Universidad de Concepción Departamento de Ingeniería Civil

Asociación Chilena de Sismología e Ingeniería Antisísmica

N° 01 - 07 FORMULAS DE ATENUACIÓN PARA LA SUBDUCCIÓN DE CHILE CONSIDERANDO LOS DOS MECANISMOS DE SISMOGENESIS Y LOS EFECTOS DEL SUELO S. Ruiz1 y Saragoni, G. R2 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]

Palabras Clave: Subducción, Terremotos, Aceleración, Velocidad, Suelo, Chile, Formulas, Atenuación

RESUMEN Se proponen las primeras fórmulas de atenuación de aceleraciones, velocidades, desplazamientos, horizontales y verticales máximos de registros de terremotos chilenos. Las fórmulas propuestas son las primeras que consideran las diferencias entre los tipos de sismos más característicos de Chile –interplaca tipo thrust e intraplaca de profundidad intermedia-, además son las primeras en separar las fórmulas por tipo de suelo, utilizando una clasificación dinámica de suelo basada en la velocidad de onda de corte Vs en ‘rocas y suelo duro’ para 1500 [m/seg] > Vs > 360 [m/seg] y ‘rocas duras’ Vs > 1500 [m/seg]. Las fórmulas de atenuación de terremotos intraplaca presentan valores más altos que los terremotos interplaca en zona epicentral pero se atenúan más rápido. Los valores obtenidos en roca o suelo duro son más altos que los estimados por las fórmulas de roca dura. Los coeficientes de correlación que se obtienen para las fórmulas de terremotos son altos al compararlos con fórmulas similares. Las curvas se encuentran calibradas para datos de grandes terremotos como el terremoto interplaca de Chile Central de 1985 (M = 7.8) y el terremoto intraplaca de Tarapacá 2005 (M = 7.9).

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1

INTRODUCCION

En este trabajo se presentan fórmulas de atenuación para valores máximos de aceleración, velocidad y desplazamiento, para las componentes horizontales y verticales de registros de aceleraciones de terremotos chilenos. Para ello se considera una base de datos sólo de acelerogramas chilenos de subducción de la placa de Nazca, separados en terremotos interplaca tipo thrust e intraplaca de profundidad intermedia. La subducción tipo chilena es producto del contacto sismogénico de la placa de Nazca y Sudamericana. Ambas se encuentran fuertemente acopladas siendo uno de los casos extremos de subducción en el mundo, por la alta velocidad de convergencia de sus placas (8.4 [cm/año], (DeMets et al., 1990), y por ser una de las más jóvenes del mundo (Uyeda and Kanamori, 1979, Ruff y Kanamori, 1980). La alta velocidad de convergencia permite una rápida acumulación de esfuerzos consecuencia del contacto dinámico de estas placas dando lugar a la alta sismicidad que caracteriza a Chile y Perú, la que permite disponer de una base de datos de acelerogramas en un tiempo relativamente menor que otras zonas del mundo. La zona de subducción se caracteriza por producir 4 tipos de terremotos: interplaca tipo thrust, intraplaca de profundidad intermedia, intraplaca continental o cortical e intraplaca oceánica. Siendo los más importantes para la ingeniería sísmica los tres primeros. Sin embargo la base de datos de los sismos intraplaca continental es actualmente escasa (Campos y otros, 2005), por lo que no será considerada en este trabajo. Los sismos interplaca tipo thrust han sido registrados en crónicas históricas desde la llegada de los españoles, observándose que estos terremotos tienen epicentros marítimos y abarcan grandes longitudes de ruptura. Por ejemplo, la zona Central de Chile que comprende los paralelos 32ºS y 35ºS, ha sido afectada por la siguiente secuencia de terremotos de gran magnitud de Richter del orden de 8.5: 1575, 1647, 1730, 1822, 1906 y 1985, lo que sugiere un período de recurrencia de 83 ± 7 años (Pereira et al., 1979), (Comte et al., 1986). Chile Central por ser la zona más densamente poblada de Chile es la que cuenta con la mayor cantidad de acelerogramas de importancia. En particular se registró el terremoto del 3 de marzo de 1985 con un total de 31 acelerógrafos ubicados principalmente en zona epicentral (Saragoni et al., 1985), llegando a ser el mejor registrado en el mundo al momento de ocurrir (EERI, 1986). Los sismos intraplaca de profundidad intermedia por tener sus epicentros continentales han sido los más destructivos en Chile, es así como el terremoto de Chillán de 1939 ha cobrado el mayor número de muertos en Chile por un terremoto – 5000 - (Astroza et al. 2002a). Sin embargo, por ser de longitudes de ruptura menores y por no poder estimar bien su lugar de ocurrencia y su recurrencia, el número de registros de movimiento fuerte obtenidos es menor que el de sismos interplaca tipo thrust. A pesar de esto se cuenta, entre otros, con el terremoto de Chile Central del 7 de Noviembre de 1981 y el terremoto de Tarapaca del 2005 que cuentan con importantes registros de aceleraciones. Históricamente la ingeniería sísmica chilena se ha diferenciado de las tendencias mundiales por considerar en sus bases de datos registros de movimiento fuerte sólo de Chile o de Sudamérica. Es así como la norma chilena de diseño de aislación sísmica, Nch 2475 of. 2003, “Análisis y diseño de edificios con aislación

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sísmica-requisitos”, incorpora las fórmulas de atenuación de aceleraciones máximas para Chile de Fresard y Saragoni (1986), Shaad y Saragoni (1989) y Martin (1990), en la evaluación del peligro sísmico. La primera fórmula para Chile de atenuación de aceleraciones horizontales máximas fue propuesta por Labbé et al. (1976), quienes en su base de datos sólo incluyeron registros obtenidos en el acelerógrafo ubicado en Santiago de Chile, en la Escuela de Ingeniería de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, instalado en enero de 1940 por el USGS. Posteriormente se han desarrollado fórmulas para Chile, con datos de Chile, Perú y Argentina por Saragoni et al.(1982); con datos de Chile y Perú por Villablanca and Ridell (1985); y sólo con datos de Chile: por Fresard y Saragoni (1986); Shaad y Saragoni (1989); Martin (1990); Mirodikawa (1991); y Medina (1998). Todos estos trabajos, excluyendo el último, fueron analizados en el International Workshop on Strong Motion Data por Iai y Brady (1993), quienes concluyen que Sudamérica presenta los más altos valores de aceleración máxima esperada con respecto a los otros dos grupos estudiados –U.S.A, Europa A y Japón, New Zeland, Europa B-. Los primeros en proponer fórmulas de atenuación para zonas de subducción que separan entre sismos interplaca tipo thrust e intraplaca de profundidad intermedia fueron Youngs y otros (1997) en su base de datos incluyeron registros de aceleraciones de Alaska, Chile, Cascadia, Japón, México, Perú e Islas Solomon. Luego Atkinson y Boore (2003) generaron fórmulas de atenuación para la zona de Cascadia y otras zonas de subducción incluyendo en su base de datos registros de Alaska, Chile, Cascadia, El Salvador, Japan, México y Perú. Sin embargo, se ha podido establecer que las distintas zonas de subducción del mundo presentan características singulares, las fórmulas de atenuación de aceleraciones horizontales máximas que mezclan datos de diferentes zonas han obtenido resultados que son poco representativos para una zona en particular; por ejemplo, Atkinson y Boore (2003) concluyen que las amplitudes de aceleración máximas entre las zonas de Cascadia y Japón difieren en un factor mayor a 2 para eventos de la misma magnitud, distancia, tipo de evento y tipo de suelo según la clasificación del NEHRP. Saragoni y otros (2004) señalan importantes diferencias entre las aceleraciones horizontales máximas de la zona de Cascadia y México con la zona de subducción chilena, Ruiz y Saragoni (2004a) indican diferencias en la atenuación de aceleraciones horizontales máximas para la zona de subducción de Perú con la de Chile, no obstante corresponden ambas a la subducción de la placa de Nazca. Por este motivo se presenta a continuación una base de datos sólo de terremotos chilenos, dividida a su vez en terremotos tipo interplaca tipo thrust e intraplaca de profundidad intermedia, con el objeto de estimar formulas de atenuación para la subducción tipo chilena solo con datos de Chile. 2

2.1

BASE DE DATOS DE ACELEROGRAMAS DE TERREMOTOS CHILENOS

Base de Datos Homogénea de Sismos Chilenos Interplaca Tipo Thrust e Intraplaca de Profundidad Intermedia con Registros de Aceleraciones

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En la Tabla 1 se presentan los sismos chilenos interplaca tipo thrust e intraplaca de profundidad intermedia de la subducción tipo chilena que cuentan con registros de aceleraciones y que presentan aceleraciones máximas de importancia (aceleraciones mayores a 0.01 [g]). En ella se indica además las referencias de donde se han determinado sus mecanismos. Tabla 1. Sismos chilenos con acelerogramas importantes. N Fecha Sismogenesis Referencia 1 1945.09.13 Intraplaca Barrientos y otros(1997) 2 1953.09.04 Thrust Fresard (1985) 3 1965.03.28 Intraplaca Malgrange y otros (1981) 4 1967.09.26 Intraplaca Stauder (1973) 5 1971.07.08 Thrust Malgrange y otros (1981) 6 1973.10.05 Thrust Kadinski, K (1985) 7 1974.11.12 Intraplaca (1) 8 1981.11.07 Intraplaca Astiz y Kanamori (1986) 9 1985.03.03 Thrust Comte y otros (1986) 10 1985.03.03 Thrust Comte y otros (1986) 11 1985.04.09 Thrust Choy y Dewey (1988) 12 1987.03.05 Thrust Comte y Suarez (1995) 13 1987.08.08 Intraplaca Comte y Suarez (1995) 14 1995.07.30 Thrust Delouis y otros (1997) 15 1997.10.15 Intraplaca Pardo y otros (2002) 16 2005.06.13 Intraplaca --(1): Sin antecedentes, tipo de sismogénesis deducida de su profundidad focal (81.1 [km]) y de epicentro continental. En total se cuenta con 8 terremotos intraplaca de profundidad intermedia y 8 terremotos interplaca tipo thrust. En la Tabla 2 se indica el número de registros de aceleraciones correspondiente a cada uno de los terremotos antes mencionados. Todos ellos presentan magnitudes Ms > 6.0 a excepción del terremoto intraplaca de 1967. En la Tabla 2 no se incluyen los datos del terremoto de Tarapacá 2005. Dado que en general los valores máximos de la aceleración en los registros ocurren en diferentes instantes de tiempo para cada componente, se considera cada componente de los registros de aceleraciones en forma independiente. El rango de aceleraciones máximas entre el valor máximo de cada una de las componentes horizontales y el menor valor obtenido entre ellas varia para los sismos thrust de 0.65 [g] a 0.01 [g] y entre 0.72 [g] y 0.03 [g] para sismos intraplaca; para las componentes verticales el rango de valores de los sismos thrust es de 0.82 [g] a 0.01 [g] y de 0.80 – 0.02 [g] para los sismos intraplaca de profundidad intermedia, considerando también los datos obtenidos para el terremoto de Tarapacá 2005. En consecuencia no se considera acelerogramas con aceleraciones máximas mayores menores de 0.01 [g], como en otros trabajos, ello por la dificultad de discriminar entre señal y ruido.

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En general, los registros de aceleraciones han sido corregidos por la línea de la base por el método de Berg y Housner (1961) y se filtran usando entre 0.167 [Hz] y 25 [Hz] con un filtro Butterwood de orden 4. Para obtener los valores de velocidad y desplazamiento máximos se integraron los registros de aceleraciones una y dos veces, respectivamente. Tabla 2. Sismos chilenos: características y número de registro de aceleraciones Terremoto

Fecha

Lat. [º]

Long. [º]

H [km]

Type

Ms

Rango de Distancia [km]

Central Chile Central Chile La Ligua Central Chile La Ligua Central Chile Central Chile Central Chile Valparaíso Valparaíso AS Valparaíso AS Antofagasta Arica Antofagasta Punitaquí

1945.09.13 1953.09.04 1965.03.28 1967.09.26 1971.07.08 1973.10.05 1974.11.12 1981.11.07 1985.03.03 1985.03.03 1985.04.09 1987.03.05 1987.08.08 1995.07.30 1997.10.15

33,20 32,70 32,49 33,50 32,59 32,93 33,08 32,24 33,17 33,06 34,08 24,39 19,09 23,43 31,02

70,50 71,80 71,36 70,67 71,80 71,95 70,64 71,47 71,89 71,30 71,57 69,99 69,87 70,48 71,23

100,0 50,0 73,0 81,2 40,0 29,4 81,1 56,1 28,8 36,7 40,0 38,0 76,0 36,0 68,0

n t n n t t n n t t t t n t n

7,1 6,4 7,1 5,6 7,5 6,7 6,2 6,7 7,8 6,4 7,2 7,3 6,9 7,4 6,7

104.82-140.82 153.06-153.06 139.89-139.89 81.25-81.25 111.74-111.74 153.75-153.75 87.74-89.06 61.99-155.74 35.72-315.01 48.22-202.81 41.88-193.31 92.17-234.2 112.97-122.52 60.26-60.26 89.58-163.67

Número de Registros RK SS 0 0 0 0 0 0 0 0 5 1 2 0 0 0 0

1 1 1 1 1 1 2 8 20 6 8 3 3 1 3

t : interplaca tipo thrust, n : intraplaca de profundidad intermedia. RK : Roca Dura, SS : Roca Frágil o Suelo Duro

2.2

Clasificación Dinámica de Suelos Chilenos

Las estaciones usadas en este trabajo presentan la particularidad de estar registrados en suelos con velocidad de onda de corte Vs mayores a Vs > 360 [m/seg], siendo estos altos valores característicos de los suelos chilenos. La estratigrafía dinámica de suelos donde se registraron los terremotos del 3 de marzo fue dada por Araneda y Saragoni (1994), que corresponde a la mayoría de las estaciones acelerográficas usadas en este trabajo; los datos han sido reproducidos en el trabajo de Ruiz y Saragoni (2004b) y Ruiz y Saragoni (2005a). Las fórmulas de atenuación propuestas para Chile, desarrolladas con anterioridad y que han intentado dividir los registros según tipo de suelo no han obtenido ningún resultado favorable, las razones de esto se deben a que han considerado una división de suelo estática o han dividido los suelos según la norma chilena Nch 433 of 96 “Diseño Sísmico de Edificios” que solo para el suelo tipo I, correspondiente al más

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duro, considera una clasificación dinámica Vs > 900 [m/seg] en los primeros 10 metros, basando la clasificación del resto de los suelos en ensayos estáticos. En este trabajo se presenta por primera vez una separación de los suelos chilenos empleando una clasificación dinámica, tal como la propuesta por el UBC 97. La división efectuada corresponde a roca dura Vs > 1500 [m/seg] y roca y suelo duro o roca frágil con 1500 [m/seg] > Vs > 360 [m/seg]. Es importante destacar que la roca tipo californiana, para la clasificación de suelos chilena no correspondería a roca dura, sino más bien solo a un suelo duro o una roca frágil. Los registros considerados como roca dura, corresponden a los suelos tipo I propuestos por Ruiz y Saragoni (2005a), en cuyo trabajo se presentan las estaciones y la velocidad de onda de corte de los estratos respectivos. El resto de las estaciones correspondientes a los suelos, tipo II, III y IV propuestos por Ruiz y Saragoni (2005a), son agrupados en ‘roca o suelo duro’ en el presente trabajo. El total de registros para sismos interplaca tipo thrust es de 41 para roca frágil o suelo duro y 8 para roca dura. Con estos datos se espera generar fórmulas de atenuación con un buen valor de correlación y que extrapolen a la magnitud máxima de diseño, dado que los datos se encuentran adecuadamente distribuidos por magnitud. Por ejemplo, para los sismos interplaca tipo thrust en roca frágil o suelo duro hay un total de 8 registros en el rango 6.0 > Ms > 7.0, 13 registros en el rango 7.0 > Ms > 7.5 y 20 registros en el rango 7.5 > Ms > 8.0.

2.3

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 y otros, 1990), siendo 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 33ªS, 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 Tarapaca con una magnitud Mw = 7.9. Siendo por lo tanto la magnitud Ms = 8.0, la recomendada para el diseño.

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Considerando la inclinación de la placa de Nazca y la profundidad del contacto sísmico se ha 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. 3

FÓRMULAS DE ATENUACIÓN

En este trabajo se considerará fórmulas de atenuación referidas al hipocentro del tipo: x=

A·e B · M (R + C) D

(1)

Donde x representa el máximo valor esperado del parámetro sísmico estudiado; M es la magnitud Ms; R la distancia hipocentral o la distancia hipocentral más cercana a la aspereza en kilometros [km]; A, B y D son constantes a determinar y C es fijado a priori. En este caso se empleara C = 30 [km] para terremotos interplaca tipo thrust y C = 80 [km] para terremotos intraplaca de profundidad intermedia. Para los sismos intraplaca de profundidad intermedia se utilizó un valor de 1.2 para el parámetro B, esto debido a la escasez de registros en un rango amplio de magnitudes (Ruiz, 2002); sin embargo con la gran cantidad de registros obtenidos para el terremoto de Tarapacá del 2005 se ha podido verificar el buen comportamiento de las curvas estimadas por Ruiz (2002), en particular su buen comportamiento para el terremoto intraplaca de diseño como lo es el terremoto de Tarapaca 2005; el factor 1.2 impuesto por Ruiz (2002) al utilizar los nuevos datos varía para las aceleraciones máximas a 1.29, esto valida las fórmulas propuestas por Ruiz (2002). Dado que el número de datos disponibles es reducido el desarrollo de esta expresión por el método de mínimos cuadrados ordinarios o el método de dos etapas entrega resultados similares (Medina, 1998). Tampoco se considera el comportamiento no lineal del suelo, dado que para los registros de aceleraciones chilenos con valores máximos mayores a 0.6 [g] esto nunca ha sido observado en roca dura y roca y suelo duro, manteniendo siempre un comportamiento lineal (Saragoni y Ruiz, 2005a; Ruiz y Saragoni, 2004b y Saragoni y Ruiz, 2004). Se ha considerado la distancia hipocentral, en desmedro de la distancia más cercana a la falla, porque la liberación de energía del terremoto del 3 de marzo de 1985 esta concentrada en múltiples asperezas que conforman la zona central de Chile (Houston and Kanamori, 1986), por lo cual la distancia más corta a la falla no resulta un parámetro representativo al no explicar las altas aceleraciones registradas al interior del continente y lejanas al área de ruptura (Ruiz, 2002); fórmulas que consideran la distancia más cercana a las asperezas han sido propuestas por Ruiz (2002), Ruiz y Saragoni (2005b) y Saragoni y Ruiz (2005b). A continuación se presentan las fórmulas de atenuación obtenidas en este trabajo: para aceleraciones máximas de terremotos chilenos horizontales (aH) y verticales (av) para sismos interplaca tipo thrust en ‘roca frágil y suelo duro’ y ‘roca dura’, en la Tabla 3.1; para aceleraciones máximas de terremotos chilenos horizontales (aH) y verticales (av) para sismos intraplaca en ‘roca frágil y suelo duro’, en la Tabla

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3.2; para velocidades máximas de terremotos chilenos horizontales (VH)y verticales (Vv) para sismos interplaca tipo thrust en ‘roca frágil y suelo duro’ y ‘roca dura’, Tabla 3.2, para velocidades máximas de terremotos chilenos horizontales (VH) y verticales (Vv) para sismos intraplaca en ‘roca frágil y suelo duro’, Tabla 3.3; para desplazamientos máximos de terremotos chilenos horizontales (dH) y verticales (dv) para sismos interplaca tipo thrust en ‘roca frágil y suelo duro’ y ‘roca dura’, Tabla 3.5, para desplazamientos máximos de terremotos chilenos horizontales (dH) y verticales (dv) para sismos intraplaca en ‘roca frágil o suelo duro’, Tabla 3.6. Tabla 3.1 Fórmula de Atenuación de Aceleraciones Máximas Horizontales y Verticales, Sismos Thrust Dirección

Tipo de Suelo Fórmulas de Atenuación

Horizontal

Hard Rock

Horizontal

Rock o Soil

Vertical

Hard Rock

Vertical

Rock o Soil

Unidad Coeficiente de Número de Correlación Ecuación

4·e1.3· M ( R + 30)1.43 2·e1.28· M aH = ( R + 30)1.09 11·e1.11· M aV = ( R + 30)1.41

[cm/seg²]

0,7

(2)

[cm/seg²]

0,788

(3)

[cm/seg²]

0,756

(4)

18·e1.31· M ( R + 30)1.65

[cm/seg²]

0,859

(5)

aH =

aV =

Tabla 3.2 Fórmula de Atenuación de Aceleraciones Máximas Horizontales y Verticales, Sismos Intraplaca de Profundidad Intermedia Dirección

Tipo de Suelo

Horizontal

Rock o Soil

Vertical

Rock o Soil

Fórmulas de Atenuación 3840·e1.2· M ( R + 80) 2.16

[cm/seg²]

0,522

(6)

66687596·e1.2· M ( R + 80) 4.09

[cm/seg²]

0,71

(7)

aH = aV =

Unidad Coeficiente de Número de Correlación Ecuación

Tabla 3.3 Fórmula de Atenuación de Velocidades Máximas, Horizontales y Verticales, Sismos Thrust Dirección

Tipo de Suelo

Fórmulas de Atenuación

Horizontal

Hard Rock

VH =

0.018·e1.36· M ( R + 30)0.92

[cm/seg]

0,657

(8)

Horizontal

Rock o Soil

VH =

0.13·e1.21· M ( R + 30)0.95

[cm/seg]

0,859

(9)

Vertical

Hard Rock

[cm/seg]

0,499

(10)

Vertical

Rock o Soil

[cm/seg]

0,817

(11)

2·e0.64· M ( R + 30)0.83 0.12·e1.06· M VV = ( R + 30)0.84 VV =

Unidad

Coeficiente de Número de Correlación Ecuación

Los coeficientes de correlación son altos para los terremotos interplaca tipo thrust, demostrando lo homogeneidad de la base de datos considerada. Para los coeficientes de correlación de los terremotos intraplaca no se obtienen valores altos, sin embargo las nuevas fórmulas obtenidos con los datos del terremoto de Tarapacá 2005 muestran lo acertada que eran las fórmulas propuestas. Las nuevas curvas propuestas con los datos del terremoto de Tarapacá 2005 presentan coeficientes de correlación del orden de 0.8.

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Tabla 3.4 Fórmula de Atenuación de Velocidades Máximas, Horizontales y Verticales, Sismos Intraplaca de Profundidad Intermedia Dirección

Tipo de Suelo

Fórmulas de Atenuación

Horizontal

Rock o Soil

VH =

Vertical

Rock o Soil

VH =

Unidad Coeficiente de Número de Correlación Ecuación

1299·e1.2· M ( R + 80) 2.5

[cm/seg]

0,592

(12)

15537·e1.2· M ( R + 80)3.09

[cm/seg]

0,872

(13)

Tabla 3.5 Fórmula de Atenuación para el Desplazamiento Máximo Horizontal y Vertical, Sismos Thrust Dirección Tipo de Suelo Fórmulas de Atenuación Unidad Coeficiente de Número de Correlación Ecuación 0.099·e1.36· M dH = Horizontal Hard Rock [cm] 0,625 (13) ( R + 30)1.06 Horizontal Rock o Soil Vertical

Hard Rock

Vertical

Rock o Soil

dH =

0.0059·e1.42· M ( R + 30)0.98

0.04·e0.84· M ( R + 30)0.61 0.0081·e1.38· M dV = ( R + 30)1.09 dV =

[cm]

0,808

(14)

[cm]

0,406

(15)

[cm]

0,801

(16)

Tabla 3.6 Fórmula de Atenuación para el Desplazamiento Máximo Horizontal y Vertical, Sismos Intraplaca de Profundidad Intermedia Dirección Tipo de Suelo Fórmulas de Atenuación Unidad Coeficiente de Correlación 1.2· M 14959·e dH = [cm] 0,633 Horizontal Rock o Soil ( R + 80)3.26 Vertical

Rock o Soil

dV =

4224·e1.2· M ( R + 80)3.08

[cm]

0,797

Número de Ecuación (17) (18)

Las Figuras 1 y 2 incluyen los valores de aceleraciones horizontales máximos de terremotos chilenos interplaca tipo thrust 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 los valores de aceleración máxima del terremoto de Chile Central de 1985 son incluidos; la magnitud M = 7.2, donde los datos del terremotos del 9 de abril de 1985 de Chile son incluidos 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 el terremoto de 9 de abril de 1953. Se observa de las Figuras 1 y 2 que en general estas se ajustan bastante bien a los datos empíricos para sismos de magnitud 6.4, 7.2 y 7.8 por lo cual se presume del estudio de las curvas por estos segmentos de magnitud que la extrapolación a un terremoto de magnitud 8.5 es adecuada. Al ser la magnitud de diseño considerada para terremotos intraplaca de profundidad intermedia M = 8.0, con el terremoto de Tarapacá 2005 (M = 7.9), se pueden comparar las curvas propuestas para esta magnitud en este trabajo y por Ruiz (2002) para en roca y suelo duro. En la Figura 3 se presenta la curva de aceleraciones horizontales máximas además de la curva propuesta considerando los datos de

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aceleraciones del terremoto de Tarapaca 2005 por Saragoni y Ruiz (2005b), Tabla 3.7, la curva corresponde a una curva preliminar por faltar la digitalización de algunos registros, que sin embargo por ser los menos no debería influir en la curva presentada en la Figura 3. 10,00

1,00

TERREMOTO DE DISEÑO M = 8,5

M = 7,8

Aceleración [g]

Aceleración [g]

Ruiz y Saragoni (2005) 1,00

0,10

0,10

Ruiz y Saragoni (2005) PGA Chile 1985/03/03

0,01

0,01

10

100

1000

10

100

Distancia [km] 1,00

1,00

M = 7,2

Ruiz y Saragoni (2005) PGA Chile 1985/03/03 R and 1953/09/04

Aceleración [g]

M = 6,4 Aceleración [g]

1000

Distancia [km]

0,10

0,10

Ruiz y Saragoni (2005) PGA Chile 1985/04/09 0,01

0,01 10

100

1000

10

Distancia [km]

100

1000

Distancia [km]

Figura 1. Fórmula de atenuación de aceleraciones máximas horizontales propuesta para terremotos interplaca tipo thrust registradas en roca y suelo duro con datos registrados de aceleraciones. 1,00

TERREMOTO DE DISEÑO M = 8,5

Aceleración [g]

Aceleración [g]

1,00

0,10

M = 7,8

0,10

Ruiz y Saragoni (2005)

Ruiz y Saragoni (2005)

PGA Chile 1985/03/03 0,01

0,01 10

100

10

1000

1,00

M = 7,2

1000

M = 6,4

Ruiz y Saragoni (2005)

Ruiz y Saragoni (2005)

PGA Chile 1985/04/09

PGA Chile 1985/03/03 R

Aceleración [g]

Aceleración [g]

1,00

100

Distancia [km]

Distancia [km]

0,10

0,01

0,10

0,01

10

100

Distancia [km]

1000

10

100

1000

Distancia [km]

Figura 2. Fórmulas de atenuación de aceleraciones máximas horizontales de terremotos interplaca tipo thrust registradas en roca dura con datos registrados de aceleraciones.

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Tabla 3.7 Fórmula de Atenuación de Aceleraciones Máximas Horizontales y Verticales, Sismos Intraplaca de Profundidad Intermedia, considerando los datos preliminares del terremoto de Tarapacá 2005. Terremoto Suelo tipo tipo Intraplaca Roca Profundidad y Suelo Duro Intermedia

Velocidad Onda de Corte 1500 [m/seg] > Vs > 360 [m/seg]

Formula de Atenuación

Unidad

565898·e 1.29 · M ( R + 80) 3.24

[cm/seg²]

aH =

Coeficiente Correlación 0,8

Ecuación (19)

Fórmula de Atenuación de Aceleraciones Horizontales Máximas, Propuesta para Sismos Intraplaca Profundidad Intermedia

10,00

M = 7,9

Aceleraciones [g]

1,00

0,10

PGA Chile 13 - 06 - 2005 Saragoni y Ruiz (2005) (Preliminar) Ruiz y Saragoni (2005) - Ruiz (2002)

0,01 10

100

1000

Distancia Hipocentral [km ]

Figura 3. Fórmulas de Atenuación de terremotos intraplaca de profundidad intermedia, junto a los datos del terremoto de Tarapacá del 2005, fórmulas presentadas en este trabajo y por Ruiz (2002), además de la curva preliminar propuesta por Saragoni y Ruiz (2005b). Al comparar las curvas de sismos intraplaca de profundidad intermedia en roca o suelo duro con sismos interplaca tipo thrust en roca o suelo duro, se observa que los valores son más altos en sismos intraplaca para valores cercanos al epicentro, pero estos se atenúan más rápido con la distancia, estos resultados se condicen con estudios de intensidad de daño de ambos tipos de sismos, en los cuales se llega a conclusiones similares, Kausel (1991), Astroza et al. (2002a), Astroza et al. (2002b) y Saragoni et al. (2004) y Saragoni y otros (2005). Al momento de comparar los casos de diseño de ambos sismos se observa que en el rango entre 40 [km] a casi 200 [km] controlan los sismos intraplaca, siendo los valores hasta un 50 % más grandes. Figura 4. La línea segmentada en esta figura indica el rango de valores no observada. Los valores obtenidos por las fórmulas de terremotos interplaca tipo thrust para roca dura son menores que los que se obtienen para suelo duros o rocas, este resultado por primera vez es obtenido para las fórmulas de atenuación desarrolladas con anterioridad en Chile, resultado que además se ajusta a lo observado en terremotos, donde la intensidad es bastante menor para estructuras construidas sobre rocas duras en relación a estructuras instaladas en suelo. Una comparación entre las curvas de aceleración horizontal máxima se presenta en la Figura 5.

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Comparación de Fórmulas de Atenuación de Aceleraciones Horizontales Máximas Propuestas para Roca y Suelo Duro Thrust Ms = 8,5 Intraplaca Ms = 8

10,00

Comparación de Fórmulas de Atenuación de Aceleraciones Horizontales Máximas Propuestas para Sismos Thrust según tipo de Suelo Ms = 8.5 Roca y Suelo Duro Roca Dura

Thrust

Aceleraciones [g]

Aceleraciones [g]

Intraplaca

1,00

0,10 10

100

1000

Distancia Hipocentral [km ]

Figura 4. Comparación de las fórmulas de aceleraciones horizontales máximas de terremotos intraplaca y terremotos thrust, para las magnitudes de diseño. 4

1,00

0,10 10

100

1000

Distancia Hipocentral [km ]

Figura 5. Comparación de las fórmulas de terremotos interplaca tipo thrust de aceleraciones horizontales para roca dura y roca y suelo duro para la magnitud de diseño.

COMENTARIOS Y CONCLUSIONES

Se ha establecido que las bases de datos de terremotos chilenos interplaca tipo thrust e intraplaca de profundidad intermedia para la subducción chilena son suficientemente robustas como para permitir generar las fórmulas de atenuación con buenos coeficientes de correlación, validando la idea de usar solo datos de una misma región para el desarrollo de fórmulas de atenuación. Ello ha permitido proponer por primera vez formulas de atenuación para Chile que separan por tipo de mecanismo de terremoto y suelo. Se han propuesto fórmulas de atenuación referidas al hipocentro para la aceleración, velocidad y desplazamiento máximo tanto horizontal como vertical para la subducción de Chile considerando el tipo de sismo, interplaca tipo thrust e intraplaca de profundidad intermedia, para los sismos interplaca tipo thrust han sido divididas en dos tipos de suelo: roca dura Vs > 1500 [m/seg], y suelo duro o roca frágil y roca, 1500 [m/seg] > Vs > 360 [m/seg]. Las fórmulas obtenidas se ajustan a los datos observados de grandes terremotos, como el terremoto M = 7.8 interplaca de Chile Central de 1985 y el terremoto intraplaca de Tarapacá 2005 M = 7.9. Se observan valores más altos en las fórmulas interplaca tipo thrust en roca o suelo duro que los obtenidos para el mismo tipo de sismo en roca dura. Al comparar las fórmulas de atenuación para sismos intraplaca de profundidad intermedia en roca o suelo duro con las fórmulas de atenuación para sismos interplaca tipo thrust en roca o suelo duro, se observa que los primeros presentan valores más altos para zonas cercanas al epicentro pero se atenúan más rápido con la distancia que los segundos. 5

REFERENCIAS

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