evaluacion probabilista de la peligrosidad sismica de …

Asociación Española de Ingeniería Sísmica Girona, 8-11 mayo 2007

EVALUACION PROBABILISTA DE LA PELIGROSIDAD SISMICA DE LA REGION PIRENAICA

R. Secanell(1), Ch. Martin(1), X. Goula(2), T. Susagna(2) , M. Tapia(2), D. Bertil(3), P. Dominique(4), D. Carbon(1) and J. Fleta(2)

(1)Geoter, Pôle Géoenvironnement, 3, rue Jean Monnet, 34830 Clapiers, France. (2) Institut Geològic de Catalunya (IGC). Balmes 209-211, 08006, Barcelona, Spain.

(3) Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM). Morne Houëlmont, Route de l’Observatoire, 97113 Gourbeyre, France.

(4) Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM). 3, Avenue Claude Guillemin, 45060 Orléans Cedex 2, France.

SUMMARY

An unified Probabilistic Seismic Hazard Assessment (PSHA) along the Pyrenean region has been carried out by an international team composed by experts from Spain and France. It is motivated by the incoherencies existing among the seismic zonations included in the seismic codes of involved countries (France, Spain). Also by the necessity to define the seismic input data to be used in the performing of seismic scenarios. Great effort was invested in the homogenisation of the seismic and geologic input data. This homogenisation was performed by analysing all existing seismic data available in the region and structuring them in a database. This analysis lead to the definition of a unified catalogue of the seismicity in terms of local magnitude. Two seismotectonic models were also defined to take into account the different interpretations existing among specialists. Besides a classical methodology for calculating seismic hazard based in seismic zones, a "smoothing" method was also used. A new regional ground motion prediction equation has been proposed based in the data of the region. It was used with other worldwide ground motion prediction equations. Finally, a methodology based in the present state of the knowledge of the PSHA has been implemented to take into account the uncertainties. It is based on an approach using logic trees and Monte Carlo techniques. It allows propagating the epistemic uncertainties and the random uncertainties. The application of this methodology lead to the definition of seismic hazard maps in terms of acceleration, corresponding to the median and percentile 15% and 85%. These maps correspond to two return periods: 475 and 1975 years, and six spectral periods: 0, 0.1, 0.3, 0.6, 1 and 2 seconds.

Key words: Seismic hazard, attenuation, seismic zonation, France, Spain. RESUMEN Un Análisis Probabilista de la Peligrosidad Sísmica (PSHA) a lo largo de la región

pirenaica ha sido desarrollado por un equipo internacional compuesto por expertos de Francia y España. El estudio estuvo motivado por las incoherencias existentes entre las zonaciones sísmicas de la reglamentación sísmica de los dos países involucrados (Francia y España). También, por la necesidad de definir un “input” sísmico para ser usado en la realización de escenarios de riesgo sísmico. Se ha hecho énfasis en la homogeneización de los datos de entrada sísmicos y geológicos. Esta homogenización ha conducido a la definición de un catálogo sísmico unificado en función de la magnitud local. Para su realización, todas las distintas fuentes de información disponibles en la región fueron analizadas y estructuradas en una base de datos. Dos zonaciones sismotectónicas fueron también definidas para tener en cuenta las distintas interpretaciones existentes entre los expertos. Además de una metodología clásica zonificada de cálculo de la peligrosidad


sísmica, se usó un método no zonificado. Se ha propuesto una nueva ley de atenuación regional basada en los datos de la región. Esta ley de atenuación ha sido utilizada junto con otras leyes de atenuación mundiales. Finalmente, se ha aplicado una metodología específica para tener en cuenta las incertidumbres asociadas al PSHA. Esta metodología está basada en un uso conjunto de las técnicas de árbol lógico y de Montecarlo, que permiten la propagación de las incertidumbres epistémicas y aleatorias. La aplicación de esta metodología conduce a la definición de mapas de peligrosidad sísmica en términos de aceleración (mediana y percentiles de 15% y 85%). Las aceleraciones del suelo calculadas corresponden a 2 periodos de retorno, 475 y 1975 años, y 6 periodos espectrales, 0, 0.1, 0.3, 0.6, 1 y 2 segundos.

Palabras clave: Peligrosidad sísmica, zonación sísmica, atenuación, Francia,

España. INTRODUCCION Uno de los objetivos del proyecto Interreg IIIA ISARD (Información Sísmica

Automática Regional de Daños) es reducir las fuertes diferencias observadas entre las zonaciones sísmicas a los dos lados de la frontera franco-española. A partir de numerosos estudios de peligrosidad sísmica, se observa que los datos de entrada y los juicios de experto pueden ser diferentes en muchos aspectos y no es raro que las estimaciones de riesgo sísmico hechas por diferentes equipos en una misma región muestren diferencias importantes. Por ejemplo, el PGA propuesto por el código antisísmico español (NCSE-02, 2002) para la región de los Pirineos varía entre 0.04 g y 0.12 g para un periodo de retorno de 475 años. Por otro lado, la reciente zonación sísmica de Francia (Martin et al., 2002a), propone unos niveles de PGA que oscilan entre 0.15 g y 0.25 g para la misma región y periodo de retorno. Otro estudio reciente, (Marin et al., 2004) muestra un PGA máximo de 0.067 g para la misma región y periodo de retorno. Por tanto, la incertidumbre existente parece ser grande.

La práctica internacional en materia de peligrosidad sísmica tiende a considerar dos tipos de incertidumbres: epistémica y aleatoria (Abrahamson, 2000). Las incertidumbres de carácter epistémico son aquellas debidas a la falta de conocimiento científico sobre la materia. Este tipo de incertidumbres están asociadas, básicamente, a los modelos conceptuales de cálculo de la peligrosidad, a las zonaciones sismotectónicas, a las leyes de atenuación del movimiento sísmico, al tipo de transformación de intensidades en magnitudes y, finalmente, al tipo de transformación de magnitudes para adaptar la magnitud del catálogo sísmico a la magnitud de la ley de atenuación. Las incertidumbres aleatorias son aquellas que tienen un carácter aleatorio y, en este estudio, están representadas por la magnitud máxima esperada y la profundidad de las zonas sísmicas, y por los parámetros que caracterizan la distribución de la sismicidad en las zonas sísmicas. El modelo probabilista aquí desarrollado tiene en cuenta los dos tipos de incertidumbres, que han estado tratadas mediante la combinación de técnicas de árbol lógico y procesos de Montecarlo.

Una extensión de este artículo ha sido recientemente aceptado para su publicación en el JOSE (Secanell et al, 2007).

DATOS DE ENTRADA Datos sísmicos

Los datos analizados corresponden a la región geográfica situada entre las latitudes 40° N y 44° N y longitudes 2.5° W y 4° E (Figura 1).


Se ha realizado un único catálogo sísmico a partir de todos los datos existentes. Se analizaron cuatro catálogos macrosísmicos: Servei Geològic de Catalunya-SGC (Susagna and Goula, 1999), Instituto Geográfico Nacional (IGN, 2003), SISFRANCE (BRGM et al., 2004), revisión de los 140 terremotos históricos de Levret et al. (1996). Al mismo tiempo,se han utilizado cinco catálogos instrumentales: Servei Geològic de Catalunya (SGC, 2003), Instituto Geográfico Nacional (IGN, 2003), Laboratoire de Détection Géophysique-LDG, Bureau Central Sismologique Français-BCSF y Observatoire Midi Pyrénées-OMP (Souriau and Pauchet, 1998).

El proceso para la compilación del catálogo unificado sigue los siguientes pasos. En primer lugar, se ha realizado un catálogo macrosísmico unificado considerando las 4 fuentes existentes. A continuación, se ha desarrollado un catálogo instrumental unificado considerando las 5 fuentes existentes en la región. Finalmente, se ha compilado un catálogo unificado que integra la información macrosísmica e instrumental. Los criterios utilizados para definir el catálogo son subjetivos y pueden variar de un experto a otro. Aquellos aquí utilizados resultan de un consenso entre los participantes integrados en el proyecto ISARD.

El proceso automático diseñado y usado para construir el catálogo macrosísmico ha sido el siguiente:

1. Se ha desarrollado un proceso automático de identificación de un mismo terremoto en los 4 catálogos. Este proceso consiste en definir una ventana espacial, temporal y de intensidad que permite la identificación de un mismo terremoto existente en diferentes catálogos.

2. Para la compilación del catálogo macrosísmico ISARD, se ha retenido una sola fecha de ocurrencia y unas únicas coordenadas geográficas. Estos datos han sido seleccionados usando criterios de prioridad: si los datos correspondientes a un terremoto existen en la base SISFRANCE, éstos son los datos seleccionados. Sino, los datos que provienen del SGC. Sino, se retiene la información de Levret et al. (1996). Finalmente, se retiene la información del IGN si las anteriores no están disponibles.

3. La intensidad epicentral homogénea ha sido definida como la media aritmética de las intensidades existentes en los 4 catálogos. No se ha encontrado ningún argumento suficientemente fuerte para priorizar uno de los catálogos.

El catálogo resultante del proceso automático ha sido revisado para corregir posibles errores o para introducir manualmente resultados de estudios específicos de terremotos particulares.

Un proceso equivalente ha sido desarrollado para compilar el catálogo instrumental integrando los catálogos existentes. El catálogo instrumental se considera a partir 1962.. El proceso de generación automática del catálogo instrumental ha sido el siguiente:

1. Se ha diseñado un proceso de identificación automático de un mismo terremoto en los 5 catálogos existentes. Este consiste en definir una ventana temporal y espacial para identificar el mismo terremoto en los diferentes catálogos. Para corregir posibles errores, una revisión manual del proceso automático ha sido realizado a posteriori.

2. Las coordenadas geográficas y la fecha de ocurrencia de los sismos del catálogo instrumental se definieron usando la siguiente escala de prioridades entre las agencias: SGC, LDG, IGN, BCSF y OMP. Un único valor fue conservado.

3. Por último, la magnitud homogénea fue definida como la media aritmética de todas las magnitudes locales existentes. Como en el caso de las intensidades no existen razones de peso para priorizar una de las agencias en detrimento de otras.

Finalmente, el catálogo ISARD completo se realizó integrando ambos catálogos, macrosísmico e instrumental anteriormente descritos. El proceso utilizado es relativamente


simple. Los sismos registrados únicamente en el catálogo macrosísmico han sido retenidos. Para los sismos registrados en los dos catálogos se ha adoptado la localización y fecha de ocurrencia del catálogo instrumental porque es más preciso y se han conservado las dos definiciones de magnitud e intensidad. Los sismos registrados únicamente en el catálogo instrumental también han sido retenidos.

La magnitud homogénea adoptada en el catálogo ISARD corresponde a la magnitud local, ML. No hay suficientes datos para desarrollar una relación entre las magnitudes locales y la magnitud de ondas de superficie, MS, o la magnitud de momento, MW, dos de las magnitudes más comúnmente usadas en las leyes de atenuación.

Para tener todo el catálogo definido en función de la magnitud local, se ha ajustado una relación entre la intensidad epicentral homogénea y la magnitud local homogénea usando una regresión lineal para los valores (M,I) disponibles de un conjunto de 86 sismos. La ecuación ajustada y utilizada para transformar intensidades en magnitudes locales en la región es:

ML =0.503*I+1.491 (1)

Para satisfacer el principio de independencia espacial y temporal de ocurrencia de terremotos, el catálogo ha sido limpiado de réplicas y precursores. Para ello se ha utilizado el software GEOREPLIQUES, desarrollado por GEOTER, que utiliza un proceso consistente en la definición de una ventana temporal y espacial, dependiente de la magnitud, después de cada terremoto. Si otro terremoto secundario ocurre dentro de la ventana creada por el terremoto principal es automáticamente identificado como réplica.

Un estudio de los periodos de completitud del catálogo ha sido realizado mediante la metodología de Stepp (1972) y mediante el software GEOSIS (Martin et al., 2002b) que permite el análisis gráfico del catálogo por rango de magnitud y de tiempo.

El catálogo ISARD finalmente compilado contiene la información instrumental desde 1962 y toda la información macrosísmica, disponible en la web de ISARD www.isard-project.eu. La Figura 1 presenta el catálogo sísmico ISARD en forma de mapa de epicentros.

Modelo sismotectónico El análisis de la información sismotectónica disponible ha mostrado que un PSHA

basado en la actividad sísmica de fallas no es posible debido a un conocimiento parcial de esta información. Por tanto, sólo ha sido posible la realización de un PSHA clásico basado en una zonas sísmicas (y en la ausencia de zonas, modelo de “smoothing”). Dos zonaciones sismotectónicas han sido consideradas para tener en cuenta las incertidumbres existentes relativas a la zonación sísmica. La primera corresponde a una síntesis de los trabajos recientes de:

a. Fleta et al. (1996), Secanell et al. (1999), Secanell et al. (2004), para el noreste de España y sureste de Francia;

b. Autran et al. (1998), Dominique et al. (1998), en el marco del grupo de trabajo de peligrosidad sísmica de la AFPS (Association Française du génie Parasismique);

c. Martin et al. (2002ª), en el marco de la revisión de la zonación sísmica de Francia.

La zonación resultante es un consenso entre diferentes grupos de expertos internacionales. La Figura 2 muestra el mapa con el modelo sismotectónico aquí llamado “unificado”.


Figura 1. Mapa epicentral de los terremotos contenidos en el catálogo unificado ISARD.

Figura 2. Zonación sismotectónica “unificada” usada en el PSHA del proyecto ISARD.


La segunda zonación utilizada corresponde básicamente a la zonación realizada por el Bureau de Recherches Geologiques et Minieres (BRGM) para la aplicación del diseño antisísmico a ciertas instalaciones especiales en Francia. (Blès et al., 1998). Esta zonación ha sido ampliada hacia el sur para cubrir toda la región de estudio. La Figura 3 muestra la zonación resultante, aquí bautizada como zonación para “instalaciones especiales”.

Finalmente, es importante destacar que el modelo de suavizado (Woo, 1996) representa un modelo alternativo al modelo clásico de zonación ya que, de hecho, representa la ausencia total de zonación sismotectónica.

Figura 3. Zonación sismotectónica para “instalaciones especiales” usada en el PSHA del proyecto ISARD.

Modelo de ocurrencia de terremotos

El modelo adoptado corresponde al modelo doblemente truncado de Gutenberg-Richter. Este modelo supone una ocurrencia espacial de terremotos según una distribución de Poisson y una distribución de las magnitudes siguiendo una distribución doblemente truncada:

)(

)()(

11

)(1

MinMax

MinMaxMin

MM

MMMM

e

eeMMP

−−

−−−−

−

−=≥

β

ββ

(3)

Donde P(M≥M1) es la probabilidad de tener un sismo de magnitud igual o superior a M1. Mmin es la magnitud mínima considerada y Mmax es la magnitud máxima posible en la zona fuente.

El método de máxima verosimilitud de Weichert (1980) ha sido usado para determinar los parámetros λ y β que caracterizan la relación de Gutenberg-Richter.


Las tablas 1 y 2 muestran los parámetros que caracterizan las diferentes zonas sismotectónicas del modelo “unificado” y del modelo para “instalaciones especiales” respectivamente.

PARAMETROS SISMICOS

Zona a b σa σb λ Μ=4.0 λ / κm² β σλ σβ

h (km) Mmax Superficie

(km²)

1 2.37 -0.91 1.14 0.34 0.056 4.26E-06 2.09 0.045 0.78 5 to 10 5.4 to 5.9 13220 2 3.05 -1.06 0.83 0.25 0.064 1.36E-05 2.44 0.040 0.58 5 to10 6.0 to 6.5 4702 3* 2.02 -0.92 0.89 0.24 0.021 8.29E-07 2.13 0.019 0.56 5 to 15 5.0 to 5.5 25520 4 3.46 -1.08 0.47 0.14 0.131 1.44E-05 2.50 0.036 0.32 5 to 15 6.3 to 6.8 9115 5 4.52 -1.37 0.61 0.18 0.111 4.97E-06 3.15 0.028 0.41 5 to 15 6.3 to 6.8 22420 6 2.30 -1.04 2.03 0.59 0.014 5.69E-06 2.39 0.014 1.36 5 to 15 5.1 to 5.6 2523 7 4.97 -1.27 0.36 0.10 0.784 1.17E-04 2.92 0.062 0.22 10 to 20 6.3 to 6.8 6696 8 3.71 -1.13 0.88 0.24 0.147 1.79E-05 2.61 0.065 0.54 5 to 15 6.0 to 6.5 8247 9 3.14 -0.99 1.03 0.26 0.145 9.23E-06 2.29 0.085 0.61 5 to 15 5.8 to 6.3 15700

10 2.47 -1.04 2.03 0.59 0.021 5.69E-06 2.39 0.021 1.36 5 to 15 5.0 to 5.5 3695 11* 1.95 -0.92 0.89 0.24 0.018 8.29E-07 2.13 0.016 0.56 5 to 15 5.0 to 5.5 21850 12 3.39 -1.24 2.78 0.78 0.027 3.34E-06 2.85 0.027 1.79 5 to 10 5.3 to 5.8 8223 13* 1.51 -0.92 0.89 0.24 0.007 8.29E-07 2.13 0.006 0.56 5 to 10 5.0 to 5.5 7997 14* 2.10 -0.80 0.61 0.19 0.078 2.65E-06 1.85 0.046 0.43 5 to 15 6.0 to 6.5 29570 15* 1.88 -0.92 0.89 0.24 0.015 8.29E-07 2.13 0.014 0.56 5 to 15 5.0 to 5.5 18480 16* 0.67 -0.92 0.89 0.24 0.001 8.29E-07 2.13 0.001 0.56 5 to 15 5.0 to 5.5 1136 17* 2.11 -0.92 0.89 0.24 0.026 8.29E-07 2.13 0.023 0.56 5 to 10 5.0 to 5.5 31710 18* 1.46 -0.92 0.89 0.24 0.006 8.29E-07 2.13 0.005 0.56 5 to 10 5.0 to 5.5 7129

* Fuentes tratadas conjuntamente.

Tabla 1. Parámetros sísmicos de la zonación sismotectónica “unificada”.

PARAMETROS SISMICOS

Zona

a b σa σb λ

Μ=4.0 λ / κm² β σλ σβ h

(km) Mmax Superfície(km²)

1 5.13 1.52 0.36 0.09 0.1133 3.57E-06 3.50 0.0090 0.200 5 to 15 5.0 to 5.5 31770 2 4.80 1.64 0.65 0.16 0.0170 8.14E-06 3.78 0.0023 0.374 5 to 15 5.5 to 6.0 2092

3 5.26 1.38 0.18 0.04 0.5336 1.54E-04 3.19 0.0230 0.091 10 to 20 6.5 to 7.0 3470

4 4.00 1.25 0.42 0.10 0.0954 2.30E-05 2.89 0.0110 0.234 5 to 15 5.3 to 5.7 4145 5 5.41 1.60 0.35 0.09 0.1013 4.45E-06 3.69 0.0080 0.199 5 to 15 5.9 to 6.4 22750 6 4.24 1.31 0.37 0.09 0.0973 1.83E-05 3.02 0.0110 0.207 5 to 15 5.0 to 5.5 5305 7 3.77 1.07 0.47 0.11 0.3115 3.35E-05 2.46 0.0240 0.112 5 to 15 6.0 to 6.5 9293 8 4.68 1.64 0.65 0.16 0.0130 8.14E-06 3.78 0.0017 0.374 5 to 15 6.3 to 6.8 1592 9 3.61 1.27 0.50 0.12 0.0344 9.72E-07 2.92 0.0048 0.285 5 to 15 5.4 to 5.9 35370

10** 2.91 1.27 0.50 0.12 0.0069 9.72E-07 2.92 0.0010 0.285 5 to 10 5.0 to 5.5 7116 11** 2.76 1.27 0.50 0.12 0.0049 9.72E-07 2.92 0.0007 0.285 5 to 10 5.5 to 6.0 4998 12** 3.33 1.27 0.50 0.12 0.0180 9.72E-07 2.92 0.0025 0.285 5 to 10 5.2 to 5.7 18470 13 3.13 1.08 0.57 0.14 0.0645 1.44E-05 2.50 0.0170 0.320 5 to 15 6.3 to 6.8 4485 14 4.52 1.37 0.61 0.18 0.0305 4.95E-06 3.15 0.0043 0.410 5 to 15 6.1to 6.6 6158 15* 1.49 0.92 0.96 0.24 0.0064 8.26E-07 2.13 0.0005 0.560 5 to 15 5.7 to 6.2 7751 16* 0.45 0.92 0.96 0.24 0.0006 8.26E-07 2.13 0.0001 0.560 5 to 15 5.2 to 5.7 719 17* 1.17 0.92 0.96 0.24 0.0031 8.26E-07 2.13 0.0003 0.560 5 to 15 5.5 to 6.0 3776


18 2.08 0.91 1.36 0.34 0.0277 4.24E-06 2.09 0.0036 0.780 5 to 10 5.5 to 6.0 6541 19 3.05 1.06 0.83 0.25 0.0640 1.36E-05 2.44 0.0083 0.580 5 to 10 6.0 to 6.5 4702 20* 2.00 0.92 0.96 0.24 0.0211 8.26E-07 2.13 0.0017 0.560 5 to 10 5.5 to 6.0 25590 21 1.66 0.80 0.76 0.19 0.0286 2.64E-06 1.85 0.0031 0.320 5 to 15 6.0 to 6.5 10830 22* 1.30 0.92 0.96 0.24 0.0042 8.26E-07 2.13 0.0003 0.560 5 to 10 5.5 to 6.0 5105 23* 1.30 0.92 0.96 0.24 0.0042 8.26E-07 2.13 0.0003 0.560 5 to 10 5.5 to 6.0 5090

* Fuentes tratadas conjuntamente. ** Fuentes tratadas conjuntamente.

Tabla 2. Parámetros sísmicos de la zonación sismotectónica para “instalaciones especiales”.

Modelos de atenuación del movimiento sísmico El modelo de atenuación es uno de los aspectos más influyentes en un PSHA. Su

elección puede suponer variaciones de hasta el 100% entre la aplicación de una relación y otra. Tres tipos de relaciones de atenuación han sido utilizados en este proyecto:

• Una ley de atenuación regional desarrollada a partir de datos locales (Tapia et al., 2004, 2007) para 6 periodos espectrales.

• La relación de Ambraseys (1995) para PGA. • La relación de Ambraseys et al. (1996) para valores de periodos espectrales

diferentes al PGA.

Las relaciones de Ambraseys (1995) y Ambraseys et al. (1996) son dos relaciones ampliamente utilizadas a nivel mundial (GSHAP, Martin et al., 2002a, etc.). La relación de Nicolas (2000), que establece una correlación entre valores de ML y Ms, se ha utilizado para adaptar las relaciones Ambraseys (1995) y Ambraseys et al. (1996), expresadas en Ms, a ML , propia del catálogo sísmico.

Se ha preferido utilizar la relación de Ambraseys (1995) para el PGA en lugar de la relación de Ambraseys et al. (1996) porque la primera depende de la profundidad de la zona fuente mientras que la segunda es independiente de la profundidad. Esta posibilidad ha sido ya usada en otros estudios (Martin et al., 2002a).

La ley de atenuación de Tapia et al. (2004, 2007) ha sido desarrollada usando 250 registros horizontales correspondientes a 19 terremotos de la región de los Pirineos. Los datos corresponden a registros situados entre 8 y 340 km del epicentro. Las magnitudes oscilan entre los 3.8 y 5.2 y cubren por tanto solamente magnitudes de carácter moderado. Para ML≥ 6.0 se han adoptado las predicciones de Ambraseys (1995) y Ambraseys et al. (1996). En el rango comprendido entre 5.0<ML<6.0 se ha establecido una zona de transición entre las predicciones para magnitudes menores a 5.0 y para magnitudes superiores a 6.0.

METODOLOGIA DE CÁLCULO DE LA PELIGROSIDAD SISMICA Se han utilizado dos modelos conceptuales diferentes: zonificado (Cornell, 1968 y

McGuire, 1976) y no zonificado (Woo, 1996).

El software utilizado correspondiente al modelo zonificado es CRISIS99 (Ordaz et al., 1999) que permite el cálculo de espectros de respuesta uniforme y de curvas de peligrosidad sísmica. El programa permite además la consideración de fuentes sísmicas 3D y permite la consideración de distancias hipocentrales y epicentrales. Este software ha sido ampliamente verificado en el marco de proyectos europeos como RISK-UE o la revisión de la zonación sísmica francesa (Martin et al., 2002a). Para representar la dispersión de resultados se ha introducido una metodología de propagación de las incertidumbres


utilizando árboles lógicos y procesos de Montecarlo gracias a la utilización del software GEOSIS (Martin et al., 2002b).

El software correspondiente al modelo no zonificado ha sido desarrollado por Woo (1996) y también ha sido ampliamente verificado (por ejemplo, en la zonación francesa, Martin et al. (2002a). El método no zonificado es una alternativa fuerte al modelo zonificado y representa, de hecho, la ausencia de zonación y se basa en los datos epicentrales. Sin embargo, se ha de señalar que el proceso de cálculo de las tasas de ocurrencia de terremotos de los dos modelos no es el mismo.

El método del árbol lógico y de Montecarlo se ha utilizad también en el caso no zonificado. La distribución de probabilidad de la profundidad usada supone una probabilidad 0.2 para h=5 km, 0.6 para h=10 km y para 0.2 para h=15 km. La Rmax de la función kernel asume una distribución entre 40 y 60 km. La Rmin se fijó a 10 km.

DESCRIPCION DEL ARBOL LOGICO ADOPTADO La Figura 4 muestra el árbol lógico adoptado que tiene en cuenta las diferentes

alternativas consideradas. W hace referencia al peso estadístico aplicado a cada rama principal del árbol lógico. Este refleja el juicio de experto basado en el estado actual del conocimiento y en la confianza asociada a cada rama principal del árbol lógico.

Figura 4. Árbol lógico adoptado.

La propagación de ambos tipos de incertidumbres se trata mediante la combinación del método del árbol lógico donde cada rama principal representa un modelo alternativo de PSHA y la técnica de Montecarlo que permite la generación aleatoria de diversos parámetros de entrada del análisis probabilista para crear las ramas secundarias del árbol lógico. Cada rama final del árbol lógico representa un modelo alternativo posible de modelo probabilista con una determinada probabilidad de producirse. El peso estadístico atribuido a cada rama principal del árbol lógico corresponde a la “media” de las opiniones de los expertos involucrados en el proyecto.


El número de ramas secundarias generadas se ha elegido después de verificar la estabilidad de resultados al número global de modelos tratados. Finalmente, se han generado 100 modelos secundarios por rama principal del árbol lógico.

Ramas principales correspondientes al modelo conceptual

Las dos ramas principales del árbol lógico que permiten considerar los dos modelos conceptuales utilizados para el cálculo de la peligrosidad sísmica son las siguientes:

• Modelo basado en una zonación sismotectónica. Las incertidumbres del modelo están básicamente asociadas a la definición de las zonas fuente y a la suposición de la uniformidad espacial de la sismicidad. Esta última hipótesis no se corresponde muchas veces con la distribución espacial de epicentros. Es por ello que un modelo no zonificado también ha sido utilizado. El peso estadístico correspondiente al modelo zonificado es 0.57.

• Modelo no zonificado: este tipo de modelo probabilista evita cualquier análisis subjetivo de las fuentes sísmicas. La tasa de ocurrencia de terremotos se obtiene directamente del catálogo sísmico. El peso estadístico de esta rama principal del árbol lógico es de 0.43

Ramas principales correspondientes a la zonación sismotectónica Dos modelos diferentes de zonación sismotectónica han sido adoptados:

• Modelo “unificado”: esta zonación sismotectónica corresponde al modelo desarrollado en Francia después de los trabajos de Autran et al. (1998) y Martin et al. (2002a). Este modelo responde a un cierto consenso entre los expertos franceses. Esta zonación fue completada en España con la zonación sismotectónica de Fleta et al. (1996) y utilizada en Secanell et al. (2004).

• Modelo para “instalaciones especiales”: Este modelo sismotectónico fue originalmente desarrollado para cálculos deterministas de la peligrosidad sísmica. Y ha sido adaptado para el cálculo probabilista. El peso estadístico de este modelo es de 0.29 por 0.71 del modelo “unificado”.

Ramas correspondientes al modelo de atenuación del movimiento sísmico La región de los Pirineos tiene pocos registros de movimientos fuertes debido a la

relativa juventud de las redes acelerométricas. Por lo tanto, el uso de datos acelerométricos de otros lugares se hace necesario. Sin embargo se ha definido una ley de atenuación regional adaptada a los registros acelerométricos disponibles en este momento (aceleraciones débiles). Finalmente, se decidió aplicar:

• La ley de atenuación de Ambraseys (1995) para PGA y de Ambraseys et al. (1996) para los periodos espectrales 0.1, 0.3 0.6, 1 y 2 segundos. El peso estadístico adoptado es 0.30 con la hipótesis de Ml = Ms y 0.32 con la hipótesis de transformación de Ml en Ms de Nicolas (2000).

• La ley de atenuación desarrollada en el marco de este proyecto ISARD (Tapia et al., 2004, 2007). El peso estadístico adoptado para esta ley es de 0.38.

Ramas correspondientes a la relación entre MS y ML .

Existen algunos estudios sobre la relación existente entre ambos tipos de magnitud. Las más extremas consideran que MS=ML. Esta es la opción usada, por ejemplo, en la última revisión de la zonación sísmica de Francia (Martin et al., 2002a). Sin embargo, esta opción está en contra de la opinión más extendida de que ML es mayor que MS para un mismo


terremoto de magnitud inferior a 6.0. Algunas publicaciones proponen relaciones entre ambos tipos de magnitudes (Nicolas, 2000 y Dufumier, 2002).

La relación de Nicolas (2000) es la siguiente:

MS= 1.56*ML-3.31 (14)

Las pruebas de sensibilidad realizadas muestran que esta relación introduce una reducción de aproximadamente el 20 a 30% en la peligrosidad sísmica en comparación con la hipótesis MS=ML.

La relación propuesta por Dufumier (2002) es la siguiente (asumiendo Mb=Ml):

MS= 1.75*ML-4.3 (15)

Las pruebas de sensibilidad realizadas muestran una reducción de la peligrosidad de hasta un 40 % comparado con la hipótesis MS=ML.

El árbol lógico desarrollado en el marco de este proyecto ISARD contiene dos ramas correspondientes a la aplicación de la transformación de Nicolas (2000) y a la hipótesis que MS=ML. La tercera opción, la relación de Dufumier (2002) está considerada dentro de la propia definición de la atenuación regional (Tapia et al., 2004, 2007).

Ramas correspondientes a los parámetros sísmicos de las zonas fuente: magnitud máxima, profundidad, parámetros de la distribución de la sismicidad,

La profundidad de cada zona sísmica fue definida de forma consensuada entre los expertos franceses y españoles. La magnitud máxima se ha definido básicamente siguiendo un proceso arbitrario consistente en incrementar en 0.5 o 1 grados la magnitud máxima observada dependiendo de la fuente sísmica. La magnitud mínima de cálculo se ha fijado en 4.0 para todas las fuentes. Los parámetros λ y β asociados a la distribución de Gutenberg Richter se han calculado mediante la metodología de Weichert (1980).

Para propagar las incertidumbres de carácter aleatorio asociadas a estos parámetros, se ha utilizado la técnica de Montecarlo consistente en la adición de un número de ramas secundarias a cada rama principal dependiente del peso estadístico de ésta. Cada rama secundaria representa un modelo probabilista donde les parámetros sísmicos han sido escogidos de forma aleatoria siguiendo una cierta distribución de probabilidad. Para generar los parámetros de la distribución de Gutenberg-Richter se ha utilizado una distribución gaussiana y para generar las profundidades y magnitudes máximas una distribución uniforme. (ver Tabla 4 y Tabla 5 para los intervalos usados).

MAPAS PROBABILISTAS DE PELIGROSIDAD SISMICA El proceso para obtener los mapas probabilistas de peligrosidad sísmica es el

siguiente:

• Para cada rama secundaria, se obtiene la tasa de excedencia de un cierto nivel de aceleración en cada uno de los puntos de una malla cuadricular de 0.1° grados de lado que cubre la región de estudio. Esta tasa de excedencia da la aceleración asociada a un cierto periodo de retorno, que es el resultado final buscado.

• Estos cálculos se repiten en todas las ramas secundarias del árbol lógico para producir, en cada punto de la malla, tantas tasas de excedencia como ramas secundarias existen en el árbol lógico.

• Cuando todos los resultados han sido calculados en todos los puntos de la malla, y una vez definidos los pesos estadísticos de cada rama principal del árbol lógico, los resultados finales se presentan en forma de valores de aceleración mediana y


percentiles 15% y 85% de las distribuciones de aceleración obtenidas en cada punto de la malla.

Los cálculos se has realizado para dos periodos de retorno, 475 y 1975 años, y para seis periodos espectrales 0.0, 0.1, 0.3, 0.6, 1 y 2 segundos. Por tanto, en total se han producido 12 mapas de aceleración mediana, 12 mapas de aceleración percentil 15% y 12 mapas de aceleración percentil 85%. La Figura 5 muestra los mapas de aceleración mediana y percentiles 15% y 85% correspondientes a un periodo de retorno de 475 años. Todos los cálculos se han realizado asumiendo un tipo de terreno equivalente a roca dura.

La Figura 5 muestra un PGA alrededor de 0.2 g (aprox. 200 cm/s2) para un periodo de retorno de 475 años en los Pirineos Centrales. En la parte occidental de los mismos, en la frontera franco-española, el nivel de aceleración está sobre los 0.15 g. En la parte oriental, la aceleración en la frontera entre ambos países varía entre 0.1 a 0.125 g. Este es también el nivel de aceleración asociado a Andorra.

Figura 5. Región pirenaica. a) Mapa de PGA mediano para 475 años de periodo de retorno b) Mapa de PGA percentil 15% para 475 años de periodo de retorno. c) Mapa de PGA percentil 85% para 475 años de periodo de retorno. CONCLUSIONES El PSHA ha sido realizado usando un nuevo catálogo sísmico obtenido del análisis

de todas las fuentes existentes en la región. Respecto a las zonaciones sismotectónicas se han utilizado 2 modelos consensuados. Por primera vez, un PSHA en la región incorpora


una ley de atenuación ajustada con los parámetros disponibles en la misma. Además, se ha utilizado otras leyes de aplicación frecuente. Se ha prestado una especial atención a la compatibilidad de la magnitud del catálogo y la magnitud de la ley de atenuación. El PSHA se ha realizado utilizado dos modelos conceptuales: zonificado y no zonificado. La propagación de las incertidumbres se ha asegurado utilizando una combinación de las técnicas de árbol lógico y de procesos de Montecarlo.

Los resultados obtenidos consisten en una serie de mapas de peligrosidad sísmica expresados en forma de aceleración mediana y percentiles 15% y 85% asociada a los periodos de retorno 475 y 1975 años y a los periodos espectrales 0, 0.1, 0.3, 0.6, 1 y 2 segundos.

Una comparación entre el presente estudio y los niveles de aceleración existentes en las recientes zonaciones de España y Francia muestran significativas diferencias. La zonación española (NCSE-02, 2002), expresada en ab correspondiente al PGA asociado a un periodo de retorno de 475 años muestra valores de aceleración situados entre 0.04 g a 0.12 g (Figura 6), sensiblemente más bajos que los valores de ISARD, especialmente en la parte occidental donde los mapas ISARD muestran valores de PGA superiores a 0.15 g.

Figura 6. Zonación sísmica de la norma sismoresistente española NCSE-02 (2002).

La última revisión de la zonación de Francia (Martin et al., 2002a) muestra valores de aceleración más elevados que los de ISARD. Sin embargo, la forma de los isovalores es similar (Figura 7). Globalmente se observa un incremento global de 0.03 g en la parte oriental y de 0.05 g en la occidental. Estas diferencias podrían ser debidas principalmente a la hipótesis realizada en la zonación francesa de equiparar Ms y ML .

Finalmente, la comparación entre los resultados del proyecto ISARD y los de Marin et al. (2004) muestra grandes diferencias, la aceleración es sistemáticamente más débil en el trabajo de Marin et al. (2004). Como ejemplo el PGA máximo para 475 años de periodo de


retorno en este estudio es 0.2 g en los Pirineos Centrales y en Marin et al. (2004) este valor es de 0.067 g. Las razones de estas diferencias vienen de las hipótesis de cálculo del PSHA. Principalmente, parece ser que la incertidumbre asociada a la variación del movimiento sísmico predicha por la ley de atenuación no ha sido considerada en los trabajos de Marin et al. (2004) mientras en ISARD si se ha considerado

Por lo tanto, las diferencias observadas entre diferentes zonaciones sísmicas pueden tener su origen en los datos de entrada, en las metodologías de cálculo y en las hipótesis consideradas. El proyecto ISARD intenta ser un ejemplo hacia una necesaria homogeneización de la peligrosidad sísmica en Europa y, más en particular, en la frontera franco-española.

Figura 7. Zonación sísmica de Francia (Martin et al, 2002a).

AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha estado financiado por el programa Interreg IIIA France Spain 2000-

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