Microzonificación Sísmica del Area Metropolitana de la Ciudad de San José, Costa Rica

      Para ello se utilizó información disponible en diferentes fuentes y otra gran cantidad de datos fueron generados, de tal forma que los resultados presentados en este informe están basados en el conocimiento actual de las diferentes ramas de la ciencia y de la tecnología que actuaron en forma multidisciplinaria para el desarrollo de este proyecto.

      En la parte central de Costa Rica, el fallamiento tiene dos orientaciones predominantes: noroeste y noreste. La sismicidad histórica y reciente indica que el fallamiento localizado en los bordes del Valle Central es activo y puede generar eventos sísmicos de hasta 6,5 grados en magnitud. Estas fuentes sísmicas representan una importante amenaza para las ciudades localizadas en esta región del país.

      La información sismo-tectónica, tanto regional como local ha sido analizada, cuantificada e integrada por medio de un análisis de amenaza sísmica probabilístico, el cual ha permitido obtener curvas de isoaceleración pico en la zona de estudio para periodos de retomo de 50, 100 y 500 años, así como espectros de respuesta elásticos de amenaza uniforme para un sistema de un grado de libertad con 5 % de amortiguamiento. El promedio de los mismos ha sido recomendado como espectro de respuesta de referencia (roca) para el área de interés.

      Para efectos de evaluar la respuesta de sitio en los suelos de la ciudad capital, se realizaron mediciones geofísicas en 13 diferentes lugares para obtener la velocidad de la onda cortante. Los valores promedio de velocidad de los primeros 30 metros de los depósitos de suelo han permitido clasificar a los mismos como suelos de comportamiento rígido. También se realizaron mediciones de ruido ambiente en 185 sitios, por medio de los cuales se obtuvo un mapa de isoperiodos relativos de la zona. Se instaló además una red de ocho acelerógrafos digitales, durante nueve meses en el año 1998, registrándose un total de 68 eventos. A la vez se desarrolló un mapa de espesores de materiales no consolidados en todo el área incluida en el estudio. Esta información fue analizada e integrada por medio de las técnicas empíricas y analíticas de evaluación de respuesta de sitio, utilizando principalmente razones espectrales y el programa SHAKE.

      La síntesis de los resultados ha permitido caracterizar el comportamiento dinámico de los suelos en el Area Metropolitana de San José de la siguiente manera:

      – El mapa de microzonificación sísmica, obtenido con base en mediciones de ruido ambiente, muestra periodos predominantes relativamente más altos en las zonas del centro, este y noreste de la ciudad.

      – Con base en implicaciones prácticas de la ingeniería y a la respuesta dinámica presentada por los suelos, se propone dividir San José en dos zonas: una localizada al sur, oeste y noroeste de la ciudad, la cual presenta periodos predominantes menores a 0,25 segundos y en las cuales no se espera tener un efecto de sitio importante (amplificación de las señales sísmicas debidas a la presencia de estratos de suelos blandos); la otra en la parte central, este y noreste de San José en la cual si se espera la aparición de este tipo de efectos, y caracterizada por tener periodos predominantes entre los 0,25 y 0,6 segundos alcanzando factores de amplificación promedio máximos de hasta 2,5.

      – Para efectos de índole ingenieril, se recomienda que se utilice como espectro de referencia (roca) para el Area Metropolitana el espectro de respuesta normalizado de igual amenaza obtenido por medio del estudio de amenaza sísmica. Este es un espectro elástico basado en la respuesta máxima esperada de un sistema de un grado de libertad evaluado para un 5 % de amortiguamiento.

RESUMEN 2

INTRODUCCIÓN 4

CAPITULO 1 FALLAMIENTO ACTIVO Y SISMICIDAD
RESUMEN 11
1.1 INTRODUCCIÓN 11
1.2 AMBIENTE TECTÓNICO REGIONAL 11
1.3 TECTÓNICA LOCAL 13
1.4 SISMICIDAD HISTÓRICA 15
1.5 SISMICIDAD REGISTRADA INSTRUMENTALMENTE 17
1.6 CONCLUSIONES 20
1.7 REFERENCIAS 20

CAPÍTULO 2 ESTIMACION DE LA AMENAZA SÍSMICA
RESUMEN 23
2.1 INTRODUCCIÓN 23
2.2 METODOLOGÍA 24
2.3 INTEGRACIÓN DE LA AMENAZA PARA EL SITIO DE INTERÉS 26
2.4 RESULTADOS 29
2.5 CONCLUSIONES 33
2.6 REFERENCIAS 35

CAPÍTULO 3 GEOLOGÍA V CARACTERÍSTICAS GEOTECNICAS-GEOFISICAS
RESUMEN 37
3.1 INTRODUCCIÓN 37
3.2 GEOLOGÍA 37
3.3 CARACTERÍSTICAS GEOTECNICAS 41
3.4 CARACTERÍSTICAS GEOFÍSICAS 48
3.5 CONCLUSIONES 56
3.6 REFERENCIAS 57

CAPÍTULO 4 RESPUESTA DINÁMICA DE LOS SUELOS: ESTIMACIONES EMPÍRICAS
RESUMEN 59
4.1 INTRODUCCIÓN 60
4.2 RED ACELEROGRAFICA SAN Y REGISTROS SÍSMICOS 61
4.3 EFECTOS DE SITIO 66
4.4 CONCLUSIONES 77
4.5 REFERENCIAS 80

CAPÍTULO 5 RESPUESTA DINÁMICA DE LOS SUELOS: ESTIMACIONES ANALÍTICAS
RESUMEN 83
5.1 MODELO GEOFÍSICO DE LOS SUELOS SUPERFICIALES 83
5.2 CONSIDERACIONES DEL MODELO ANALÍTICO UTILIZADO 86
5.3 REGISTROS SÍSMICOS UTILIZADOS 88
5.4 ANÁLISIS DE RESPUESTA DINÁMICA 90
5.5 CONCLUSIONES 97
5.6 REFERENCIAS 97

CAPITULO 6 INTEGRACIÓN Y ANÁLISIS DF RESULTADOS
6.1 INTRODUCCIÓN 99
6.2 COMPARACIÓN DE RESULTADOS 99
6.3 MAPA DE ESPERORES DE SUELOS E ISOPERIODOS 101
6.4 ZONIFICACIÓN DINÁMICA DEL AREA METROPOLITANA 101
6.5 ESPECTROS DE RESPUESTA PARA EL AREA METROPOLITANA 106
6.6 REFERENCIAS 112

CAPITULO 7 DISCUSIÓN FINAL. V RECOMENDACIONES
7.1 DISCUSIÓN 115
7.2 CONSIDERACIONES DE ORDEN INGENIERIL 117
7.3 REFERENCIAS 120

      a) Identificación del fallamiento activo local en el Valle Central. Todas las fallas principales fueron cuantificadas en términos de su potencial sísmico (Fig. I-2, Tabla II-2).

      b) La amenaza sísmica ha sido estimada en términos de la aceleración pico del suelo, mapas de isoaceleración y espectros de respuesta de amenaza uniforme (Figs. II-1, II-2 y II-4).

      c) Mapas de espesores de materiales no consolidados y zonificación geotécnica en el Area Metropolitana (Figs. III-2 y III-3)

      d) Perfiles geofísicos con información de la velocidad de la onda cortante de los suelos (Figs. III-6, III-7, III-8, V-1 y V-2). Estos resultados han dado una clara indicación de que los suelos de San José pueden clasificarse cómo de comportamiento rígido, según la clasificación simplificada de NEHRP (Nadim, 1999).

      e) Mapa de microzonificación sísmica basado en el mapa de isoperiodos obtenido utilizando la medición de ruido ambiente. Se considera que el mapa de la Figura III-12 representa de una manera bastante confiable la distribución relativa de los periodos fundamentales de los suelos del Area Metropolitana de San José, .y que puede ser considerada como una primera microzonificación sísmica de la misma.

      f) Tanto los resultados de los análisis empíricos como modelados muestran una clara correlación geográfica con los espesores de sedimentos.

      g) Con base en implicaciones prácticas de la ingeniería y en la respuesta dinámica presentada por los suelos, se propone dividir San José en dos zonas: Una localizada al sur, oeste y noroeste de la ciudad, la cual presenta periodos predominantes menores a 0,25 segundos y en la cual no se espera tener un efecto de sitio importante (amplificación de las señales sísmicas debidas a la presencia de estratos de suelos blandos). La otra zona corresponde a la parte central, este y noreste de San José en la que se espera la aparición de efectos de sitio, y que se caracteriza por tener periodos predominantes entre los 0,25 y 0,6s que en algunos casos específicos se eleva hasta 1,0s, con factores de amplificación promedio máximos medidos de hasta 2,5.

      h) En la Figura VII-1 se presentan los espectros de respuesta obtenidos para roca y suelo, por medio del estudio de amenaza sísmica y la técnica de respuesta modelada, respectivamente.

      Para efectos de uso ingenieril, en el caso del espectro de respuesta obtenido para la condición de suelo por medio del uso del programa Shake, la experiencia ha mostrado que este programa puede subestimar el movimiento en la superficie en periodos sobre 1 a 2 segundos, ya que no se toma en cuenta el efecto de las ondas superficiales, debido a que sus algoritmos de cálculo consideran que los movimientos horizontales del suelo consisten en ondas de corte propagándose verticalmente (Nadim, 1999). Por lo tanto, se debe tener cuidado a la hora de utilizar estos espectros simulados en el rango anotado, especialmente si caen por debajo del espectro de amenaza uniforme. Por lo que el espectro de amenaza uniforme podría utilizarse como un límite inferior para periodos altos. Un espectro final de suelo de uso ingenieril podrá estar basado en la combinación de la forma espectral de ambos.