La determinación de espectros de diseño involucra la definición del peligro sísmico en el sitio de interés. El peligro sísmico se cuantifica en términos de los periodos de retorno (o sus inversos, las tasas de excedencia) de intensidades sísmicas relevantes en el comportamiento de las estructuras.
Como parte del proyecto que el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) desarrolló para la ampliación y modernización de la refinería General Lázaro Cárdenas, de Minatitlán, Veracruz, se realizó un estudio del peligro sísmico en dicha zona para incrementar la confiabilidad, operatividad e integridad de las instalaciones existentes y futuras de Petróleos Mexicanos
ANTECEDENTES
La refinería General Lázaro Cárdenas, de Minatitlán, Veracruz, está situada en el margen izquierdo del río Coatzacoalcos, a 32 km de su desembocadura en el Golfo de México. Se encuentra ubicada en los 94º 32’ 27’’ de longitud oeste y 17º 57’ 47’’ de latitud norte.
La ampliación de la refinería se desarrolló hacia su lado oriente, sobre el estero de Santa Alejandrina. En el predio se distingue una zona alta, la cual originalmente tenía la misma elevación que su parte baja, pero con el paso del tiempo ha sido rellenada con materiales producto del dragado del río Coatzacoalcos y por el depósito de materiales producto de la excavación y demolición de los trabajos de ampliación y construcción de distintas áreas de este complejo.
La parte baja del predio se encuentra prácticamente virgen y es parte de un ecosistema de pantano con crecientes en épocas de lluvia y descenso de los niveles de la laguna en tiempo de estiaje. Esta zona se caracteriza por una vegetación abundante.
Los límites de la parte norte y este del Golfo de México están dominados por sales tectónicas, con capas de sedimentos del Mesozoico y el Cenozoico.
SISMICIDAD LOCAL
El sismo del 26 de agosto de 1959 destruyó una gran parte de las viviendas en la ciudad de Jáltipan, ubicada cerca de Coatzacoalcos y Minatitlán, y causó severos daños en la región costera del sur de Veracruz. Muchos edificios se colapsaron estructuralmente por fallas en su cimentación. Algunos de los efectos del sismo se atribuyeron a la licuación parcial de las arenas.
La información que se tiene de la superficie y los alrededores de las alineaciones volcánicas, las elongaciones de las perforaciones y las secciones sísmicas de Pemex sugieren una falla normal activa en la región. Sin embargo, los mecanismos focales de dos sismos regionales, ocurridos el 21 de marzo de 1967 y el 26 de agosto de 1959, muestran una falla a una profundidad de aproximadamente 25 km.
4. ESTADO DE ESFUERZOS DE LA REGIÓN
DE COATZACOALCOS Y MINATITLÁN
El 6 de septiembre de 1997 se registró un sismo local (distancia ~ 42 km; M 4.4) en la estación de banda ancha de TUIG. Los registros del temblor aquí fueron tomados como funciones empíricas de Green para estimar los movimientos de un evento de M 6.5 en la cuenca Coatzacoalcos-Minatitlán, similar al temblor de Jáltipan de 1959. Para la simulación se usó el método desarrollado por Ordaz. Los valores máximos esperados de aceleración, velocidad y desplazamiento, considerando un comportamiento lineal de los sedimentos, fueron de 140 gal, 17 cm/s y 5 cm, respectivamente.
Es importante señalar que la estación TUIG está localizada aproximadamente 25 km al sureste de Coatzacoalcos-Minatitlán. Por tanto, los resultados pueden considerarse aproximadamente válidos en la región para un sismo de magnitud 6.5 con la misma distancia focal, incluyendo el temblor de Jáltipan.
Asimismo, se ha informado de un cambio en el estado de esfuerzos sobre la extensión de sedimentos a compresionales en las partes media e inferior de la corteza, que se verifica con el comportamiento del sismo de 1997. Por el análisis de un sismo que ocurrió en 1978 en Mississippi, a una profundidad de 15 km, se informa de un cambio similar del estado de esfuerzos en el golfo central de México.
El régimen compresional en la parte media y profunda en la cuenca de Coatzacoalcos-Minatitlán puede ser consecuencia.
ESTRUCTURA CORTICAL DE LA REGIÓN
Mediante exploraciones llevadas a cabo por Pemex al sur y cerca de Coatzacoalcos (Camargo, 1980) se obtuvo la velocidad de la onda P de la corteza poco profunda de 1.8 km de espesor con α = 2.5 km/s, la cual yace sobre una capa de velocidad α = 4.25 km/s. El espesor de la segunda capa no es conocido, pero excede la profundidad de 3.4 km alcanzada por las perforaciones.
AMPLIFICACIÓN DE LAS ONDAS SÍSMICAS
EN EL SITIO
El modelo anterior de la corteza sugiere una amplificación de las ondas sísmicas a frecuencias bajas. Por otro lado, las mediciones de la sonda suspendida realizadas en siete pozos en el área de interés sugieren velocidades de onda S de 80 m/s cerca de la superficie, que aumentan a 400 m/s a una profundidad de 60 m (véase gráfica 1). Es de esperarse que estas bajas velocidades causen grandes amplificaciones a frecuencias altas. La manera ideal para estimar el efecto de sitio es registrar temblores en el sitio de interés y en otro cercano situado en roca firme. Desafortunadamente, no hay afloramiento de roca firme cerca de Minatitlán. Por esta razón, fue necesario estimar la amplificación usando el cociente espectral de componente horizontal vs. vertical (H/Z).
Modelos de la sismicidad local
Para los objetivos de este estudio, la República mexicana se dividió en 27 fuentes generadoras de sismos, las cuales están dictadas por la tectónica del país y por la historia instrumental de sismos registrados en el pasado. Cada una de estas fuentes genera temblores a una tasa constante.
CONCLUSIONES
Se ha estudiado el peligro sísmico de la refinería General Lázaro Cárdenas de Minatitlán, Veracruz, tomando en cuenta las contribuciones de las fuentes potencialmente dañinas. Se calcularon curvas de tasa de excedencia para diferentes intensidades (ordenadas del espectro de respuesta de aceleraciones para 5% del amortiguamiento crítico), a partir de las cuales se determinaron los espectros de peligro uniforme, que son la base para recomendar espectros de diseño.
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