Predicción de Movimientos Intensos y

Microzonificación Sísmica en las Principales

Ciudades de Perú

Plan de Investigación del Grupo G1 (Grupo Movimiento Sísmico y Geotécnico/MSGT)

Miembros Japoneses:

S. Nakai, T.Sekiguchi, D. Calderón (Universidad de Chiba), H. Yamanaka (Titech), H. Arai, S. Koyama (BRI), N. Pulido (NIED)

Miembros de Perú:

Z. Aguilar, F. Lazares, D. Luna, L. Chang, P. Peri, R. Piedra (CISMID), H. Tavera, I. Bernal, L. Ocola, J. Gómez (IGP)

15 de Marzo de 2010 1

Diagrama de Flujo General del Proyecto

Objetivos del Proyecto

2

Predicción de la Intensidad de Movimientos

Modelo de la Falla → Estructura del Subsuelo → Estructura de la Superficie del Suelo

3

Temas de Investigación del Grupo G1 (MSGT)

4

Registro de Intensidad de Movimientos e Histórico de Sismicidad

1960 01 13 Arequipa, Perú M7.5

1966 10 17 Barranca M8.1

1970 05 31 Chimbote, Perú M7.9

1974 10 03 Lima M8.1

2001 06 23 Atico M8.4

2007 08 15 Pisco M8.0

2010 02 27 Frente a la Costa de Maule, Chile M8.8

5

Indicaciones sobre la Intensidad de Movimientos

6

Modelo del Origen y Simulación de la Intensidad de Movimientos

Construcción Modelo del Origen

Simulación de la Intensidad de Movimientos por el Método de Diferencias Finitas en 3D

7

Sondeo de la Superficie del Suelo (1)

Se debe introducir un nuevo índice.

Lima, Perú Chiba, Japón

8

Surface Wave

excited by

r Artificial Vibration

ar Array

Sondeo de la Superficie del Suelo (2)

La perforación y técnica PS logging se llevarán a

cabo en varios sitios para examinar los perfiles

del suelo y las propiedades superficiales .

Perforación PS Logging

Método de Onda Superficial

A fin de estimar los perfiles superficiales del suelo, se efectuará el

método de onda superficial, el cual es adicional a las mediciones

de micro temblores en un(a) único punto/matriz.

S-Perfil de la Velocidad de Onda

Sensor

Lineal

Medición Matricial de Micro temblores

Las mediciones matriciales de

micro temblores son efectuadas

en varias ubicaciones a fin de

determinar el perfil del subsuelo

del lugar elegido en 1D, 2D o

3D.

Matriz de sensores

Predicción de la Intensidad de Movimientos

Modelo de la Falla → Estructura del Subsuelo → Estructura de la Superficie del Suelo → Análisis de la Predicción de la Intensidad de Movimientos basado en la Teoría de la Propagación de Ondas

12

Predicción de Desplazamientos de Tierra

13

Predicción de la Reacción de los Edificios

14

Predicción de la Altura de Penetración (Run-up) de un Tsunami

15

Riesgo Sísmico de Deslizamientos

En Lima, hay muchas laderas

escarpadas donde las casas están

densamente construidas.

El desplazamiento del suelo tiende a

convertirse en un gran desplazamiento

debido a su irregularidad (pendientes),

el cual puede causar una falla o

deslizamientos de tierra durante un

terremoto.

Viviendas densamente edificadas en Lima

Falla de deslizamiento durante un Terremoto

Microzonificación Sísmica

17

Resumen: Planes de Investigación del Grupo G1

Elaboración de modelos de fallas en el escenario de grandes

terremotos a lo largo de la placa de subducción.

Estudio histórico de las actividades sísmicas.

Comentarios sobre la Intensidad de Movimientos para la

instalación de sismógrafos.

Elaboración de los modelos del subsuelo y de la superficie.

Estudios geofísicos y geotécnicos incluyendo perforaciones y la

técnica PS loggings.

Onda Superficial y medición de micro temblores.

Análisis de los datos de un terremoto a partir de pequeños eventos.

Elaboración de mapas micro zonificados.

Simulación de la intensidad de movimientos basado en los modelos

de fallas y modelos de subsuelos/superficie de suelos.

Estimación del incremento (amplificación) debido a la superficie

del suelo.

Estimación de la falla por deslizamiento.

18

19

Simulación de un Movimiento Intenso

Simulación de un movimiento intenso de banda ancha sobre la base de una ingeniería del lecho de rocas desde diferentes escenarios en las zonas de Lima, Pisco y Arequipa utilizando un enfoque híbrido.

superficie

Capas superficiales

Ing. lecho rocas

VS0.4Km/s

FDM 3D registrado en un período largo y

el método estocástico utilizando el modelo

1D registrado en un período corto.

Cálculo del desplazamiento superficial

considerando la amplificación 1D en las

capas superficiales debido al movimiento

de entrada sobre la ingeniería del lecho de

rocas.

Lecho de roca sísmico

VS3.0km/s

Corto Largo

20

Observación Sísmica

La observación sísmica también es efectuada para

examinar el efecto de los suelos superficiales utilizando

la matriz de sensores en la Ciudad de Lima.

Montaña

Lima

Sismómetro

Punto de Observación

Océano Pacífico

10km

Utilización de la Onda

Conversa para perfiles Vs Ps

S

Se pueden apreciar muchas etapas posteriores entre las ondas iniciales P y S.

P Sp

___ onda P ___ onda S

Superficie

Interface d

PpPds PpSds Pp Ps

Estación

Vp=3.0(km/s) Vs=1.5(km/s) ρ=2.0(g/cm3) H =2.0(km)

Vp=4.6(km/s) Vs=3.0(km/s) ρ=2.5(g/cm3)

La onda P inicial genera las ondas P y S en cada interface. Las ondas P y S aparecen en la superficie con sus componentes verticales y radiales. Estos datos son utilizados para obtener el perfil del subsuelo Vs.

Planes de Investigación del Grupo MSGT

Modelos de fallas en el escenario de grandes terremotos a lo largo de la placa de subducción en cooperación con el grupo Tsunami.

Instalación de instrumentos para la intensidad de movimientos sobre el suelo o BF de las edificaciones (en primer lugar, 5 ubicaciones en Lima).

Estudios geofísicos y geotécnicos para la estructura de las ondas S superficial y del subsuelo incluyendo perforaciones y técnica PS loggings.

Análisis de los datos de un terremoto a partir de pequeños eventos para caracterizar el origen, trayectoria y amplificación en sitio.

Cálculo de la amplificación en sitio para el mapa de microzonificación.

Estimación de la falla por deslizamiento a partir de los estudios geotécnicos.

Simulación de un movimiento intenso basado en un enfoque híbrido de los métodos teóricos y empíricos.

23

Análisis de Datos de Terremotos Breves

Estimación de las características del origen de pequeños

eventos, el factor Q para la corteza y manto terrestre,

amplificación en sitio.

Estimación de la función envolvente para pequeños eventos, mediante el uso de la función estocástica de Green.

Sondeo de los perfiles de velocidad de las ondas S profundas a

partir de los datos del terremoto, tal como la función de

recepción, velocidad de fase y elipticidad de onda Rayleigh.

Validación de los modelos geológicos a partir de los estudios geofísicos y geotécnicos mediante la amplificación en sitio en 1D o la simulación en 3D de eventos moderados.

Revisión de la aplicabilidad de las actuales ecuaciones de atenuación

Am

plif

icació

n

Pro

fun

did

ad

(K

m)

Ve

loc

ida

d d

e f

as

e (

Km

/s)

Qs

NS

(km

)

1

Estimación Empírica de la Amplificación en Sitio a partir de los Datos del Terremoto

Caso de Tokio, zona

de Yamanaka (2009)

Amplificación en sitio 10

103

1

__ INV

_Regresión

0.1

TKYH13 TKYH12 TKY2080 TKYH11

1 10

102

Qs=101f0.67

1 10 Frecuencia (Hz)

Frecuencia (Hz) Valor Q para la propagación en la corteza y manto terrestre

Inversión de la Velocidad de Fase de la Onda Rayleigh para el Sondeo del Perfil Profundo Vs.

0 Parametrización 3

NGT

Buscar un modelo adecuado a lo observado! -2.5

OBS 1 INV

2

-2

-1.5

L7 L6

L5

L4

-1

2

-0.5

0

L3

L2

S3

S7

S2

S5 S6

S4

3 NGT S1(L1)

4 0 1 2 3 4

Vs (km/s)

NGT

0 0 1 2 3 4 5

Período (s)

0.5

2

1.5

1 0.5 0

EW (km)

-0.5 -1

Estimación de la

amplificación mediante

la simulación numérica

M d l lid ti ith

Pro

fun

did

ad

(km

)

Ab

s.

Am

p.

Ve

locid

ad d

e F

ase (

km

/s)

Transposición de

la Velocidad de Fase y

2

Obs. Inv.

la Función de Recepción 1

(Kurose y Yamanaka, 2006)

0

2

4

6

8 0 1 2 3 4

1

0.5

0

00 2 4 6 8 Período (s)

Obs. Inv.

Vs(km) -0.5

0 2 4 6 8 10 Tiempo (s)

Estudios Geofísico & Geotécnico

Laboratorio Investigación

para Pruebas de

Perforación de Suelos

Método de Onda Superficial

(Intervalo corto de Tiempo)

Mediciones de la Observación Sísmica de Micro temblores (Intervalo Largo de Tiempo)

Mapa Geológico

Modelo de la Estructura de Suelos 1D, 2D, 3D

Modelo de origen

Validación del modelo a

partir de los datos del

terremoto

Simulación de movimiento intenso

Microzonificación Sísmica Desplazamiento de Tierra, Huaico

28

) ) 2 200 Foot

2 200 Shoulder

(cm/s 0 (cm/s 0

Acc.-200

Acc.-200

20 30 40 50 60 70 (s) 20 30 40 50 60 70 (s)

Espectr

o d

e F

ourier

Microzonificación Sísmica

La Microzonificación Sísmica será mejorada en base a diversos estudios de subsuelos.

Se construirá el modelo estructural del suelo en 2 o 3 dimensiones.

Modelo en 2 Dimensiones de la Estructura del Suelo

Mapa de Riesgo Sísmico en Lima

(CISMID)

Riesgo Sísmico de Deslizamientos (2)

Se sabe que la reacción debido a un terremoto tiende a

incrementarse en la Loma de una pendiente.

100

10

1

0.1

Relación = Loma/Falda Loma Falda

0 2 4 6 8 10 12(Hz)

4.2Hz

R

0 3 6 9 12 15 0 3 6 9 12 15

Frecuencia [Hz] Frecuencia [Hz]

Hori

zonta

l-a-V

ert

ical

Índic

e d

e A

mplit

ud

Hori

zonta

l-a-V

ert

ical

Índic

e d

e A

mplit

ud

Riesgo Sísmico de Deslizamientos (3)

Se cree que una de las razones para que la superficie del suelo de una ladera esté “debilitada”, se deba a la erosión.

La existencia de este suelo debilitado, tiene una influencia negativa en cuanto al riesgo sísmico en diversos aspectos.

Relación Espectral H/V

Se presenta otro ejemplo del efecto de una pendiente. Los resultados de la medición de micro temblores también son afectados por la pendiente.

2 2

1 1

0 0

Plan de Investigación para la Evaluación del Riesgo de Laderas

El plan de investigación incluye:

Selección de unas pocas ubicaciones objetivo en Lima, donde las casas estén densamente construidas.

Recopilación de los datos de la investigación del suelo, si lo

hubiera.

Efectúe un examen del suelo, si fuera posible.

Proceda con la serie de mediciones de micro temblores.

Elabore los modelos del

suelo y realice el análisis de

los elementos determinados.

Evalúe los riesgos sísmicos

de la zona con pendientes

(laderas) en base a estos

datos junto con los

resultados de otros grupos

en este proyecto.