Probabilistic Seismic Hazard Assessment of Egypt

Sawires, Rashad

2018-A
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Resumen

Resumen:
En este estudio se ha llevado a cabo una evaluaci¢n de la peligrosidad s¡smica probabilista para Egipto en t‚rminos de los valores de la aceleraci¢n pico del suelo (PGA) y la aceleraci¢n espectral (SA). Tambi‚n se presentan curvas de peligrosidad, espectros uniformes de dise¤o, y resultados de desagregaci¢n para las ciudades m s importantes, enfocado a la mejora del conocimiento sobre ingenier¡a de terremotos en la regi¢n.
Inicialmente, se ha realizado una revisi¢n de todas las evaluaciones de peligrosidad s¡smica publicadas y disponibles, adem s de las acciones s¡smicas incluidas en los c¢digos de construcci¢n, a la hora de mostrar el estado de la cuesti¢n de los estudios de evaluaci¢n de peligrosidad s¡smica para el pa¡s. Esta revisi¢n incluye la historia y desarrollo de las evaluaciones de peligrosidad s¡smica y de la adopci¢n de c¢digos sismorresistentes en Egipto. La mayor parte de los estudios previos de peligrosidad han sido analizados, y se ha llegado a la conclusi¢n de que es deseable una nueva evaluaci¢n de peligrosidad de acuerdo con el estado de la cuesti¢n, adem s de un cambio en la descripci¢n de la peligrosidad del c¢digo de construcci¢n egipcio actual.
Para hacer esta evaluaci¢n, se ha compilado un cat logo de terremotos incluyendo eventos en Egipto y su entorno (21ø-38øN, 22ø-38øE) en el periodo 2200 a.C. – 2013. Este cat logo se ha compilado a partir de diferentes fuentes, locales, regionales e internacionales (por ejemplo, el cat logo regional de Ambraseys et al., 1994, el bolet¡n del International Seismological Center, o los boletines anuales de la National Seismic Network egipcia). El cat logo inicial compilado contiene un total de 64613 terremotos (hist¢ricos e instrumentales), incluyendo todos los eventos con magnitud igual o superior a 3.0 de fuentes internacionales, en cualquier escala de magnitud, y de cualquier magnitud de fuentes locales. Las magnitudes estaban en diferentes escalas y proven¡an de diferentes fuentes. Adem s, se compil¢ una base de datos de soluciones de mecanismos focales. Esta base de datos contiene 688 soluciones de planos focales provenientes de diferentes fuentes publicadas e in‚ditas, cubriendo el periodo de tiempo desde 1940 hasta finales de 2013.
A la hora de establecer una magnitud unificada, la magnitud momento equivalente (MW*), se han desarrollado dos relaciones correlacionando la magnitud de ondas superficiales (MS) y la magnitud de ondas internas (mb) con la magnitud momento. El cat logo s¡smico ha sido desagrupado para eliminar todos los eventos dependientes del tiempo (r‚plicas, premonitorios y enjambres). Se ha obtenido un cat logo final Poissoniano con 16642 eventos, incluyendo terremotos principales con magnitud igual o superior a 3.0 MW. Finalmente, se ha verificado el grado de completitud del cat logo completo. Los resultados de dicho an lisis se han interpretado en el marco del establecimiento y desarrollo de las redes s¡smicas nacionales e internacionales (por ejemplo, la World-Wide Standardized Seismograph Network y la National Seismic Network de Egipto).
Por otro lado, se ha propuesto un nuevo modelo de fuentes s¡smicas para Egipto y su entorno pr¢ximo. Se ha tenido en cuenta la sismicidad, las soluciones de mecanismos focales y toda la informaci¢n geol¢gica y tect¢nica disponible. De esta forma, se han definido zonas que no s¢lo poseen una sismicidad homog‚nea, sino que tambi‚n exhiben caracter¡sticas sismotect¢nicas comunes. El modelo de fuentes s¡smicas propuesto comprende un total de 88 fuentes s¡smicas, 28 de las cuales incluyen la sismicidad superficial (h ? 35 km) del territorio egipcio. Adem s de ‚stas, se han considerado fuentes s¡smicas superficiales (h ? 20 km) utilizadas en el proyecto Seismic Hazard Harmonization in Europe (SHARE) para la regi¢n Mediterr nea oriental. A la hora de considerar la sismicidad intermedia (20 < h ? 100 km), tambi‚n se delimitaron espec¡ficamente siete fuentes s¡smicas en esta regi¢n.
A partir del establecimiento del modelo de fuentes s¡smicas, se crearon subcat logos de terremotos y soluciones de mecanismos focales. Se utiliz¢ la relaci¢n de recurrencia de Gutenberg-Richter para determinar los par metros s¡smicos (par metros a, actividad, y b) de cada una de las fuentes s¡smicas delineadas. La m xima magnitud esperada en cada fuente s¡smica fue tambi‚n determinada, estad¡sticamente o geol¢gicamente, a partir de la informaci¢n de que se dispon¡a. Adem s, la soluci¢n de mecanismo focal que prevalece en cada fuente s¡smica fue calculada utilizando el m‚todo de la inversi¢n del campo de esfuerzos. Esta caracterizaci¢n de las fuentes s¡smicas es una informaci¢n esencial en peligrosidad s¡smica y an lisis de predicci¢n.
Se han elegido seis conocidos modelos de atenuaci¢n del movimiento del suelo para modelizar la atenuaci¢n para las fuentes s¡smicas consideradas. Adem s, se desarroll¢ un marco tipo rbol-l¢gico con 36 ramas para considerar la incertidumbre epist‚mica en el valor de b, la m xima magnitud y el modelo de atenuaci¢n de movimiento del suelo.
Se han realizado c lculos en t‚rminos de valores de PGA y SA, para condiciones de roca y suelo, para una probabilidad de superaci¢n del 39.3%, 10% y 5% en 50 a¤os (periodos de retorno de 100, 475 y 975 a¤os, respectivamente). Se calcularon tambi‚n las curvas de peligrosidad y los espectros uniformes de respuesta y dise¤o para 31 ciudades en Egipto, las cuales se han dibujado y comparado con los valores contemplados en el m s reciente c¢digo de construcci¢n sismorresistente en Egipto (ECP-201, 2011).
Es interesante destacar que los valores m ximos de peligrosidad han sido observados en Nuweiba, espec¡ficamente en el entorno de la localizaci¢n del llamado terremoto del Golfo de Aqaba (7.2 MW), de 22 de Noviembre de 1995. Los m ximos valores de SA obtenidos para roca y un amortiguamiento del 5% se observan para un periodo de 0.1 s, y son 0.38, 0.74 y 0.98 g, para periodos de retorno de 100, 475 y 975 a¤os, respectivamente.
Finalmente se ha calculado la desagregaci¢n de la peligrosidad s¡smica en t‚rminos de distancia y magnitud para las ciudades egipcias m s importantes. Esto permite entender la contribuci¢n relativa de las diferentes fuentes s¡smicas a la peligrosidad s¡smica en una determinada localizaci¢n. Espec¡ficamente se ha calculado la desagregaci¢n de la peligrosidad s¡smica para los valores de PGA y SA para 0.2, 1.0 y 2.0 s, para un per¡odo de retorno de 475 a¤os, considerando intervalos de 0.5 unidades en magnitud y 25 km en distancia. Se evaluaron los valores medio y modal de la magnitud y distancia para identificar la distribuci¢n de los terremotos de control, los que m s contribuyen a la superaci¢n de un nivel dado de movimiento del suelo.
Los resultados de desagregaci¢n en la mayor¡a de las ciudades muestran que el escenario que m s contribuye a la peligrosidad s¡smica est controlado mayoritariamente por las fuentes s¡smicas cercanas, especialmente para los valores de PGA. Sin embargo, los terremotos m s distantes contribuyen m s a la peligrosidad para grandes periodos espectrales (para 1.0 y 2.0 s). De hecho, el terremoto de control para El Cairo est comprendido en el rango de magnitudes entre 5.0-5.5 MW y distancias entre 0-25 km para la PGA y la SA para periodos espectrales de 0.2 y 1.0 s, mientras que para un periodo espectral de 2.0 s, aunque el rango de distancias permanece id‚ntico, el rango de magnitudes aumenta hasta 6.0-6.5 MW. Sin embargo, para Puerto Sa¡d, al nordeste de Egipto, se obtienen terremotos de control en el rango de magnitudes 7.0-7.5 MW y distancias 375-400 km para todos los periodos espectrales calculados.
Un importante resultado que se obtiene en este tipo de estudios es que la desagregaci¢n de la peligrosidad s¡smica proporciona informaci¢n £til sobre la distancia y magnitud de las fuentes s¡smicas que contribuyen a la peligrosidad en una cierta localizaci¢n, lo que puede aplicarse en la generaci¢n de escenarios de terremotos y seleccionar registros de aceleraci¢n para el dise¤o s¡smico.

Abstract

Abstract:

In the present study, a probabilistic seismic hazard assessment for Egypt is carried out in terms of peak ground acceleration (PGA) and spectral acceleration (SA) values. Hazard curves, uniform and design hazard spectra, and deaggregation results for the most important cities, are also presented, focused on improving the current earthquake engineering knowledge in the region.
Seismic hazard computations in terms of PGA and SA values, for both rock and stiff-soil site conditions, with 39.3%, 10% and 5% probability of exceedance in 50 years (return periods of 100, 475 and 975 years, respectively) were performed. Hazard curves and uniform hazard spectra for thirty-one cities in Egypt were computed and plotted against the PGA values considered in the most recent Egyptian building codes (e.g., ECP-201, 2011).

Índice

– Resumen (en espa¤ol)
– Resumen (en ingl‚s)
– Cap¡tulo 1. Introducci¢n.
– Cap¡tulo 2. Una revisi¢n de los estudios de evaluaci¢n de la peligrosidad s¡smica y descripci¢n de la peligrosidad en los c¢digos de edificaci¢n de Egipto.
– Cap¡tulo 3. Un cat logo de terremotos (2200 a.C. hasta 2013) para estudios de sismotect¢nica y de evaluaci¢n de la peligrosidad s¡smica para Egipto.
– Cap¡tulo 4. Delineaci¢n y caracterizaci¢n de un nuevo modelo de fuentes s¡smicas para estudios de peligrosidad s¡smica en Egipto.
– Cap¡tulo 5. Valores actualizados de peligrosidad s¡smica probabilista para Egipto.
– Cap¡tulo 6. Desagregaci¢n de la peligrosidad s¡smica probabilista para diversas ciudades egipcias.
– Resumen, conclusiones y recomendaciones.
– Bibliograf¡a

Conclusiones

Conclusiones:

En la evaluaci¢n llevada a cabo, los mapas de iso-aceleraciones, las curvas de peligrosidad y los espectros UHS destacan claramente la regi¢n del Golfo de Aqaba como una regi¢n con relativamente mayor peligrosidad s¡smica que el resto del pa¡s, el cual se caracteriza por sus moderados niveles de peligrosidad. Para un periodo de retorno de 475 a¤os, esta regi¢n presenta valores de 0.36 g, 0.89 g y 0.76 g para la PGA, SA (0.1 s) y SA (0.2 s), respectivamente, para suelo de roca, y valores de 0.41 g, 0.93 g y 0.97 g para suelo duro, y para los mismos periodos espectrales. Esta regi¢n experiment¢ el mayor terremoto registrado en Egipto desde 1900 (terremoto de Aqaba de 22 de Noviembre de 1995, 7.2 MW). A pesar de que los terremotos de 27 de Junio de 2015 (5.2 MW) y de 16 de Mayo de 2016 (4.9 MW), localizados cerca de Nuweiba, no fueron incluidos en el cat logo utilizado en este estudio, es en esta regi¢n en donde se obtienen los mayores valores de peligrosidad s¡smica. Lejos del Golfo de Aqaba, otro n£cleo de peligrosidad s¡smica se observa en los alrededores del Lago de Nasser, en el sur de Egipto. Para un periodo de retorno de 475 a¤os, se caracteriza por valores de peligrosidad s¡smica de 0.30 g, 0.71 g y 0.64 g para la PGA, SA (0.1 s) y SA (0.2 s), respectivamente, para suelo de roca, y valores de 0.34 g, 0.75 g y 0.81 g para suelo duro, y para los mismos periodos espectrales.

En orden decreciente de peligrosidad s¡smica, otros n£cleos aparecen en el sur del Golfo de Suez, en la costa oeste del Mar Rojo cerca de la ciudad de Marsa Alam, en los alrededores de El Cairo, y en los alrededores de Alejandr¡a. Todas estas regiones exhiben una actividad s¡smica de moderada a alta, tanto en ‚poca hist¢rica como en la actualidad, lo que genera dicha peligrosidad s¡smica.

Se han comparado los valores de peligrosidad s¡smica calculados con los considerados en los m s recientes c¢digos de construcci¢n en Egipto (ECP-201, 2011) para un per¡odo de retorno de 475 a¤os. Ciertas diferencias se han visto y destacado para los valores del espectro de dise¤o, especialmente para algunas ciudades importantes, como Nuweiba y Aswan.

Por otro lado, se han propuesto en este trabajo para las ciudades estudiadas, espectros de dise¤o basados en el trabajo de Malhotra (2005), as¡ como diferentes relaciones obtenidas entre diferentes valores de movimiento del suelo calculados.

Finalmente, los resultados de desagregaci¢n s¡smica obtenidos muestran que la mayor contribuci¢n a la peligrosidad s¡smica est controlada por las fuentes s¡smicas cercanas en la mayor¡a de las ciudades estudiadas, especialmente en el caso de la PGA. Aun as¡, los eventos distantes presentan una cierta contribuci¢n a la peligrosidad s¡smica para largos periodos espectrales (1.0 y 2.0 s).

Se concluye, a la luz delos resultados obtenidos en la tesis, que se requiere un cambio en la representaci¢n de la peligrosidad s¡smica (carga s¡smica) del actual c¢digo de construcci¢n de Egipto. Este cambio debe plasmarse en t‚rminos de la definici¢n de los mapas de zonificaci¢n de la peligrosidad s¡smica, valores de peligrosidad s¡smica, y una nueva definici¢n de los espectros de respuesta el stica para cada ciudad.