Selección de leyes de atenuación sísmica de subducción para la evaluación del peligro sísmico en el Perú

Abstract

La evaluación del peligro sísmico es de las principales herramientas para la mitigación de desastres en el Perú. En la evaluación del peligro sísmico, el factor que introduce mayor variabilidad en los resultados finales es la selección de la ley de atenuación utilizada en el análisis (Bommer 2005; Toro, 2006). Existen dos leyes de atenuación derivadas de registros sísmicos peruanos (Casaverde y Vargas, 1980 y Chávez et al., 2009), sin embargo, estas presentan limitaciones, como la insuficiente cantidad de registros sísmicos usados en su desarrollo, así como el hecho que solo presentan resultados para suelos tipo C (IBC, 2015). Así pues, estos dos modelos, no reúnen condiciones para ser utilizadas en un análisis de peligro sísmico moderno según los criterios de preselección de Cotton (2006). Debido al desempeño limitado de las leyes de atenuación derivadas de datos locales y al gran impacto de las leyes de atenuación en la evaluación del peligro sísmico, se ha vuelto práctica común en el Perú la adopción de leyes de atenuación de otras regiones como Japón, Nueva Zelanda, Chile, entre otras. Sin embargo, hasta la fecha, no existe un respaldo técnico sobre qué ley de atenuación existente en la literatura es la más apropiada para su uso en el Perú. Este trabajo investiga la aplicabilidad de leyes de atenuación extranjeras derivadas de datos globales y regionales a la zona de subducción del Perú. Para este fin, se compila una base de datos de 485 registros sísmicos asociados a 118 sismos de subducción ocurridos en el Perú y en el norte de Chile, entre 1966 y 2015 con magnitudes que varían entre 5.0 a 8.4 MW. La evaluación del ajuste de las leyes de atenuación a los datos compilados se realiza mediante el método de log-verosimilitud promedio (LLH) de Scherbaum et al. (2009). Los resultados muestran que el periodo, la magnitud del sismo y la sismo génesis del evento son parámetros que afectan significativamente el ajuste de las leyes de atenuación a los datos observados. Esto sugiere que la selección y ponderación de las leyes de atenuación depende del tipo de estructura para la cual se realiza el estudio de peligro sísmico y del tipo de sismo asociado a cada fuente sismogénica (subducción interfase o intraplaca). Por otro lado, para sismos de interfase los modelos de Youngs et al. (1997) y Zhao et al. (2016b) son los que mejor ajuste presentan para todo el rango de periodos, mientras que el modelo de Abrahamson et al. (2016) presenta un buen desempeño para periodos mayores a 1.0 s. En el caso de sismos de intraplaca, el modelo de Abrahamson et al. (2016) muestra el mejor ajuste a los datos compilados, seguido del modelo de Zhao et al. (2016c).

Luego se evalúa el peligro sísmico en el Perú para 475 años de periodo de retorno en condiciones de roca, sobre la base de las leyes de atenuación seleccionadas y las ponderaciones recomendadas. Se elabora mapas de isoaceleraciones espectrales en condiciones de roca (suelo tipo B, IBC 2015) para 475 años de periodo de retorno, correspondientes a la máxima aceleración del terreno (PGA) y a periodos estructurales de 0.2 s y 1.0 s. Los resultados se comparan con los factores de zona propuestos por la norma técnica peruana de diseño sismorresistente E.030-2016. Finalmente se propone que las ponderaciones encontradas para sismos de subducción intraplaca, sean utilizadas para sismos de subducción interfase, sin que esto afecte de manera significativa los resultados obtenidos.

The seismic hazard assessment is an important tool for disaster mitigation in Peru. The selection of ground motion prediction equations (GMPEs) tends to exert a greater influence on the final results of seismic hazard calculations. Two GMPEs exists that are derived from local data (Casaverde and Vargas, 1980; Chávez et al., 2009), however, these models have some limitations, such as the few records used in their development and the fact the only give results for site class C (IBC, 2015). Therefore do not meet the quality criteria required for use in modern seismic hazard analysis according to preselection criteria of Cotton et al. (2006). Because of the limited performance of local GMPEs, it has been common practice in Peru to adopt foreign GMPEs from other regions such as Chile, Japan, New Zealand or global data derived GMPEs, however, there is not a clear support about which GMPE is more is more appropriate for Peruvian subduction zone. This study, investigates the applicability of foreign GMPEs derived from regional and global data to the Peruvian subduction-zone. To that end, it was compiled a database of subduction-zone strong-motion records, which consists of 485 triaxial ground- motion records from 118 subduction-type events with moment magnitudes ranging from 5.0 to 8.4, recorded in Peru and northern Chile, between 1966 and 2015. The average “log-likelihood” method (LLH) of Scherbaum et al. (2009) has been applied to assess the goodness of fit of different GMPEs to the data. Results suggest that fit between the observations and predictions vary significantly across spectral periods, magnitude and the type of event. This behavior suggests that the selection and weighting of these GMPEs depends on the structure for which the seismic hazard analysis is being done and the type of event linked to each seismic source. On the other hand, the Youngs et al. (1997) and Zhao et al. (2016b) interface models have the best performance for all spectral periods, meanwhile the Abrahamson et al. (2016) model shows a good fit for periods greater than 1.00 s. For intraslab events, the Abrahamson et al. (2016) model shows the best fit to the data followed by the Zhao et al. (2016c) model. Then, the seismic hazard in Peru was assessed in rock conditions for 475 years of return period for PGA and spectral periods of 0.20 s and 1.00 s. Results are compared with the factor zones published by the Peruvian Code of Seismic Design E.030-2016. Finally, this research proposes that the weighting found for intraslab subduction events may be used for interface subduction events, without affecting in a significant manner the obtained results.