"",,-.DR. HERt4ANDOJAVERA

c.N.D.G.I.ca.P..~.

INSTITUTO GEOFISICO DEL PERU

SEC.TOR EDUCAC ION

DIRECCION DE SERVICIOS TECNICOS

'\

PELIGRO SISMICQ PARA LA REGlON CENTRÁ~ DEL PERU

Leandro Rodrigu,z V.

'-'honnll TaveT'a H.

1 ,,"

Lima-PeT'U

DlC-1987

RESUMEN.

El estu.dio del Peligro Si'i:imico de una 1"eglon, impl icadesa1"1"olla1" un modelo p1"obabill'i:itico q,ue permita estim1r losparametro'i:i de aceleracion maxima del 'i:iuelo y la m:ayorintensida4 'i:iismica esperada en cualq,uier punto para un perio-do de retorno predeterminado. El modelo 'i:ie obtiene en ba.e adatos de frecuencia y magnitud de los evento'i:i slsmi CO'i:i

obtenido'i:i ~artir de la 'i:iismicidad hi'i:itorica e in'i:itr-uaental,a'i:ii como de._atos geologico'i:i.

Con'i:iideramo'i:i la region central del Peru dado el interespolítico-social de trasladar la capital a la localidad deConcepcion (HuancayoL En esta area hemo'i:i identificadO tre'i:iPue~te'i:i sismica'i:i en funcion de la p~ofundidad del ev~ntosismico. Para esto se ha analizado detalladamente la s~mici-dad desde el ano 1500 hasta 1986, el intervalo de tiempocomprendido entre 1500 a 1900 e'i:i asumido como infOTmac ionc.ualitativa y se ha considerado solamente lo'i:i hl~pot~ntrosbien resuelto'i:i.

Los resul tados se pr esentan en mapa'i:i de max imas acE' le'-,'ac iones e intens idades para pe1" i,odo'i:i de r etorno de 50 '\4 100anos. Algunas ciudade'i:i como Oxapampa~ Huancayo \4 ChinchaAlta, presentan valores altos de aceleracion e intettsid ad,por lo q,ue deben 'i:ier conside1"ada'i:i como ciudades. granr->eligro Sismico.

2. - IN1RODUCCION.

En paises sismicoscomo el Peru es indispensablet~aliza~E!studiospara estimar el Peligro Sismico como un intento deprevenirq mitigar los danos causadospor los terrem~os, qaque en el diseno de obras impo~tantesdebe conside~r$e elbalance entre el costo de la obra q la seguridadde lasconstrucciones.

El estado del conocimiento en este campo nos muestra q.uea pesar del incremento de las investigaciones en el ~al isisdel Peligro Sismico, los modelos probabilisticos ptesentanciertas limitaciones, sin embargo, el uso de estos mode19saquda a tomar decisiones en ingeniería q a la vez estimulanla busq.ueda de nuevos caminos q.uepermitan dar a los pTOblemasuna solucion de manera deterministica. La incertidumb~ exis-tente en estimar el numero, tamano q ub icacion de fut urQSterremotos hace q.ueel Peligro Sismico se exprese en ~~minosde periodo de retorno.

La severidad sismica con la cual podria ser pr étba-bilisticamente sacudido un determinado sitio fue desc~i~o porCornell(196S), modificado q ampliado por Cornell q V~\marcke(1969) q aplicado en el Peru por Huaco (1980, 1982),

Siguiendo la metodología establecida por los autor~ antesmencionados, hemos evaluado el Peligro Sismico pará la partecentral del Peru (Lat.9a 15S. y Lon.72 a 78W., vet'fi g.1)utilizando para ello el programa de Mc.Quire(1976L La h¡for-maclon sismica utilizada ha si'doobtenida del Catalogo Sismicoactualizado del Instituto Qeofisico del Peru (Huaco, 1986) com-plementado con informacion en tiempo real (Autose!s) desde1983 q la informacion historica desde 1500. Los eventos ubi-(.ados en el area de estud io fueron evaluados. con'Siderafdo 'Susparametros focales, con el obJeto de obtener una in'PCI"'mac ionma'S representativa.

3.- BASE TEO~ICA y METODOLOQIA

La evaluacion del Peligro Sismico en terminos de pt..oba.-bilidadq.ue un sitio sea sacudido con una severidad que excedaun valor S, puede ser evaluada utilizando la ecuacion de pro-babilidad total dada por Oliveira (1974) V Mc.Quire(197ó),expresado de la manera siguiente:

P (8) =,(J'P (B/M,R) Fm(M) Fr(R) dr dm(1)

donde:PB

M,R

= Probabilidad.= Severidad del even~o buscado.= Variables aleatoria'S independientes.

peB/M,R) = Probabilidad condicional de B.R = Distancia epicentral.M = Magnitud en Mb.

La funcion FmeM) es la densidad de probabilidad ~e sedefine de acuerdo al numero de sismos q,uetienen una aegnitudma'l°r q,ueMb o Ms esegun sea el caso), en una fuente sismica.Segun Richter (1958), el numero de sismos q,ueocurren fW unaarea '1 en una unidad de tiempo, puede definirsede acuet.do ala ecuacion siguiente:

Log Nc = a bm e2)

donde:Nc = Numero acumulativode sismos.

a '1 b = Constantes q,ue caracterizan a la fuente "~, estarelacionadocon la magnituddel sismo '1 "af( depen-de del periodo de observacion.

La distribucion acumulativaanterior s, puede expresar como:

con relacion a la Pen.mula

FmeM) = K e1 - exP(-~(m - mo » ](3)

donde:mo ~ m ~ m1

¡J = b Ln<10)mo = Limite de la magnitud.mi = Maxima magnitud esperada.

K = el - ex~(- (m1 - mo » J

la correspondiente densidad de probabilidad es:

Fm(M) = dFmCM) I dm =l' K expC-¡I Cm - mo»(4)

la funcion de probabilidad como funcion de la distancia FrCR)depende de la relacion espacial entre la fuente '1el ~itio deobservacion (geometria de la fuente). Si FrCR) es una distri-bucion de probabilidad en R, se tiene:

FrCR) = P eR ~ r J

(j

Fr(R) = dFrCR) I dr C5)

por ultimo, la probabilidad condicional peB/M,RJ, de q,ue laacel.racion B exceda el valor de la aceleraci~n Bo, de~nde dela ecuacion de movimiento del suelo o de la funcicn de su.c;tenuacion. Muchos autores han descrito varias formas de estaecuacion, siendo la mas representativa de todas la deFi ni da

po,..:

B(M,R) = CI + C2 + C3 Ln(R + Ro) (6)

donde:CI,C2,C3,Ro = Constantes.

M = Magnitud del sismo. (Mb. o Ms.)R = Distancia epicent,..alen Km.

E"mpleando la ecuac ion antes senalada, la pr obab i 1 idad

cional PtB/R,MJ se puede expresar como:

PI:B/M,RJ =yC,r.S- CI - C2 M - C3 Ln(R + R03.{~] (7)

co nd i-

donde:

y= ComplementaT"ia de la dist1"ibucion' acumsI.¡!tivanorma 1-

(1"'= Desviac ion standa,.. de la ecuac ion de ace lerac ion.

El Peligro 6ismico se calcula evaluando la ecuacion (1 ) enfuncion de las ecuaciones (5), (6) ..,(7). Asi, el Peligr-o 6is-mico de un dete,..minado1uga,..desde un punto de vistapt"ob ab i-listico viene expresado en terminas de aceleracion m.axima eintensidad m.axima pa,..aun determinado periodo de retoff\o, en,'uncion a la distancia.., ,taman.o del sismo(magnitudL la meto-dologia del estudio comprende los siguientes pasos:

éiI.Identificacion ,de las fuentes

b. Descripcion ..,analisis de lascada fuente.

t. Dete,..minacion de la ecuacion

de probabilidad P(B>'

sismicas.caracteT"isticas sismicas de

modelo del suelo en tet'm inos

La determinacion de las fuentes sismicas se ,..ealiza enbase a mapas sismic'osl cuya informacion es previamente cal ifi-cada considerando las va,..iacionesen profundidad.., tamano decada evento. Para este fin, la actividad sismica histo,..icaJuega un 1"01 cualitativo muv importante mientT"a- ~ue ~ acti-vidad sismica instrumental nos permiti,..adelinear cada fuE"nte.

La ecuacion de frecuencia dada por Richter definida ~n la(2),nos permite obtene,..la reCUT"T"encia sismica par.J;unadeterminada fuente conside,..andoel rango de magnitud d~ loseventos ~ue 1ntegran dicha fuente.

El movimiento del suelo o maximas aceleraciones se detE"rmi-flan usando ecuaciones empi,..icasde atenuacion como (6), ~ue1'elacionan la aceleracion,magnitud Id la distancia epicentral,por 10 tanto la obtencion de esta ecuacion debe reali~rse en'orma mu.., cuidadosa. Finalmente, utilizando las ec~ciones(4), (5) Id (7) se obtiene la probabilidad total de ~e unaaceleracion sea excedida en un punto dentro de un periodo det'iempo.

4. - SISMIC IDAD E IDENTIFICAC ION DE FUENTES SISMICAS.

Para evaluar el PeligT'o Sismico de una determinada re giones necesario conocer la sismicidad histor ica e instrunen tal.l~ influencia de la sismicidad historica se refleJa en l~ es-timacion de la severidad con ~ue se espera ~ue una det~minadalona sea sacudida, esta informacion es basicamente la ~e apa-t'ece en Polo(189S,1904), Silgado(1978)' Asimismo Huaco<1980)genera una tab la con intensidades para sismos impcrt.r;ntesocurridos en Lima q ademas destaca una c4racteri'Soticaimportante, ~ue.stos sismos han ten,ido areas de destT'ucclant'elativamente extensal5, siendo percib'idas a 10 largo de toda]a costa, tambien indica ~ue estOl5 movimientos habrian es tado

'-C asociados 'a la formacion de fracturas paralelas a la CQ!!it.r;,conparametros foca les posiblemente semeJantel5 a los sismos actua-]es (Huaco,1983). El Catalogo Sil5micodel Peru, presenta losparametros foca les e intensidadel5 para eventos ocurrid~ entre1500 a 1982, las magnitudes de algunos de los eventos histori-cos fueron estimados en base a las ecuaciones del5aT'"11adaspor Huaco y Rodriguez (1983),

La actividad sismica en nuestro pais - puededividir en dos grupos. Un primer grupo abarca 1015 eventost'elacionados con la subducciofl de la placa oceCf'lic.adeNazca, baJo la placa continental Sudamericana. Estol5 eventosdel inean la zona de Benioff con una.e inc1inac ion de 30 al surdel pais V de aproximadamente 17 ita2ia el norte, hasta los100 km. de profundidad, A partir de alli esta l5ehoT'i~ntali-la baJo el Peru central, mientras ~ue el Peru meridionalparece conservar la misma inclinacion hasta 300 a 400 Km.(Stauder,1975, Barazangi V Isacks,1976-1979, Snoke,197~ Hase-ga~a y Sacks, 1981, Savd,1983, Deza,1985,Grange et al,1984). Elsegundo grupo menos importante que el precedente, en cuanto a. ]a energia total liberada, lo conforman los eventos dEnom ina-dostCintraplacallasociados con los esfuerzos tectonicos at'umu-1ados en el seno de la litosfera continentalandina. Pa1't e deesta sismicidad esta asociada con fallas activas conocid.r;sensuperficie como las de Huavtapallana q Cordillera Blanca(Dorbathet al, 1986, Deverchere, et al, 1987>'

La calificacion de los eventos sismicos para el P1' imerperiodo <1500 a 1900) se realiza desde el punto de vistacualitativo. Para el segundo periodo se analizan di~rentesperfiles ssicomo la calidad del calculo en profundi~d parameJorar la visualizacion de la resolucion de los event~.

Las figuras 2 q 3 presentan la sismicidaddel area de es-tudio para los periodos 1900-1981 V 1982-1986 respecti\8mente,E.n estas figuras se observa un incr emento en la s ismicidad aapartir de 1982, debido es){encialmente a una meJo'f\ii en el -nivel de deteccion en tiempo real, grac~s a la implemEJ1taciondel sistema Autaseis del I.G.P. (Convenio con la AIO V e IW),por lo tanto, para este estudio se consideraran s~amenteeventos con magnitudes (Mb.) maqores a 2.5.

El analisis de l,asismicidad d:e la region a fin de eva luarsu Peligro Sismica, nos ha permitido identificar tres fu~ ntessismicas,cada una de estas dividida en dos sub-fuente~

Fuente Nro. 1: esta constituida por eventos superFicialesde O a 33 Km. de profund idad, con el'icentros

cercanos a la fosa oceanica Peru-Chile y a la zona ~rticalandina ~ue comprende fallamientos ~ctivos (falla de H~ytapa-llana) como se ilustra en la fig. 4. En la tabla 1 se pre-senta los sismos destructores ocurridos en esta fu~te. Lafig. 5 muestra la curva de frecuencia para la misma,definida por:

Log Nc = 4.054 - 0.62~ Mb.

= 1.43

Fuente Nro.2: abarca la actividad sismica q,ue OCUT"1'e enla zona de subduccion y en los contrafuer-

'es andinost con profundidades entre 33 a 70 Km. (fig.6)Los sismos severos ocurridos en esta fuente se presentan enla tabla 2 y en la flg. 7 se muestra su curva de 'frtCuenciasismica definida por:

Lag Nc = 4. 17,9 - O. 611 Mb.

= 1.406

Fuente Nro.3: esta constituida por sismos con praf\lndida-des entre 70 a 120 Km. y se caracterizan

por estar ubicados en el Manto Superior (fig. 8L los even-. tos mas importantes ocurridos en esta fuente se encueftT".c:nen]a tabla 3 y en la fig. 9 se presenta su curva de frecuenciasismica definida por:

Lag Nc = 4.537 - 0.676 Mb

= 1.557

5.- ACELFkACIONES E INTENSIDADES DEL AREA DE ESTUDIO.

Muchos autores como Schnabel \1 Seed(1973), Trif\ln.ac \19rad\l(1975),han tratado a nivel mundial el problema ~ lasaceleraciones considerando este parametro en funciof¡ dela magnitud del sismo y de su distancia epicentral. ~n lapresenteevaluacion se emplea la ecuacion obtenida porHuaco(1982), la misma ~ue puede ser empleada para fue~es consismos superficiales y profundos.

A = (exp(10.8 + 0.18Mb» (R - Ro)

En las figupas 10 y 11 se presenta la distribucioh da lasmaximas aceleraciones en Gals, obtenido1i para periodos detoetopno de 50 y 100 anos, Se puede obserw.t,r que lasregiones que sopoptarian maximas aceleraciones para ~t'iodosde 50 anos son: Chincha Alta (450 gals), Oxapampa (44) gals)Huancayo-Conc:epcion (420 gals) y Lima (390 gals>. las acele-toaciones mal imas para per iodos de retorno de 100 ,,:¡no'Sosonencontrados en las pegiones de Chincha Alta (500 g.c:15),

Huaytapallana (480 gals), Oxapampa (490 gals), SatipO' Con-cepcion, Huancayo (470 gals) y Lima (450 galsL

Se observa tambien que la distpibucion de acele'raciones enla parte oriental d,elpaís coincide con el most1"ado pOt'V.&rgas<1982), peT'O en la papte centpal y occidental se d>sE'rvandifepenc ias:c:onsiderables y aun zonas de vac io, estas zonas

.'Soon most1"adas con mucho detalle en el ppesente trabaJo ° Ladifepencia en los valopes hallados es razonable dado que seutilizaron distintas CU1"vasde atenuacion, asi como dif!et'entedensidad de info1"macion sismica,

Despues de Richter(1958), va1"ios autores han dE'ducidoecuac ionesde equivalencia ent1"e las aceleraciones del sue lo y.Ia inten1iidad de un evento, En el p1"esente t1"abaJo p.a1'a lae-valuacion del Peligro Sismico hemos cons idepado la ec"Uocionde atenuaclon obtenida por Huaco (1980>' Las max imasjntertsida des esperadas para pe1"iodos de re~rno de~)Oanos son p1"esentados en la flg. 12 Y sob1"esale la re gionde Chincha Alta con grado XI (MSKL Las maximas intensidadespa1"ii~ pe1"iodos de. 1"etopno de 100 anos (fig. 13) se p11!'.Sentanen las reg lones de Ch incha Al ta y Oxapampa con grado XI (MSK),en este modelo la 1"agion que comprende Concepcion, H~ncayo,Huaytapallana y Lima, soporta1"ian una intensidad de gradoX (HSK),

CONCLUSIONES.

El proceso de subducciony el sistema de fallamiento pa1"a-1e loa la CO<Jita y el de la zona cort ica 1 del Pe1"u centW&l, sonfundamentales papa el delineamientode la<Ji fuentes sismí cas,las que a su vez coinciden con las maximas aceleracioneseíntens idades ;obsepvadas.

Con<Jiidepando la histo1"ia si<Jimica del area de est~lo, endonde se observa la ocuPpenc ia de si smO<Jide gran magoItud ycon una gran area de de<Jitpuccion, concluimos que 10<Ji Tesulta-dos obtenidos, de<Jide el punto de vista p1"obabilisUco <Jion1oazonables y adecuadospapa lo<Ji periodos de 1"etorno e"Stima dO<Ji.

La di<Jiper<Jiion y peptupbacion que fpecuentemente <JiE!ob'Soervae-n e<Jitudio<Ji de e'Ste tipo, debido a eventos <Jiismico<Ji c~ eproren 'Su calculo (p1"ofundidad y ublcacion), la mala utiliz~cionde magnitudes Hbo o Hs., etc" han sido reducido<Jial mínimomediante un riguroso ppoceso de calificacion de la inftA"macion

utilizada. lo cual da un altoresultados obtenidos.

valor de confiabilidad a los

Un estimacion precisa de curvas de atenuacion rept«senta-tivas para determinadas regiones. solicita la nece1!tid.a d deinstalar una r.d densa de acelerografos en el país.

Para efectos de diseno,riesgos de 100 a mas anos.

recomendamos tomar en cuenta

El auge de areas urbanas. el incremento de nucleo$ pobla-t' iona les J.,:fla mavor de,ns idad de pob lac ion. son un grart in sen-tivo a realizar estudios de este tipo p41traareas considet'adasde interes.Esta actividad la viene desarrollando el Insti. tutoQeofisico del Peru.

AGRADEC I M1 ENTOS.

Al Dr. Manuel Chang, director de la Direccion de Serví ciosTecnicos. po'!" el apovo brindado dando facilidades de hot'ario~ flexibilidad de funciones.

Al Dr. ~ose Machare. por lasrevisidn del manuscrito.

opiniones recibidas ~ por la

TABLA 1. Sismtfs destructores ocurT'idosen la fuente 1.

DIA/MES/ANOHORA ORIGEN LATITUD-S LONGITUD-W PROf.. Mb. Ms.

TABLA 2. Sismos destructoresocurridosen la fuente 2.

...----". _.,---. ._---- .--,- ------------ ,.------ -.------ -,..,..-..-.......----24 05 40 16 33 57.0 10.500 77.000 8.410 11 46 17 42 53. O' 08.500 77.500 7.2 ".,.

."

;8 05 48 05 36 16.0 13.000 76. 500 60 7.0;4 12 59 12 50 35.0 13.500 74. 500 6.217 10 66 2141 55.9 10.920 78.790 21 b.3 7.1;;4 07 69 0259 21. O 11. 850 75. 130 5."¡101 10 69 05 05 43.2 1 L 88.0 75. 130 4 b. 0I{.03 10 74 14 21 29.1 12.300 77.800 13 b.to 7.7..----. ---- ,--------- ----------- ---------- -------_. -.....,......----

DIA/ME'S/ANO HORA ORIGEN LATITUD-S LONGITUD-W PROF. Mb. Ms...----..,-.-------- -- --.------------ -------_.--------- -,......,...--"--;1 06 37 15 13 04.0 08.500 so. 000 60 6.7:"0 09 46 00 59 04.0 13.000 76. 000 70 7.0;!1 07 55 11 45 40. O 15.000 74.000 100 6.718 Oq 62 19 14 37.2 10.000 79. 000 39 7.015 11 62 23 25 17.7 08.700 79. 800 45 6.007 06 66 00 59 45.7 14.000 75. 800 48 b.

8 09 68 13 53 35.3 13.160 76. 380 70 b.O:U 05 70 20 23 27.3 09.180 78. 820 43 b.to 7.8..----... --..------------ ----------.--.------- ----- --- - ..,-..-...----

1ABLA 3. Sismos destructoresocurridosen la fuente 3.

.DIA/iES/ANO HORA ORIGEN LATITUD-S LONGITUD-W PROf. Mb. Ms...- .__..__..._-.._----_._------------.- -------,- --------,..-.--... -. ,---;O 01 32 02 30 50.0 12.000 77. 500 100 6.709 12 32 08 34 55.0 15.000 75. 000 75 6.506 08 33 02 54 52.0 11.000 75.500 100 6.5;5 04 39 12 5337.0 12.500 75.500 150 6.2;1 08 45 16 29 37.0 15.000 75. 000 120 6.701 11 47 14 58 53.0 10.500 75. 000 100 7.310 12 50 02 50 42.0 14.250 75.750 80 7.018 02 57 23 49 52.0 11.500 78.000 100 6.615 01 60 09 30 24.0 15.000 75.000 150 7.017 09 63 05 54 34.0 10.600 78. 200 6124 09 63 16 30 17.9 10.750 78.240 75 6.7,.-..--..-,,--- ,,-------------------,-- ."-----------, --- ..---..".."----

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