Alpha consult s. A. Conesupsa s. A. Estudio de riesgo sismico introduccion



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CONTRATO N° 233-2008-MTC/20

Estudio Definitivo de la Carretera: Camaná–Desvio Quilca–Matarani– Ilo – Tacna, Tramo: Desvío Quilca – Matarani





ALPHA CONSULT S.A. – CONESUPSA S.A.





ESTUDIO DE RIESGO SISMICO


  1. INTRODUCCION

El presente informe documenta los resultados de la revisión y el análisis de la sismicidad histórica, sismicidad instrumental y neotectónica existente en el área de la zona sur del Perú perteneciente al tramo de la carretera Quilca -Matarani, en el departamento de Arequipa. La actividad sísmica contemplada comprende el área Lat.-15.00 a -18.50 ºS; Long. -68.00º a -76.00ºO en el periodo de los años 1908 al 2008 y con magnitud mayor a 4.

En la evaluación del peligro sísmico se ha realizado el método deterministico y el probabilístico. Con el primero obtendremos la aceleración máxima del terreno en la zona de estudio y con el segundo se obtiene la probabilidad anual de excedencia de un nivel de aceleración dado.

La finalidad del estudio será proponer aceleraciones de diseño en el área del Proyecto para que las construcciones sean diseñadas con sistemas constructivos adecuados. Además, se proponen valores del coeficiente sísmico para el diseño de taludes, muros y puentes.


  1. HISTORIA SISMICA DEL AREA DE INFLUENCIA

La fuente básica de datos de intensidades sísmicas es el trabajo de Silgado (1969,1973, 1978 y 1992), que describe los principales eventos sísmicos ocurridos en el Perú. Un mapa de distribución de máximas intensidades sísmicas observadas en el Perú ha sido propuesto por Alva Hurtado et al (1984). La confección de dicho mapa se ha basado en treinta isosistas de sismos peruanos y datos de intensidades puntuales de sismos históricos y sismos recientes.

Los sismos más importantes que afectaron la región y que su historia se conoce son:



22 de Enero de 1582

Terremoto en Arequipa. Fray Víctor Barriga (1915) comenta que "los cerros conmovidos ayudaron al temor con el ruido, desgalgo de piedras, la tierra y el mucho polvo parecía que unos con otros se apresuraban a sepultar a los vivientes".



28 de Febrero de 1600

Hubo un fortísimo temblor en Arequipa el 19 de Febrero causado por la explosión del cráter del volcán Huaynaputina (Omate). Esta explosión fue precedida y seguida por una serie de temblores. El Padre Descourt (1600) indicó que el 28 de Febrero quedaron en Omate sepultados 6 ó 7 pueblos, pereciendo todos sus habitantes. El río Tambo quedó represado por los torrentes de escombros y lavas; la rotura posterior de ese dique terminó por asolar el valle.



24 de Agosto de 1942

Terremoto en Nazca. Silgado (1978) indica derrumbes en los cerros de los tramos de la carretera de acceso al interior, especialmente a la altura Puquio y en otros lugares de la vertiente occidental, así como al noroeste de Cangallo, en la vertiente atlántica.



28 de Mayo de 1948

Terremoto en Cañete. Silgado (1978) reporta que en las inmediaciones de Calaveras se produjeron varios deslizamientos en terrenos pantanosos. En las faldas del cerro Candela se formaron grietas, observándose en el lugar pequeños derrumbes debido a la saturación del terreno.



9 de Diciembre de 1950

Fuerte temblor en Ica. Ocurrieron derrumbes en la carretera de Ica a Córdova; en Pacarán y en el pueblo de Huaytará hubo deslizamientos. (Silgado, 1952).



21 de Abril de 1954

Movimiento ligeramente destructor en el sur del Departamento de Lima. Derrumbe en el sectorde Pasamayo y entre Chincha y la Florida se produjo un deslizamiento de arena en el talud de falla de Jahuay (Silgado, 1957).



15 de Enero de 1958

Terremoto en Arequipa. Silgado (1978) indica que por efecto, tanto del Misti como de los cerros vecinos, se desprendieron enormes piedras que al rodar cuesta abajo, levantaron gran polvareda. Hacia la cordillera, los derrumbes dañaron en varios tramos la línea del ferrocarril a Puno. La Carretera Panamericana entre Chala y Arequipa fue cubierta en varios trechos por deslizamientos de magnitud variable, siendo la zona más afectada entre Atico y Camaná.



16 Febrero de 1979

Sismo causó estragos en Camaná, Corire, y  Huancarqui. Intensidad VII MM en Camaná, VI en Huancarqui, Caravelí, Ocoña, Chivas, Chala  y V MM en La Joya.



12 Noviembre de 1996

Sismo causa estragos en Nazca, Acarí. Inserida máxima de VII MM en Marcona, intensidades VIII MM en Camaná, VII en Chuquibamba y III en Lima.






3 de Junio del 2001

De fallamiento inverso, se localizo en la costa del Pacifico frente a la ciudad de Ocoña, Arequipa. Se reportan intensidades MM de Vll y Vlll en las ciudades de Moquegua y Tacna , asi como un maremoto local (ola de 7 a 10m de altura) en la localidad de la Punta, Camaná. Esta zona presenta un periodo de recurrencia de 100 años.

Para el área de  estudio, la distribución epicentral de los sismos históricos se muestra en el Mapa Nº1 y en ella se puede ver que en su mayoría, dichos epicentros se ubican frente a la línea de costa y tierra adentro, en la zona volcánica. Estos sismos habrían estado asociados al proceso de convergencia de placas o de subducción de la placa de Nazca bajo la Continental y a la actividad volcánica, y en conjunto, todos estarían comprendidos entre la dinámica del área y de la tectónica local.  

En estas condiciones, resulta importante evaluar la relativa severidad con que algún sismo afectaría el área de estudio y esta puede ser inferida desde los valores de intensidad que se han registrado a la ocurrencia de los sismos históricos en zonas aledañas o cercanas al área. La relación de sismos con referencia al área de estudio o alrededores, se muestra en el Anexo III 

Se concluye que de acuerdo a la historia sísmica del área del Proyecto, los sismos mas importantes han ocurrido en los últimos 70 años. Con intensidades de hasta Vlll MMI en Moquegua y Tacna. En la tabla Nº1 se puede apreciar las características de estos sismos.


  1. DISTRIBUCION ESPACIAL DE LOS SISMOS

La ubicación de hipocentros ha mejorado en tiempos recientes, por lo que pueden considerarse los siguientes períodos en la obtención de datos sismológicos:

  • Antes de 1900: datos históricos descriptivos de sismos destructores.

  • 1900   1963 : datos instrumentales aproximados.

  • 1963 – 1992 : datos instrumentales precisos.

La información sismológica utilizada ha sido obtenida del informe descriptivo

Del instituto Geofísico del Perú comprendida en el área del proyecto.

El Mapa Nº 1 presenta la distribución de epicentros en el área de influencia del Proyecto. Dicho mapa presenta los sismos ocurridos entre 1908 y 2008, con magnitudes en función de las ondas de cuerpo, mb. Además, se ha dibujado las diferentes profundidades focales de sismos superficiales (0-60 km) y sismos intermedios (61-300 km).

Los sismos en el área de influencia presentan el mismo patrón general de distribución espacial que el resto del territorio peruano, es decir, la mayor actividad sísmica se concentra en el mar, paralelo a la costa. Se aprecia la subducción de la Placa de Nazca, ya que hacia el continente la profundidad focal de los sismos aumenta. También se producen sismos en el continente que son superficiales e intermedios, y que estarían relacionados a posibles fallas existentes.



TABLA Nº1: Sismos más importantes de los últimos 70 años en el área del proyecto

Fecha

Hora

Lat.

Lon.

Prof

 

aaaa/mm/dd

GMT

S

O

km

mb

23/06/2001

20:33:14.4

-16.462

-73.936

30

8.4

06/08/1913

22:14:24.0

-15.800

-73.500

80

7.8

12/11/1996

16:59:39.9

-15.214

-75.937

20

7.7

11/10/1922

14:49:50.0

-16.000

-72.500

50

7.4

28/12/1915

23:40:00.0

-15.155

-73.930

90

7.3

19/07/1959

15:06:10.0

-15.000

-70.500

200

7.1

07/10/1920

20:54:00.0

-15.133

-74.173

80

7.1

15/01/1958

19:14:29.0

-16.500

-72.000

60

7.0

28/07/1913

06:40:00.0

-16.600

-73.300

30

7.0

16/02/1979

10:08:54.2

-16.576

-72.565

53

6.9

15/01/1960

09:30:24.0

-15.000

-75.000

70

6.9

07/07/2001

09:38:39.0

-18.032

-72.446

11

6.8

24/02/1947

17:31:00.0

-15.310

-68.810

20

6.8

05/07/1943

21:07:54.0

-16.000

-74.000

5.9

6.8

29/03/1937

07:49:47.0

-15.500

-71.000

120

6.8

21/09/1928

13:27:05.0

-15.000

-70.500

250

6.8

11/05/1948

08:55:41.0

-17.500

-70.250

70

6.7

24/08/1942

22:50:27.0

-15.549

-74.742

70

6.7

27/12/1915

15:48:00.0

-15.200

-75.000

70

6.7

29/11/1989

01:00:19.9

-15.500

-73.510

65

6.5

12/10/1956

02:37:44.0

-15.500

-75.280

5.8

6.5

21/07/1949

08:01:39.0

-15.500

-73.000

150

6.5

19/09/1935

09:55:47.0

-15.500

-70.000

250

6.5

09/12/1932

08:34:55.0

-15.379

-74.348

90

6.5

Fuente. Instituto Geofísico del Perú

  1. TECTONICA Y SISMOTECTONICA

    1. TECTONISMO DE LOS ANDES PERUANOS

El Perú está comprendido entre una de las regiones de más alta actividad sísmica que hay en la Tierra, formando parte del Cinturón Circumpacífico.

Los principales rasgos tectónicos de la región occidental de Sudamérica, como son la Cordillera de los Andes y la fosa oceánica Perú-Chile, están relacionados con la alta actividad sísmica y otros fenómenos telúricos de la región, como una consecuencia de la interacción de dos placas convergentes cuya resultante más notoria precisamente es el proceso orogénico contemporáneo constituido por los Andes. La teoría que postula esta relación es la Tectónica de Placas o Tectónica Global (Isacks et al, 1968). La idea básica de la Tectónica de Placas es que la envoltura más superficial de la tierra sólida, llamada Litósfera (100 km), está dividida en varias placas rígidas que crecen a lo largo de estrechas cadenas meso oceánicas casi lineales; dichas placas son transportadas en otra envoltura menos rígida, la Astenósfera, y son comprimidas o destruidas en los límites compresionales de interacción, donde la corteza terrestre es comprimida en cadenas montañosas o donde existen fosas marinas (Berrocal et al, 1975).

El mecanismo básico que causa el movimiento de las placas no se conoce, pero se afirma que es debido a corrientes de convección o movimientos del manto plástico y caliente de la tierra y también a los efectos gravitacionales y de rotación de la tierra.

Los límites o bordes de las placas raramente coinciden con las márgenes continentales, pudiendo ser de tres tipos:



  1. Según cordilleras axiales, donde las placas divergen una de otra y en donde se genera un nuevo suelo oceánico.

  2. Según fallas de transformación, a lo largo de las cuales las placas se deslizan una respecto a la otra.

  3. Según zonas de subducción, en donde las placas convergen y una de ellas se sumerge bajo el borde delantero de la suprayacente.

Se ha observado que la mayor parte de la actividad tectónica en el mundo se concentra a lo largo de los bordes de estas placas. El frotamiento mutuo de estas placas es lo que produce los terremotos, por lo que la localización de éstos delimitará los bordes de las mismas. La margen continental occidental de Sudamérica, donde la Placa Oceánica de Nazca está siendo sub ducida por debajo de la Placa Continental Sudamericana, es uno de los bordes de placa mayores en la tierra.

La Placa Sudamericana crece de la cadena meso-oceánica del Atlántico, avanzando hacia el noroeste con una velocidad de 2 a 3 cm por año y se encuentra con la Placa de Nazca en su extremo occidental, constituído por la costa Sudamericana del Pacífico. Por otro lado, la Placa de Nazca crece de la cadena meso-oceánica del Pacífico Oriental y avanza hacia el este con una velocidad de aproximadamente 5 a 10 cm por año, subyaciendo debajo de la Placa Sudamericana con una velocidad de convergencia de 7 a 12 cm por año (Berrocal et al, 1975).

Como resultado del encuentro de la Placa Sudamericana y la Placa de Nazca y la subducción de esta última, han sido formadas la Cadena Andina y la Fosa Perú-Chile en diferentes etapas evolutivas. El continuo interaccionar de estas dos placas da origen a la mayor proporción de actividad sísmica en la región occidental de nuestro continente. La Placa de Nazca se sumerge por debajo de la frontera Perú-Brasil y noroeste de Argentina. La distribución espacial de los hipocentros confirma la subducción de la Placa de Nazca, aún cuando existe controversia debido a la ausencia de actividad sísmica entre los 300 y 500 km de profundidad (Berrocal et al, 1975).

Algunos trabajos de sismotectónica en Sudamérica han señalado ciertas discontinuidades de carácter regional, que dividen el panorama tectónico de esta región en varias provincias tectónicas. Dichas provincias están separadas por discontinuidades laterales (Berrocal, 1974) o por "zonas de transición" sismotectónicas (Deza y Carbonell, 1978), todas ellas normales a la zona de subducción o formando un ángulo grande con ésta. Estas provincias tectónicas tienen características específicas que influyen en la actividad sísmica que ocurre en cada una de ellas.

Los rasgos tectónicos superficiales más importantes en el área de estudio son: (Berrocal et al, 1975).


  • La Fosa Oceánica Perú   Chile.

  • La Dorsal de Nazca.

  • La porción hundida de la costa al norte de la Península de Paracas, asociada con un zócalo continental más ancho.

  • La cadena de los Andes.

  • Sistemas regionales de fallas normales e inversas y de sobre escurrimientos.

La Dorsal de Nazca tiene una influencia decisiva en la constitución tectónica de la parte occidental, donde se nota un marcado cambio en la continuidad de los otros rasgos tectónicos. En la parte oceánica, la Dorsal de Nazca divide la Fosa Oceánica en la Fosa de Lima y la Fosa de Arica.

La Cadena Andina es el rasgo tectónico más evidente. Su orogénesis es un producto de la interacción de las placas litosféricas, cuyo desarrollo está todavía vigente. La convergencia de la Placa de Nazca y la Sudamericana da como resultado una deformación dentro de la Litósfera continental.

El régimen de esfuerzo regional tectónico parece ser predominantemente compresional, normal a las líneas de la Costa y a la dirección de las Cordilleras. La parte occidental del área de estudio está constituida por varias unidades tectónicas de diferentes grados de deformabilidad, debido a su diferente litología y época de formación.

La deformación en la corteza se caracteriza por fallas inversas, de rumbo predominantemente Norte a Nor-Noroeste en los Andes, que buzan con bajo ángulo sea al Sur-Oeste o al Nor-Este.



    1. SISMO TECTÓNICA REGIONAL

La placa de Nazca en la parte norte y centro del Perú subduce con un ángulo de entre 15 y 20 º hasta alrededor de 50 km de profundidad y manteniendo una profundidad similar hasta los 100-150 km. Sin embargo la parte sur del Perú, a partir de la latitud 15º dicha inclinación aumenta a 30º y se mantiene a 250 km de profundidad (zona del antiplano), al tiempo que la cordillera de los andes alcanza su mayor ancho, su mayor raíz y la presencia de volcanes activos. La placa se contornea (Boyd 1984 y Grange 1984) cambiando tan abruptamente tanto en inclinación con en su dirección de convergencia, expresado por la dirección de los ejes de esfuerzo principales de presión (paralelos a la dirección de subducción).

En el mapa sismotectónico se aprecia que en la porción oceánica la actividad sísmica está constituída por sismos superficiales (<70 km de profundidad focal) concentrados casi exclusivamente entre la fosa marina y la línea de la costa. Todos los sismos en la porción oceánica corresponden a la zona de subducción, mientras que en la porción continental se incluyen los sismos de la zona de Benioff, con profundidades focales mayores de 70 km y los sismos continentales que son superficiales.

Al considerar las fuentes de sismos que puedan ser significativas para las aceleraciones en el área del Proyecto, es importante tener en cuenta las diferencias fundamentales en las características de atenuación asociadas con los sismos de subducción y los sismos superficiales. En general, los sismos superficiales se atenúan con mayor rapidez que los sismos de subducción.

Consecuentemente, mientras es importante considerar las fuentes de sismos de subducción, también es necesario tomar en consideración las fuentes más cercanas de sismos continentales superficiales al área del Proyecto.



  1. ESTUDIO SISMICO PROBABILISTICO

    1. INTRODUCCIÓN

El peligro sísmico es una medida de la probabilidad que el sismo más fuerte que puede ocurrir en una zona, en un cierto número de años, exceda (o no exceda) un determinado nivel de magnitud (o aceleración, velocidad, etc).

La evaluación de este peligro puede hacerse probabilísticamente por el método desarrollado por Cornell (1968). La primera parte del método consiste en una revisión de la actividad sísmica del pasado para determinar las fuentes sismogénicas considerando las características tectónicas de la región. Luego se determina la recurrencia de las zonas sismogénicas y con la atenuación sísmica se determinan los valores probables de intensidades sísmicas.



    1. FUNDAMENTOS DEL ANÁLISIS DEL PELIGRO SÍSMICO

Como se ha indicado en la introducción, el peligro sísmico se define por la probabilidad que en un lugar determinado ocurra un movimiento sísmico de una intensidad igual o mayor que un cierto valor fijado. En general, se hace extensivo el término intensidad a cualquier otra característica de un sismo, tal como su magnitud, la aceleración máxima, el valor espectral de la velocidad, el valor espectral del desplazamiento del suelo, el valor medio de la intensidad Mercalli Modificada u otro parámetro.

La generación de sismos está relacionada con los mecanismos geotectónicos. El tiempo, intensidad y situación de la ocurrencia de futuros sismos no puede hasta la fecha ser pronosticado en una forma determinística. En consecuencia, la generación de sismos y espacio y tiempo, cae en la categoría general de procesos estocásticos.

Por lo expuesto, en base a datos pasados, la predicción de eventos futuros puede sera realizada por medio del modelo estadístico de Poisson en la que la ocurrencia de eventos nuevos son independientes de los eventos pasados.

El modelo de Poisson ignora la tendencia de los sismos a agruparse en espacio y tiempo. Sin embargo, el modelo de Poisson ha dado resultados adecuados en muchas situaciones.

En el modelo de Poisson se asume las siguientes proposiciones:

1) Los sismos son espacialmente independientes;

2) Los sismos son temporalmente independientes;

3) La probabilidad de que dos eventos sísmicos tengan lugar en el mismo sitio y en el mismo instante es cero.

La primera proposición implica que la ocurrencia o no ocurrencia de un evento sísmico en un sitio, no afecta la ocurrencia o no ocurrencia de otro evento sísmico en algún otro lugar. La segunda proposición dice que los eventos sísmicos no tienen memoria en el tiempo. En su forma más general, la Ley de Poisson es expresada de la siguiente manera:


Donde:
Pn(t) es la probabilidad de que hayan eventos en un período de tiempo t;

n es el número de eventos; y

 es la razón de ocurrencia por unidad de tiempo.

La desventaja del modelo de Poisson es que no se ajusta para eventos sísmicos de baja magnitud. Sin embargo, para movimientos grandes este modelo es muy bueno. Como en ingeniería son de interés primario los movimientos fuertes, el modelo de Poisson es de gran utilidad; por esta razón su uso se ha generalizado en todo el mundo.

La ocurrencia de un evento sísmico es de carácter aleatorio y la Teoría de las Probabilidades es aplicable en el análisis de la posibilidad de su ocurrencia. Aplicando esta teoría se puede demostrar que si la ocurrencia de un evento A depende de la ocurrencia de otros eventos: E1, E2,....En, mutuamente excluyentes y colectivamente exhaustivos; entonces, de acuerdo al teorema de la probabilidad total, la probabilidad de ocurrencia de A está dada por la siguiente expresión:

Donde P (A/Ei) es la probabilidad condicional que A ocurra, dado que Ei ocurra. La intensidad generalizada (I) de un sismo en el lugar fijado puede considerarse dependiente del tamaño del sismo (la magnitud o intensidad epicentral) y de la distancia al lugar de interés. Si el tamaño del sismo (S) y su localización (R) son considerados como variables aleatorias contínuas y definidas por sus funciones de densidad de probabilidad, fS(s) y fR(r) respectivamente, entonces el peligro sísmico definido por la probabilidad que la intensidad I sea igual o mayor que una intensidad dada, será: P(Ii) y está dada por:



Esta es la expresión que resume la teoría desarrollada por Cornell en 1968, para analizar el peligro sísmico. La evaluación de esta integral es efectuada por el programa de cómputo RISK desarrollado por R. McGuire (1976) en el cálculo del peligro sísmico.



    1. EVALUACIÓN DE FUENTES SISMOGÉNICAS

Se han utilizado las fuentes sismogénicas establecidas en el estudio de evaluación del peligro sísmico en el Perú (Castillo, 1993). La determinación de las fuentes sismogénicas se ha basado en el mapa de distribución de epicentros, así como en las características tectónicas del área de influencia. La actividad sísmica en el Perú es el resultado de la interacción de las Placas de Nazca y Sudamericana y el proceso de reajustes tectónicos del aparato andino. Esto permite agrupar a las fuentes en continentales y de subducción.

Las fuentes de subducción modelan la interacción de las Placas Sudamericana y de Nazca. Las fuentes continentales están relacionadas con la actividad sísmica superficial andina. Se han presentado las fuentes como áreas, ya que no existen suficientes datos para modelar las fallas como fuentes lineales en este tipo de análisis.

Las Mapas Nº 2 y Nº 3 presentan las fuentes sismogénicas aplicables al Proyecto, según la referencia anterior. Se ha mantenido la misma nomenclatura de las zonas sismogénicas, utilizando sólo aquellas que tienen influencia en el área del Proyecto.

La mayor parte de los sismos ocurridos en el área considerada es producto de la interacción de las Placas de Nazca y Sudamericana. La Placa de Nazca penetra debajo de la Sudamericana a ángulos variables y se profundiza a medida que avanza hacia el continente, por lo que pueden distinguirse fuentes de subducción superficial (F2, F3, F7 y F11), fuentes de subducción intermedia (F13 y F14) y dos fuentes de subducción profunda (F19 y F20). Las fuentes de subducciones superficiales, intermedias tienen profundidades focales promedio de 40 y 120 km respectivamente.

Las fuentes F7 y F11 están asociadas a la sismicidad regional andina y presentan profundidades focales superficiales, sin estar asociadas a fallas activas. La Tabla Nº 2 presenta las coordenadas geográficas de las fuentes sismogénicas de subducción superficial y continentaless y la Tabla N° 3 presenta las coordenadas para las fuentes de subducción intermedias y profundas.


    1. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RECURRENCIA

El catálogo instrumental de sismos comienza a principios de siglo para la zona en referencia. La información existente hasta el año 1963 es incompleta, ya que no se cuenta con valores de magnitud de ondas de cuerpo mb y profundidad focal. Se decidió utilizar la información a partir de 1963 para la realización del análisis estadístico de recurrencia.

La recurrencia de terremotos se determina de acuerdo a la expresión de Richter (1958).


Log N = a   bM


Donde:

N = número de sismos de magnitud M o mayor por unidad de tiempo.

a,b = parámetros que dependen de la región.

La expresión anterior también se puede describir como:



Donde:


0 = 10a es el número de sismos por unidad de tiempo con M>0.

 = b.ln 10


Los parámetros estadísticos de recurrencia para cada una de las fuentes sismogénicas se han calculado utilizando la magnitud M, definida por M = max{mb, Ms}. Se calculó la siguiente relación entre estas dos magnitudes, de manera de utilizar cualquiera de ellas para homogenizar la muestra de datos (Figura Nº 3).

mb = 3.30 + 0.40 Ms

En el análisis estadístico de los parámetros de recurrencia se utilizó el método de la máxima verosimilitud, considerando los datos de 1963 - 1992. Este método ajusta la recta al valor medio de los datos sobre la magnitud mínima de homogeneidad, incluída la máxima magnitud observada, normalizando el aporte que hacen los sismos de diferentes magnitudes. Esto hace que el valor de b refleje de mejor forma el estudio de los esfuerzos de la región.

La tasa  es la tasa media anual de ocurrencia de eventos mayores o iguales que la magnitud mínima de homogeneidad. Para determinar la tasa  utilizamos una variación del Diagrama de Gutenberg y Richter, que consiste en dibujar un número acumulativo de eventos mayores a una determinada magnitud versus el tiempo. De estos gráficos fueron determinadas la magnitud mínima de homogeneidad (Mmin) y la tasa .La magnitud mínima de homogeneidad corresponderá al gráfico cuyo diagrama acumulativo versus tiempo muestre un comportamiento lineal y monotónicamente creciente. La tasa  es la pendiente de dicha recta.

Mmax es la magnitud máxima probable que puede ser liberada como energía sísmica (McGuire, 1976). Para su determinación se consideró que el más grande evento que ocurrió en la fuente en el pasado, es el máximo sismo que ha de suceder en el futuro.



    1. LEY DE ATENUACIÓN

Se han utilizado dos leyes de atenuación de aceleraciones, la primera es la propuesta por Casaverde y Vargas (1980), y ha sido empleada para las fuentes asociadas al mecanismo de subducción. Esta ley está basada en los registros de acelerógrafos de las componentes horizontales de diez sismos peruanos registrados en Lima y alrededores.

Es notoria la menor atenuación de los sismos peruanos en comparación con atenuaciones de sismos en otras partes del mundo. Los sismos fueron registrados en acelerógrafos instalados en el local del Instituto Geológico en la Plaza Habich, el Instituto Geofísico en la avenida Arequipa, en Zárate, en la casa del Dr. Huaco en las Gardenias y en la Molina, la ley es:

Atenuación de Aceleraciones:


Donde:
a = es la aceleración en cm/seg2

Ms = es la magnitud de las ondas superficiales

R = es la distancia hipocentral en kms

La segunda ley de atenuación utilizada es la propuesta por McGuire (1974) para la costa Oeste de los Estados Unidos y ha sido empleada para las fuentes asociadas a sismos continentales. Esta ley tiene la forma:



Atenuación de Aceleraciones:


Que expresada en forma logarítmica resulta:
ln a = 6.156 + 0.64 Ms – 1.30 ln (R+25)
Donde:
a = es la aceleración en cm/seg2

Ms = es la magnitud de las ondas de superficie

R = es la distancia hipocentral en km


    1. Determinación del Peligro Sísmico

Se ha determinado el peligro sísmico en el lugar de estudio utilizando metodología e información pertinente disponibles en la literatura. Se ha utilizado el programa de cómputo RISK desarrollado por McGuire (1976), con datos de la ley de atenuación de aceleraciones de Casaverde y Vargas (1980) para los sismos de subducción y de McGuire (1974) para los sismos continentales. Se ha utilizado las fuentes sismogénicas y parámetros de recurrencia determinados por Castillo (1993). Se emplearon las siguientes coordenadas geográficas para la carretera en estudio.


Lugar

COORDENADAS GEOGRAFICAS (º)

Latitud

Longitud

Quilca

-16.71

-72.43

Matarani

 

 

En el siguiente grafico se presentan los resultados para la zona correspondiente. El peligro sísmico anual se presenta en el eje de abscisas de dichas figuras como la inversa del período de retorno.

La tabla muestra las máximas aceleraciones esperadas en la roca para períodos de retorno de 30, 50, 100, 200, 400, 475 y 1000 años.

La selección del movimiento sísmico de diseño depende del tipo de obra. Para las estructuras de la carretera Quilca-Matarani se considera períodos de retorno de 475 años para el sismo de diseño, que corresponde a estructuras con una vida útil de 50 años y un nivel de excedencia del valor propuesto del 10%. Lo anterior significa que en las localidades en estudio las aceleraciones máximas del sismo de diseño variarán de 0.40 a 0.45 g.

Es usual considerar una aceleración efectiva vez de instrumental pico, del valor del 25 al 30% más baja. Por lo tanto, las aceleraciones efectivas variarán de 0.35 a 0.40 g. El coeficiente sísmico para el diseño estará expresado en términos del período de la estructura y del período predominante del suelo.

La respuesta estructural de las obras de ingeniería derivada por métodos espectrales deberá considerar, a partir de los valores de aceleración propuestos, la amplificación estructural y las reducciones por ductilidad, amortiguamiento y los coeficientes de seguridad de diseño. Los valores de aceleración de diseño corresponden a suelo firme y no reflejan la amplificación local del suelo, en caso de existir.

En caso de utilizar en el diseño de los muros y taludes el método pseudo-estático, se recomienda un valor de 0.20.


  1. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

  1. La sismicidad histórica indica que el área de la carretera Desvío Quilca-Matarani se han producido intensidades de hasta VI grados en la escala Mercalli Modificada.

  2. La distribución espacial de los sismos instrumentales indica una mayor actividad sísmica de la zona de subducción en la costa. Hacia el continente, las profundidades focales de los sismos de subducción aumentan. Hacia el continente existen sismos superficiales.

  3. En la determinación del peligro sísmico de las localidades en estudio se ha considerado los sismos de subducción y los continentales con sus respectivas leyes de atenuación.

  4. El estudio probabilístico de peligro sísmico ha considerado las fuentes sismogénicas como áreas. Para el sismo de diseño se ha determinado un rango de valores de aceleración máxima de 0.40 a 0.45 g. y un rango de aceleraciones efectivas de 0.35 a 0.40 g. Se recomienda el empleo de las aceleraciones efectivas del sismo de diseño.

  5. Para el método de diseño pseudo-estático de taludes y muros, se recomienda un valor de 0.20 para el coeficiente lateral sísmico.


REFERENCIAS

- Alva Hurtado J.E., Castillo Aedo , "Peligro Sísmico en el Perú”

- Javier Lermo, Fernando Lazares, Julio cuenca. "El terremoto de Arequipa: Observaciones sismológicas, Atenuación sísmica y efectos de sitio en las ciudades de Arequipa, Camaná, Moquegua, Ilo y Tacna”.

- Berrocal J., Deza E. y Shikiya J. (1975), "Estudio de Sismicidad para el Proyecto de Derivación del Río Mantaro a Lima", Informe del Instituto Geofísico del Perú a ELECTROPERU S.A.

- Casaverde L. y Vargas J. (1980), "Zonificación Sísmica del Perú", II Seminario Latinoamericano de Ingeniería Sismo Resistente, Organización de Estados Americanos y Pontificia Universidad Católica del Perú, Lima, Perú.

- Deza E. y Carbonell C. (1978), "Regionalización Sismo tectónica Preliminar del Perú", IV Congreso Peruano de Geología, Lima, Perú.

- Silgado E. (1973), “Historia de los Sismos más Notables ocurridos en el Perú 1955- 1970”, Geofísica Panamericana, Vol 2 pp. 179-243.


  • Silgado E. (1978), "Historia de los Sismos más Notables ocurridos en el Perú (1513 1974)", Instituto de Geología y Minería, Boletín N3, Serie C, Geodinámica e Ingeniería Geológica, Lima, Perú.



  • Silgado E. (1992), “Investigación de Sismicidad Histórica en la América del Sur en los Siglos XVI, XVII, XVIII y XIX”, CONCYTEC, Lima, Perú.


TABLA Nº 2


COORDENADAS GEOGRAFICAS DE LAS FUENTES DE SUBDUCCION

SUPERFICIALES Y DE LAS FUENTES CONTINENTALES


FUENTES


COORDENADAS GEOGRAFICAS (°)

FUENTE 1


-80.29

-81.39


-81.52

+02.00

-00.97


-02.39

-78.32

-79.65


-80.19

+02.00

-01.21


-02.50

FUENTE 2


-82.00

-82.00


-81.17

-03.39

-06.83


-09.00

-80.17

-80.67


-79.27

-03.45

-05.42


-07.90

FUENTE 3

-81.17

-77.00


-09.00

-14.80


-79.27

-75.84


-07.90

-13.87


FUENTE 4

-77.00

-74.16


-14.80

-17.87


-75.84

-73.00


-13.87

-16.53

FUENTE 5


-74.16

-71.85


-71.85

-17.87

-19.87


-22.00

-73.00

-69.21


-69.21

-16.53

-19.00


-22.00

FUENTE 6


-77.50

-79.83


-79.96

-80.92


+01.58

-01.65


-02.46

-02.96


-76.92

-78.90


-78.97

-80.79


+01.19

-02.53


-03.43

-03.44


FUENTE 7

-78.28

-77.21


-08.20

-10.47


-77.86

-76.83


-08.07

-10.23


FUENTE 8

-75.84

-73.00


-13.87

-16.53


-74.76

-71.41


-13.13

-14.67


FUENTE 9

-73.00

-69.71


-16.53

-18.67


-71.41

-68.12


-14.67

-16.13

FUENTE 10


-76.92

-78.90


-79.10

+01.19

-02.53


-05.20

-76.50

-77.35


-77.00

+ 01.00

-02.40


-04.77

FUENTE 11



-79.10

-76.34


-74.76

-05.20

-10.67


-13.13

-75.10

-74.17


-72.48

-04.33

-09.33


-11.40

FUENTE 12

-74.76

-68.12


-13.13

-16.13


-72.48

-67.76


-11.40

-13.80



TABLA Nº 3



COORDENADAS GEOGRAFICAS DE LAS FUENTES DE SUBDUCCION

INTERMEDIAS Y PROFUNDAS



FUENTES


COORDENADAS GEOGRAFICAS (°)

FUENTE 13



-78.73

-81.00


-81.00

+02.00

-00.67


-03.07

-76.00

-79.59


-79.20

+01.82

-02.55


-03.07

FUENTE 14



-81.00

-81.93


-79.80

-03.07

-05.73


-08.13

-79.20

-78.60


-77.17

-03.07

-04.00


-06.53

FUENTE 15

-79.80

-76.38


-08.13

-14.30


-77.17

-73.86


-06.53

-12.46


FUENTE 16

-76.38

-73.28


-14.30

-16.87


-73.86

-71.21


-12.46

-14.40

FUENTE 17


-73.28

-70.86


-70.38

-16.87

-18.80


-22.00

-71.21

-68.93


-67.98

-14.40

-15.73


-22.00

FUENTE 18



-79.59

-78.60


-77.17

-02.55

-04.00


-06.53

-77.50

-75.51


-75.27

-00.73

-02.06


-05.33

FUENTE 19

-77.17

-73.86


-06.53

-12.46


-75.27

-72.03


-05.33

-11.13


FUENTE 20

-72.31

-71.14


-06.67

-11.30


-71.00

-69.69


-06.33

-10.93
















INFORME FINAL






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