Thesis:

Evaluación de la amenaza sísmica de la Falla San Ramón usando modelos dependientes del tiempo

Los estudios de amenaza sísmica son una parte fundamental en el diseño de estructuras sismorresistentes, pues nos permiten conocer qué tanto podrían estar solicitadas las estructuras bajo un contexto sísmico. Un supuesto común usado en los cálculos es que la recurrencia de eventos en las fallas es independiente del tiempo transcurrido desde la última ruptura, aproximándose a través de un proceso de Poisson. La implicación de esta elección es no considerar la acumulación de energía en las fallas de análisis, pudiendo de esta forma subestimar las intensidades esperadas. Múltiples investigaciones han hecho uso de modelos no-Poissonianos o dependientes del tiempo en diversas regiones del mundo, llegando a mayores valores de amenaza en fallas individuales con periodos de inactividad lo suficientemente cercanos al intervalo de recurrencia medio de activación. Las investigaciones toman como apoyo los estudios paleosismológicos de las fallas, determinando así en que periodos ocurrieron los últimos eventos, no exentos de cierta incertidumbre. Una de las fallas superficiales que más ha despertado el interés y preocupación de muchos investigadores en el último tiempo es la Falla San Ramón (FSR), ubicada en el piedemonte de la zona occidental de la Cordillera de los Andes, pasando por comunas con una densidad poblacional importante. De la literatura disponible se desprende que ha habido dos rupturas en los últimos 17000-19000 años, siendo el último de estos hace aproximadamente 8400 años, cercano al intervalo de recurrencia medio, el cual se estima que ronda los 9000 años. En base a esto, la Falla San Ramón podría tener condiciones suficientes para un análisis no-Poissoniano, pudiendo de esta forma entregar información relevante para futuros estudios o para decisiones en normativas. A través de un análisis probabilístico de la amenaza sísmica (PSHA), se calculan mapas de amenaza en la región Metropolitana de Santiago. Se determinan intensidades con una probabilidad de excedencia del 1% en 100 años, usando tanto un enfoque Poissoniano como no-Poissoniano a través del modelo Brownian Passage Time (BPT). De modo adicional, se calculan curvas de amenaza sísmica y espectros de amenaza uniforme (UHS) de dos sitios, el primero de ellos en la comuna de Ñuñoa a una distancia de 8.5 𝑘𝑚 de la falla, y el segundo sobre ella. La geometría, mecanismo de ruptura y las condiciones del sitio son modeladas con datos obtenidos de la literatura disponible, cuyas incertidumbres epistémicas son consideradas con un árbol lógico. Uno de los parámetros fundamentales del modelo BPT es el parámetro de aperiodicidad, el cual es imposible de definir con los datos disponibles de la FSR, por lo que se hace uso de la literatura existente de fallas con mecanismos tectónicos similares. Se escogen la falla de Chelungpu en Taiwan y el sistema de fallas de Marquesado-La Rinconada en Argentina, obteniéndose valores de coeficiente de variación (COV) medios de 0.67 a través de simulaciones Monte Carlo. De modo adicional se usan bases de datos recopiladas de varias fallas inversas, cuyo valor medio de COV es de 0.34. A ambos datos se les asigna el mismo peso en el modelo de árbol lógico. Al visualizar los mapas de probabilidad de excedencia del 1% en 100 años con un modelo de recurrencia Poissoniano, se llegan a valores máximos de 0.36𝑔 de aceleración máxima del suelo (PGA), 0.64𝑔 de ordenada espectral a 0.5 segundos (𝑆𝑎(0.5𝑠)) y 0.33𝑔 de ordenada espectral a 1 segundo (𝑆𝑎(1.0𝑠)). En los mapas con el modelo BPT se llegan a intensidades máximas de 0.88𝑔 de 𝑃𝐺𝐴, 1.92𝑔 de 𝑆𝑎(0.5𝑠) y 1.16𝑔 de 𝑆𝑎(1.0𝑠). Así mismo, se realizan mapas que entregan la probabilidad de experimentar 0.3𝑔 de 𝑃𝐺𝐴 en 100 años, valor de intensidad similar a los alcanzados en Santiago durante el terremoto del Maule 2010. En dichos mapas se desprenden probabilidades de 1.05% usando la aproximación Poissoniana y 2.15% con el modelo BPT en zonas cercanas a la ruptura. La falta de información tanto en la Falla San Ramón como en estudios paleosismológicos en otros sitios del mundo, hace compleja la implementación de modelos no-Poissonianos. Sin embargo, es una herramienta necesaria en el estudio específico de ciertas fallas, y entrega información adicional que complementa lo conocido referente a la amenaza de fallas superficiales.

Seismic hazard studies are a fundamental part of earthquake-resistant structure design, as they allow us to understand the potential stress on structures under seismic conditions. A common assumption used in calculations is that the recurrence of events on faults is independent of the time elapsed since the last rupture, approximating it through a Poisson process. The implication of this choice is that the accumulation of energy in the analyzed faults is not considered, potentially leading to an underestimation of expected intensities. Numerous studies have used non-Poissonian or time-dependent models in various regions of the world, arriving at higher hazard values ​​for individual faults with periods of inactivity sufficiently close to the mean recurrence interval. These studies are supported by paleoseismological analyses of the faults, thus determining the periods in which the last events occurred, although this is not without some degree of uncertainty. One of the surface faults that has generated the most interest and concern among researchers recently is the San Ramón Fault (FSR), located in the foothills of the western Andes Mountains, passing through densely populated areas. Available literature indicates that there have been two ruptures in the last 17,000–19,000 years, the most recent occurring approximately 8,400 years ago, close to the mean recurrence interval, which is estimated to be around 9,000 years. Based on this, the San Ramón Fault may have sufficient conditions for a non-Poissonian analysis, potentially providing relevant information for future studies or for regulatory decisions. Hazard maps for the Santiago Metropolitan Region are calculated using a probabilistic seismic hazard analysis (PSHA). Intensities with a 1% exceedance probability in 100 years are determined using both Poissonian and non-Poissonian approaches through the Brownian Passage Time (BPT) model. Additionally, seismic hazard curves and uniform hazard spectra (UHS) are calculated for two sites: the first in the Ñuñoa district at a distance of 8.5 km from the fault, and the second directly on the fault. The geometry, rupture mechanism, and site conditions are modeled using data obtained from the available literature, and epistemic uncertainties are addressed with a logic tree. One of the fundamental parameters of the BPT model is the aperiodicity parameter, which cannot be defined using the available FSR data. Therefore, existing literature on faults with similar tectonic mechanisms is used. The Chelungpu fault in Taiwan and the Marquesado-La Rinconada fault system in Argentina were selected, yielding average coefficient of variation (COV) values ​​of 0.67 through Monte Carlo simulations. Additionally, databases compiled from several reverse faults, with an average COV value of 0.34, were used. Both sets of data were given equal weight in the logic tree model. Visualizing the 1% exceedance probability maps over 100 years with a Poisson recurrence model yielded maximum values ​​of 0.36g for peak ground acceleration (PGA), 0.64g for the spectral ordinate at 0.5 seconds (Sa(0.5s)), and 0.33g for the spectral ordinate at 1 second (Sa(1.0s)). Maps generated using the BPT model show maximum intensities of 0.88g of PGA, 1.92g of Sa(0.5s), and 1.16g of Sa(1.0s). Maps are also produced that indicate the probability of experiencing 0.3g of PGA in 100 years, an intensity value similar to that reached in Santiago during the 2010 Maule earthquake. These maps yield probabilities of 1.05% using the Poisson approximation and 2.15% with the BPT model in areas near the rupture. The lack of information on the San Ramón Fault, as well as paleoseismological studies in other parts of the world, complicates the implementation of non-Poissonian models. However, it is a necessary tool in the specific study of certain faults, and it provides additional information that complements what is known regarding the threat of surface faults.