• Nicolás Bastías Tejos

Evaluación de intensidades sísmicas para terremoto de Melinka (Mw7.6)

Actualizado: 1 de jul de 2019


La mañana del domingo 25 de diciembre del 2016 a las 11:22:26 hora local ocurrió un evento de magnitud de momento 7.6, que fue percibido entre las regiones del Biobío y la de Aysén. A partir de su localización geoespacial (ente la fosa de subducción Perú-Chile y la costa de Chile continental) y de su momento tensor (falla reversa) es posible catalogarlo como un evento interplaca, producto de la subducción de la placa de Nazca bajo la Sudamericana. El evento se encuentra en la zona de ruptura del mega-terremoto de Valdivia (1960, Mw9.5), y de hecho hay autores que van más allá, como Stein (2016), que discuten si este evento corresponde a una réplica lejana del Mw9.5 en Valdivia.

El terremoto no dejó víctimas fatales que lamentar, pero si daño a infraestructura principalmente vial y a líneas de suministros básicos, que produjeron cortes del servicio eléctrico.

El objetivo del presente informe es analizar las intensidades sísmicas medidas en este evento, compararlas con modelos predictivos afines y evaluar su implicancia en el estudio de peligro sísmico en las estructuras.


Base de datos de registro fuerte

Los registros sísmicos del terremoto de Melinka han sido reportados por el centro sismológico nacional en su repositorio web. La distribución geográfica de las estaciones acelerográficas que registraron el evento se muestran en Figura 1.

Figura 1. Distribución geografica de las estaciones acelerograficas del centro sismologico nacional (en azul).

Estos registros no presentan ningún tipo de filtrado ni procesamiento a las trazas registradas por los sensores del centro. Dado lo anterior, las trazas (en sus tres componentes) fueron procesadas siguiendo el procedimiento de Bastías y Montalva (2016). Este procedimiento asegura tener una razón señal ruido (SNR) mayor a tres, y elimina tendencias de las trazas brutas registradas.

Para el cálculo de las distancias entre la fuente y el plano de falla se utilizó la solución de falla finita preliminar desarrollada por USGS (Figura 2, 2016).

Figura 2. Solución de falla finita (USGS, 2016).

La caracterización dinámica (i.e., Vs30) de las estaciones acelerográficas es inexistente en el sitio afectado, por lo que se utilizó una ponderación de dos proxies de Vs30 (pendiente topográfica y periodo predominante de cada estación) para inferir un valor de Vs30 de acuerdo a la bondad de ajuste de cada uno de estos indicadores según Bastías y Montalva (2016). Los parámetros que caracterizan la base de datos de registros sísmicos se muestran en la Tabla 1.


Tabla 1. Parámetros de fuente, sitio y trayectoria de los registros sísmicos

Evaluación de modelos predictivos de intensidades sísmicas

A partir de los registros procesados se calcularon las respuestas espectrales de ambas componentes (líneas azules de Figura 3) y se compararon con los espectros de pseudo-aceleración predichos por el modelo de Montalva et al. (2017) más una desviación, mostrando un buen desempeño predictivo para el evento en estudio.


Figura 3. Comparación con de espectros de aceleración predichos y medidos para estaciones de terremoto de Melinka 2016. Las líneas azules corresponden a espectros de aceleración medidos en la estaciones para el evento en estudio, mientras que la línea negra es el espectro de aceleración predicho por el modelo.

Además se comparan los residuales totales normalizados, es decir, la diferencia entre las intensidades observadas y las predichas normalizada por la desviación total del modelo. Esta metodología desarrollada por Scherbaum et al. (2004) utiliza tres parámetros de tendencia central (media, mediana y desviación estándar de la distribución de residuales normalizados) y la mediana de los valores de verosimilitud para caracterizar la bondad de ajuste de los datos. Esta metodología ha sido utilizado con anterioridad para data de la subducción chilena (Bastías et al., 2015) Si los modelos no tuviesen sesgo, los residuales normalizados deberían distribuirse con media cero y desviación estándar igual a uno. El parámetro de verosimilitud (LH) de los residuales va desde cero a uno: alcanza su valor máximo de uno cuando los residuales normalizados son cero, es decir, la observación coincide exactamente con el valor predicho por el modelo predictivo. Para la comparación (Figura 4) se utilizan además dos modelos predictivos desarrollados con datos de la subducción chilena: Boroschek y Contreras (2009) y Ruiz y Saragoni (2005)


Figura 4. Residuales normalizados para evento de Melinka (Mw7.6) con modelos predictivos desarrollados para la subducción chilena.

Se observa un mejor ajuste a los datos medidos y una menor sobre estimación de la demanda sísmica al usar el modelo de Montalva et al. (2017), además de una verosimilitud en los residuales considerablemente mayor a los otros modelos y una desviación estándar cercana a la unidad.

Finalmente, se comparan las log-verosimilitud de los residuales utilizando la metodología de Scherbaum et al. (2009) con el modelo de Abrahamson et al (2016), desarrollado para BC Hydro utilizando un set de datos global. Ambos modelos presentan un comportamiento similar (Figura 5) y bueno (valores LLH menores a 2) para casi todos los periodos (PGA hasta 10 segundos), con un valor de log-verosimilitud promedio leventemente menor para el modelo de Montalva et al. (2017). Lo que significa un mejor desempeño en general del modelo desarrollado por Montalva et al. (2017) sobre todo para períodos altos.


Figura 5. Valores de log-verosimilitud entre modelo de Montalva et al. (2017) y Abrahamson et al. (2016)

Figura 6. Relación entre pseudo-aceleraciones horizontal y vertical.

Otro ítem importante en la zona de subducción chilena son las aceleraciones verticales (Figura 6) que suelen ser subestimadas (y hasta no consideradas) en el diseño estructural de ciertas obras civiles. Se observa como para períodos altos la razón entre las pseudo-aceleraciones espectrales de los registros en la zona pueden llegar a la unidad, además que la dependencia con distancia es fuerte (Figura 7).

Figura 7. Razón entre PGA vertical y horizontal con respecto a la distancia.

Comentarios finales

Un análisis rápido de los registros de aceleración ha sido desarrollado con el fin de analizar en profundidad las intensidades sísmicas generadas por el evento extremo (Mw7.6) ocurrido recientemente. La intención es evaluar las implicancias de estos datos únicos en el estudio de peligro sísmico en la zona afectada. Cabe mencionar que una mejor caracterización geotécnica de las estaciones en estudio repercutirá directamente en los resultados de este analisis

Los análisis muestran una buena capacidad predictiva del modelo de intensidades sísmicas de Montalva et al. (2017) sobre todo para periodos largos y en comparación a otros modelos desarrollados con datos de la subducción chilena. Es recomendable incluir estas consideraciones en estudios de peligro sísmico para estructuras flexibles

Otro ítem importante son las comparaciones realizadas con respecto a las respuestas espectrales horizontales y verticales. En los datos registrados se observa que la componente vertical puede llegar a ser un 70% de la componente horizontal para eventos de fuente cercana (<150 km), lo que puede llegar a ser un elemento importante en el diseño estructural para mega-terremotos (Mw>8.5) originados por el contacto entre las placas

Finalmente, es importante recalcar que este análisis considera los datos de único evento (i.e., fuente sísmica) y magnitud, un correcto estudio de peligro sísmico en la zona de estudio debe incluir una caracterización sismológica de todas las fuentes sísmicas presentes y capaces de generar peligro sísmico a la estructura (ejemplo: fallas corticales, subducción intraplaca)


Referencias

  • Bastías, N y Montalva, G.A. (2016) . Chile Strong Ground Motion Flatfile. Earthquake Spectra: November 2016, Vol. 32, No. 4, pp. 2549-2566. [ LINK ] [ PDF ]

  • Bastías, N., Montalva, G.A., Leyton, F., Saez, E., Ruz, F. y Troncoso, P. (2015). Evaluation of Ground Motion Prediction Equations (GMPEs) for Chile Subduction zone. ABS-1444 en XV Congreso Panamericano de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica. [ PDF ]

  • Centro Sismológico Nacional (2016). Registro de eventos significativos. [ LINK ]

  • Contreras, V y Boroschek, R. (2012). Strong Ground Motion Attenuation Relations for Chilean Subduction Zone Interface Earthquakes. 15WCEE, Lisboa 2012

  • Montalva, G.A., Bastias, N. y A. Rodriguez-Marek (2017). Ground Motion Prediction Equation for the Chilean Subduction Zone. En proceso de publicación. En publicación en Bulletin of Seismological Society of America

  • Ruiz, S. y Saragoni, G.R. (2005). Fórmulas de atenuación para la subducción de Chile considerando los dos mecanismos de sismogénesis y los efectos del suelo. N°01-07. Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica IX Jornadas, 16-19 de Noviembre de 2005, Concepción – Chile.

  • Scherbaum, F., E. Delavaud, y C. Riggelsen (2009). Model Selection in Seismic Hazard Analysis: An Information-Theoretic Perspective, Bulletin of the Seismological Society of America. 99(6), 3234-3247.

  • Scherbaum, F., F. Cotton, y P. Smit (2004). On the use of response spectral-reference data for the selection of ground-motion models for seismic hazard analysis: the case of rock motion, Bulletin of the Seismological Society of America 94(6), 2164-2185.

  • Stein, R.S. (2016). 25 December 2016 Magnitude 7.7 Chile shock might be a late aftershock of the world’s largest recorded earthquake. [ LINK ]

  • USGS (2016). Preliminary Finite Fault Results for the Dec 25, 2016 Mw 7.6 40 km SW of Puerto Quellon, Chile Earthquake (Version 1). [ LINK ]

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