Antioco
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Zenón AGUILAR1, Antioco QUIÑONES2
1 Dr. Ing., Sub Director Académico del CISMID, Profesor Asociado, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad
Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. [email protected]
2 Ing., Profesor Asistente, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú[email protected]
1.0 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, elestado 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 14acelerógrafos 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 principalescaracterísticas 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 conocidoprocedimiento de simulación de las Funciones
de Green Empíricas. Para tal efecto, en unaprimera etapa, se han obtenido acelerogramas
sintéticos para el terremoto de Lima del 03 de
Octubre de 1974, (Ms = 7.5) usando los
registros de la réplica del 09 de Noviembre de
1974 (Ms = 6.2) como función de Función deGreen 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 yun plano secundario, cuyos parámetros fueron
obtenidos de las referencias recopiladas
(Giesecke et al, 1975), 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., 1986) es usado para sintetizar la
señal del sismo principal por la superposición
de los registros de la réplica. Este métodoasume que un evento principal se genera por la
RESUMENEn 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., 1986), se han obtenido acelerogramas sintéticos del terremoto de Lima,
del 03 de octubre de 1974 (Ms = 7.5). Los resultados muestran que las señalessintéticas 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 1974, 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.
SIMULACIÓN DE ACELEROGRAMAS PARA LA CIUDAD DE LIMACASO DEL TERREMOTO DEL 3 DE OCTUBRE DE 1974
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Tiempo (Segundos)
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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 puedeusar 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, 1996).
2.0 EL TERREMOTO DEL 03 DEOCTUBRE DE 1974, LIMA - PERÚ
El terremoto del 03 de octubre de 1974, ocurrió
en la costa de Lima, en la zona de subducción, a90 Km al sur oeste de la ciudad de Lima. La
Figura 1 muestra la ubicación del epicentro del
evento principal y de la réplica del 09 de
Noviembre de 1974. 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:
Fecha : 03/10/1974;
Hora : 14:21:32.68;
Ubicación : Latitud: -12.39,Longitud: -77.66;
Profundidad Focal 27.0 Km.;
Magnitud : Mb: 6.6, Ms: 7.5.
2.1 Parámetros de la Fuente
Para el proceso de simulación de los
acelerogramas se usaron tres planos de falla,
cuyas dimensiones son las siguientes: Plano 1:
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 10% 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 21° 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).
FIG. 2: Acelerograma del terremoto de Lima
del 03/10/74, registrado en el Parque
de la Reserva. Componente E-W(registro rotado de su dirección
original N82°W).
3.0 FUNCIÓN DE GREEN EMPÍRICA
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 1974, fue usada
como única Función de Green Empírica para
los tres planos de falla propuestos como
mecanismo de fuente. Los parámetros sísmicoscorrespondientes a esta réplica fueron tomados
del Catálogo Sísmico del Perú y se describen a
continuación:
Fecha : 09/11/1974;
Hora G.T.M : 12:59:51.00;
Ubicación : Latitud : -12.438,
Longitud: -77.457,
Profundidad Focal: 6.0 Km.;
Magnitud : Mb: 6.0, Ms: 6.
FIG. 1
LIMA
JUNIN
ICA
-78° -77° -76°
-78° -77° -76°
-11°
-14°
-11°
-12°
-13°
-14°
UBICACION DEL SISMO DEL 03/10/1974
-12°
-13°
Sismo 03/10/74
Réplica 09/11/74
Y LA REPLICA DEL 09/11/1974(Según Catálogo Sísmico del Perú)
OCEANO PACIFICO
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PERIODO (segundos)
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Registrado
Simulado
4.0 ACELEROGRAMAS SINTÉTICOS
Un programa de cómputo desarrollado por
Aguilar (1996) 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 ypropagación 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, 1975). 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 del03/10/74.
FIG. 3: Acelerograma sintético del terremoto
de Lima del 03/10/74, para la estación
“Parque de la Reserva”. Componente
E-W.
4.1 Discusión de Resultados
Los resultados encontrados en este estudio
muestran que el tiempo historia de
aceleraciones de la señal sintética para elterremoto de Lima de 1974 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 1 seg. en la componente
N-S.
FIG. 4: Espectro Respuesta de Aceleraciones
(h=5%) de las señales sintética y
observada del terremoto de Lima, del
03/10/74. Componente E-W.
FIG. 5: Espectro Respuesta de Aceleraciones
(h=5%) de las señales sintéticas y
observadas del terremoto de Lima, del
03/10/74. Componente N-S.
5.0 ESTIMACIÓN DEL MOVIMIENTOMÁXIMO 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
03/10/74, 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
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Periodo (segundos)
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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 valoresde periodos entre 1.1 a 1.3 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, 1997). 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 laFigura7.
FIG. 6: Acelerograma sintético del evento de
mayor intensidad en la ciudad de
Lima. Componente E-W.
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 1974. Estos acelerogramas tienen
una buena similitud, tanto en la forma de onda,
duración y contenido de frecuencia, con los
registros instrumentales obtenidos en laestación 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
03/10/74 en la ciudad de Lima. Los resultadosindican 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 1 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 delterremoto del 03/10/74; 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.
Tiempo (seg)
A c e l e r a c i ó n ( c m / s e g
2 )
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REFERENCIAS• Aguilar, Z. (1996), “Sinthetic Strong
Ground Motion Acceleration For the 1995
Kobe Earthquake at The Akashi Kaikyo
Bridge”, Thesis, Kyoto University, Japan.
• Aguirre, J., K. Irikura & K Kudo (1994),“ 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(1990), “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 (1975),“Informe a UNESCO del Sismo del 03 de
Octubre de 1974, Lima - Perú”, CERESIS.• Irikura, K. (1986), “Prediction of Strong
Ground Motions using Empirical Green´s
Function”, Proc. of the 9th Japan
Earthquake Engineering Symposium, pp.
E049 – E054.
• Quiñones, A. (2002), “Simulación de
Acelerogramas para el Terremoto del
03/10/1974, Registrado en Lima, Perú”.
Tesis para obtener el Título de IngenieroCivil, Universidad Nacional de Ingeniería,
Lima.
• Takeo, M. & H. Kanamori (1997),“Simulation of Long-Period Ground
Motions Near a Large Earthquake”. Bulletinof the Seismological Society of America.
Vol 87, pp. 140-156.