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Tesis:

Desarrollos metodológicos y aplicaciones hacia el cálculo de la peligrosidad sísmica en el ecuador continental y estudio de riesgo sísmico en la ciudad de Quito

  • Autor: PARRA CÁRDENAS, Humberto Aníbal

  • Título: Desarrollos metodológicos y aplicaciones hacia el cálculo de la peligrosidad sísmica en el ecuador continental y estudio de riesgo sísmico en la ciudad de Quito

  • Fecha: 2015

  • Materia: Sin materia definida

  • Escuela: E.T.S.I. EN TOPOGRAFIA, GEODESIA Y CARTOGRAFIA

  • Departamentos: INGENIERIA TOPOGRAFICA Y CARTOGRAFIA

  • Acceso electrónico: http://oa.upm.es/39353/

  • Director/a 1º: BENITO OTERINO, María Belén

  • Resumen: El presente proyecto inicia con el estudio para la estimación de la peligrosidad sísmica en el Ecuador continental, siguiendo un enfoque de cálculo de la peligrosidad sísmica probabilista, que considera fuentes sísmicas tipo área, para lo cual han desarrollado específicamente dos de los inputs necesarios para el cálculo: un catálogo sísmico y un modelo de zonas sismogenéticas. El catálogo sísmico se ha estructurado en base a la consulta de información publicada por diferentes agencias y estudios específicos de eventos sísmicos ocurridos en el área de interés, homogenizando el parámetro de tamaño a magnitud momento (Mw), depurándolo de réplicas y premonitores y analizándolo por falta de completitud, para tener en cuenta la pérdida de información de terremotos de magnitudes menores al remontarnos en el tiempo. El catalogo final resultante contiene 2062 registros con Mw ≥ 4.0. El modelo de zonas sismogenéticas se ha definido combinado distintos tipos de información física, geológica, sísmica y tectónica de la región, examinado los planteamientos de fuentes sísmicas publicados por otros autores y analizando particularmente el buzamiento de la subducción, lo que ha permitido identificar los límites de zonas agrupadas en tres regímenes tectónicos: cortical, subducción interfase y subducción inslab. La sismicidad de cada zona se ha relacionada a una ley logarítmica, obteniendo los parámetros de sismicidad mediante el método de máxima verosimilitud y adoptando los procedimientos necesarios para la determinación de la magnitud máxima esperada. A falta de registros de movimiento fuerte disponibles en Ecuador para desarrollar modelos de movimiento del suelo limitados con datos locales, o para calibrar modelos foráneos, se han analizado diferentes ecuaciones de predicción de movimiento del suelo, formulados para subducción y corteza en el mundo, para seleccionar aquellas que mejor se ajustan con el ambiente tectónico que se observa en el Ecuador. Siendo conscientes de las limitaciones que implica su aplicabilidad, se ha configurado un árbol lógico para cuantificar su incertidumbre epistémica, en cuyas ramas se consideran combinaciones de modelos para los tres regímenes tectónicos enunciados anteriormente. Se ha ejecutado el cálculo de la peligrosidad sísmica, para evaluar la probabilidad de excedencia para cinco aceleraciones espectrales 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, y 2.0 segundos, más PGA, obteniendo mapas de peligrosidad expresados en términos de PGA y SA (1s) para tres períodos de retorno (475, 975 y 2475 años), espectros de peligrosidad uniforme y curvas de peligrosidad para cuatro capitales de provincia: Quito, Esmeraldas, Guayaquil y Loja. En todos los casos, se consideró que los sitios estaban localizados en roca. Como una nueva contribución, se han obtenido además resultados de desagregación de la peligrosidad para las cuatro ciudades indicadas, proveyendo pares (magnitud, distancia) que más contribuyen a la peligrosidad y que se identifican con los terremotos de control. Como segunda parte del proyecto, se ha ejecutado el estudio de riesgo sísmico, para estructuras de uso residencial localizadas en la parroquia urbana Mariscal Sucre de la ciudad de Quito. Que inicia con la generación de una base de datos georreferenciada en un sistema de información geográfica, que contiene información gráfica y alfanumérica de la base de datos catastral, proporcionada para este estudio por el Municipio de Quito y en donde posteriormente se han añadido los resultados alcanzados en el estudio. Posteriormente se ha definido el escenario de peligrosidad, en el que se determina la acción sísmica a la que se someterán los elementos expuestos. En el presente trabajo este escenario se plantea con carácter hibrido determinista-probabilista, efectuando un análisis de desagregación de la peligrosidad, para identificar el sismo de control que más contribuye al movimiento objeto, para cierto periodo de retorno, para posteriormente determinar la estructura sismotectónica capaz de generar dicho evento sísmico. Luego de identificar la acción sísmica y la fuente capaz de generarlo, se ha estimado el movimiento esperado (acción sísmica) que se ha utilizado a continuación en el cálculo del riesgo. Para ello, el efecto local ha sido considerando incluyendo resultados de estudio de microzonación, particularmente de datos relacionados a la Vs30, para finalmente utilizar un modelo de movimiento fuerte que representa la atenuación de las ondas sísmicas y proporciona niveles de aceleración pico y espectrales. La vulnerabilidad sísmica de las edificaciones de uso residencial se ha determinado a partir de la identificación de las tipologías constructivas presentes en el área de estudio, para lo cual se ha utilizado la información de la base de datos catastral y la clasificación expuesta en el manual HAZUS, (2003), corroborando los resultados con verificaciones realizadas en la ciudad de Quito y en reuniones de trabajo tanto en Ecuador como en España. Una vez determinadas las tipologías constructivas, sus correspondientes curvas de capacidad y el espectro de respuesta medio para cada barrio, se ha estimado el desplazamiento global máximo mediante la aplicación del método de coeficiente de desplazamiento mejorado, propuesto en el reporte FEMA 440 (2005), para a continuación estimar la probabilidad de alcanzar o superar grados de estado de daño, mediante el uso de las curvas de fragilidad para cada tipología propuestas en el manual HAZUS (2003). Finalmente, como indicadores del riesgo, se han estimado el número de edificaciones de cada tipología por estado de daño y el número de edificaciones con riesgo de habitabilidad por la acción sísmica considerada. ABSTRACT The current project begins with a study for the estimation of seismic hazard in continental Ecuador, following a probabilistic seismic hazard approach (PSHA), it considers seismic areasources and specifically developed two of the necessary calculation inputs: a seismic catalog and a model of seismogenic zones. The seismic catalog has been structured around information published by different agencies, as well as specific studies of seismic events in the area under consideration, homogenizing the size parameter to moment magnitude (Mw), declustering replicas and premonitories and analyzing the lack of completeness, to take into account for the loss of information of small-magnitude earthquakes as one goes back in time. The resulting final catalog contains 2062 records where Mw ≥ 4.0. The model of seismogenic zones, defined by combining distinct types of physical, geological, seismic and tectonic information of the region, examined the approaches of seismic sources, published by other authors. In particular it analyzed the dip of subduction, which enabled the identification of area boundaries, grouped into three tectonic regimes: cortical, inslab subduction and subduction interface. The seismicity of each zone is related to a logarithmic law, obtaining seismic parameters using the maximum likelihood method and adopting the procedures for determining the expected maximum magnitude. Due to a lack of strong motion records available in Ecuador, to develop ground motion models with limited local data, or to calibrate foreign models, we analyzed different ground motion prediction equations, formulated for subduction and crust in the world, in order to select those that best fit the tectonic environment, observed in Ecuador. Being aware of the constraints on its applicability, the model applied a logical tree, whose branches are considered combinations of models from the three tectonic regimes listed above, to quantify its epistemic uncertainty. The seismic hazard was calculated, to assess the probability of exceedance for five spectral accelerations: 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, and 2.0 seconds, as well as PGA, thereby obtaining hazard maps expressed in terms of PGA and SA (1s) for three return periods (475, 975 and 2475 years), uniform hazard spectrums and hazard curves for four provincial capitals: Quito, Esmeraldas, Guayaquil and Loja. In all cases, it was considered that the sites were located in the rock. Moreover, as a new contribution, results of disaggregation hazard were obtained, for the four cities mentioned, providing pairs (magnitude, distance) that contribute most to the hazard and which identify with controlling earthquakes. The second part of the project focused on the study of seismic risk for residential structures located in the urban parish Mariscal Sucre, Quito. The first step comprised of generating a georeferenced database, through a Geographical Information System (GIS), which contained graphic and alphanumeric information from the cadastral database, provided for this study by the Municipality of Quito. Subsequently a hazard scenario is defined, which determines the seismic action, to which the exposed elements will be submitted. In this paper such a scenario arises with deterministicprobabilistic hybrid character. The model analyzes the hazard disaggregation, so as to identify the controlling earthquake that contributes most to movement, for a certain return period and later determine the seismotectonic structure, capable of generating this seismic event. After identifying the seismic action, and the source capable of generating it, the expected movement (seismic action) was estimated and then used in the risk calculation. For this, the local effect, has been considered including results of micro-zoning studies, in particular data, VS30, and a ground motion model was used to represent the attenuation of seismic waves and provide peak and spectral levels of acceleration. The seismic vulnerability of buildings for residential use has been determined by identifying the construction typologies present in the study area, based on information taken from the cadastral database and classification outlined in the HAZUS Handbook (2003), confirming the results obtained in the city of Quito and in meetings both in Ecuador and Spain. Once the construction typologies, their corresponding capacity curves and the average response spectrum for each district were determined, the global maximum displacement was estimated by applying the improvement displacement coefficient method, proposed in the FEMA 440 Report (2005), in order to estimate thereafter the probability of reaching or exceeding degrees of damage state, by using fragility curves for each proposed typology in the HAZUS manual (2003). Finally, as risk indicators, the number of buildings, by: type, state of damage, as well as those at risk of habitability due to the seismic action, were estimated.