía. Además, se verifica la base de datos con los coeficientes de correlación que se obtienen para las fórmulas de atenuación, observándose que una adecuada base de datos debe entregar un alto coeficiente de correlación. Formulas de atenuación que presentan bajos coeficientes de correlación, corresponden a bases de datos no homogéneas, las cuales no son recomendables estadísticamente para la evaluación del riesgo sísmico. Las fórmulas de atenuación para la zona de subducción de Chile han sido desarrolladas por Ruiz (2002), Saragoni y Ruiz (2005b) y Ruiz y Saragoni (2005a), considerando una base de datos homogénea de 8 terremotos intraplaca que presentan 19 registros en roca o suelo duro y 8 terremotos interplaca con 51 registros en roca o suelo duro y 8 registros en roca dura. Las fórmulas propuestas por Ruiz (2002), Saragoni y Ruiz (2005b) y Ruiz y Saragoni (2005a), se encuentran calibradas para terremotos interplaca tipo thrust Ms = 7.8, y para terremotos intraplaca de profundidad intermedia magnitud M = 7.9.

3

FORMULAS DE ATENUACION PARA LA ZONA DE SUBDUCCION CHILENA

Las fórmulas de atenuación propuestas para Chile han considerado solamente datos de subducción sudamericanos. El acelerografo instalado en Santiago, en 1940 por el USGS en el edificio del Departamento de Física en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Chile, en suelo duro, contribuyó con los acelerogramas utilizados por Labbé y otros (1976) para obtener la primera fórmula de atenuación de aceleraciones de terremotos chilenos, la cual incluyo los registros de los terremotos de 1945, 1965, 1967 y 1971. Posteriormente otros autores Fresard y Saragoni (1986), Shaad y Saragoni (1989) y Martin (1990), mejoraron estas fórmulas incluyendo los múltiples registros obtenidos en zona epicentral de los terremotos del 11 de Julio de 1981 y el terremoto del 3 de marzo de 1985. Las últimas fórmulas de atenuación de aceleración, velocidad y desplazamiento, horizontal y vertical fueron obtenidas por Saragoni y Ruiz (2005b) y Ruiz y Saragoni (2005a). Ellos consideraron solamente registros de terremotos chilenos, separados en registros de terremotos interplaca tipo thrust y de terremotos intraplaca de profundidad intermedia, separados por tipo de suelo en roca dura y en roca y suelo duro. Las fórmulas propuestas para los valores de aceleración máximos horizontales aH propuestas por Saragoni y Ruiz (2005b) y Ruiz y Saragoni (2005a), se presentan en la Tabla 1. La fórmula propuesta para terremotos intraplaca corresponde a la fórmula preliminar obtenida con datos disponibles a la fecha del terremoto de Tarapacá 2005. En la Tabla 1 se presentan las fórmulas de atenuación para los terremotos interplaca tipo thrust para suelos tipo roca dura con velocidad de onda de corte de Vs > 1500 [m/s] y para roca y suelo duro con velocidad de onda de corte Vs

Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica IX Jornadas, 16-19 de Noviembre de 2005, Concepción - Chile entre 1500 [m/s] > Vs > 360 [m/s], para los terremotos intraplaca de profundidad intermedia se presenta la fórmula para suelo en roca y suelo duro con velocidad de onda de corte Vs entre 1500 [m/seg] > Vs > 360 [m/seg], no se presenta una fórmula en roca dura por no existir suficientes datos para su desarrollo. Además se presentan los coeficientes de correlación, los cuales para este tipo de fórmulas son muy altos, lo cual justifica la importancia de generar una base de datos suficientemente robusta y homogénea. Tabla 1. Fórmulas de Atenuación para las aceleraciones horizontales máximas aH de Chile

Tipo de Terremoto Interplaca Thrust

Tipo de Suelo Roca Dura

Interplaca Roca o Suelo Duro Thrust Intraplaca Profundidad Roca o Suelo Duro Intermedia (*) Versión

3.1

Fórmula de Atenuación Unidad Coeficiente de Ecuación Correlación 1.3· M 4·e aH = [cm/s²] 0,70 (1) ( R + 30)1.43 2·e1.28· M ( R + 30)1.09 565898 ⋅ e1.29· M aH = ( R + 80)3.24 aH =

[cm/s²]

0,79

(2)

[cm/s²]

0,80

(3) (*)

Preliminar

Características de los Terremotos de Diseño para la Subducción Chilena

Existen crónicas sobre la historia de Chile sólo desde la llegada de los españoles, siendo las crónicas de los pueblos originarios difusas respecto a la historia sísmica del país. Sin embargo, debido a la rápida velocidad de convergencia entre la placa de Nazca y la placa sudamericana -8.4 [cm/seg] por año (DeMets, 1990), la ocurrencia de terremotos interplaca tipo thrust comparativamente alta respecto a otros países de alta sismicidad. En efecto la zona Central de Chile, entre los paralelos 32º S y 33º S, ha sido sacudida por violentos terremotos como los ocurridos en 1575, 1647, 1730, 1822, 1906 y 1985, con una ocurrencia promedio de 83 ± 9 años (Comte y otros, 1986). Uno de los terremotos más importantes corresponde al terremoto de Valparaíso de 1906, con un largo de ruptura de 365 [km] y un ancho de 150 [km], cuya magnitud es estimada en Ms=8.5, siendo esta la magnitud de diseño recomendada. La historia sísmica del país sólo registra terremotos intraplaca de profundidad intermedia de gran magnitud desde el siglo pasado, siendo los terremotos de mayor magnitud los ocurridos en Chillán 1939, Calama 1950 y Tarapaca 2005. El de Chillán con una magnitud de Ms = 7.8 (Beck y otros,1998), el de Calama con una magnitud de Ms = 8.0 (Kausel y Campos, 1990) y el terremoto de Tarapacá con una magnitud Mw = 7.9. Siendo por lo tanto la magnitud Ms = 8.0, la recomendada para el diseño, sólo para la comparación de las fórmulas obtenidas con los datos de aceleración del terremoto de Tarapaca 2005, se ha llamado en este trabajo a la magnitud de diseño M = 7.9. Saragoni y Ruiz (2005b), considerando la inclinación de la placa de Nazca y la profundidad del contacto sísmico, han definido para condiciones de diseño una distancia hipocentral de 40 [km] para los terremotos interplaca tipo thrust y de 60 [km] para los terremotos intraplaca de profundidad intermedia.

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COMPARACIÓN DE FORMULAS DE ATENUACION DE ACELERACIONES HORIZONTALES DE LAS ZONAS DE SUBDUCCION DEL NORTE, CENTRO Y SUR DE AMÉRICA

La comparación entre los valores de aceleración máxima para los terremotos de: Michoacán 1985 en México (Ms = 8.1), registrado en la zona de Guerrero, Chile Central de 1985 (Ms = 7.8), Perú 1966 (M = 7.5), Perú 1977 (M=7.75) y Perú 2001 (Ms = 8.2), son mostrados en la Figura 1. En esta figura se puede observar una gran diferencia entre los valores de aceleración máxima horizontal para las diferentes zonas de subducción y que los valores de aceleraciones máximas horizontales de Chile son significativamente más grandes que los obtenidos en el terremoto de México de 1985 de magnitud similar al terremoto de Chile Central de 1985 y registrados a distancias hipocentrales comparables. Por otro lado los valores de aceleración máxima registrados en terremotos peruanos muestran una clara ley de atenuación diferente, presentando unos inusuales valores de aceleración máxima a grandes distancias hipocentrales; Cloud y Perez (1971) advierten sobre los altos valores de aceleración los terremotos de Perú de 1966 y 1970 comparados con los registros mundiales de la época y con la distancia hipocentral a

4.1

la cual se obtuvieron; situación que se repite para el terremoto de Ocaña del 2001. Los valores de aceleración máxima horizontal mostrados en la Figura 1, corresponden a terremotos interplaca tipo thrust con la excepción del terremoto de Perú de 1970 que corresponde a un terremoto intraplaca de profundidad intermedia; todos los registros considerados se obtuvieron en suelos comparables. 1,00

Aceleración Máxima [g]

4

0,10

PGA Mexico 1985, Mw = 8,1 PGA Chile 1985, Ms = 7,8 PGA Perú 1966, M = 7,5 PGA Perú 1970, M = 7,75 Pga Perú 2001, Ms = 8,2

0,01 10

100 Distancia Hipocentral [km]

1000

Figura 1. Comparación entre los valores de aceleración máxima horizontal de diferentes terremotos americanos interplaca tipo thrust registrados en suelos duros.

Comparación de Aceleraciones Horizontales Máximas de Chile con la Subducción de Norte América

Para la zona de subducción de Cascadia, correspondiente a la costa noroeste de EEUU y la costa sudoeste de Canada han sido propuestas diferentes fórmulas de atenuación. Para esta zona, correspondiente a la subducción entre las placas de Juan de Fuca y Norte Americana, las fórmulas de atenuación han considerado datos de diferentes partes del mundo, especialmente de Alaska, México, Perú, Chile y Japón (Crouse, 1991; Youngs y otros, 1997; Atkinson y Boore, 2003). En particular, Atkinson y Boore (2003) proponen una modificación para las fórmulas de atenuación sugerida para la zona de Cascadia. En este trabajo las fórmulas de atenuación propuestas para la zona de Cascadia por Youngs y otros (1997) y Atkinson y Boore (2003) son comparadas con las fórmulas de atenuación propuestas para Chile. Además, una comparación entre las fórmulas de atenuación propuesta por Cohee y otros (1991), considerando la distancia más

Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica IX Jornadas, 16-19 de Noviembre de 2005, Concepción - Chile cercana a la aspereza es comparada con la fórmula de este tipo propuesta por Ruiz (2002) y Ruiz y Saragoni (2005b) para la zona central de Chile. Las fórmulas de atenuación de Youngs y otros (1997) y Atkinson y Boore (2003) separan los datos en terremotos interplaca tipo thrust e intraplaca de profundidad intermedia, considerando además el tipo de suelo donde se registraron. En la siguiente sección se desarrollará un estudio comparativo entre las fórmulas de atenuación de terremotos interplaca tipo thrust e intraplaca de profundidad intermedia propuestos para la zona de subducción de Cascadia y Chile.

4.1.1

Terremotos Interplaca tipo Thrust

Las Figuras 2 y 3 incluyen los valores de aceleraciones horizontales máximos de terremotos chilenos indicando la magnitud y tipo de suelo. Las fórmulas de atenuación son graficadas para: la magnitud de diseño, M = 8.5; la magnitud M = 7.8, donde se incluyen los valores de aceleración máxima del terremoto de Chile Central de 1985; la magnitud M = 7.2, donde se incluyen los datos del terremotos del 9 de abril de 1985 de Chile y para la magnitud M = 6.4 con los datos de la réplica de la hora después del terremoto del 3 de marzo de 1985 y del terremoto de 9 de abril de 1953. 10,00

1,00

Aceleración máxima [g]

Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) 1,00

Youngs y otros (1997)

0,10

Aceleración máxima [g]

Terremoto de Diseño M = 8,5

M = 7,8

0,10

Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros. (1997) PGA Chile 1985/03/03

0,01

0,01 10

100

10

1000

100

1,00

1,00

M = 7,2

Aceleración máxima [g]

Aceleración máxima [g]

M = 6,4

0,10

Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros (1997) PGA Chile 1985/04/09

0,01 10

1000

Distance [km]

Distancia [km]

Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros (1997) PGA Chile 1985/03/03 R and 1953/09/04

0,10

0,01

100

Distancia [km]

1000

10

100

1000

Distancia [km]

Figura 2. Comparación entre las fórmulas de atenuación de aceleraciones máximas horizontales de terremotos interplaca tipo thrust registradas en roca y suelo duro, propuesta por Youngs y otros (1997), por Atkinson y Boore (2003) y por Saragoni y Ruiz (2005b). Youngs y otros (1997) y Atkinson y Boore (2003) utilizan distancia más cercana a la falla y Saragoni y Ruiz (2005b) distancia hipocentral, por ello en la abcisa se indica distancia solamente, aplicando a los datos la correspondiente a cada fórmula. De la Figura 2, se puede apreciar que la fórmula propuesta por Youngs y otros (1997) no reproduce los valores de aceleración máxima de los registros chilenos obtenidos en roca o suelo duro, además para la magnitud de diseño (M = 8.5) los valores propuestos por Youngs y otros (1997) quedan muy por debajo de los valores esperados para

Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica IX Jornadas, 16-19 de Noviembre de 2005, Concepción - Chile Chile. Para un terremoto de servicio (M = 7.8), la fórmula propuesta por Youngs y otros (1997), entrega valores hasta un 50 % menores que los valores esperados. Youngs y otros (1997) y Saragoni y Ruiz (2005b) y Ruiz y Saragoni (2005a) sólo coinciden para magnitudes menores a M = 7.2, que en Chile corresponden a sismos no destructivos. En la Figura 3 se realiza una comparación entre las fórmulas propuestas esta vez para roca dura, observándose resultados similares a lo comentado en la Figura 2. Se observa de las Figuras 2 y 3 que prácticamente todos los valores de aceleración máxima registrados para el terremoto de Chile Central de 1985 quedan por sobre la curva propuesta por Youngs y otros (1997), esta situación se invierte para los datos de magnitud M = 6.4 donde la fórmula de Youngs sobreestima los valores registrados. Por otro lado la fórmula propuesta por Atkinson y Boore (2003) para suelo tipo C de acuerdo a la clasificación del NEHRP es mostrada en la Figura 3, la cual es casi 10 veces menor que la fórmula propuesta para Chile para un terremoto de diseño (M=8.5). En la Figura 3 la fórmula para un suelo tipo B de acuerdo al NEHRP es aproximadamente 5 veces menor que la fórmula propuesta para Chile. Las fórmulas propuestas por Atkinson y Boore (2003) quedan prácticamente siempre por debajo de los valores de aceleración máxima registrados en terremotos chilenos. 1,00

Terremoto de Diseño M = 8,5 Aceleración máxima [g]

Aceleración máxima [g]

1,00

0,10

Saragoni y Ruiz (2005b)

M = 7,8

0,10

Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros (1997) PGA Chile 1985/03/03

Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros (1997) 0,01

0,01 10

100

1000

10

Distancia [km]

1,00

M = 7,2 Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros (1997) PGA Chile 1985/04/09

0,10

0,01 10

100

Distancia [km]

1000

Aceleración máxima [g]

Aceleración máxima [g]

1,00

100

1000

Distancia [km]

M = 6,4 Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros (1997) PGA Chile 1985/03/03 R

0,10

0,01 10

100

1000

Distancia [km]

Figura 3. Comparación entre las fórmulas de atenuación de aceleraciones máximas horizontales de terremotos interplaca tipo thrust registradas en roca dura, propuesta por Youngs y otros (1997), por Atkinson y Boore (2003) y por Saragoni y Ruiz (2005b). Youngs y otros (1997) y Atkinson y Boore (2003) utilizan distancia más cercana a la falla y Saragoni y Ruiz (2005b) distancia hipocentral. , por ello en la abcisa se indica distancia solamente, aplicando a los datos la correspondiente a cada fórmula. En la Figura 4 se presenta una comparación entre las fórmulas de atenuación de aceleración máxima horizontal propuesta por Cohee y otros (1991) para la zona de Cascadia considerando la distancia más cercana a la aspereza con la fórmula similar propuesta para Chile por Ruiz (2002), Saragoni y Ruiz (2005b) y Ruiz y Saragoni (2005b). La coincidencia entre ambas curvas, se debe a que la fórmula propuesta por Cohee y otros (1991) se basó en la generación de registros artificiales de aceleraciones desarrollados por Somerville y otros (1991) que usaron datos de registros de los terremotos de Chile y México de 1985. La fórmula propuesta por Saragoni y Ruiz (2005b) y Ruiz y

Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica IX Jornadas, 16-19 de Noviembre de 2005, Concepción - Chile Saragoni (2005c) considera solo datos del terremoto de Chile de 1985 y la ubicación empírica de asperezas propuesta por Ruiz (2002) y Ruiz y Saragoni (2005c). 1,00

1,00

Roca y Suelo Duro M=8

Roca Dura M=8

Aceleración máxima [g]

Cohee y otros (1991)

0,10

Aceleración máxima [g]

Ruiz (2002)

Ruiz (2002) Cohee y otros (1991)

0,10

0,01

0,01 10

100

Distancia más cercana a asperezas [km]

1000

10

100

1000

Distancia más cercana a asperezas [km]

Figura 4. Comparación de las fórmulas de atenuación de aceleraciones máximas de terremotos interplaca tipo thrust considerando la distancia más cercana a la aspereza, propuestas por Cohee y otros (1991) para la zona de Cascadia y por Ruiz y Saragoni (2005b) para la zona de Chile central.

4.1.2

Terremotos Intraplaca de Profundidad Intermedia

En la Figura 5 se comparan las fórmulas de atenuación de aceleraciones máximas horizontales de terremotos intraplaca de profundidad intermedia de Youngs y otros (1997) y Atkinson y Boore (2003) para registros en roca y suelo duro, con la fórmula propuesta para Chile por Saragoni y Ruiz (2005b) y Ruiz y Saragoni (2005a). Esta figura muestra que la fórmula de Youngs y otros (1997) subestima los valores de aceleración máxima propuestos para Chile para la magnitud de diseño (M = 8.0), siendo los valores del orden de 2.5 veces menores. La fórmula de Youngs queda por debajo de los valores de aceleraciones registrados en terremotos intraplaca chilenos. Por otro lado la fórmula de Atkinson y Boore (2003) presenta valores más bajos que los chilenos, sin embargo estima bien los valores de aceleraciones máximas horizontales registradas en Cascadia durante el terremoto de Nisqually del 2001 (Saragoni y Concha, 2004).

4.2

Comparación de Aceleraciones Horizontales Máximas de Chile y de la Subducción de México

En esta sección se comparan las fórmulas de atenuación de Ordaz y otros (1989) para terremotos interplaca tipo thrust y García y otros (2002) para terremotos intraplaca de profundidad intermedia ocurridos en la zona de subducción de México con las fórmulas de subducción propuestas para Chile por Saragoni y Ruiz (2005b).

4.2.1

Terremotos Interplaca tipo Thrust

En la Figura 6 se muestran las fórmulas de atenuación propuestas por Ordaz y otros (1989) para México junto a las fórmulas de Saragoni y Ruiz (2005) para Chile. En esta figura, para la magnitud de diseño (M = 8.5), la fórmula propuesta para Chile queda muy por sobre la propuesta para México. En esta misma figura se ha incluido los datos del terremoto de México de 1985 (M = 8.1), observándose que los datos chilenos no son capaces de reproducir los niveles de aceleraciones máximas horizontales esperadas en México. Algo similar ocurre con los datos del terremoto de Chile Central de 1985 (M = 7.8) y 9 de abril de 1985 (M = 7.2) donde la fórmula propuesta para México subestima los valores de aceleraciones máximas obtenidos para Chile.

Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica IX Jornadas, 16-19 de Noviembre de 2005, Concepción - Chile 1,00

Terremoto de Diseño M = 7,9 Aceleración máxima [g]

Aceleración máxima [g]

10,00

1,00

0,10

Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros (1997) PGA Chile 2005/06/13

M = 7,5

0,10

Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros (1997)

0,01

0,01

10

100

1000

10

100

Distancia [km]

1,00

M = 6,9

Aceleración máxima [g]

Aceleración máxima [g]

1,00

1000

Distancia [km]

0,10

Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros (1997) PGA Chile 1987/08/08

M = 6,7

0,10 Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros (1997) PGA Chile 1981/11/07 and 1997/10/15

0,01

0,01 10

100

1000

10

100

Distancia [km]

1000

Distancia [km]

Figura 5 Comparación entre las fórmulas de atenuación de aceleraciones máximas horizontales de terremotos intraplaca de profundidad intermedia registradas en roca y suelo duro, propuesta por Youngs y otros (1997), por Atkinson y Boore (2003) y por Saragoni y Ruiz (2005b). Youngs y otros (1997) y Atkinson y Boore (2003) utilizan distancia más cercana a la falla y Saragoni y Ruiz (2005b) distancia hipocentral, por ello en la abcisa se indica distancia solamente, aplicando a los datos la correspondiente a cada fórmula. 10,00

Terremoto de Diseño M = 8.5

1,00

M = 8,1

Saragoni y Ruiz (2005b) Ordaz y otros (1989)

Saragoni y Ruiz (2005b)

Aceleración máxima [g]

Aceleración máxima [g]

PGA México 1985/09/19 Ordaz y otros (1989)

1,00

0,10

0,01

0,10

0,01 10

100

1000

10

Distancia Hipocentral [km]

1,00

M = 7,8

Aceleración máxima [g]

Aceleración máxima [g]

1,00

0,10

Saragoni y Ruiz (2005b)

1000

M = 7,2

0,10

Saragoni y Ruiz (2005b)

Ordaz y otros (1989)

Ordaz y otros (1989)

PGA Chile 1985/03/03

PGA Chile 1985/04/09

0,01 10

100

Distancia hipocentral [km]

100

Distancia hipocentral [km]

1000

0,01 10

100

1000

Distancia hipocentral [km]

Figura 6. Comparación entre las fórmulas de atenuación de aceleraciones horizontales máximas propuestas para Chile y México de terremotos interplaca tipo thrust registrados en roca y suelo duro. Las fórmulas de atenuación corresponden a Saragoni y Ruiz (2005) para Chile y Ordaz y otros (1989) para México.

Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica IX Jornadas, 16-19 de Noviembre de 2005, Concepción - Chile

4.2.2

Terremotos Intraplaca de Profundidad Intermedia

La comparación entre las fórmulas de atenuación de terremotos intraplaca de profundidad intermedia para terremotos mexicanos (García y otros, 2002) y las correspondientes a los chilenos (Saragoni y Ruiz, 2005b) es presentada en la Figura 7. Se puede observar de esta figura que los valores estimados para los terremotos chilenos son sistemáticamente más altos que los propuestos para México. 1,00

10,00

Terremoto de Diseño M = 7,9

M = 7,5 Saragoni y Ruiz (2005b)

Saragoni y Ruiz (2005b)

Aceleración máxima [g]

Aceleración máxima [g]

Garcia y otros (2002) PGA Chile 2005/06/13

1,00

0,10

0,01 10

100

Garcia y otros (2002)

0,10

0,01

1000

10

Distancia hipocentral [km] 1,00

100

1000

Distancia hipocentral [km] 1,00

M = 6,9

M = 6,7

Saragoni y Ruiz (2005b)

PGA Chile 1987/08/08

Aceleración máxima [g]

Aceleración máxima [g]

Garcia y otros (2002)

0,10

0,10

Saragoni y Ruiz (2005b) Garcia y otros (2002) PGA Chile 1981/07/11 and 1997/1015

0,01

0,01 10

100

1000

Distancia hipocentral [km]

10

100

1000

Distancia hipocentral [km]

Figura 7. Comparación entre las fórmulas de atenuación de aceleraciones horizontales máximas propuestas para Chile y México de terremotos intraplaca de profundidad intermedia registrados en roca y suelo duro. Las fórmulas de atenuación corresponden a Saragoni y Ruiz (2005b) para Chile y García y otros (2002) para México..

4.3

Comparación de Aceleraciones Horizontales Máximas de Chile con las de la Subducción de Sudamérica

Lamentablemente los registros de terremotos de subducción tanto interplaca tipo thrust como intraplaca de profundidad intermedia obtenidos en Sudamérica son escasos, siendo la mayor parte obtenidos en Chile y otros en Perú, a continuación se presenta la comparación de las fórmulas propuestas para Chile por Saragoni y Ruiz (2005b) y Ruiz y Saragoni (2005a) con los valores de aceleraciones horizontales registrados en Perú.

4.3.1

Terremotos Interplaca tipo Thrust

En la Figura 8 se ha dibujado las curvas de atenuación de aceleraciones máximas para los sismos interplaca tipo thrust chilenos en roca y suelo duro para magnitudes Ms = 7.8 y Ms = 8.5 propuestas por Saragoni y Ruiz (2005b) y Ruiz y Saragoni (2005a), junto con los datos de aceleraciones máximas del terremoto de Chile Central de 1985 registrados en roca y suelo duro y los sismos peruanos de 14-10-1966, 03-10-1974 y 23-06-2001.

Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica IX Jornadas, 16-19 de Noviembre de 2005, Concepción - Chile De la Figura 8 se puede apreciar que los datos de aceleraciones máximas para sismos thrust peruanos se ubican siempre por sobre las curvas propuestas para Chile, salvo los datos del terremoto de 1974 que se han ajustado bien. Es importante resaltar que el terremoto de Perú del 2001 es de magnitud Mw = 8.4 y Ms = 8.2, quedando las aceleraciones máximas registradas por sobre la curva chilena de magnitud Ms = 8.5. Las razones de los altos valores de aceleraciones máximas peruanos habría que buscarlas en la rugosidad de la placa, cercanía a las asperezas, caída de tensión, distancia más cercana a la zona de liberación de energía o efecto de directividad de los sismos peruanos.

4.3.2

Terremotos Intraplaca de Profundidad Intermedia

En la Figura 9 se ha dibujado las curvas de atenuación de aceleraciones máximas para los sismos intraplaca de profundidad intermedia en roca y suelo duro para sismos chilenos de magnitudes Ms = 7.9 y Ms = 6.7, propuestas por Saragoni y Ruiz (2005b), junto con los datos de aceleraciones máximas de los terremoto de Chile Central del 07-11-1981 y Punitaqui, Chile15-10-1997 registrados en roca y suelo duro y los datos de sismos peruanos del 3105-1970 y del 05-01-1974. 10,00

10,00

Fórmulas de Atenuación Aceleraciones Horizontales Máximas Propuestas para Chile por Saragoni y Ruiz (2005b)

Aceleraciones [g]

Fórmulas de Atenuación Aceleraciones Horizontales Máximas Propuestas para Chile por Saragoni y Ruiz (2005b)

Ms = 7.9

Fórmula Sismos Intraplaca Chilenos, Ms = 7.9 y 6.7 Aceleraciones Terremotos Peruanos 8.5 > M > 7.5 Aceleraciones Terremotos Peruanos 7.5 > M > 6.5 PGA Chile 13 - 06 - 2005, Ms = 7.9 PGA Chile 07-11-1981 y 15-10-1997, Ms = 6.7

1,00

Ms = 6.7

Aceleraciones [g]

Ms = 8.5

1,00

PGA Perú 17-10-1966, Ms = 7.8 PGA Perú 03-10-1974, Ms = 7.8 PGA Perú 23-06-2001, Mw = 8.4 PGA Chile 03-03-1985, Ms = 7.8 Fórmula Sismos Thrust Ms = 8.5 Fórmula Sismos Thrust Ms = 7.8

Ms = 7.8 0,10

0,10

0,01 10

100 Distancia Hipocentral [km ]

1000

Figura 8. Curvas de atenuación para sismos thrust chilenos en roca o suelo duro propuesta por Saragoni y Ruiz (2005b) junto a datos de aceleraciones de terremotos peruanos y los datos del terremoto de Chile Central de 1985

0,01 10

100 Distancia Hipocentral [km]

1000

Figura 9. Curvas de atenuación para sismos intraplaca de profundidad intermedia propuesta por Saragoni y Ruiz (2005b) junto a datos de aceleraciones de terremotos peruanos y los datos del terremoto de Chile de Tarapacá 2005, Chile Central de 1981 y Punitaqui Chile 1997.

De las Figuras 8 y 9 se desprende que las aceleraciones máximas se ajustan bien a las curvas chilenas para los terremotos de 31-05-1970, 05-01-1974 y 31-05-1974, sin embargo para los terremotos de 1966 y 2001 no ocurre lo mismo. Las razones de estas diferencias hay que buscarlas en la cercanía de las asperezas, los planos de ruptura, entre otras, en desmedro del análisis desarrollado aquí restringido solo a la distancia hipocentral como única variable

5

COMENTARIOS Y CONCLUSIONES

La comparación entre las fórmulas de atenuación de terremotos interplaca tipo thrust propuesta para Chile por Saragoni y Ruiz (2005b) y para México por Ordaz y otros (1989) y para la subducción de todas partes del mundo por Youngs y otros (1997) y Atkinson y Boore (2003) para roca o suelo duro es realizada en la Figura 10a. Esta

Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica IX Jornadas, 16-19 de Noviembre de 2005, Concepción - Chile figura muestra importantes diferencias entre las diferentes fórmulas de atenuación, en particular para las curvas propuestas para la atenuación de Chile se atenúan más rápido y presenta valores estimados de aceleración más altos para magnitudes mayores a M = 7.0. La comparación entre las fórmulas propuestas para terremotos intraplaca de profundidad intermedia registradas en roca y suelo duro (García y otros, 2002; Youngs y otros; 1997; Atkinson y Boore, 2003 y Saragoni y Ruiz, 2005b) es presentada en la Figura 10b. Esta figura muestra que las aceleraciones estimadas para Chile son significativamente mayores que las propuestas para otras zonas de subducción. De las Figuras 10a y 10b se puede concluir que no es posible usar una fórmula universal para terremotos de subducción; pues los valores de aceleración máxima horizontales dependen de diferentes factores que no son considerados en ella, como edad de las placas tectónicas, velocidad de convergencia, caída de tensiones, etc; siendo necesario para aminorar el error inducido al no considerar estos factores explícitamente contar con bases de datos suficientemente homogéneas y además que las fórmulas de atenuación presenten buenos coeficientes de correlación que las haga estadísticamente aceptables. Los valores estimados para las aceleraciones máximas de Chile son mayores que los propuestos para Cascadia y México, los valores de aceleración para Perú se atenúan de forma diferente a los registrados en Chile. 1,00

Terremoto de Diseño M = 8,5 Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros (1997) Ordaz y otros (1989)

Aceleración máxima [g]

Aceleración máxima [g]

10,00

1,00

0,10 10

100

0,10

Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros (1997) Ordaz y otros (1989) 0,01

1000

10

Distancia [km] 1,00

M = 7,5 Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros (1997) Ordaz y otros (1989)

0,10

0,01 10

100

Distancia [km]

100

1000

Distancia [km]

Aceleración máxima [g]

Aceleración máxima [g]

1,00

M = 8,0

1000

M = 7,0 Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Youngs y otros (1997) Ordaz y otros (1989)

0,10

0,01 10

100

1000

Distancia [km]

Figura 10a. Comparación entre fórmulas de atenuación universales y de las diferentes zonas de subducción del mundo para terremotos interplaca tipo thrust en roca y suelo duro (en la abcisa se indica distancia solamente, aplicando a los datos la correspondiente a cada fórmula, esto es distancia hipocentral o más cercana a la falla).

6

REFERENCIAS

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Terremoto de Diseño M=8 Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Garcia y otros (2002) Youngs et al. (1997)

Aceleración máxima [g]

Aceleración máxima [g]

10,00

1,00

0,10

0,10

Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Garcia y otros (2002) Youngs et al. (1997) 0,01

10

100

Distancia [km]

1,00

1000

10

100

1000

Distancia [km]

1,00

M = 7,0

Aceleración máxima [g]

Aceleración máxima [g]

M = 7,5

0,10

Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Garcia y otros (2002) Youngs et al. (1997) 0,01

M = 6,5

Saragoni y Ruiz (2005b) Atkinson y Boore (2003) Garcia y otros (2002) Youngs et al. (1997) 0,10

0,01 10

100

Distancia [km]

1000

10

100

1000

Distancia [km]

Figura 10b. Comparación entre fórmulas de atenuación universales y de las diferentes zonas de subducción del mundo para terremotos intraplaca de profundidad intermedia en roca y suelo duro, (en la abcisa se indica distancia solamente, aplicando a los datos la correspondiente a cada fórmula, esto es hipocentral o más cercana a la falla). Comte D, Eisenberg A, Lorca E, Pardo M, Ponce L, Saragoni G R, Singh S K y Suaréz G. “The 1985 Central Chile earthquake: A repeat of previous great earthquakes in the region?.” Science 1986; 233: 393-500. Crouse C B. 1991. “Ground-Motion attenuation equations for earthquakes on the Cascadia subduction zone.” Earthquake Spectra. 7(2): 201-236. DeMets C, Gordon R G, Argus D F y Stein S. “Current plate motions.” Geophys. J. Int., 1990; 101: 425-478. Fresard, M y Saragoni, R., 1986. “Análisis de los acelerogramas y los daños de los sismos de 1981 en la zona central de Chile.” 4as Jornadas de Sismología e Ingeniería Antisísmica, Viña del Mar, Chile. García D, Singh S K, Herráiz M, Ordaz M. 2002. “Determination of a spectra attenuation law for Mexican intraplate earthquakes.” 2º Iberoamerican Congress on Earthquake Engineering, Madrid, Spain, 100 - 109. Heaton T y Kanamori H, 1984. “Seismic potential associated with subduction in the Northwestern United States.” Bull. Seism. Soc. Am.; 74: 933-941. Houston H y Kanamori H., 1986 “Source spectra of great earthquake: teleseismic constraints on rupture process and strong motion.” Bull. Seism. Soc. Am.; 76: 19-42. Kausel E y Campos J. “The Ms=8 tensional earthquake of 9 december 1950 of northern Chile and its relation to the seismic potential of the region.” Physics Earth Planet International, 1992; 72: 220-235. Labbé J.C., A. Goldasck,, and G. R. Saragoni (1976). “Algunas relaciones macrosísmicas para la evaluación del riesgo sísmico en Chile” Segundas Jornadas Chilenas de Sismología e Ingeniería Antisismica. p.F7.1-F7.14 (V.2).

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