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CÁLCULO DEL PELIGRO SÍSMICO PROBABILÍSTICO PARA EL VALLE DEL CAÑÓN DEL COLCA
Región de Arequipa
Hernando Tavera
Lima - Perú
2016
CÁLCULO DEL PELIGRO SÍSMICO PROBABILÍSTICO PARA EL VALLE DEL CAÑÓN DEL COLCA
Región de Arequipa
Hernando Tavera
RESÚMEN EJECUTIVO
El Valle del Cañón del Colca se encuentra ubicado en una región de alta actividad
sísmica con origen en los principales sistemas de fallas que se encuentran distribuidas a
ambos márgenes del valle. Considerando este escenario, es importante realizar estudios
que permitan conocer el comportamiento probable del peligro sísmico en la región a fin de
planificar y mitigar los efectos que se podrían producir a la ocurrencia futura de un sismo.
Este comportamiento puede ser evaluado conociendo el peligro sísmico. En este estudio se
ha calculado los valores de aceleraciones probabilísticas para nueve (9) localidades
ubicadas en el Valle del Cañón del Colca, siendo los valores obtenidos para periodos de
retorno de 100, 500 y 1000 años, acordes con la sismotectónica propia de la región.
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ÍNDICE
RESÚMEN EJECUTIVO
1.- INTRODUCCIÓN
2.- SISMICIDAD EN EL VALLE DEL CAÑON DEL COLCA
2.1.- Sismotectónica local
2.2.- Sismicidad regional y local
3.- PELIGRO SÍSMICO PROBABILÍSTICO
3.1.- Definición de parámetros sísmicos
3.2.- Determinación del peligro sísmico
CONCLUSIONES
Bibliografía
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1.- INTRODUCCIÓN
El Perú se encuentra ubicado en una de las regiones de mayor actividad
sísmica en el mundo y por lo tanto, está expuesto de manera continua al peligro de
ocurrencia de sismos que trae consigo pérdidas de vidas humanas y materiales.
Dentro de este contexto, es necesario realizar estudios que permitan conocer de
manera aproximada el comportamiento más probable de este peligro en un
determinado punto a fin de planificar y mitigar los efectos que podrían producir.
Una manera de conocer este comportamiento, es a través de la evaluación del
peligro sísmico.
El peligro sísmico es analizado a partir del método probabilístico utilizando
la metodología desarrollada por Cornell (1968) y actualizado por Ordaz et al
(2007). El método permite integrar la información sismotectónica, los parámetros
sismológicos y las leyes de atenuación, obteniéndose como resultado los valores de
aceleración probables a presentarse en nueve (9) localidades ubicadas a lo largo
del Valle del Cañón del Colca (región Arequipa): Chivay, Maca, Ichupompa, Yanque,
Achoma, Lari, Madrigal, Pinchollo y Cabanaconde, además del volcán Sabancaya.
Figura 1: Valle del Cañón del Colca, región Arequipa.
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2.- SISMICIDAD EN EL VALLE DEL CAÑÓN DEL COLCA
El peligro sísmico debe ser estimado a partir de la identificación de las
principales fuentes sismogénicas, además de la geología y tectónica, y para ello se
requiere básicamente información sísmica detallada del área de influencia y/o
estudio.
2.1.- Sismotectónica local
El valle del Cañón del Colca se encuentra bordeado de importante actividad
tectónica reciente y puesta en evidencia por Huamán et al (1993) y Huaman et al
(1995) a partir del análisis e interpretación de imágenes satelitales del tipo
Landsat MSS y observaciones de campo (Figura 3). Loa autores indican que la
importante deformación tectónica local está representada por las fallas de
Ichupampa, Huanca y el sistema Huambo- Cabanaconde (fallas de Solarpampa y El
Trigal). Estas trazas de falla de tipo normal, se encuentran ubicadas en los
extremos NE, SO y NE del complejo volcánico Ampato-Sabancanya-HualcaHualca
(Sébrier, 1985). Según la Figura 3, en la región existe un importante número de
lineamientos que sustenta el desarrollo de altos índices de deformación netamente
superficial.
Los sismos más importantes y recientes se produjeron en los años 1991,
1992 y 1998 (Figura 4). El primer sismo ocurrió el 23 de julio de 1991 con una
magnitud de 5.4 Mw (foco a 4 km de profundidad) y epicentro a 6 km al SE de la
localidad de Maca. El sismo produjo importantes asentamientos y deslizamientos
de tierra, además de numerosos desprendimientos de rocas a lo largo de las
pendientes del río Colca. Las localidades más afectadas, fueron las de Lari y Maca,
en donde el 20% y 80% de las viviendas fueron destruidas, además de 14 personas
fallecidas y numerosos heridos. Estas localidades soportaron intensidades de VIII
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grados en la escala de Mercalli Modificada, MM (Rodríguez y Huamán, 1992). El
segundo sismo ocurrió el 1 de Febrero de 1992, con una magnitud de 5.0 Mw y foco
a 5 km de profundidad. El epicentro del sismo fue localizado a 3 km al NO de las
localidades de Hituhuasi y Visconoja en Pampa Sepina. Este sismo fue seguido por
un importante número de réplicas y produjo la caída de rocas y asentamientos de
tierras en el valle de Sepina. Las localidades más afectadas fueron Huituhuani,
Sahuana y Layuni, donde la intensidad máxima llegó a VI MM (Antayhua y Tavera,
2002).
Figura 3: Principales sistemas de fallas y lineamientos en la región del Cañón del Colca - Arequipa
El tercer sismo ocurrió el 12 de Abril de 1998 con una magnitud de 5.2 Mw y
epicentro localizado a 9 km al sur de la localidad de Cabanconde y a 13 km al NE de
Huambo. Este sismo no produjo daños personales; sin embargo, casi el 50% de las
viviendas de ambas localidades fueron dañadas y destruidas debido a la
precariedad de sus construcciones (adobe y piedras). Además, algunas carreteras
fueron interrumpidas por la caída de rocas y tierra. Las localidades más afectadas
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fueron las de Huambo, Cabanaconde, Tapay y Choco, las mismas que soportaron
intensidades máximas de V (MM). El sismo de 1998 fue seguido por un importante
número de réplicas de magnitudes menores que incrementaron la preocupación y
zozobra de la población.
Figura 4: distribución epicentral de los sismos de Maca, Sepina y Cabanacone-Huambo de 1991, 1992 y 1998. Las flechas rojas indican la orientación de los ejes T obtenidos de estudios de microtectónica
y las flechas verdes y grises, la orientación de los ejes T y P deducidos de los mecanismos focales (Antayhua y Tavera, 2002)
Posteriormente, el 17 de julio de 2013, el sistema de fallas, Huambo-
Cabanaconde, se reactivó nuevamente con la ocurrencia de un sismo de magnitud
5.7Mw (Tavera et al, 2013), con epicentro a 9 km al NE de la localidad de Huambo
y foco a tan solo 7 km de profundidad (Figura 5). El evento produjo en superficie
intensidades de VI (MM) y daños importantes en las localidades de Hambo y
Cabanaconde con el derrumbe de 35 viviendas de adobe-piedra y alrededor de 80
con rajaduras. En la ruta Huambo-Cabanaconde se produjo deslizamientos de
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piedras y tierra que obstaculizaron el tránsito en las carreteras. En las localidades
de Maca, Lari y Madrigal, el sismo fue sentido fuerte por todos. Se informó de
derrumbes cerca de la localidad de Tapay y otros en lo largo del Cañón del Colca.
En estas localidades la intensidad evaluada fue de V (MM). En la localidad de Aplao
se sintió relativamente fuerte produciendo que algunas personas abandonen sus
viviendas. En esta localidad la intensidad evaluada fue de IV (MM).
Figura 5: Ubicación epicentral del sismo del 2013 y distribución espacial de los sismos reportado por el IGP como sentidos en las localidades de la región sur del Perú entre los años 2011 y 2013.
2.2.- Sismicidad regional y local
Cuando se analiza el mapa de sismicidad de la región sur del Perú (Figura 6),
se observa que los sismos de foco superficial (círculos rojos), están presentes
mayormente frente a la zona costera y tienen su origen en el proceso de fricción
de placas. Estos sismos llegan a presentar grandes magnitudes y daños en áreas
extensas, por ejemplo el sismo del 2001 (8.2 Mw). Es posible que este sismo, por su
tamaño, haya producido algunos efectos secundarios en el valle del Colca como
deslizamientos de piedras y tierra en áreas de pendiente alta. Del mismo modo, en
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la Figura 6 se observa la presencia de un área con ausencia de sismos frente a los
departamentos de Moquegua y Tacna, siendo reconocida por los sismólogos como
una zona de silencio sísmico y que debe dar origen, en el futuro, a un nuevo sismo
de elevada magnitud (Chlieh et al 2010; Pulido et al 2013; Tavera 2014), el mismo
que volvería afectar a toda la región sur del Perú. Los grandes sismos son cíclicos o
recurrentes en el tiempo.
Figura 6: Mapa de sismicidad para la región sur del Perú. Para identificación de los epicentros, ver la leyenda.
Del mismo modo, en la Figura 6 se observa que en el interior del continente,
en la zona que considera el valle del Colca, se tiene acumulación de epicentros
sísmicos confirmando que la misma, es altamente sísmica. Localmente, en la Figura
7 se muestra la distribución espacial de los sismos ocurridos durante el periodo
2005 y 2015 en el Valle del Cañón del Colca, observándose que sus epicentros se
encuentran cubriendo a las principales trazas de fallas locales que controlan la
deformación superficial a lo largo del valle, así como en el entorno del complejo
volcánico de Huallca Huallca-Sabancaya-Ampato. Esta sismicidad confirma que la
zona ha sido, es y será por siempre afectada por sismos de manera frecuente; por
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lo tanto, la población y principalmente sus autoridades, deben considerar que el
peligros símico es parte de la evolución geodinámica local y regional.
Figura 7: Mapa de sismicidad local en el valle del Colca. Para identificación de los epicentros, ver la leyenda.
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3.- PELIGRO SÍSMICO PROBABILÍSTICO
El Peligro Sísmico puede ser definido como la probabilidad que en un lugar
determinado ocurra un sismo de una determinada magnitud igual o mayor que un
valor fijado a priori. Si los sismos ocurren durante una serie de tiempo, entonces
no son independientes unos de los otros y desde el punto de vista físico, es
necesario mucho tiempo para la acumulación de la suficiente energía para producir
un sismo de gran magnitud; por lo tanto, es poco probable que estos sismos ocurran
en periodos de tiempo relativamente cortos. Dentro de estas ideas, la ocurrencia
de réplicas es el ejemplo más claro de que los sismos no son independientes.
De acuerdo a la teoría, la ocurrencia de un evento A dependerá de la
ocurrencia de otros mutuamente excluyentes y colectivamente exhaustivos. Por lo
tanto, de acuerdo al teorema de la probabilidad total, la probabilidad de ocurrencia
de A quedaría definida de la siguiente manera:
n
i ii EPEAPAP )(*)/()(
Siendo P(A/Ei) la probabilidad condicional que ocurra A, cuando Ei ocurra.
Dicho de otra manera, la aceleración (A) producida por un sismo en lugar
determinado es dependiente del tamaño del sismo (magnitud) y de la distancia al
punto de interés; es decir, si el tamaño del sismo (S) y su localización (R) son
tomados como variables aleatorias continuas y definidas por sus funciones de
densidad de probabilidad, fs(S) y FR(S) respectivamente, entonces, el peligro
sísmico definido por la probabilidad que la aceleración A sea igual o mayor que una
aceleración dada, será P(A i) y está dado por:
dsdrrfsfrsAPiAP Rs ).().(.,/
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3.1.- Definición de parámetros sísmicos
Para calcular el peligro sísmico en nueves (9) localidades ubicadas en el Valle
del Cañón del Colca, se considera el catalogo sísmico publicado por el Instituto
Geofísico del Perú para el periodo 1960 al 2015, así como las fuentes sismogénicas
y curvas de recurrencia definidas por Tavera et al (2012) debidamente
actualizadas para la región sur del Perú. En relación a las curvas de atenuación de
la aceleración, se hace uso de las leyes de atenuación propuestas por Young et al
(1997) para sismos con origen en la convergencia de placas o proceso de subducción
y para las fuentes sismogénicas continentales, la ley de atenuación propuesta por
Sadigh et al (1997). Actualmente, ambas leyes vienen siendo utilizadas en Perú en
razón que proporcionan resultados razonables desde el punto de vista
sismotectónico.
3.2.- Determinación del Peligro Sísmico
Conocidos y definidos para el Valle del Cañón del Colca, el total de
parámetros sísmicos requeridos, se procede a calcular las aceleraciones
probabilísticas para nueve (9) localidades considerando periodos de retorno de
100, 500 y 1000 años. Para el cálculo de estos valores, se hace uso del algoritmo
CRISIS-2007 (Ordaz et al, 2007), el mismo que permite evaluar la probabilidad de
ocurrencia de determinados niveles de aceleración pico en un punto y cuyo periodo
de retorno, corresponde simplemente al inverso de la probabilidad anual (Tabla 1).
Los valores de aceleración estimados en el presente estudio son las
horizontales máximas, y las verticales pueden ser estimadas empleando la relación
propuesta por Huaco (1982):
.av = 0.00247 + 0.49998.a
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donde, a es la aceleración horizontal obtenida en este informe y av la aceleración
vertical.
Tabla 1.- Peligro Sísmico para el Valle del Cañón del Colca
Va Valle del Cañón del Colca
Aceleraciones en “g”
Periodo Retorno
100 años
500 años
1000años
Volcán Sabancaya 0.191 0.302 0.365
Chivay 0.1723 0.2681 0.3242
Maca 0.1781 0.2794 0.3379
Ichupampa 0.1763 0.2763 0.3335
Yanque 0.1746 0.2733 0.3309
Achoma 0.1772 0.2780 0.3359
Lari 0.1767 0.2774 0.3357
Madrigal 0.1768 0.2778 0.3363
Pinchollo 0.1784 0.2804 0.3394
Cabanaconde 0.1839 0.2916 0.3520
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CONCLUSIONES
.- De acuerdo a la historia sísmica de las localidades distribuidas a lo largo del
Valle del Cañón del Colca, la continua ocurrencia de sismos han producido
intensidades de hasta VII en la escala Mercalli Modificada (MM). En cada
escenario, los daños observados consideraban el colapso de viviendas precarias,
procesos de licuación de suelos y de movimientos en masa (deslizamientos).
.- En la determinación del peligro sísmico en el Valle del Cañón del Colca se ha
considerado la actividad sísmica debida al proceso de subducción y
principalmente la asociada a la reactivación de los más importantes sistemas de
fallas distribuidas en la región y que en algún momento de su historia han
producido sismos de magnitud importante.
.- Las aceleraciones locales fueron obtenidas mediante el método probabilístico
para periodos de retorno de 100, 500 y 1000 años: localidades de Chivay, Maca,
Ichupampa, Yanque, Achoma, lari, Madrigal, Pinchollo y Cabanaconde, además del
volcán Sabancaya.
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Va Valle del Cañón del Colca
Aceleraciones en “g”
Periodo Retorno
100 años
500 años
1000años
Volcán Sabancaya 0.191 0.302 0.365
Chivay 0.1723 0.2681 0.3242
Maca 0.1781 0.2794 0.3379
Ichupampa 0.1763 0.2763 0.3335
Yanque 0.1746 0.2733 0.3309
Achoma 0.1772 0.2780 0.3359
Lari 0.1767 0.2774 0.3357
Madrigal 0.1768 0.2778 0.3363
Pinchollo 0.1784 0.2804 0.3394
Cabanaconde 0.1839 0.2916 0.3520
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