UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA

Departamento de Obras Civiles

MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA EN

VIÑA DEL MAR

DINÁMICA DE SUELOS – IPO 420

Segundo Semestre 2014

Felipe Kuncar García

Diego Pereira Chamorro

Profesor: Lenart González

Profesor Auxiliar: Andrés Torres

Valparaíso, 20 de Diciembre del 2014

Presentación Final Dinámica de Suelos

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1 INTRODUCCIÓN

Chile, a lo largo de su historia, se ha visto afectado por sismos de diversa magnitud, generando pérdidas humanas y materiales. La ciudad de Viña del Mar no ha estado exenta de estos fenómenos, presentando además diferencias en los daños observados luego de terremotos destructivos en forma sistemática. Es por este motivo que se hace necesario establecer la vulnerabilidad sísmica, sobre todo para grandes ciudades como Viña del Mar, con el fin de identificar aquellas zonas que presenten similar comportamiento sísmico, para establecer así planes de contingencia y medidas de resguardo en las zonas más vulnerables al momento de diseñar y construir, minimizando de esta forma la pérdida de vidas humanas. El trabajo de Microzonificación Sísmica tiene como objetivo principal identificar las zonas más propensas a sufrir daño debido a un terremoto, lo cual sirve de base para formular los respectivos instrumentos de planificación territorial (IPT), que a su vez son elaborados para mitigar los eventuales efectos asociados a un sismo. En definitiva equivale a estimar las potenciales zonas de igual intensidad sísmica o llamado “Mapa de Isosistas”. Los mapas de Microzonificación Sísmica permiten a los proyectistas anticipar las condiciones del terreno donde emplazaran sus estructuras, además de sugerir los tipos de fundación a utilizar y las eventuales mejoras que se deberán hacer al terreno. Un mapa de Microzonificación Sísmica no tiene como objetivo identificar aquellas zonas donde no se pueda construir una determinada obra, sino ayudar como guía para prever en que sectores aquellos proyectos puedan llevarse a cabo con mayor seguridad y resguardos correspondientes.

El presente informe se basa en los siguientes trabajos de memorias de ingeniería civil de la

Universidad Técnica Federico Santa María:

“Microzonificación sísmica de la ciudad de Viña del Mar”

Osvaldo Carrasco, Carlos Núñez, 2013.

“Amplificación sísmica en suelos y Microzonificación de los sectores planos de Viña del

Mar y Valparaíso”

Pamela Pérez, 2000.

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2 METODOLOGÍA

A continuación se muestra la metodología seguida por Carrasco y Núñez (2013). Se observa que la

zonificación final está conformada por una gran cantidad de variables, dentro de las cuales la

Amplificación Sísmica ha sido recogida de trabajos anteriores (Pamela Pérez, 2000 y Livio Garrido,

1988).

Figura 1: Metodología

Para generar la propuesta de microzonificación se utiliza un Proceso de Análisis Jerárquico que involucra en cada punto del modelo georreferenciado todos los atributos que se puedan determinar, indicando una correlación con el daño observado. Para llevar eso a cabo, se analizaran las distintas variables en función de la importancia relativa que estas poseen dentro del estudio.

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3 ZONIFICACIÓN POR INTENSIDAD

El pasado terremoto del 27 de Febrero de 2010 tuvo su epicentro frente a las localidades de Curanipe y Cobquecura, cerca de 150 Km al noroeste de la ciudad de Concepción, y a una profundidad de 30,1 Km, presentando una magnitud de 8,8 Mw y afectando a cerca de un 80% de la población del país. La Región de Valparaíso principalmente las provincias de Valparaíso y San Antonio, presentado severos danos en viviendas, edificios patrimoniales, hospitales Para cuantificar los daños generados a partir del terremoto recién pasado, se realizaron 933 encuestas de daño en la ciudad de Viña del Mar. El muestreo fue acotado a viviendas de características similares, pues ello mejora la comparación y hace más confiable los resultados. Una manera de uniformar estas viviendas fue limitando la altura a 2 pisos, lo cual se consideró como máximo para una vivienda unifamiliar. Esto se debe a que las viviendas de 1 o 2 pisos presentan un mayor y mejor universo que las estructuras en altura, las cuales se concentran principalmente en el sector Plan de la ciudad, y generan distintos niveles de daño por piso, dependiendo principalmente de su tipología estructural. Sin embargo, se encuestaron 49 estructuras de 3 pisos en zonas donde estas son representativas. En la siguiente figura se muestran los sectores encuestados:

Figura 2: Encuestas de daño

La información recopilada se codificó de forma tal de poder asignar a una malla preestablecida la magnitud de las variables. La metodología utilizada para determinar el grado de intensidad a partir

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de los daños se basó en la escala de intensidades MSK, adaptando los daños y tipos de construcciones al país (Monge, J. y Astroza, M., 1989). Esta escala de intensidades coincide con la escala de 12 grados de Mercalli Modificada (Medvedev, S., Sponheur, W. y Karnik, V., 1964). Esta información puede ser útil para comparar experiencias con eventos sísmicos pasados que solo cuentan con registros de intensidad. El análisis estadístico del comportamiento de un gran número de construcciones de una misma tipología, permite precisar mejor el grado de intensidad, el cual se puede expresar en fracciones de grados para el trazado de las Isosistas. Para estos efectos se trabaja con encuestas de daño, las cuales son traducidos en intensidades de la escala Mercalli Modificada definiéndose, a su vez, en función de 5 grados de daños y 3 tipos de edificaciones.

Se definió una grilla compuesta por celdas de 1 Km2 cada una, y estas se subdividieron en cuatro cuadrantes iguales de 0,25 Km2. El criterio utilizado para la obtención de la intensidad de daño fue asignando un valor de intensidad a cada uno de los nodos de la grilla mediante la técnica de los Promedios Móviles Ponderados. En ella se considera como tributarias a cada nudo de la grilla los datos de las celdas adyacentes a él. Para obtener la microzonificación final, se utiliza el método de Kriging para interpolar los datos nodales. El resultado es el siguiente:

Figura 3: Zonificación por intensidad de daño

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4 ZONIFICACIÓN POR AMPLIFICACIÓN

Para realizar la zonificación por amplificación en el sector plano de Viña del Mar se contó con los

siguientes antecedentes:

Estratificación y descripción de singularidades del plan de la ciudad (Grimme, 1964;

Luengo, 1986; Thorson, 1999).

29 Sondajes SPT < 30 [m] profundidad.

Refracción < 15 [m] profundidad (Verdugo, 1995).

Morfología basamento rocoso (Verdugo, 1996; Thorson, 1999).

Registro Terremoto 1985 (Viña del Mar, UTFSM).

Como primera aproximación las propiedades del suelo se estiman de la siguiente forma:

Donde hay datos, Gmáx se estima directamente a través de correlaciones empíricas.

A mayor profundidad se utiliza la siguiente expresión:

𝐺𝑚á𝑥 = 1000 · 𝐾2𝑚á𝑥 · 𝜎00,5

Las propiedades se extrapolan en el plano.

La razón de Poisson se estima en 0,42.

La calibración del modelo se realiza mediante los programas Shake (método lineal equivalente) y

Quad-4 (método de elementos finitos), utilizando como input el registro medido en UTFSM,

comparando el resultado en superficie con las mediciones en la estación de Viña del Mar. Para

esto se itera modificando las propiedades del suelo y su geometría, verificando también la

influencia de un posible estrato blando.

Una vez hecha la calibración, se procede a generar el modelo de elementos finitos definitivo. Se

modelan 7 perfiles de dirección n40e y un perfil transversal a los anteriores, como se muestra en

la figura 5.

Luego de realizar el análisis dinámico, se generan isosistas de Potencial Destructivo, Intensidad de

Arias y Razón Espectral Media para un rango de períodos entre 0,1 y 1 [s]. Finalmente, se decide

trabajar con este último parámetro, debido a que considera las características de las estructuras

en cada sitio. El resultado de la zonificación se aprecia en la figura 6.

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5 ZONIFICACIÓN GEOLÓGICA

Con la información disponible se propone la siguiente zonificación geológica simplificada:

Figura 6: Zonificación geológica

Figura 5: Perfiles utilizados en el modelo

Figura 4: Microzonificación por amplificación

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Además se ha incluido un mapa de potencial de remoción en masa. Se observa que en

terrenos más empinados como los cerros, la ocurrencia de este fenómeno es más probable:

6 MICROZONIFICACIÓN MEDIANTE ENSAYOS DOWNHOLE Y SPT

Con la información disponible (mayoritariamente ensayos SPT) se genera un mapa de zonificación

de acuerdo a la clasificación sísmica del suelo:

Figura 7: Mapa de remoción en masa

Figura 8: Microzonificación por clasificación sísmica

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7 RESPUESTA DE SITIO MEDIANTE EL USO DE MICROVIBRACIONES

A través del método de Nakamura, se genera un mapa de isoperíodos:

Figura 9: Mapa de isoperíodos

Como era de esperarse, los periodos más altos se hallan en las zonas planas donde existe depósitos sedimentarios.

Zonas planas, periodos sobre 0.6 s.

Zonas altas, periodos bajo 0.4 s.

8 ANÁLISIS FINAL Y MICROZONIFICACIÓN PROPUESTA

Una vez realizado el estudio de microzonificación sísmica mediante los diversos métodos

mencionados se procede a unificar todo en un solo mapa representativo mediante el programa

ARCGIS y un proceso analítico jerárquico (PAJ).

Es necesario seguir el procedimiento siguiente:

1. Definir el problema en forma clara.

2. Jerarquizar las distintas variables desde el comienzo teniendo presente el objetivo del estudio.

3. Realizar un análisis entre los distintos elementos que componen la toma de decisión mediante

el uso de matrices de comparación.

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4. Asignar pesos a las variables y sus correspondientes subcategorías.

Las variables definidas para este caso de estudio son:

• ID: Isosistas de daños.

• PF: Período fundamental.

• AS: Amplificación sísmica.

• GT: Ensayos SPT.

• GE: Geología determinada.

• FR: Fenómenos de remoción en masa.

Se realiza una correlación entre variables para definir su grado de importancia. Se establece la

variable ID como las más importante y se correlacionan, mediante una normalización de las

unidades de medida, las demás variables con respecto a ID, de ese modo se establece qué variable

se correlaciona mejor con ID.

Finalmente del análisis se tiene:

Unificando mapas, se sobreponen los mapas y las zonas con mayor peso acumulado se mantienen:

Figura 10: Esquema de obtención de regiones

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El mapa final de zonificación sísmica propuesto es el siguiente:

Figura 11: Mapa final de zonificación sísmica

Donde: I=5, I+1=6, I+2=7. En el mapa final, se excluyen las zonas 1 y 2, por no poder recurrir a información en zona 1 (zona restringida) y la zona 2 por presumirse una intensidad mayor a la determinada por el método. El mapa permite observar la vulnerabilidad sísmica, es decir las zonas en donde las estructuras son más propensas a sufrir daño.

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9 COMENTARIOS

• El sector plano de Viña del Mar está compuesto de sedimentos no consolidados, que son

de menor calidad, tienen periodos fundamentales más altos y generan amplificaciones

mayores con respecto a zonas fuera del plano.

• Se sugiere actualizar mapa de zonificación por amplificación considerando el registro del

2010 y las mediciones actuales que se poseen del suelo.

• La red acelerográfica de la zona es insuficiente para realizar una adecuada calibración de

los modelos.

• El parámetro que mejor describe las consecuencias provocadas por la ocurrencia de un

terremoto es la escala de intensidad de daño MSK.

• La amplificación sísmica tiene una alta correlación con la intensidad de daño MSK, por

ende es un buen parámetro y el más efectivo al momento de no tener registros de daños.

• Se debe estudiar en mayor profundidad la presencia de la laguna fangosa, así como las

fallas geológicas en la zona.