O EOL GIC G A D D A E

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F u n 2 d 6 la serena octubre 2015 ada en 19 Peligro sísmico asociado a fallas corticales, caso de estudio: falla San Ramón -33.2°-33.7°S

Nicolás P. Estay*1,2, Gonzalo Yáñez1,2 1 Departamento de Ingeniería Estructural y Geotecnia, Pontificia Universidad Católica de , Avenida Vicuña Mackenna 4860, , Chile. 2 CIGIDEN, Centro Nacional de Investigación para la Gestión Integrada de Desastres Naturales, Vicuña Mackenna 4860, edificio Hernán Briones 3er piso, Macul, Chile

* email: [email protected]

Resumen. Se caracterizaron los segmentos de ruptura continuidad de la ruptura máxima. En este estudio se más importantes de la falla San Ramón mediante el uso utilizaron dos metodologías geomorfológicas, Stream de las metodologías geomorfológicas Stream Gradient Gradient Index, e Indice de Sinuosidad, más el análisis de Index, Indice de Sinuosidad, y el análisis de perfiles perfiles gravimétricos. gravimétricos. En base a estos segmentos se estimó el

peligro sísmico implementando la Ley de Atenuación desarrollada por Chiou & Young. En los resultados se Las leyes de atenuación sirven para estimar el peligro observa una mayor amplificación en el bloque colgante sísmico de un lugar mediante el cálculo de la aceleración

(Este); y en los suelos finos (Vs30 450 ) con respecto máxima (PGA). El PGA depende de la cantidad de energía

a los suelos aluviales (Vs30 750 ). Los valores de liberada por el sismo y de cómo se propaga en el espacio. aceleración máxima mayores a los definidos por la norma La cantidad total de energía liberada depende tanto de la (0.3g), se encuentran a menos de 4-7km de los segmentos magnitud, directamente relacionada con la geometría de la de ruptura. Los valores máximos cercanos a 0.7g, están a ruptura (Wells y Coppersmith, 1994), como de otras menos de 3km de la fuente, en el bloque colgante. características definidas por la cinemática del sismo, o el manteo de la falla (Sadigh et al. 1997; Chiou & Young, Palabras Claves: Peligro Sísmico, Fallas Corticales, Falla San Ramón, Gravedad, Geomorfología. 2008). Por otro lado, la propagación de la energía liberada en el espacio, depende de la lejanía de la fuente, en primer 1 Introducción orden, y menor medida del comportamiento inelástico del medio, el estar o no en el bloque colgante, y las En el presente trabajo, se busca estudiar el peligro sísmico propiedades locales del suelo como el Vs30 o profundidad asociado a las fallas corticales intraplaca, usando como del basamento. (Boore et al., 1997, Chiou & Young, 2008). caso de estudio la Falla San Ramón (FSR), cuya actividad En este estudio se utilizó la ley definida por Chiou y Young potencialmente puede generar efectos relevantes en la (2014), por ser la que pondera todos estos factores. ciudad de . Una forma de estimar el peligro sísmico es calcular la aceleración generada por el sismo La FSR es una falla inversa N-S que mantea hacia este. Su máximo, el cual representa el peor escenario. Este tipo de traza ha sido definida mediante el uso de Imágenes análisis es conocido como peligro sísmico instantáneo, o Satelitales, DEM y perfiles topográfico (Rauld 2010), determinístico. Para esto es necesario definir la geometría estimando su ruptura en 30km (Armijo et al. 2010) con de la ruptura del sismo máximo, y la atenuación de las desplazamientos de 5m (Vargas et al. 2014). Su rol en el ondas por la corteza. Definir la geometría de ruptura para alzamiento Andino ha sido discutido durante la última este tipo de fallas, es complejo, ya que registrar el sismo década (Armijo et al. 2010, Farias et al. 2010). máximo y modelar su ruptura directamente, significa registrar un evento con periodos de recurrencia que oscilan 2 Metodología entre ~1.000-10.000 años (Scholz, 1990). En vista de estas dificultades, una forma de caracterizar el plano de falla, es Para entender el largo de ruptura máximo, se realizaron 23 definir el mayor largo de ruptura que puede generar la perfiles gravimétricos (Figuras 3a y 3b) con la intención de falla, y asumir que la zona de deslizamiento tiene una observar la continuidad de las rugosidades en el basamento forma elíptica, similar a los modelos empíricos de sismos producto de la actividad de la falla. La deformación de la registrados (Scholz, 1990). roca bajo una cuenca sedimentaria, no está expuesta a las erosiones propias de las capas superficiales. De este modo, En general, definir el largo de ruptura de una falla al observar la rugosidad en el basamento, se logra intraplaca mediante la observación del escarpe en cuantificar la deformación en distancia, con una influencia superficie, es incierto, ya que posee altas tasas de erosión casi nula de la erosión. Para complementar el análisis en comparación a su tasa de alzamiento de roca. Esto sobre los segmentos de ruptura, se calcularon dos medidas sugiere emplear metodologías que mitiguen los efectos geomorfológicas directamente relacionadas con el erosivos, y permitan acceder a evidencias de deformación alzamiento superficial. La primera, Stream Gradient Index, geomorfológicas y en roca, con el fin de comprender la que relaciona el perfil topográfico de los ríos con el nivel 41 ST 11 TERREMOTOS, VOLCANES Y OTROS PELIGROS GEOLÓGICOS

de alzamiento superficial de un área (Burbank yAnderson 3.2 Stream Gradient Index (SL) 2001); y la segunda, compara la forma del contacto cuenca sedimentaria-basamento con la traza de la falla, llamada Esta metodología nos permite estudiar el alzamiento Indice de Sinuosidad, y obtiene una medida relativa de superficial de diferentes zonas, de forma comparativa. desplazamiento de cada traza (Burbank y Anderson 2001). Valores de SL altos implican mayor alzamiento superficial relativo a zonas con valores de SL bajos. En la zona sur, Una vez definidos los segmentos de rupturas se modeló la , los valores promedio de SL tienden a ser menores aceleración máxima esperada (PGA) para la ciudad de que en la zona central. Al norte de Santiago se observan Santiago. Para este fin se utilizó la ley de atenuación de valores de SL bajos, con la excepción del piedemonte de Chiou & Young (2014), basada en datos empíricos de Chicureo donde en el contacto cuenca-basamento presenta sismos en California, Japón, Taiwan, Italia, entre otros. La anomalías positivas. Hacia la quebrada de , los zona de estudio se discretizó en una malla con puntos cada valores de SL también disminuyen (Figura 2). En resumen, 1km, asignando un valor de Vs30 según litología (Leyton esta metodología sugiere la concentración del alzamiento et al. 2010), y la correspondiente profundidad del superficial entre 33.4°-33.6°S y en la zona de Chicureo a basamento (Yañez et al. 2015). La ley empírica está 33.25°S. Lo anterior concuerda con la anomalía observada definida para sismos inversos, normales, o de rumbo, con en la gravedad, en las mismas coordenadas (ver figura 1b). rangos de magnitud entre 3.5

3 Resultados

3.1 Gravedad

Las inversiones de los perfiles de gravedad, muestran anomalías espacialmente relacionadas con la traza observada en superficie (Rauld, 2010). Estas anomalías representan una deformación en el basamento rocoso que se ha acumulado durante el depósito de la cuenca sedimentaria (Figura 1a). Los valores del escarpe varían entre 25.2 y 3.7 m, y en algunos perfiles se muestran más de un escarpe. La suma de los escarpes de cada perfil representan la acumulación de desplazamiento producto de la falla para esa latitud (Figura 1b). La presencia de perfiles sin estas anomalías sugiere que en ciertas latitudes la falla no se ha desplazado, por lo tanto existe una segmentación de la falla que también se manifiesta en la discontinuidad del escarpe en superficie (Rauld, 2010).

Figura 2. Medición de Stream Gradient Index.

3.3 Indice de Sinuosidad (IS)

Los valores de IS cercanos a 1 representan una falla muy activa que domina la construcción del paisaje por sobre la erosión, opuesto a los valores elevados IS>2. Este índice también sugiere una segmentación de la falla, ya que en los mismos lugares que no existen anomalías gravitacionales, los valores de IS se elevan (Figura 3a y 3b).

Figura 1. a) Anomalía de Bouguer del perfil L3, en donde se En base a los resultados descritos previamente, se concluye observa un alto gravitatorio asociado a la deformación de la roca, que la Falla San Ramón no es continua en toda su en este caso se observan 2 escarpes, marcados con flechas negras. extensión NS, presentando segmentos que probablemente En azul la medición de gravedad; en rojo la tendencia regional no se han activado sincrónicamente. Estos segmentos se utilizada. b) Suma en distancia de los escarpes modelados. Se presentan en Figura 3c, y son las trazas principales observa un deslizamiento discontinuo entre 33.3° y 33.7°S. propuestas. 42 AT 4 Impacto de las GeocIencIas en la socIedad

3.4 Peligro Sísmico hecho sugerido por los largos de ruptura, sismicidad y relaciones de corte. Se calculó del PGA para cada traza utilizando la ley de atenuación de Chiou y Young (2014), en una malla de 1km 3) Se plantea la continuidad de la falla hacia Chicureo, no de resolución. Para cada coordenada se eligieron el mayor así hacia la zona de Pirque al sur de Santiago. valor, utilizando los valores de amortiguamiento característico de Japón, por tener un contexto geotectónico 4) Dependiendo del tipo de suelo, para distancias menores similar a Chile. Lo mismo fue aplicado para la a 4-7km de la falla, el PGA es mayor al estimado por la dependencia de Vs30 y profundidad del basamento. Los norma (0.3g). El área de mayor peligro, con aceleraciones resultados del peligro sísmico se resumen en la Figura 3c. de 0.7g, se concentra en los bloques colgantes de mayor Determinísticamente se puede observar que para distancias largo, en las comunas de La Florida y , y menores a 4km desde la falla, se obtiene un PGA mayor comprende un área a menos de 3km del plano de ruptura. que el aproximado por las norma Nch433 de 0.3g. Para los suelos blandos, esta distancia puede aumentar hasta 7km. Agradecimientos Es importante notar que las mayores aceleraciones, cercanas a 0.7g, se generan en los primeros 3km, en los A Sebastien Carretier, Esteban Saez y José Muñoz por su bloques colgantes rellenos por sedimentos coluviales. ayuda en el desarrollo del trabajo. Por su gran ayuda en terreno a Angela Mella, Natalia Moraga y Andres Bosh. Y 4 Discusión en general a el grupo de Geociencias UC por su aporte en el desarrollo conceptual e intelectual del trabajo. El sismo máximo que es capaz de generar una falla está directamente relacionado con el largo de ruptura (Wells & Referencias Coppersmith, 1994), que para la FSR no debería superar Mw=6.2. Aproximando una tasa de depósito en el bloque Armijo R., Rauld R., Thiele R., Vargas G., Campos J., Lacassin, R. & colgante de 0.075m/kyr, el máximo desplazamiento Kausel, E. 2010. The West Andean Trust, the San Ramón Fault, and acumulado en el basamento (40m), implicaría 0.12mm/yr, the seismic hazard for Santiago, Chile. Tectonics, v.29. TC 2007.

aproximadamente 5% de la convergencia Andina. Esto er Boore, M., Joyner, W. & Fumal, T. 1997. Equations for Estimating sugiere que la FSR no es una estructura de 1 orden. La Horizontal Response Spectra and Peak Acceleration from Western sismicidad medida por varias fuentes (USGS, CSN, PUC), North American Earethquakes: A Summary of recent Work. indican que no existe una concentración de la actividad Seismological Research Letters, v.68, No. 1, p. 128-153. cercana a la traza, y más bien la sismicidad se concentra en Burbank, D. y Anderson, R.Tectonic Geomorfology. Blackwell estructuras NE superficialmente, o a profundidades de Science: 175-200p. Oxford, UK. 30km en forma de clusters. Lo cual reafirmaría que la FSR es secundaria, y debido a esto, sus segmentos a gran escala Chiou, B., & You n gs , R. , 2008. An NGA model for the average se encuentran cortados por lineamientos NE de mayor horizontal component of peak ground motion and response spectra, actividad sísmica. Esto plantea un escenario de peligro Earthquake Spectra, v.24, p. 173–215. sísmico en el cual la FSR estaría subordinada a otras Chiou B. y You n g R., 2 0 1 4. Update of the Chiou and You n gs N G A fuentes de mayor peligro. Model for the Average Horizontal Component of Peak Ground Motion and Response Spectra. Earthquake Spectra v.30, p.1117-1153. Es importante notar que para los periodos entre 0.1 y 1s los valores de aceleración tienden a aumentar, por lo que la aceleración esperada en caso de ocurrir un sismo para las Farias, M. Comte, D. Charrier, R. Martinod, J., David, C., Tassara, A., Tapia, F., Fock, A., 2010. Crustal‐scale structural architecture in edificaciones con modos de vibración entre este rango será central Chile based on seismicity and surface geology: Implications mayor que el presentado en la Figura 3c. Debido a las altas for Andean mountain building. Tectonics, v.29. TC 3006. tasa de recurrencia 8kyrs, para periodos de retorno cercanos a los 100-475 años, el peligro probabilístico Leyton, F., Sepúlveda, S., Astroza, M., Rebolledo, S., González, L., debería disminuir notoriamente. Ruiz, S., Foncea, C.,Herrera, M., Lavado, J., 2010. Zonificación Sísmica de la cuenca de Santiago, Chile. X Congreso de sismología e ingeniería antisísmica, . 5 Conclusiones Rauld, R. A. 2010. Deformación cortical y peligro sísmico asociado a 1) La segmentación de la FSR, queda en evidencia desde la falla San Ramón en el frente cordillerano de Santiago, Chile diferentes metodologías que contemplan el accionar de la Central (33°S), Tesis Doctoral, Universidad de Chile, Geologia.

falla post formación de la cuenca sedimentaria de Santiago Sadigh, K., Chang, C.-Y., Egan, J.A., Makdisi, F.I., and Youngs, R.R., Pliocenica-Holocena (Rauld, 2010). Estas metodologías 1997, Attenuation relationships for shallow crustal earthquakes based utilizan criterios físico-geomorfológicos no relacionados on California strong motion data. Seismological Research Letters, v. entre sí, dándole solvencia al resultado. 68, p. 180-189.

2) La FSR no es de primer orden en el alzamiento Andino, Scholz, C. 1990. The Mechaniscs of earthquakes and faulting. Cambridge University Press: 439 p., New York. 43 ST 11 TERREMOTOS, VOLCANES Y OTROS PELIGROS GEOLÓGICOS

3.4 Peligro Sísmico hecho sugerido por los largos de ruptura, sismicidad y G. Vargas, Y. Klinger, T.K. Rockwell, S.L. Forman, S. Rebolledo, S. Yañez, G., Muñoz, M. Flores -Aqueveque, V. Bosh, B. 2015. Gravity relaciones de corte. Baize, R. Lacassin, R. Armijo. 2014. Geology: v.42, p.1083-1086. derived depth to basement in Santiago Basin, Chile: implications for Se calculó del PGA para cada traza utilizando la ley de its geological evolution, hydrogeology, low enthalpy geothermal, soil Wells & Coppersmith. 1994. New Empirical Relationships among characterization and geo-hazards. Andean Geology: v.42, p. 147-172. atenuación de Chiou y Young (2014), en una malla de 1km 3) Se plantea la continuidad de la falla hacia Chicureo, no Magnitude, Rupture Length, Rupture Width, Rupture Area, and de resolución. Para cada coordenada se eligieron el mayor así hacia la zona de Pirque al sur de Santiago. Surface Displacement. Bulletin of Seismological Society of America, valor, utilizando los valores de amortiguamiento v.4, p. 974-1002. característico de Japón, por tener un contexto geotectónico 4) Dependiendo del tipo de suelo, para distancias menores similar a Chile. Lo mismo fue aplicado para la a 4-7km de la falla, el PGA es mayor al estimado por la dependencia de Vs30 y profundidad del basamento. Los norma (0.3g). El área de mayor peligro, con aceleraciones resultados del peligro sísmico se resumen en la Figura 3c. de 0.7g, se concentra en los bloques colgantes de mayor Determinísticamente se puede observar que para distancias largo, en las comunas de La Florida y Las Condes, y menores a 4km desde la falla, se obtiene un PGA mayor comprende un área a menos de 3km del plano de ruptura. que el aproximado por las norma Nch433 de 0.3g. Para los suelos blandos, esta distancia puede aumentar hasta 7km. Agradecimientos Es importante notar que las mayores aceleraciones, cercanas a 0.7g, se generan en los primeros 3km, en los A Sebastien Carretier, Esteban Saez y José Muñoz por su bloques colgantes rellenos por sedimentos coluviales. ayuda en el desarrollo del trabajo. Por su gran ayuda en terreno a Angela Mella, Natalia Moraga y Andres Bosh. Y 4 Discusión en general a el grupo de Geociencias UC por su aporte en el desarrollo conceptual e intelectual del trabajo. El sismo máximo que es capaz de generar una falla está directamente relacionado con el largo de ruptura (Wells & Referencias Coppersmith, 1994), que para la FSR no debería superar Mw=6.2. Aproximando una tasa de depósito en el bloque Armijo R., Rauld R., Thiele R., Vargas G., Campos J., Lacassin, R. & colgante de 0.075m/kyr, el máximo desplazamiento Kausel, E. 2010. The West Andean Trust, the San Ramón Fault, and acumulado en el basamento (40m), implicaría 0.12mm/yr, the seismic hazard for Santiago, Chile. Tectonics, v.29. TC 2007. aproximadamente 5% de la convergencia Andina. Esto er Boore, M., Joyner, W. & Fumal, T. 1997. Equations for Estimating sugiere que la FSR no es una estructura de 1 orden. La Horizontal Response Spectra and Peak Acceleration from Western sismicidad medida por varias fuentes (USGS, CSN, PUC), North American Earethquakes: A Summary of recent Work. indican que no existe una concentración de la actividad Seismological Research Letters, v.68, No. 1, p. 128-153. cercana a la traza, y más bien la sismicidad se concentra en Burbank, D. y Anderson, R.Tectonic Geomorfology. Blackwell estructuras NE superficialmente, o a profundidades de Science: 175-200p. Oxford, UK. 30km en forma de clusters. Lo cual reafirmaría que la FSR es secundaria, y debido a esto, sus segmentos a gran escala Chiou, B., & You n gs , R. , 2008. An NGA model for the average se encuentran cortados por lineamientos NE de mayor horizontal component of peak ground motion and response spectra, actividad sísmica. Esto plantea un escenario de peligro Earthquake Spectra, v.24, p. 173–215. sísmico en el cual la FSR estaría subordinada a otras Chiou B. y You n g R., 2 0 1 4. Update of the Chiou and You n gs N G A fuentes de mayor peligro. Model for the Average Horizontal Component of Peak Ground Motion and Response Spectra. Earthquake Spectra v.30, p.1117-1153. Es importante notar que para los periodos entre 0.1 y 1s los valores de aceleración tienden a aumentar, por lo que la aceleración esperada en caso de ocurrir un sismo para las Farias, M. Comte, D. Charrier, R. Martinod, J., David, C., Tassara, A., Tapia, F., Fock, A., 2010. Crustal‐scale structural architecture in edificaciones con modos de vibración entre este rango será central Chile based on seismicity and surface geology: Implications mayor que el presentado en la Figura 3c. Debido a las altas for Andean mountain building. Tectonics, v.29. TC 3006. tasa de recurrencia 8kyrs, para periodos de retorno cercanos a los 100-475 años, el peligro probabilístico Leyton, F., Sepúlveda, S., Astroza, M., Rebolledo, S., González, L., debería disminuir notoriamente. Ruiz, S., Foncea, C.,Herrera, M., Lavado, J., 2010. Zonificación Sísmica de la cuenca de Santiago, Chile. X Congreso de sismología e ingeniería antisísmica, Valdivia. 5 Conclusiones Rauld, R. A. 2010. Deformación cortical y peligro sísmico asociado a 1) La segmentación de la FSR, queda en evidencia desde la falla San Ramón en el frente cordillerano de Santiago, Chile Central (33°S), Tesis Doctoral, Universidad de Chile, Geologia. diferentes metodologías que contemplan el accionar de la falla post formación de la cuenca sedimentaria de Santiago Sadigh, K., Chang, C.-Y., Egan, J.A., Makdisi, F.I., and Youngs, R.R., Pliocenica-Holocena (Rauld, 2010). Estas metodologías Figura 2. A la izquierda, se presenta los valores de Indice de Sinuosidad. En rojo y azul los largos utilizadas para el cálculo de IS. La 1997, Attenuation relationships for shallow crustal earthquakes based geología fue obtenida de Leyton et al. (2010), Rauld (2010) y Mapa 1:1000000 del Sernagiomin. Además se incluyen los perfiles de utilizan criterios físico-geomorfológicos no relacionados on California strong motion data. Seismological Research Letters, v. gravedad. a) Zona Norte; b) Zona Centro-Sur. A la derecha c) el peligro sísmico calculado para las trazas principales de la FSR, con la entre sí, dándole solvencia al resultado. 68, p. 180-189. sismicidad medida por el presente estudio en verde (PUC), y en amarillo una recopilación de diversas fuentes (Yañez et al. 2015). La línea punteada simboliza el área donde el PGA>0.3g. Los valores de mayor aceleración se concentran en los bloques colgantes, hacia el 2) La FSR no es de primer orden en el alzamiento Andino, Scholz, C. 1990. The Mechaniscs of earthquakes and faulting. Cambridge University Press: 439 p., New York. este de las trazas, en las comunas de La Florida y Las Condes. En el mapa c) se observan las zonas de análisis de IS, en cuadros grises. 44