Ingeniería Sismológica, avances y tareas pendientes

Transcripción

Ingeniería Sismológica, avances y tareas
pendientes
Dr. Jorge Aguirre González
Instituto de Ingeniería, UNAM
El desarrollo de la Ingeniería Sísmica en
México, al igual que en otros países, se ha
apoyado en la sismología
sismología, la que a su vez a
florecido mas como ciencia pura –en
satisfacción a la curiosidad científica – que
en respuesta
p
a pproblemas qque pplantean
ingenieros civiles.
Objetivo
Reducir el riesgo sísmico a través de
avances en la ciencia y práctica de la
ingeniería, mediante mejoras en la
comprensión del impacto de los
temblores sobre el medio ambiente
físico, social, económico, político y
cultural,
y
promoviendo
medidas
amplias y realistas para reducir los
efectos destructivos de los terremotos.
Ingeniería Sismológica
Entre
.
Si
Sismología
l í
I
Ingeniería
i í Sísmica
Sí i
Sismología de movimientos fuertes
Geofísicos Æ
Peligro sísmico
Vulnerabilidad
Vulne
abilidad Estructural
st uctu al Æ Riesgo
iesgo Sísmico
El progreso de la
ingeniería sísmológica se basa en:
Los avances en el conocimiento de la
generación propagación y registro de las ondas
generación,
sísmicas;
El estudio sistemático de la respuesta de las
estructuras civiles ante las solicitaciones
sísmicas; y
La implantación de medidas y políticas que
reflejen
fl j ell conocimiento
i i
anterior
i y que conduzcan
d
a contar con una sociedad mas segura y mejor
preparada
d ffrente a los
l sismos
i
.
Estimación del
Peligro sísmico
FUENTE
SÍSMICA
EFECTOS DE SITIO
EFE
Estimación del Riesgo Sísmico
Fuente
Sísmica
Trayecto
Efectos de sitio
La estimación del Peligro Sísmico
Enfoque Probabilista
–
Distribución de PGA esperadas
p
para
p un periodo
p
de
tiempo dado
•
•
Definición de zonas seismogenéticas
g
Relaciones de atenuación de los movimientos del terreno
Enfoque Determinista
–
Formas de onda (sismogramas) para un escenario
sísmico
í i específico.
ífi
•
•
•
Detalles de la fuente sísmica (su caracterización)
Detalles del trayecto.
Detalles de los efectos de sitio (estratos superficiales).
Enfoque Probabilista
Atenuación
Zonas fuente
PGA en gales para
un periodo de retorno
de 500 años
Enfoque Determinista
Determinista
Marco de trabajo para la predicción de movimientos
fuertes para escenarios sísmicos (Irikura,2004)
(Irikura 2004)
2. Observación de movimientos
3. Investigación de las
1. Observación y registro
fuertes e inversión de los
estructures subterráneas
sísmico de largo tiempo
procesos de fuente
Monitoreo de fallas activas
Registro de sismos históricos
Observaciones de GPS
Monitoreo de la actividad
sísmica
í i
Macroscópico
(
(Externo)
)
Registros de movimientos
fuertes
Registros Telesísmicos
Registros de Banda ancha
Compilaciones
p
de daños
sísmicos
Microscópico
(
(Interno)
)
Directividad de la
ruptura
Modelado de la Fuente
(Parametros externos)
(Parametros internos)
Secciones de Reflección y/o
refracción sísmica
Prospección Gravimétrica
Registro de pozos, sonda
suspendida etc. (determinación de
velocidades P-S)
Mediciones en Arreglos de
Microtremores
Enfoque Empírico
Estocástico
Teórico
Híbrido
Estimación de la Function de Green
(Función de Green Empírica)
(Función de Green Estocástica )
(Función de Green Teórica)
4. Simulación de movimientos
fuertes para escenarios sísmicos
Formas de onda de movimientos
f
fuertes
( l
(acelerogramas)
)
PGA, PGV
Espectro de Respuesta
I t id d Sísmica
Intensidad
Sí i
5. Establecimiento de
criterios sísmicos de
diseño
Reglamentos de
construcción de edificios
Hospitales, Escuelas,
Puentes,, Presas,, Plantas
Nucleares
Validación por medio de registros históricos de daño sísmico
(Irikura 2004)
2. Observación de movimientos
3. Investigación de las
procesos de fuente
sísmica
í i
Macroscópico
(
(Externo)
)
fuertes
Registros Telesísmicos
Compilaciones
p
de daños
sísmicos
Microscópico
(
(Interno)
)
Directividad de la
ruptura
velocidades P-S)
Microtremores
Enfoque Empírico
Estocástico
Teórico
Híbrido
Sismo del 13 de Abril
d 2007 Atoyac
de
At
d Alvarez,
de
Al
Guerrero (M 6.3)
Red del Servicio Sismológico, dependiente de Geofísica de la UNAM.
Los triángulos amarillos representan las 42 estaciones sismológicas del SSN, los círculos naranja, representan
los 160 sismos mayores de magnitud 6.5, que han ocurrido en los últimos 110 años en México.
Propuesta de estaciones sismológicas.
Observación GPS
2001-2002
2001silent earthquake
The event began in
October of 2001 and
l t d for
lasted
f 6–9 months
months.
th .
Average slip of 10 cm
produced measurable
displacements over an
area of 550
550x
x250 km2.
Th equivalent
The
i l t momentt
magnitude of the event
was Mw 7.5.
Kostoglodov et. al, 2003
Observación GPS
2001-2002
2001silent earthquake
The event began in
October of 2001 and
l t d for
lasted
f 6–9 months
months.
th .
Average slip of 10 cm
produced measurable
displacements over an
area of 550
550x
x250 km2.
Th equivalent
The
i l t momentt
magnitude of the event
was Mw 7.5.
Kostoglodov et. al, 2003
1. Observación y registro sísmico de
largo tiempo
SSN monitoreo de actividad sísmica nacional
Monitoreo de fallas activas deficiente
– Falta evaluación de fallas activas a nivel nacional
– Paleosimología practicamente inexistente
Observación GPS incipiente con resultados interesantes
Registros de sismos Históricos bien documentados.
documentados
(Irikura 2004)
2. Observación de movimientos 3. Investigación de las
procesos de fuente
sísmica
í i
Macroscópico
(
(Externo)
)
fuertes
Registros Teleseismicos
Compilaciones
p
de daños
sísmicos
Microscópico
(
(Interno)
)
Directividad de la
ruptura
velocidades P-S)
Microtremores
Enfoque Empírico
Estocástico
Teórico
Híbrido
Red Accelerográfica Mexicana
(Antes del Sismo de 1985)
Red Acelerográfica y nuevas estaciones
Red Acelerográfica
De la Ciudad de México
(Antés del sismo de 1985)
ISEE Kobe 2005
Kobe/Awaji, January 13 - 16, 2005
Red Acelerográfica
áf
De la Ciudad de México
(Después del sismo de 1985)
ISEE Kobe 2005
Ejemplo de estructuras que han sido
instrumentadas en la ciudad de México
ISEE Kobe 2005
Red Sísmica en
Japón
(JMA)
23°N
#
ZAIIG
22°N
21°N
20°N
#
#
CJIG
#
19°N
MOIG
MANZ
22/01/03 02:06:34.5
^
19/11/06
06:59:07.
^
18°N
#
17°N
0
100
ZIIG
200
Kilometers
106°W
105°W
104°W
103°W
102°W
101°W
100°W
SISMO DE TECOMÁN 22/I/2003
99°W
98°W
MW 7.5
75
Estaciones regionales y locales donde se registro el sismo de 19/11/06
#
#
Estaciones donde
simulamos el sismo principal
usando el método FGE
Estaciones acelerograficas del IINGEN de la UNAM
Estaciones de banda ancha del Servicio Sismologico Nacional
#
ZAIIG
#
Oceano Pacifico
#
#
CJIG
# #####
##
#
MANZ
0
100
200
#
#
#
###
##
#
GDLC
CDGU
#
#
#
MOIG
SJAL
Kilometros
104°30'0"W
#
MARU
#
CALE
#
UNIO
104°0'0"W
19 0 0 N
#
15
Kilometros
CAMP
NAR
SAN
TAPEMACE
SE5
## ##
###
Oceano Pacifico
0
#
COL
•
9 IINGEN
103°52'0"W
103
52 0 W
103°51'0"W
103
51 0 W
Arreglo de sismografos de banda corta Tecomán.
EZ5
#
#
BOMB
CUHA
#
PROCO
R15
#
ELTB, ECOJU
# # TXPA
### CAMP
#
PAR
#
C
#INDC
BOMB
#
30
4 SSN
18 55 0 N
COMA
#
CIHU
EZA
CHA CEN
•
#
TECOMAN
INDC
CAMP
18
8 54 0 N
19 30 0 N
#
Acelerografos de la Red Temporal Costera
#
#
2 RESCO
103°53'0"W
103
53 0 W
#
Estaciones del IINGEN de la UNAM
COLL
•
Estaciones locales donde se aplico el modelo.
Arreglo de sismografos de banda corta Tecomán.
Estaciones de RESCO
#
#
16 RTC y R Tecomán
103°30'0
Estaciones locales donde se aplico el modelo.
#
#
#
#
•
#
#
CEOR
TXPA
0
Oceano Pacifico
0.5
Kilometros
1
Compilaciones de Daños Sísmicos
Virginia García Acosta y Gerardo Suárez
2. Observación de movimientos fuertes e
inversión de los procesos de fuente
•Registros de movimientos fuertes con datos
importantes
p
y ha estado incrementandose,
…aunque aún faltan estaciones.
•R i t Telesísmicos
•Registros
Tl í i
•Registros
g
de Banda ancha ((SSN))
•Se cuenta con muy buenas compilaciones de
daños sísmicos
(Irikura 2004)
2. Observación de movimientos 3. Investigación de las
procesos de fuente
sísmica
í i
Macroscópico
(
(Externo)
)
fuertes
Registros Teleseismicos
Compilaciones
p
de daños
sísmicos
Microscópico
(
(Interno)
)
Directividad de la
ruptura
velocidades P-S)
Microtremores
Enfoque Empírico
Estocástico
Teórico
Híbrido
Perfil MASE
Sismos regionales Î Tomografía,Ondas Superficiales,
Atenuación,, etc.,, etc.
Funciones Receptor
p
Distancia desde la Trinchera [km]
A lit d P
Amplitud
Promedio
di
Huejutla
Pachuca
Iguala
Chilpancing
go
Ciudad de México
Prrofundidad
d [km]
Acapulco
(X. Pérez-Campos)
Funciones Receptor
p
Distancia desde la Trinchera [km]
A lit d P
Amplitud
Promedio
di
Huejutla
Pachuca
Iguala
Chilpancing
go
Ciudad de México
Prrofundidad
d [km]
Acapulco
(X. Pérez-Campos)
MODELO 3D DE LA
CIUDAD DE MEXICO
Periodo
predominante
Uso “tradicional”
tradicional de Microtremores
Comp.Horiz.( f )
HVSR =
Comp.Vert.( f )
f=1.2 Hz
Vs
h=25 m
h=50
m
h
h=100 m
Vs=120
120 m/s
/
Vs
f =
4h
Vs=240
2 0 m/s
/
Vs=480 m/s
Método SPAC
(Spatial Autocorrelation Method)
Propuesto por Aki (1957).
Microtremors en arreglos instrumentales.
Se basa en la estimación de curvas de dispersión de ondas de
Rayleigh a través del cálculo de la autocorrelación espacial.
Como resultado se obtiene la estructura de velocidades
From SAGEP 2003 (corporation
OYO).
METODO SPAC
OBSERVATION DE MICROTREMORES EN
ARRELOS
*
*
v1
Phase Vlocity
*
Método SPAC
v2
v3
frequency (Hz)
Ejemplo de observación de
microtremores en arreglos
triangulares
All the array sizes
1000
900
800
Phase velocitty (m/s)
700
600
SPAC (L=250m,Guralp)
SPAC (L=100m,SV1)
(L 100m,SV1)
500
SPAC (L=75m,SV1)
SPAC (L=35m,SV1)
400
SPAC (L=15m,SV1)
SPAC (L=5m
(L 5m,SV1)
SV1)
300
SPAC Linea (L=100m, GEODE)
200
100
0
0
1
2
3
4
5
6
Frequency (Hz)
7
8
9
10
11
COMPARISON WITH THE GEOLOGICAL MODEL
Apsis: software libre
Función 3: Método SPAC
((Procesado ppara un triángulo
g
equilátero)
q
)
PRODISIS
(MDOC 2008)
PAE =
Eventos
∑
i =1
E ( P Evento i)FA ( Evento i)
P is the net loss for the owner during
g each
one of the events
Since computations are done event by
event, it is possible to introduce the effects
off most risk-transfer
ik
f schemes
h
Correlación de arreglos Lineales
(Chávez-García
Chá
G í y Aguirre,
A i
2011)
Campos Difusos.
(Sánchez-Sesma et al., 2011)
Fig. 4. Contours of logarithm
of PSV ((in/s)) at four p
periods
T = 0.04, 0.34, 0.90, and
2.80 s, for 5 % damping,
exceedance probability p =
0.5, and exposure period of
Y = 50 years.
(Trifunac,2010)
4. Simulación de movimientos
fuertes para escenarios sísmicos
Formas de onda de movimientos
f
fuertes
( l
(acelerogramas)
)
PGA, PGV
Espectro de Respuesta
I t id d Sísmica
Intensidad
Sí i
5. Establecimiento de
criterios sísmicos de
diseño
Reglamentos de
construcción de edificios
Hospitales, Escuelas,
Puentes,, Presas,, Plantas
Nucleares
Validación por medio de registros históricos de daño sísmico
ALGUNOS ASPECTOS DEL
SISMO DE TOHOKU, JAPÓN
del 11 de marzo de 2011
Evaluaciones de Largo
término de sismos de
fallas activas y de las
zonas de subducción
(Predicción de
Magnitud y
probabilidad de
occurrencia para los
próximos 30 años)
(Earthquake Research
Committee, 2004)
Mapa Probabilista
de Peligro Sísmico
Observación de largo término
×
Amplificación local
揺れのの強さ
Relación de Atenuación
Movimiento del terrenoDistancia
←
×
＝ PSHM
Distancia a la falla
(HERP)
Mapa Probabilista de Peligro Sísmico (2005)
Probabilidad de que los
movimientos de tierra
sean iguales o mayores
que la intensidad sísmica
6L (JMA) durante los
próximos
ó i
30 años.
ñ
(HERP)
Mapa Probabilista de Peligro Sísmico (2005)
- ¿Dónde han ocurrido los recientes sismos desastrozos cercanos a Japón? -
Sismo de
subducción
Sismos corticales
(HERP)
Distribución de
i
intensidades
id d
sísmicas JMA
(JMA)
DISTRIBUCIÓN EN LA SUPERFICIE DE:
ACELERACIONES PICO
Y
VELOCIDADES PICO
(NIED)
La aceleración pico del terreno más grande registrada en los sitios de K-NET y
KiK-net fue registrada en la estación de K-NET MYG004 (Tsukidate) en la ciudad
de Kurihara, en la prefectura de Miyagui, alcanzando 2933 gales (suma vectorial
de las 3 componentes)
2699.1 gales
1268.9 gales
1879.7 gales
(NIED)
Estación MYG004
VISTAS
CERCANAS A
MYG004
Escala de Intensidad Sísmica JMA
Comparación de Registros
Tohoku Vs Kobe
Tohoku, 2011
(M9.0)
Tohoku,
2011
(M9.0)
Kobe , 1995 (M7.2),
TKT
Kobe , 1995 (M7.2),
ASY
Kobe , 1995 (M7.2)
(
(TKT)
)
(ASY)
(Furumura, 2011)
http://www.dailymail.co.uk/news/article-1365318/Japan-earthquake-tsunami-The-moment-mother-nature-engulfed-nation.html
Tsunami
generado por
el sismo
de Tohoku
(Furumura, 2011)
¿De dónde vino el gran tsunami?
Registro de la Boya GPS
((Furumura,2011)
,
)
(DART)
Simulación del
Tsunami
(1) （20m)＋（55m）
(2) （20m）
海溝
浅部
深部
プレート境界
国土交通省資料
国
省料
Mas evidencias de un gran deslizamiento …
(Maeda et al., 2011)
Altura relativa del mar registrada
Medidores de
presión del fondo
marino （45～74km
d lla costa）
de
t ）
Deslizamiento de falla
(M d ett al.
(Maeda
l ,2011)
2011)
Deslizamiento
de la falla de
55 m
Comparison between recorded acceleration and design acceleration to the Design Basis Ground Motion Ss on Base Mats on Units 1 –
B
M
U i 1 5 at Fukushima Dai‐ichi NPS 5 F k hi
D i i hi NPS
Loc.O f Seism om eter
(
(bottom
floor of
reactpr bld.)
U nit 1
U nit 2
Fukushim a
U nit 3
D ai-ichi
U nit 4
U nit 5
U nit 6
NS
460
348
322
281
311
298
R ecord
M ax.acc.(G al
l)
EW
447
550
507
319
548
444
UD
258
302
231
200
256
244
M Design Max
ax.response
. acceleration
to the D B G M Ss (G
( al)
NS
EW
UD
487
489
412
441
438
420
449
441
429
447
445
422
452
452
427
445
448
415
Observed records were larger than Observed
records were larger than
design levels marked be .
(Irikura, 2011)
Records of Observations at Base Mat of Reactor Building at Fukushima Daiichi
NPS
■Comparison of response spectra calculated by observation records and design‐basis seismic ground motion Ss
p
p
p
y
g
g
The response spectra of observation records were mostly the same as those due to design‐basis seismic ground motion Ss, though they exceeded in some periodic bands.
Observation records (EW)
Design‐basis seismic ground motion Ss‐1
1500
速
1000
( G al)
50 0
0. 05
0. 1
0 .2
0. 5
1
2
0
0.0 2
5
0.1
0. 2
0 .5
1
2
Acceleration (Gal)
1500
速
1500
度
( c m / s2 )
500
周
0. 5
期 (秒 )
Period (s)
1
2
5
0. 5
1
2
5
周期 (秒 )
Period (s)
( h=0. 05)
1500
速
1000
度
( G a l)
0. 2
加
速
1000
度
0 .2
0 .1
2000
加
0. 1
0. 05
Unit 6
(h =0 .0 5 )
2000
加
0. 05
0
0.02
5
期 (秒 )
Period (s)
Unit 5
(h =0 .0 5 )
2000
0
0 .0 2
500
周
周期 (秒 )
Period (s)
Unit 4
0. 05
Acceleration (Gal)
0
0. 02
1000
度
( G al)
5 00
1500
加
度
( G al)
Acceleration (Gal)
1500
速
1000
度
( h=0. 05)
2000
加
加
速
Unit 3
Unit 3
(h=0 .05)
2000
Acceleration (Gal)
Acceleration (Gal)
Unit 2
Unit 2
( h =0 . 0 5 )
Acceleration (Gal)
Unit 1
Unit 1
2000
1000
( G al)
5 00
0
0. 02
0. 05
0 .1
0. 2
0 .5
周
期 (秒 )
Period (s)
1
2
5
5 00
0
0. 02
0. 05
0. 1
0 .2
0.5
1
2
5
周期 (秒 )
Period (s)
(Irikura, 2011)
What happened at Onagawa NPS due to What
happened at Onagawa NPS due to
strong ground motions Comparison between recorded acceleration
and
d i
design
acceleration
l
ti to
t the
th DBGM Ss
S on Base
B
Mats at Units 1 – 3.
Loc.O f Seism om eter
Loc
(bottom floor of
reactpr bld.)
U nit 1
O nagaw a
U nit 2
U nit 3
NS
540
607
573
R ecord
M ax.acc.(G al)
EW
587
461
458
UD
439
389
321
M ax
ax.response acceleration
to the D B G M Ss (G al)
NS
EW
UD
532
529
451
594
572
490
512
497
476
Observed records were larger than design levels marked be .
(Irikura, 2011)
Comparison between Observed Response Spectra and the DBGM
(Irikura, 2011)
26º Congreso Nacional de Ingeniería Civil. CICM
Oscar López Bátiz
Introducción
• Con origen en el Budismo: “El
El objetivo mayor de trabajar es alcanzar la
salvación del individuo”
• Tendencia social: “Desarrollo
Desarrollo de tecnología para hacer edificaciones tan
resistentes como sea posible ante los fenómenos naturales”
• Conjuntando las dos anteriores: con el propósito de obtener la salvación
salvación,
los trabajadores de la construcción emplearían todo su tiempo para
fomentar más sus habilidades, pensando y practicando cómo construir
más grandes, económicas y seguras edificaciones
Ética en el trabajo
Cultura de la profesionalización real y actualización
constante
76
El riesgo no se reduce meramente por
estudiarlo
Por otro lado,, el riesgo
g dificilmente ppuede
ser reducido si es desconocido
Si medidas
Sin
did cuantitativas
tit ti
d l riesgo,
del
i
es casii
imposible plantear estrategias racionales de
reducción de riesgo.
(Ordaz, 2010)
Reflexión
Los principales retos actuales de la
ingeniería sísmica yacen en la
implantación: la aplicación de los
resultados de la investigación , el
cumplimiento de los reglamentos y el
uso, en construcción económica, de
soluciones
l i
conocidas.
id
Emilio Rosenblueth,
Rosenblueth noviembre de 1989

Ingeniería Sismológica, avances y tareas pendientes

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