Plan de Tesis Jonathan Mendoza

 

PLAN DE TESIS

“Amplificación de las aceleraciones sísmicas en el local de SENCICO- Gerencia Zonal Arequipa, mediante el modelo lineal equivalente de Schnabel, Lysmer y Seed”

Presentado por: Jonathan Jon athan David Mendoza Chávez

Bachiller en Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa Asesor: Ingeniero Fidel Fid el Copa Pineda Pineda

Prof. Principal Dpto. I.C./UNSA

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1.- Planteamiento del d el prob lema.1.1.1.1 .- Ant ecedentes

La región sur-occidental del Perú está situada en la zona de subducción de la placa de Nazca y la placa Sudamericana, con alta actividad sísmica en donde han ocurrido sismos severos con magnitudes de hasta 8.5 grados en la escala de Richter. (Olarte, J. Y López, D., 2000) En la ciudad de Arequipa se evidenció la influencia de las condiciones locales de los suelos en la magnitud de los daños ocasionados por el sismo de 1979 en viviendas sencillas. (Orihuela P. ,1981) En 1990 se realizó medición de microtrepidaciones para evaluar períodos de vibración natural en Arequipa, delimitando zonas con diferente comportamiento sísmico. Dichos resultados guardaron una correlación con el mapa de daños del sismo de 1979. Se encontraron períodos bajos en los afloramientos rocosos y relativamente altos en suelos aluviales. (Aguilar, Z. ,1991) Recientemente se han analizado los efectos de sitio en 4 estaciones sísmicas de Lima (CSM, CAL, CDLCIP y MOL) aplicando la técnica de cocientes espectrales y se han identificado aquellas con mayor y menor amplificación local de los suelos (Cabrejos, H. ,2013) Se ha realizado el análisis de peligro sísmico probabilístico para la región Arequipa y se han elaborado curvas de isoaceleración para diferentes períodos de retorno y diferentes tipos de suelo (Loayza, N. ,2015) La Norma Técnica T écnica E.030 “Diseño Sismorresistente”, recientemente modificada por D.S. N° 002-2016-VIVIENDA a fin de actualizarla de acuerdo con las nuevas tecnologías en sismorresistencia y los avances científicos en el campo de la sismología. Indica ahora, que, para determinar los parámetros de sitio (S, Tp y TL) se deberán clasificar clasifi car los perfiles de suelo por medio del promedio de sus velocidades de ondas de corte u otros parámetros geotécnicos, en suelos granulares (ensayo de penetración estándar) y en suelos cohesivos (resistencia al corte en condición no drenada). Alternativamente es posible modelar numéricamente la propagación de ondas y así calcular una función de transferencia local y estimar los efectos de sitio empíricamente, para lo cual se debe contar con la estructura del subsuelo (ChávezGarcía, F. y Montalva ,2014) En setiembre de 2016, se estimaron las condiciones locales de sitio en el local de la Gerencia Zonal de SENCICO en el distrito del Cercado, Arequipa a partir del procesamiento de acelerogramas registrados en la estación sísmica AQP003 que conforma la Red Nacional de Acelerógrafos del CISMID-FIC-UNI. Se aprecia en la gráfica del cociente espectral H/V, un pico a 2 Hz (0.50 s) aproximadamente y que el nivel de amplificación se incrementa de alta a bajas frecuencias. (Quispe S., Lázares F., Sifuentes A., Aguilar Z., Estacio L., Alarcón S., Calderón D., Medina M., Calderón C. ,2016).

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1.2.1.2 .- Problemática Probl emática

Existe suficiente evidencia para sugerir que la distribución de los daños ocasionados por los terremotos de 1979 y 2001 en Arequipa estuvo influenciada por el tipo de suelo y los tipos de edificaciones construidas en aquel entonces. Así es necesario identificar las zonas con mayor riesgo de colapso en la ciudad. (Aguilar, Z. ,1991) La de sitio permite conocer en aqué medidadistancia se incrementa el movimiento del evaluación suelo respecto al movimiento en roca la misma de la fuente, debido a un terremoto. En 2015, se completó la microzonificación sísmica del Área Metropolitana de Lima bajo el auspicio de la Agencia de Cooperación Internacional de Japón, la Agencia Japonesa para la Ciencia y Tecnología y el Gobierno del Perú. (Yamazaki, F. y Zavala, C. ,2013). En Arequipa metropolitana, para el 2015 se estima una población de 869,4 mil habitantes, convirtiéndola en la segunda ciudad más poblada del país (INEI, 2012) y por su alta actividad sísmica, requiere contar con estudios básicos orientados a conformar el mapa de microzonificación sísmica oficial de la ciudad. El procedimiento para evaluar los efectos de sitio requiere usualmente contar con registros de sismos en estaciones acelerográficas instaladas en un punto de interés y en afloramiento del basamento rocoso para un mismo evento. Actualmente no se dispone de suficientes estaciones acelerográficas en la ciudad de Arequipa, por lo que se acostumbra estimar con poco criterio los efectos de sitio. Es así que adquiere importancia contar con una metodología para estimar valores de amplificación sísmica en lugares que no se encuentran debidamente instrumentados. Por tal motivo, se plantea la Determinación de los efectos de sitio, a partir de simulaciones numéricas para el Centro histórico de Arequipa, a partir de movimientos sísmicos en lapara estación acelerográfica de SENCICO Gerencia Zonal, como registrado punto pionero, su posterior implementación en losproyectos de diseño estructural en nuestro medio local.

2.- Objeti Objetivos vos..2.1.- Objetivo General.-

  Evaluar los efectos de sitio en el Centro histórico de Arequipa, a partir de la estación acelerográfica de SENCICO - Gerencia Zonal Arequipa y determinar

•

su relación efectos sitio en las cercanías de la Universidad Nacional de con San los Agustín y eldepueblo tradicional de Characato. 3

 

2.2.2.2 .- Objeti Objetivos vos Específico s.-

  Determinar las propied propiedades ades físicas de dell terreno en en el Centro Centro histórico de Arequipa (estación acelerográfica de SENCICO - Gerencia Zonal Arequipa), por medio de exploraciones geofísicas.

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  Obtener acelerogr acelerogramas amas en roca, par paraa las estaciones AQP001 y AQP002, mediante deconvolución de sus registros acelerográficos.

•

  Simular la respuesta sísmica para el terreno de la estación acelerográfica de SENCICO - Gerencia Zonal Arequipa con el algoritmo de Schnabel, Lysmer y Seed. Luego estimar el efecto de sitio, mediante el cociente de los espectros de aceleraciones calculadas de la simulación y aceleraciones en roca.

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  Estimar el efect efectoo de sitio en el terreno terreno del llocal ocal de SENCICO - Geren Gerencia cia Zonal Arequipa, a partir de sus registros acelerográficos por medio de la técnica del cociente espectral H/V.

•

  Comparar el efecto de sitio obtenido con la simulación y el efecto de sitio obtenido utilizando los registros de la estación acelerográfica de SENCICO Gerencia Zonal Arequipa.

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3.-Metodología.-

Para el presente trabajo de investigación recopilaremos los acelerogramas registrados por las estaciones sísmicas AQP001 y AQP002 de la red acelerográfica del CISMID (para eventos que hayan ocurrido simultáneamente) y acelerogramas registrados por la estación de SENCICO - Gerencia Zonal Arequipa (para los eventos que se encuentren disponibles). Luego caracterizaremos la estructura del suelo del local de SENCICO - Gerencia Zonal Arequipa, mediante su perfil de velocidades de onda S, por medio de exploración geofísica y estimaremos sus efectos de sitio por medio de la técnica del cociente espectral H/V, conociendo los acelerogramas registrados en dicha estación. Posteriormente se procederá a simular la respuesta sísmica del terreno en el local Posteriormente de SENCICO - Gerencia Zonal Arequipa con el algoritmo de Schnabel, Lysmer y Seed. Y se estimarán sus efectos de sitio por medio del cociente de los espectros de aceleraciones calculadas de la simulación y aceleraciones en roca. (Resultado de la deconvolución de los acelerogramas registrados en las estaciones AQP001 y AQP002) 4

 

4.-Alcances.-

El alcance del presente trabajo de investigación restringe la determinación del efecto de sitio a los alrededores del local de SENCICO - Gerencia Zonal Arequipa, en el Centro histórico de la ciudad. El alcance de este trabajo en la determinación de las propiedades físicas del terreno en la estación acelerográfica de SENCICO Zonal Arequipa se debeyalos la utilización de métodos geofísicos, dado que-elGerencia realizar perforación diamantina ensayos de laboratorio, incrementarían desmesuradamente los costos de la investigación. El alcance de este trabajo permite permi te estimar la influencia del tipo de suelo en los daños que podría ocasionar un sismo de magnitud coherente con las magnitudes de los eventos sísmicos registrados por las estaciones acelerográficas AQP001 y AQP AQP002. 002.

5.-Cronog 5.Cronog rama de trabajo.trabajo .ct v a

Dic 15

Recopilación de acelerogramas y Redacción de Capítulos I, II y III REVISIÓN Exploración geofísica del terreno en el local de SENCICO REVISIÓN Estimación de efectos de sitio con la técnica del cociente espectral H/V en el local de SENCICO y Redacción de Capítulos IV y V REVISIÓN Obtención de acelerogramas en roca por deconvolución de los registros en estaciones AQP001 y AQP002. Simulación numérica de la respuesta sísmica del terreno en el local de SENCICO REVISIÓN Redacción de Capítulos VI y VII y VIII REVISIÓN

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Ene 01

Feb 15

Mar 01

Abr 15

May 01

Jun 15

 

6.- Contenido Contenid o analítico .-

I.

INTRODUCCIÓN a. Antecedentes b. Planteamiento del problema c. Objetivos d. Metodología e. Alcances y Limitacione Limitacioness del estudio

II.

ESTADO DEL CONOCIMIENTO a. Introducción b. Aspectos de sismología c. Aspectos de dinámica de suelos

III.

ESTACIONES ACELEROGRÁFICAS EN AREQUIPA a. Introducción b. Descripción de las estaciones acelerográficas c. Descripción geológica de la zona de estudio d. Registros acelerográficos disponibles para el estudio

IV.

EL EFECTO DE SITIO a. Introducción b. Efecto local de sitio en suelos de depósito c. Técnicas para la evaluación de los efectos de sitio d. Antecedentes de los efectos de sitio en Arequipa

V.

ANÁLISIS Y PROCESAMIENTO DE ACELEROGRAMAS a. Relación de registros sísmicos utilizados b. Aceleraciones máximas registradas c. Efecto de Sitio a partir de cocientes espectrales d. Resultados preliminar preliminares es

VI.

CARACTERIZACIÓN DINÁMICA DEL TERRENO a. Estado del Arte b. Métodos geofísicos para la exploración del terreno c. Amplificación dinámica y Parámetros dinámicos del terreno d. Propiedades físicas del terreno en el Centro histórico de Arequipa

VII.

EFECTO DE SITIO MEDIANTE LA SIMULACIÓN NUMÉRICA DE LA RESPUESTA SÍSMICA DEL TERRENO a. Introducción b. Algoritmo de Schnabel, Lysmer y Seed c.

Obtención acelerogramas en roca por deconvolución de los registros endeestaciones en Suelo 6

 

d. e. f.

VIII. IX.

Parámetros de entrada del modelo Simulación de la respuesta sísmica del terreno en el local de SENCICO - Gerencia Zonal Arequipa Análisis y discusión de resultados

CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

7.- Bibli Bib liogr ografía afía..-

Aguilar, Z. (1991). Microzonificación sísmica de la ciudad de Arequipa, Tesis de licenciatura, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería, CISMID- Laboratorio de Geotecnia, Lima, Perú. Apostolidis, P., Raptakis, D., Roumelioti, Z., & Pitilakis, K. (2004). Determination of S-wave velocity structure using microtremors and SPAC method applied in Thessaloniki (Greece). Soil dynamics and earthquake engineering, 24(1), 49-67.  49-67.   Borcherdt, R. D., 1994, Estimates of site-dependent response spectra for design (Methodology and Justification), Earthquake Spectra, 10, 617-653. Burdick, L. J. and C. A. Langston (1977). Modeling crustal structure through the use of converted phases in teleseismic body waveforms. Bull. Seism. Soc. Am. 67: 677692. Cabrejos, H. (2013). Amplificación Sísmica en la Ciudad de Lima aplicando la técnica de Cocientes Espectrales, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. Cano L., Molina G., Mejía N., Henao D. y Orrego J., (2013) .Determinación de los espectros de respuesta sísmica para los suelos de la ciudad de Pereira utilizando análisis unidimensionales, III Seminario Internacional de Ingeniería Sísmica y Geotecnia, Universidad Libre, Colombia. Chávez-García, F. y Montalva, G. (2014). Efectos de sitio para Ingenieros Geotécnicos, estudio del valle Parkway. Obras y Proyectos 16, 6-30. Field E.H. and Jacob K.; 1995: A comparison and test of various site-response estimation techniques, including three that are not reference-site dependent, Bull. Seism. Soc. Am., 85, 1127-1143 1127-1143.. Hashash, Y.M.A, Groholski, D.R., Phillips, C. A., Park, D, Musgrove, M. (2012) “DEEPSOIL 5.1, User Manual and Tutorial.” 107 p. Lermo, J. and Chávez-García, F. J. (1993). Site effect evaluation using spectral ratios with only one station. Bulletin of the Seismological Society of America, 83, 15741594. 7

 

Loayza, N. (2015). Peligro sísmico en la Región Arequipa, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de San Agustín, Arequipa, Perú. Nakamura, Y., (1989) A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremors on the ground surface, Quaterly Report of Railway Technical Research Institute, 30(1):25-33. Olarte, J. Y López, D. (2000): Sismicidad y peligrosidad sísmica en la región suroccidental del Perú. Programa Científico PC - CISMID, 1999-2000. Universidad Nacional de Ingeniería. Orihuela P. (1981), Sismo Arequipa 16-02-79 .Influencias de las Condiciones Locales, Tesis de Grado, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. Park, C. B., Miller, Miller, R. D., & Xia, Xia, J. (1999). Multichann Multichannel el analysis analysis of surface waves. Geophysics, 64(3), 800-808 800-808..  Quispe, M. S. (2015). Evaluation of Local Site Amplification in Lima, Peru using Earthquake Ground Motion Records. Department of Environmental Science and Technology, Tokyo Institute of Technology Technology.. Quispe S., F., Sifuentes Aguilar Z., de Estacio L., de A larcón Alarcón D., Medina M.,Lázares Calderón C. (2016).A.,Evaluación Efecto Sitio S., de Calderón la estación acelerográfica SENCICO–AREQUIPA (AQP003) utilizando acelerogramas de sismos ocurridos durante los meses de agosto y septiembre del 2016, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. Salinas R. y Lázares F F.. (2003). Análisis de Acelerogramas registrados en la Ciudad de Lima, obtenidos con la Red Acelerográfica del CISMID. XIV Congreso Nacional de Ingeniería Civil. Schnabel, P.B.; Lysmer, J.; and Seed, H. B. (1972) SHAKE, A Computer Program for Earthquake Response Analysis of Horizontally Layered Sites. Report No. EERC 72-12, Earthquake Engineering Research Center, Collegue of Engineering, University of California California,, Berkeley. Yamazaki, F. y Zavala, C. (2013). Fortalecimiento de Tecnologías para la Mitigación de Desastres por Sismo y Tsunami en el Perú –SATREPS, Journal of Disaster Research, Vol. 8 No. 2, pp. 224-234.

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