CURVAS DE ISOACELERACIÓN PARA ESTADOS DE DESEMPEÑOESTRUCTURAL EN EL OCCIDENTE DE VENEZUELA

América Bendito, Pedro Rivero y William Lobo Quintero

(Departamento de Estructuras, Facultad de Ingeniería, Universidad de los Andes,Mérida, Venezuela).

RESUMEN

Este trabajo presenta el análisis de amenaza sísmica en términos probabilísticos del Occidentevenezolano, para cuatro niveles de diseño sísmico: 50% de probabilidad de excedencia en 30años (frecuente), 50% de probabilidad de excedencia en 50 años (ocasional), 10% deprobabilidad de excedencia en 50 años (raro) y 10% de probabilidad de excedencia en 100años (muy raro). El área analizada está comprendida entre las coordenadas: Longitud –73W y–68W, Latitud 7N y 12N. Uno de los logros es la compilación de un catálogo sísmicoactualizado, desde 1610 hasta 2000, con 6078 eventos independientes. Se delimitan catorce(14) áreas fuentes en función de la evidencia geológica, tectónica, sismicidad instrumental ehistórica, y en la variación espacial de los parámetros de recurrencia sísmica. Se utilizó elmodelo de Poisson, la relación exponencial truncada para la distribución frecuencia-magnitudy varias leyes de atenuación que caracterizan el tipo de falla y los efectos de cercanía de lafuente. Los resultados indican que los mayores niveles de aceleración del terreno paracondición de roca, están concentrados en el Distrito Carache (Estado Trujillo) y el DistritoTorres (Estado Lara), en cada uno de los niveles de diseño estudiados, sobrepasando los 0.40gpara un 10% de probabilidad de excedencia en 50 años.

ISOACCELERATION CURVES FOR SPECIFIC PERFORMANCE LEVELSIN THE WESTERN REGION OF VENEZUELA

ABSTRACT

This paper shows the probabilistic seismic hazard analysis to the Western region ofVenezuela. The study considers four different earthquake levels: 50% probability of beingexceeded in 30 years (frequent), 50% probability of being exceeded in 50 years (occasional),10% probability of being exceeded in 50 years (rare) and 10% probability of being exceededin 100 years (very rare). The area is contained between –73W and -68W in longitude andbetween 7N and 12N in latitude. One of the significant outcomes of the study was thepreparation of an upto-date and refined earthquake catalog of the region, from 1610 to 2000,with 6,078 independent events. Based in geologic evidence, geotectonic province, historic andinstrumental seismicity, and the spatial variation of the parameters of the seismic recurrenceequation, the seismic sources were modeled as 14 areas sources. We have decided to use thestationary Poisson model and the truncated exponential relationship as magnitude distributionrelationship. Several ground motion attenuation relationships to characterize the fault type andthe near fault effects were used. The results indicate that the highest relative predicted groundmotion for competent or rock site, are concentrated within district of Carache (Trujillo state)and Torres (Lara state) for each one of the design levels studied. Based on iso-acceleration

Publicado en el Boletín Técnico del Instituto de Materiales y Modelos Estructurales(IMME), Volumen 39, Número 2, pag. 1-18, Julio 2001, Caracas, Venezuela.

2

map for 10% probability of being exceeded in 50 years, the levels reached within these zonesare somewhat over 0,40g.

1. INTRODUCCIÓN

Un análisis de amenaza sísmica involucra una estimación cuantitativa del movimiento delterreno en un sitio en particular y sus necesidades pueden llegar a ser variadas: El análisissísmico para la prevención del público ante un depósito subterráneo radioactivo, durante10.000 años de tiempo útil, es muy diferente al necesario para mitigar muertes y heridos queprovoca un terremoto en un edificio de 4 pisos, cuya vida útil es de 50 años (Reiter, 1991), yes aún diferente a la necesidad de aceptar algún nivel de daños en torno a una edificación. Unanálisis de la amenaza sísmica, debe entonces definirse para responder a expectativas técnicasy sociales, que ayuden a mitigar los riesgos sísmicos en una región y caracterizar el estado delconocimiento en las formas que sean necesitadas por la sociedad.

El enfoque probabilístico en un estudio de amenaza sísmica, es compatible con la tendencia dela ingeniería sismorresistente y el desarrollo de normativas para edificaciones, las cualesavanzan hacia conceptos de diseño basados en niveles de desempeño estructural. En contrastecon el enfoque tradicional en las normativas sísmicas, el diseño por niveles de desempeñorequiere una predicción explícita del desempeño de la estructura para varios niveles demovimiento del terreno según los objetivos de diseño. Esto puede ir desde cero nivel de dañosante sismos relativamente pequeños y frecuentes, de alta probabilidad de excedencia, pasandopor estados de limitación de daños estructurales ante eventos sísmicos menos frecuentes y demoderada intensidad, hasta estados que preserven la ruina de la estructura ante sismos severos,poco frecuentes y de baja probabilidad de excedencia (Somerville, 2000). Cada nivel dedesempeño está asociado con una probabilidad anual de excedencia; un incremento en losniveles de daño estructural, causado por un aumento en los niveles del movimiento del terreno,implica un decrecimiento en la probabilidad anual de ocurrencia.

Los aspectos fundamentales en el diseño sismorresistente estipulados en el Código SísmicoVenezolano COVENIN 1756-98, reconocen las incertidumbres asociadas al pronóstico de lasacciones sísmicas y la relación entre las acciones de diseño y el desempeño estructuralesperado para sismos con 10% de probabilidad de excedencia en 50 años, para un período deretorno de 475 años. Estas normativas se fundamentan en las siguientes pautas:

• La estructura debe ser capaz de responder elásticamente a eventos sísmicos de pequeñamagnitud sin daños.

• Los daños causados por eventos sísmicos pequeños a moderados en elementos noestructurales, deben ser limitados y reparados económicamente.

• El diseño puede permitir riesgos a serios daños estructurales bajo la acción de fuertesterremotos, pero debe prevenir la ruina de la estructura.

Los criterios normativos persiguen asegurar el cumplimiento de esta última pauta y no dicenexplícitamente nada acerca de las dos anteriores, las cuales en algunas condiciones puedenrequerir criterios más estrictos de verificación. Una formulación más general, requiere la

3

caracterización explícita de estados límites de daños probables esperados a niveles u objetivosde desempeño. A ellos pueden referirse los riesgos de excedencia de las diferentes amenazasasociadas a la ocurrencia de un sismo, que muestren su vulnerabilidad en el espacio y en eltiempo. En estos términos, la sismicidad se toma según los niveles de probabilidad deexcedencia y períodos de retorno propuestos en la tabla de Niveles de Diseño Sísmico deVisión 2000 (SEAOC, 1995), que se presenta en la Tabla 1:

TABLA 1. Frecuencia y Niveles de Desempeño Estructural.

FRECUENCIADEL

EVENTO

PERÍODO DE RETORNOPROMEDIO

PROBABILIDAD DEEXCEDENCIA

43 años 50% en 30 añosFrecuente

Ocasional

Raro

Muy raro

72 años

475 años

970 años

50% en 50 años

10% en 50 años

10% en 100 años

TASA ANUAL DEEXCEDENCIA

0.02310

0.01386

0.00211

0.00105

NIVEL DE DESEMPEÑO

Operatividad

Control del Daño

Seguridad Estructural

Prevención del Colapso

Se determinan curvas de isoaceleración en roca mediante un enfoque probabilístico, para elperíodo de retorno y la probabilidad de excedencia, que corresponda a los objetivos del nivelde desempeño estructural de la Tabla 1, y que sirvan de base para la zonificacióncorrespondiente a las acciones de diseño consideradas.

2. REGIÓN ESTUDIADA

La evaluación de la amenaza sísmica comprende la región occidental de Venezuela (Figura 1),que incluye a la Cordillera de los Andes venezolanos y colombianos y a la Sierra de Perijácomo los principales accidentes geográficos; y al sistema de fallas de Boconó, Oca-Ancón,Perijá, y al Nido de Bucaramanga, como los principales accidentes tectónicos, quehistóricamente han generado grandes terremotos.

3. CATÁLOGO DE SISMICIDAD DE LA REGIÓN (CAT2000)

Uno de los aspectos principales para un estudio de recurrencia sísmica es la conformación deun catálogo de sismicidad actualizado. Con este objetivo se obtuvo la información sísmica dela región, entre las coordenadas: latitud 5N a 13N y longitud –74W a -67W, de las siguientesagencias sismológicas:

• National Earthquake International Center (NEIC). Se toman los datos del catálogo delPrograma para la Mitigación de Terremotos en la Región Andina, Proyecto SISRA,entre 1610 y 1981, con 2758 eventos sísmicos. También los datos del catálogo de laPreliminary Determination of Epicenter (PDE), entre 1973 y el mes de diciembre de1999, que reúne 1504 eventos sísmicos.

4

• Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas (FUNVISIS). El catálogocontiene 2236 eventos sísmicos, entre 1919 y el mes de junio de 1999.

• Red Sismológica de los Andes Venezolanos (RedSAV). Los datos de la red local de laUniversidad de Los Andes, se incluyen desde el año de 1985 hasta el mes de mayo de1999, con 3014 eventos sísmicos.

• International Seismological Center (ISC). Se tiene información sísmica a partir del añode 1967 y hasta 1995, en su centro de datos accesible por Internet.

• Catálogo de sismos sentidos o destructores, Venezuela 1530/1998. (Grases et. al,1999).

El catálogo compilado (CAT2000) contiene 7269 eventos sísmicos registrados durante elperíodo comprendido entre 1610 y diciembre de 1999, con 436 eventos sin magnitud asignadao con magnitud cero. De los 6833 eventos con magnitud asignada, 6532 aparecen registradoscon magnitud mb y 301 con magnitud Ms. Para homogeneizar la escala de magnitud a mb, seutilizó la relación entre mb y Ms reportada en el Global Seismic Hazard Assessment Program1998 (GSHAP, 1998), considerada como válida para Venezuela:

Ms = 1.116mb – 1.067 para mb ≤ 5.8 (1)Ms = 2.714mb – 10.369 para mb > 5.8 (2)

-74 -73 -72 -71 -70 -69 -68 -677

8

9

10

11

12

13

Bucaramanga

VENEZUELA

ISLA DE BONAIRE

ISLA DE CURAZAO

ISLA DE ARUBA

COLOMBIA

F. de Bramón

LONGITUD (grados)

LATI

TUD

(gra

dos)

MERIDA

TRUJILLO

BARQUISIMETO

SAN FELIPE

CORO

MARACAIBO

SAN CRISTOBAL

Golfo de Venezuela

F. de Cuiza

S . Falla de Oca

F. de Ancón

S. F. de P

iedem

onte o

ccident

al

S. F. de P

iedem

onte o

rienta

l

S. F. de C

aparo

S. Falla

s de

Boconó

F. d

e Va

lera

Lago deMaracaibo

F. d

e Ic

otea

F. de Morón

S. F

. de

Perij

á

F. Pueblo Nuevo

S. F. de U

ribant

e

F. d

e Ha

to V

iejo

S. F. de Santa Marta

Figura 1. Mapa neotectónico del Occidente venezolano con las fallas con actividad cuaternaria.(Beltrán, 1993)

5

4. DELIMITACIÓN DE FUENTES DE SISMICIDAD

La delimitación de fuentes de sismicidad en una región como el Occidente venezolano, dondeintervienen distintos tipos de fallas, requiere especial atención debido a la carencia deconocimientos definitivos sobre las relaciones entre la geología y la sismicidad regional, albreve, insuficiente y posiblemente, impreciso conocimiento de la sismicidad histórica, al cortoperíodo de sismicidad instrumental y a la presencia de otros sistemas de fallas locales,inferidas u ocultas, que pueden configurar un sistema de amenaza secundario cuyo potenciales, por lo pronto, desconocido. Esto conforma un marco propicio para que un modelo deamenaza contenga un particular énfasis subjetivo y hasta controversial en la delimitación ycaracterización de las fuentes sísmicas.

Se opta por un modelo uniforme basado en áreas fuentes, cuya delimitación descansa sobre losaspectos de la tectónica y de los perfiles de sismicidad, en el análisis de la distribuciónespacial de a, b y Mc en la región y en la variación de b con la profundidad en seccionestransversales de la falla de Boconó y el Nido de Bucaramanga (Bendito, 2001). Estosparámetros corresponden a la ley de Gutenberg-Ritcher, escrita usualmente como:

Log N = a – b M (3)

donde N es el número de eventos con magnitud igual o mayor que M, a y b son parámetrosque describen la sismicidad regional y Mc es la magnitud de completitud o magnitud mínimade reporte homogéneo durante un período de tiempo, a partir de la cual los datos puedenrepresentarse por una línea recta cuya pendiente es b.

De esta manera, se alcanzaron a definir catorce (14) áreas fuentes, tal como se muestra en laFigura 2.

5. COMPLETITUD DEL CATÁLOGO DE SISMICIDAD

El catálogo se depura para eliminar eventos dependientes mediante el procedimiento descritoen Reasenberg (1985) y codificado en el programa ZMAP (Wiemer, 1996), obteniéndose 268grupos donde se registran secuencias de eventos dependientes, que contienen 1023 eventossísmicos. Los sucedidos en cada uno de los 268 grupos se sustituyen por un sismo equivalenteque se incorpora al catálogo como el evento principal de cada grupo, con lo cual se tienen6078 eventos independientes en el catálogo final de la región. Esto compatibiliza el estudio deamenaza con el modelo probabilístico de Poisson el cual establece la independencia yestacionariedad espacio-temporal de la actividad sísmica.

Dado que la base de datos depurada aún no es homogénea ni completa, el catálogo en cadaárea fuente se trata como una base independiente y se aplican los procedimientos pertinentespara evaluar la completitud de diferentes rangos de magnitud mediante la tasa anual desismicidad y/o aplicando el método de Stepp (Stepp, 1978).

6

A2 A3

A4

A6

A14

A12

A13

A10A9

A7

A11

A1

A8

A5

Figura 2. Delimitación de las áreas fuentes junto con la tectónica y la sismicidad de la región para elcatálogo depurado entre 1610 y Diciembre de 1999, con magnitudes superiores a 2.0 mb.

Establecida la completitud en cada área, se determina el valor de a, b, la tasa de ocurrenciaanual λ y la magnitud máxima posible (mU) y mínima (mO) en cada una de las catorce (14)áreas fuentes, para estimar la ocurrencia de eventos utilizando el modelo exponencial truncadode Gutenberg-Ritcher. Los valores de a y b se calculan por el método de mínimos cuadrados yla tasa de ocurrencia de magnitudes mediante la expresión:

m b - a 10 =λ mo ≤ m ≤ mu (4)

La magnitud mínima se fija en 4.0 mb (Ms≅3.5) para considerar un primer nivel dedesempeño donde se mantenga la operatividad estructural sin ningún nivel de daños y lamagnitud máxima posible, que define la magnitud el terremoto más grande que físicamentepuede generarse de acuerdo a las propiedades y a las características sismotectónicas, se estimaa partir del potencial sísmico de las fuentes lineales que se ubican dentro de un áreadeterminada, Polidor (1986), Audemard, et. al. (1995) y Audemard y Singer (1996).La Figura 3 muestra los resultados de la relación frecuencia-magnitud para algunas de lasáreas fuentes. Un resumen de los parámetros de la curva de recurrencia sísmica para cada unade las fuentes sísmicas está contenido en la Tabla 2.

7

Magnitud (mb)

Tas

a an

ual

de

exce

den

cia

4 4.4 4.8 5.2 5.6 6 6.4 6.80.0001 0.0001

0.001 0.001

0.01 0.01

0.1 0.1

1 1

5 5

A3

A4

A7

A9

A8

Figura 3. Comparación de las curvas de sismicidad para varias áreas fuentes.

6. LEYES DE ATENUACIÓN DEL MOVIMIENTO SISMICO

La escasez de datos sobre aceleraciones fuertes en la región hace imposible seleccionar leyesde atenuación sobre la base de registros acelerográficos locales. Generalmente, se hacaracterizado con relaciones de intensidades basadas en datos de sismicidad histórica,reducidas a aceleraciones mediante relaciones de conversión y por alguna relación deatenuación basada en registros acelerográficos de sismos de pequeña magnitud, que noincluyen explícitamente parámetros adicionales como tipo de falla o efectos de cercanía defuente. Por ello, se utilizan ecuaciones de atenuación determinadas de datos acelerográficos enotras regiones, con un régimen tectónico similar al Occidente venezolano, que consideranparámetros adicionales que afectan la amplitud del movimiento del terreno. Estas ecuacionesse escogen para régimen tectónico activo, acorde al tipo de fallamiento presente en las fallascontenidas en cada zona sísmica y para condición de roca.

Se consideran cuatro (4) leyes de atenuación para caracterizar los eventos generados en lacorteza a pequeñas y medianas profundidades y una (1) para caracterizar los eventosgenerados en zonas de subducción, aplicable a la zona del Nido de Bucaramanga (Jaramillo,2000). Las relaciones para determinar las aceleraciones máxima del terreno seleccionadas paraterremotos corticales son las de Boore, et. al., 1993; Campbell, 1993; Sadigh et. al., 1993 y lade Idriss, 1993. La usada para caracterizar la atenuación del movimiento del terreno paraterremotos no corticales es la de Crouse, 1991.

8

TABLA 2. Parámetros de recurrencia sísmica para las áreas fuentes.

Número Mmax Mmáx posible Valor de Valor de Valor de Tasa de Profundidad

de eventos registrada (mb) Mu (mb) Mc a (anual) b Ocurrencia Promedio, km

A1 1069 6.2 6.474 4.3 4.670 0.988 5.2052 45

A2 1731 5.9 6.474 4.3 8.040 1.570 57.5360 159

A3 308 6.5 6.770 3.6 4.000 0.890 2.7542 50

A4 982 6.5 6.770 3.0 4.092 0.979 1.5008 12

A5 143 5.9 6.546 3.4 3.490 0.910 0.7079 14

A6 428 6.2 6.770 3.5 4.533 1.008 3.1690 13

A7 229 6.4 6.770 3.7 3.531 0.801 2.1223 82

A8 79 5.9 6.216 3.5 4.450 1.160 0.6457 16

A9 107 5.9 6.490 3.2 3.244 0.911 0.3978 14

A10 476 6.1 6.525 3.4 4.494 1.050 1.9657 12

A11 100 6.1 6.690 3.8 4.037 1.010 0.9931 40

A12 63 5.4 6.510 3.4 3.808 0.992 0.6924 27

A13 123 5.9 6.500 4.0 3.000 0.810 0.5754 21

A14 240 6.4 6.770 3.0 3.590 0.930 0.7413 12

AREA

9

Las expresiones de las relaciones de atenuación caracterizadas para condición de roca y tipo defalla transcurrente, son dadas por:

6.1. Relación de atenuación de Boore, et. al., 1993.

La ecuación predice la más grande componente horizontal aleatoria del movimiento del terreno,con la expresión:

0.162 )5.57 d ( log 0.778 - 6) - (M 0.229 0.105- Y 22 +++=Log ; 0.230 Y Log =σ (5)

donde, Y es la aceleración máxima del terreno en g, M es la magnitud momento, d es la menordistancia de la proyección superficial de la ruptura en km y σ, la desviación estándar en laestimación de Log Y. El rango de validez viene dada para magnitudes entre 5.0 y 7.7 y paradistancias menores de 100 km.

6.2. Relación de atenuación de Campbell, 1993.

El modelo considera la estimación del movimiento del terreno para el caso de grandes terremotosque ocurren a cortas distancias epicentrales.

(R)ln 0.105 - R ) M 0.000995 - .01500 ( - (r)ln 1.0 - M 0.683 3.15 Y +−=Ln (6)

Siendo [ ] (0.683M) exp 0.0586 R 2 2 +=r ; 0.50 Y Log =σ

donde, Y es la media aritmética de las dos componentes horizontales en unidades de g; M es lamagnitud local (ML) para M<6.0 y magnitud MS para M≥6.0, consistente con la definición demagnitud momento MW; R es la distancia más corta entre el sitio y la zona de rupturasismogénica sobre la falla (km) y σ, es la desviación estándar en la estimación de Ln Y. Larelación se considera válida para eventos con magnitudes mayores o iguales a 4.7 y distanciasmenores de 300 km.

6.3. Relación de atenuación de Sadigh, et. al., 1993.

La ecuación predice la aceleración máxima horizontal y es válida para sismos con magnitud entre4 y 8, y distancias al sitio de hasta 100 km.

[ ] M) 0.250 (1.29649 exp R Ln 2.1 M 1.0 0.624- Y : 6.5 M ++−+=< LnPara (7)

[ ] M) 0.524 (-0.48451 exp R Ln 2.1 M 1.1 1.274- Y : 6.5 M ++−+=≥ LnPara (8)

con una desviación estándar de 7.25 M para 0.38 o M 0.14 - 1.39 Y ≥=Lnσ

donde, Y es la aceleración máxima del terreno en gals, M es la magnitud momento y R es ladistancia más cercana a la superficie de ruptura de la falla en km. Las relaciones para fallasinversas/empuje se obtienen multiplicando las amplitudes de las relaciones para fallastranscurrentes por un factor de 1.2 y para fallas oblicuas multiplicando por 1.09.

10

6.4. Relación de atenuación de Idriss, 1993.

La ecuación derivada por Idriss (1993), particularizada para roca es:

[ ] 20) R (Ln M) 0.142 - (1.602 exp - M) 0.083 - exp(2.261 .1500 Y 6 M ++−=≤ LnPara (9)

[ ] 20) R (Ln M) 0.286 - (2.475 exp - M) 0.284 - 3.477 exp( 0.050 Y 6 M ++−=> LnPara (10)

con una desviación estándar de 7.25 M para 0.38 o M 0.14 - 1.39 Y ≥=Lnσ

donde, Y es la aceleración máxima horizontal en unidades de g; M es la magnitud local (ML) paraM≤6.0 y magnitud MS para M>6.0, consistente con la definición de magnitud momento MW; R esla distancia más corta a la fuente en km. La aplicación de la ecuación es válida dentro de unrango de magnitud de 4.6 a 7.4 y para distancias hasta 100 km.

6.5. Relación de atenuación de Crouse, 1991.

La ecuación de Crouse (1991), desarrollada para la zona de Cascadia en Oregon, viene dada por:

h 0.00916 ) ) M 0.608 ( exp 1.58 R (ln 2.73- M 1.76 6.36 Y ++++=Ln (11)

donde, Y es la aceleración pico del terreno en gals, R es la distancia desde el centro de liberaciónde energía, M es la magnitud momento y h la profundidad focal en km.

7. RESULTADOS DEL MODELO DE AMENAZA SÍSMICA

Los resultados del modelo de amenaza sísmica probabilística del Occidente venezolano seobtienen mediante el programa EZ-FRISK (Risk Engineering, 1999). El programa calcula, en unpunto cualquiera de la región estudiada, cuatro curvas de amenaza sísmica, que representan losvalores predichos por cada una de las leyes de atenuación utilizadas para condición de roca(período T=0.01 seg), caracterizadas para los distintos tipos de fuentes generadoras deTerremotos Corticales (TC) y las fuentes generadoras de Terremotos No Corticales (TNC). LaFigura 4 muestra los resultados típicos para un sitio definido por sus coordenadas geográficas.

Las curvas de amenaza definitivas representan el promedio de las cuatro (4) curvas para losdiferentes niveles de incertidumbre analizados: los valores medios (media) y los valores mediosmás la desviación estándar (M+1σ) especificada en cada una de las leyes de atenuación. Losniveles de aceleración correspondientes a cada uno de los niveles de desempeño considerados enla Tabla 1, se determinan promediando los valores en cada una de las curvas.

11

Aceleración (g)

Fre

cu

enci

a an

ual

de

exc

eden

cia

0.05 0.1 0.5 15E-5 5E-5

0.0001 0.0001

0.001

0.01

0.1 0.1

1 1

2 2

Boore (TC) + Crouse (TNC)

Campbell (TC) + Crouse (TNC)

Sadigh (TC) + Crouse (TNC)

Idriss (TC) + Crouse (TNC)

0.02310

0.01386

0.00211

0.00105

Frecuente

Ocasional

Raro

Muy Raro

sitio

Figura 4. Curvas de amenaza sísmica para un punto de la región en estudio.

7.1 Curvas de amenaza para las principales ciudades del Occidente venezolano

El modelo se analiza para determinar el grado de amenaza en las capitales de los principalesestados de la región. La Figura 5 muestra los resultados obtenidos para la ciudad de Mérida yTrujillo. La ciudad de Trujillo alcanza un nivel de aceleración de 0.274g (media) y 0.431g(M+1σ), para el estado límite correspondiente a un 10% de probabilidad de excedencia en 50años. La ciudad de Mérida tiene 0.238g (media) y 0.371g (M+1σ) para la misma probabilidad deocurrencia. La ciudad de Coro, en el Estado Falcón, es el lugar que muestra el menor nivel deaceleración máxima en roca de la región, alcanzando a 0.085g (media) y 0.130g (M+1σ).

Niveles de aceleración máxima en roca (g)

Aceleración (g)

Fre

cu

enci

a a

nu

al d

e e

xce

den

cia

0.01 0.05 0.1 0.5 10.001

0.01

0.1

1

10

Media

Media + 1σ

Frecue ncia

de l evento Media M+1σ

Frecue nte 0.102 0.154

O casional 0.123 0.192

Raro 0.238 0.371

M uy Raro 0.293 0.456

M é rida

Niveles de aceleración máxima en roca (g)

0.01 0.05 0.1 0.5 10.001

0.01

0.1

1

10

MediaMedia + 1σ

Aceleración (g)

Fre

cu

enci

a a

nu

al d

e e

xce

den

cia

Fre cuencia

de l ev ento Media M+1σ

Fre cuente 0.124 0.194

O casional 0.149 0.235

Raro 0.274 0.431

M uy Raro 0.331 0.521

T rujillo

Figura 5. Curvas de amenaza sísmica para Mérida, Estado Mérida y Trujillo, Estado Trujillo

12

La Figura 6 compara las curvas de amenaza sísmica para las principales ciudades del Occidentevenezolano considerando los valores dados por la media más una desviación estándar.

Aceleración (g)

Fre

cuen

cia

anu

al d

e ex

ced

enci

a

0.01 0.05 0.1 0.5 10.0001

0.001

0.01

0.1

1

10

Barquisimeto

Maracaibo

Mérida

San Cristóbal

San Felipe

Trujillo

Coro

Figura 6. Comparación de las curvas de amenaza sísmica correspondiente a los valores medios más unadesviación estándar, para siete (7) ciudades del Occidente venezolano.

La figura ilustra como las ciudades de Trujillo y Mérida son las que presentan mayor grado deamenaza sísmica en el Occidente de Venezuela, lo cual corresponde, posiblemente, con losniveles de riesgo que representa el estar ubicados en las cercanías de los tramos más activos de lafalla de Boconó. Un resumen de los valores de la aceleración máxima en roca en las ciudadesanalizadas se muestra en la Tabla 3.

TABLA 3. Aceleraciones (g) en distintas ciudades

Frecuencia

del evento Media M+1σ Media M+1σ Media M+1σ Media M+1σ Media M+1σ Media M+1σ Media M+1σ

Frecuente 0.083 0.120 0.102 0.154 0.124 0.194 0.071 0.110 0.064 0.101 0.033 0.054 0.056 0.086

Ocasional 0.102 0.147 0.123 0.192 0.149 0.235 0.088 0.136 0.083 0.127 0.042 0.067 0.074 0.112

Raro 0.203 0.298 0.238 0.371 0.274 0.431 0.177 0.280 0.173 0.273 0.085 0.130 0.181 0.274

Muy Raro 0.255 0.377 0.293 0.456 0.331 0.521 0.222 0.350 0.219 0.345 0.104 0.162 0.243 0.367

San Felipe Coro MaracaiboSan Cristóbal Mérida Trujillo Barquisimeto

La Norma venezolana para Edificaciones Sismorresistentes COVENIN 1756-98 en su mapa dezonificación (Figura 7), establece para la ciudad de Trujillo (Municipio Trujillo) una zona

13

sísmica 5, con un nivel de aceleración máxima del terreno en roca de 0.30g, al igual que la ciudadde Mérida (Municipio Libertador), Barquisimeto (Municipio Iribarren), San Felipe (MunicipioSan Felipe), San Cristóbal (Municipio San Cristóbal). La ciudad de Maracaibo (MunicipioMaracaibo) y la ciudad de Coro (Municipio Miranda), son zona sísmica 3, con 0.20g deaceleración máxima en roca. Esta zonificación corresponde a una probabilidad de excedencia de10% en 50 años que equivale al estado límite de seguridad estructural.

MERIDA

TRUJILLO

BARQUISIMETO

SAN FELIPE

CORO

MARACAIBO

SAN CRISTOBAL

0.30g

0.30g

0.30g0.25g

0.25g

0.25g

0.25g

0.20g

0.20g

0.20g

0.10g

0.10g

Figura 7. Mapa de zonificación sísmica para el Occidente de Venezuela,Norma Covenin 1756-98

En general, los valores predichos por la Norma para estas ciudades están dentro o cercanos a labanda establecida por el nivel de incertidumbre del modelo, excepto para la ciudad de Mérida y laciudad de Trujillo donde éste predice mayores aceleraciones que la Norma: 0.375g contra 0.30g y0.431g contra 0.30g, respectivamente. Por el contrario, para la ciudad de Coro la Normavenezolana predice una mayor aceleración que el modelo: 0.20g contra 0.13g

7.2 Mapas de isoaceleración para niveles de desempeño estructural

La zonificación del Occidente venezolano se presenta sobre nodos de una malla separados a cada0.25 grados en un área delimitada por las coordenadas: longitud: -73W a -68W y latitud: 7N a12N, con 421 puntos.

Los resultados en cada uno de los nodos representan valores promedios de las aceleracionespredichas por el modelo de sismicidad y las leyes de atenuación aplicadas en cada zona sísmicaconsiderando los valores de la media más una desviación estándar.

14

La distribución de las amplitudes de aceleraciones máximas en roca se presenta en curvas deisoaceleración calculadas mediante interpolación de los valores de aceleración en cada uno de losnodos de la malla, por la técnica de sistema de ecuaciones lineales y con incrementos de 0.05g.Las Figuras 8, 9, 10 y 11 muestran los resultados obtenidos, para cada uno de los estados límitesconsiderados.

El mayor nivel de amenaza se tiene dentro de los Andes venezolanos, en los Estados Táchira,Mérida y Trujillo, reflejado en mayores amplitudes para cada uno de los estados límites. Con elincremento en el nivel de diseño sísmico, la región de la Sierra de Perijá adquiere mayornotoriedad, especialmente hacia el sur, con mayores niveles de aceleraciones en el área,comparables con la de los Andes venezolanos, en los dos últimos estados límites. Lasaceleraciones tienden a disminuir desde el Lago de Maracaibo y hacia el norte, en el EstadoFalcón y hacia los estados de la región de los llanos, como Barinas y Portuguesa.

Los resultados muestran una zona ubicada en la frontera entre los Estados Trujillo y Lara como lade mayor amenaza sísmica. Para el mapa con probabilidad de 10% en 50 años (estado límite deseguridad estructural) comúnmente empleado como referencia para efectos de determinación delas acciones sísmicas de diseño, el área se circunscribe al Distrito Carache, Estado Trujillo y a losDistritos Torres y Morán del Estado Lara.

Los Estados Mérida, Trujillo y parte del Estado Lara son los que presentan los mayores nivelesde aceleraciones en roca en cada uno de los estados límite, pasando de 0.15g en el mapa para elestado límite de servicio hasta 0.35g para el estado límite de seguridad estructural.

Al sureste de los Andes venezolanos y al norte de la región estudiada, se atenúan los niveles deaceleración. En el Estado Falcón existe una clara distinción entre la amenaza de los municipiosubicados al norte del Estado con respecto a los del sur. Estos últimos, más próximos con losAndes venezolanos y con el sistema de falla de Ancón, tienen una aceleración que alcanza a0.20g y 0.25g para los municipios Federación, Unión y Monseñor Iturriza, en el estado límite deseguridad estructural.

La amenaza sísmica para la zona de la Sierra de Perijá (Estado Zulia) se incrementa a medida queaumenta el nivel de diseño. Los mayores niveles de aceleración se concentran hacia losmunicipios Machiques de Perijá y José María Semprún, ubicados al sur de la región. En el estadolímite de servicio, el nivel de aceleración es de 0.10g; en control de daños llega a 0.15g; en elestado límite de seguridad estructural alcanza a 0.35g hacia el sur y en el estado límite deprevención del colapso, es de 0.50g, también al sur.

La disposición de las curvas de isoaceleración evidencia las dificultades en establecer unazonificación general para la región que agrupe a los estados por municipio ya que dichas curvasno respetan fronteras geográficas. Debe entenderse que cualquier zonificación sísmica en un paíssolo representa valores de las aceleraciones esperadas para una determinada probabilidad deexcedencia. En consecuencia, urge la necesidad de adelantar estudios que logren configurar, paracada nivel de desempeño, un escenario adecuado en cada uno de los estados de la regiónoccidental venezolana y para el resto del país.

15

0.05

0.05

0.05

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

0.15

0.15

0.15

0.15 0.2

0

Figura 8. Curvas de isoaceleración para el Occidente venezolano para una probabilidad de excedencia de50% en 30 años. (Período de retorno = 43 años).

0.05

0.05

0.05

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.20

0.20

0.20

0.20

0.25

Figura 9. Curvas de isoaceleración para el Occidente venezolano para una probabilidad de excedencia de50% en 50 años. (Período de retorno = 72 años).

16

0.05

0.10

0.10

0.10

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.20

0.20

0.20

0.20

0.20

0.20

0.25

0.25

0.25

0.25

0.25

0.30

0.30

0.300.3

0

0.30

0.35

0.35

0.35

0.35

0.35

0.40

0.40

0.40

Figura 10. Curvas de isoaceleración para el Occidente venezolano para una probabilidad de excedenciade 10% en 50 años. (Período de retorno = 475 años).

0.05

0.10

0.10

0.10

0.15

0.15

0.15

0.20

0.20

0.20

0.20

0.25

0.25

0.25

0.25

0.25

0.25

0.30

0.30

0.30

0.30

0.30

0.35

0.35

0.35

0.35

0.35

0.40

0.40

0.40

0.40

0.40

0.45

0.45

0.45

0.45

0.50

0.50

0.55

Figura 11. Curvas de isoaceleración para el Occidente venezolano para una probabilidad de excedenciade 10% en 100 años. (Período de retorno = 970 años).

17

7.3 Comparación con la Norma venezolana 1756-98

Las Figuras 12 y 13 comparan las curvas de isoaceleraciones obtenidas, con el mapa dezonificación sísmica de la Norma venezolana 1756-98.

Figura 12. Comparación entre las curvas de isoaceleración (valores medios) con el mapa de zonificaciónde la Norma 1756-98, para una probabilidad de excedencia de 10% en 50 años.

Figura 13. Comparación entre las curvas de isoaceleración (M+1σ) con el mapa de zonificación de laNorma 1756-98, para una probabilidad de excedencia de 10% en 50 años.

18

Las aceleraciones predichas por el modelo considerando los valores medios de las leyes deatenuación, resultan inferiores a los estipulados por la Norma venezolana. Sin embargo, cuandose considera la desviación estándar en las relaciones de atenuación, los valores de la Norma seven excedidos en la región de los Andes venezolanos y hacia la costa oeste del Lago deMaracaibo, Estado Zulia. Para la región coriana y los llanos venezolanos se tienen valoressimilares.

La relación entre las amplitudes de aceleración dadas por el modelo de amenaza sísmica, cuandose considera los valores de la M+1σ y los valores medios se muestran en la Figura 14. Engeneral, se tiene aproximadamente un incremento del 55% cuando se consideran lasincertidumbres estipuladas dentro de las leyes de atenuación utilizadas.

1.20

1.40

1.40

1.40

1.50

1.50

1.50 1.50

1.501.50

1.50

1.60

1.60

1.60

1.60

1.80

Figura 14. Relación entre las aceleraciones de la M+1σ y los valores medios, para una probabilidad deexcedencia de 10% en 50 años (475 años de período de retorno)

Este trabajo busca servir de referencia para completar la zonificación del país, lograr enfoquesmás avanzados y estimular la discusión sobre las distintas hipótesis asumidas en su desarrollo, asícomo el uso de mapas de zonificación sísmica para diferentes condiciones límites, que permitaaplicar en Venezuela la ingeniería basada en desempeño estructural.

8. CONCLUSIONES

• La variación espacial de los parámetros de la ecuación de recurrencia sísmica, a, b y Mcevidenciaron ser un importante indicador de los potenciales sísmicos y de la calidad delreporte de datos disponible en las distintas zonas del país

19

• El Distrito Carache, Estado Trujillo y los Distritos Torres y Morán, Estado Lara, son lasregiones con mayor grado de amenaza sísmica dentro del Occidente venezolano. Los nivelesde aceleración alcanzados son de 0.43g para el estado límite de seguridad estructural.

• El estudio presenta varios “picos” de aceleración dentro de la región. Esto demuestra lanecesidad de desarrollar estudios puntuales y específicos en algunos sectores, que conduzcana estimar el nivel de amenaza cuando se diseñen obras importantes.

• La distribución de las amplitudes de aceleración en la región guarda cierta similitud con ladistribución de las intensidades en el mapa presentado por Fieldler y Rivero en 1977. Lasáreas de mayor amenaza son los Andes venezolanos y la Sierra de Perijá.

• Se requiere preparar las curvas de isoaceleración para diferentes estados de desempeño entodo el país, a objeto de obtener los mapas que permitan la zonificación para avanzar haciauna ingeniería basada en el desempeño estructural.

9. AGRADECIMIENTO

Este trabajo es parte del proyecto NURR-C-262-99 financiado por el Consejo de DesarrolloCientífico, Humanístico y Tecnológico (CDCHT) de la Universidad de Los Andes, Mérida,Venezuela.

10. REFERENCIAS

Audemard, F., y Singer, A. (1996). “Active fault recognition in northwestern Venezuela and itsseismogenic characterization: Neotectonic and paleosismic approach”. Geofísica Internacional,Volumen 35, 3, 245-255, 1996.

Audemard, F., (1995). “Holocene and historical earthquakes on the Boconó fault system,southern Venezuelan Andes: trench confirmation”. II Seminario de Ingeniería Sísmica,UNIMET-FUNVISIS, Universidad Metropolitana, Caracas, Venezuela.

Beltrán, C. (1993). “Mapa neotectónico de Venezuela”. FUNVISIS.

Bendito, A. (2001). “Análisis de sismicidad y curvas de isoaceleración para estados dedesempeño estructural en el Occidente venezolano”. Tesis de maestría en Ingeniería Estructural,Facultad de Ingeniería, Universidad de Los Andes, Mérida, Venezuela.

Boore, D. M., Joyner, W. B., and T. E. Fumal (1993). “Estimation of response and peakaccelerations from western north american earthquakes” U.S. Geological Survey Open FileReport 93-509, 72 p., EZ-FRISKTM Attenuation Equation References.

Campbell M, Kenneth (1993). “Empirical prediction of near source ground motion from largeearthquakes”. EZ-FRISKTM Attenuation Equation References.

Crouse, C. B. (1991). “Ground-motion attenuation equations for earthquakes on the Cascadiasubduction zone”. Earthquake Spectra, Vol. 7, No. 2, 1991.

20

Fielder, G., y Rivero, L. (1977). “Mapa sísmico República de Venezuela” Instituto SismológicoObservatorio Cagigal y Dirección de Cartografía Nacional.

Funvisis (2000). “Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas”. Página Internet:http://www.funvisis.org.ve

Grases J., Altez R., Lugo M. (1999). “Catálogo de sismos sentidos o destructores Venezuela1530/1998”. Editorial Innovación Tecnológica, Facultad de Ingeniería, Universidad Central deVenezuela, Caracas 1999.

GSHAP, (1998). “Global Seismic Hazard Assesment Program, North Andean Region FinalReport: Seismic Hazard Assesment for the North Andean Region”.http://seismo/ethz.ch/gshap/piloto/report.html

Idriss, I. M. (1993). “Procedures for selecting earthquakes ground motion at rock sites”.EZ-FRISKTM Attenuation Equation References.

Jaramillo, J. (2000). Comunicación personal.

Polidor S., L. (1986). “Evaluación de la amenaza sísmica en el Occidente venezolano”. Trabajode grado para optar al título de Licenciado en Física, Universidad Central de Venezuela, Abril1986, pp. 299.

Reasenberg, P. A. (1985). “Second-order moment of central California seismicity”, 1969-1982”,Journal of Geophysical Research, 90, 5479-5495.

Reiter, L. (1990). “Earthquake hazard analysis: issues and insights”, Columbia University Press,New York, 254 pp.

Risk Engineering, Inc. (1999). “EZ-FRISKTM Version 5.x Program, User’s Manual”. RiskEngineering, Inc., Boulder, Colorado 80303, USA.

Sadigh, K., Chang, C., Abrahamson, N. (1993). “Specification of long-period ground motion;Updated attenuation relationships for rock site conditions and adjustment factors for near-faulteffects”. EZ-FRISKTM Attenuation Equation References.

SEAOC (1995). “Perfomance based seismic engineering of building, VISION 2000 Committee”.Structural Engineers Assn. of California, J. Soulages, ed. 2 vols., Sacramento, California.

Somerville, Paul (2000). “Seismic hazard evaluation”. 12th. World Conference on EarthquakeEngineering 2000, paper 2833, Auckland, New Zealand.

Stepp, J. C. (1978), “Analysis of completeness of the earthquake sample in the Puget Sound areaand its effect on statistical estimates of earthquake hazard”. Proceedings of the InternationalConference on Microzonation for Safer Construction Research and Application, Vol. 2, pp. 897-909.

Wiemer, S. (1996). “Analysis of Seismicity: New techniques and case studies”, Dissertationthesis, University of Alaska, Fairbanks, Alaska.