Aránguiz, R., (2012). Propagación de tsunamis

PROPAGACIÓN DE TSUNAMIS DESDE EL NORTE DE CHILE HACIA LAS BAHÍAS
DE CONCEPCIÓN Y SAN VICENTE
R.Aránguiz1
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Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Católica de la Ssma Concepción, Concepción,
Chile; [email protected]
Introducción
Los tsunamis generados por grandes sismos
en Chile han afectado no sólo la costa chilena, sino
también la costa oeste del Océano Pacífico (Soloviev
y Go, 1975), como ocurrió con los eventos de
Valdivia en 1960 e Iquique en 1877. Del mismo
modo, la Bahía de Concepción ha sido afectada
también por numerosos tsunamis, donde registros
históricos muestran que en los años 1570, 1657,
1751 (Encina 1956, 1970), 1835 (Gil, 1945) y 2010
tsunamis de campo cercano afectaron la Bahía.
Adicionalmente, tsunamis de campo medio han
ingresado a la bahía generando daños considerables,
como es el caso del evento de Valparaiso en 1730
(Encina, 1956), que destruyó dos tercios de la ciudad
de Concepción (Soloviev y Go 1975), que hasta el
año 1751 se emplazaba en lo que hoy en día es
Penco. Situación similar ocurrió con el evento de
1877, generado en el extremo norte de Chile, el que
alcanzó niveles del mar de 3m en Talcahuano
(Soloviev y Go, 1975) a pesar de estar a más de
1500km de distancia de la zona de ruptura de dicho
sismo (entre las latitudes 19S y 22S). Ver Figura 1.
Sismo 1877
Figura 1. Ubicación geográfica de la
Bahías de Concepción y San Vicente. Se
indica también la zona de ruptura del
evento de 1877 en el extremo norte de
Chile.
Por otro lado, la secuencia histórica de grandes terremotos alojados en la zona de ruptura
del terremoto de 1877, permite asignar un periodo de recurrencia de 121±33 años (Comte y
Pardo, 1991), lo que indica que un evento de similares características podría repetirse en un
futuro cercano, pues existe actualmente una laguna sísmica en esta zona. Es por ello que conocer
los efectos de eventuales tsunamis que se pudieran propagar desde el norte de Chile hacia las
Bahías de Concepción y San Vicente, cobra mayor importancia, puesto que esta zona todavía está
en etapa de reconstrucción desde el último tsunami de febrero de 2010. Además, es importante
destacar que el tsunami afectó de manera diferente a ambas bahías, por ejemplo, en Talcahuano
se midió un runup máximo de 8m en el sector el Morro, mientras que en el Puerto de San Vicente
sólo se midió 3.5m.
El presente trabajo tiene como objetivo principal estimar mediante modelación numérica
los máximos niveles de inundación asociados a eventuales tsunamis que se pudieran propagar
desde el norte de Chile. Para ello se consideran varios escenarios de distintas magnitudes, que
utilizan deformaciones iniciales homogéneas. En la primera parte, se describe brevemente la
metodología utilizada, posteriormente se presentan los principales resultados de las modelaciones
y las conclusiones.
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Materiales y Método
Para estudiar los efectos de un tsunami generado en el norte de Chile, se simularon varios
sismos de distintas magnitudes. Las condiciones iniciales de cada evento se determinaron
mediante la formulación de Okada (Okada 1985), la cual entrega una solución analítica para la
deformación del lecho marino y que se asume igual a la deformación inicial de la superficie libre
del mar.
Para validar el modelo numérico se utilizó el evento del 9 de mayo de 1877, ocurrido a las
20:00hrs, el cual se estima tuvo una magnitud 8.8. Se definió una longitud de falla de L=420m,
un ancho B= 130m, un desplazamiento intraplaca D=12m, y ángulos de azimut, manteo y
buzamiento de 0°, 19° y 100°, respectivamente. Las observaciones visuales de esa época indican
que en torno a las 0:30hrs (cuatro horas y media después del sismo) el nivel del mar alcanzó 1.2m
por debajo de la bajamar regular, esto es unos 1.8m aproximadamente y a las 1:00hrs (5 horas
después del sismo) alcanzó los 2m sobre la marea máxima regular, esto es unos 2.8m sobre el
NMM. La inundación máxima en Tomé fue de 75cm y 3m en Talcahuano (Soloviev y Go,
1975). Para analizar este evento se simularon 10 horas.
La propagación de los distintos escenarios se realizó mediante el código TUNAMI, el cual
resuelve las ecuaciones lineales y no lineales de aguas someras. Se utilizaron 4 mallas anidadas
de 81, 27, 9, y 3 segundos de arco de resolución. Los datos de batimetría se obtuvieron a partir de
la base de datos GEBGO y cartas náuticas, mientras que la topografía se construyó a partir de
datos LIDAR de 2.5 m de resolución. Para todas las simulaciones se utilizó el nivel medio del
mar (NMM) sin incluir efectos de marea.
Resultados
Figura 2 muestra las series de tiempo obtenidas de mareógrafos virtuales localizados en
Tomé y Talcahuano. Se puede observar que el máximo nivel de Tomé apenas supera 1.5m,
mientras que en Talcahuano alcanza el nivel 3m, esto concuerda con lo descrito en Soloviev y Go
(1975), principalmente en Talcahuano. Sin embargo, los tiempos de llegada de las ondas no
coinciden exactamente con los descrito en Soloviev y Go (1975), ya que el modelo numérico
muestra que las ondas llegan antes de lo registrado. Una explicación posible es que la primera
onda producto del frente principal no es la más destructiva para el caso de los tsunamis generados
en la costa de Chile (Burgos et al, 2011), y por lo tanto podría no ser observada visualmente
durante la noche, sin embargo, las horas en que ocurre un descenso del nivel del mar y el máximo
nivel alcanzado son consistentes con lo entregado por el modelo numérico.
Figura 2. Variación del nivel del mar del modelo numérico en las localidades de Tomé y Talcahuano para el evento de
1877.
Considerando entonces que el modelo numérico representa adecuadamente la propagación
de un evento desde el extremo norte de Chile hacia las Bahías de Concepción y San Vicente, es
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posible modelar otros eventos de diferentes magnitudes. La Figura 3 3 muestra las series de
tiempo para eventos de magnitudes 8.0, 8.3, 8.5, 8.8 y 9.0 en los sectores de Talcahuano y Lenga
para 8 horas de simulación. De la figura se puede observar que no hay un descenso considerable
del nivel del mar con la llegada de la primera onda, y el nivel comienza a amentar después de 2.5
y 3 horas en Lenga y Talcahuano, respectivamente. Además, no hay variación en los tiempos de
llegada de las ondas para cada uno de los eventos, existiendo sólo variación en la amplitud. Esto
se explica ya que la velocidad de propagación de las ondas del tsunami, dependen únicamente de
la profundidad (Levin y Nosov, 2009) y no de la altura o longitud de onda. Se observa también
que para Talcahuano la mayor amplitud se obtiene para la segunda onda y que los eventos de
mayor magnitud presentan 4 ondas bien definidas, mientras que eventos menores (Mw=8.0 y 8.3)
muestran mayor cantidad de oscilaciones en el mismo periodo de tiempo.
Un aspecto relevante es que la primera onda arriba primero a Lenga, en la Bahía de San
Vicente y no a Talcahuano en la Bahía de Concepción, a pesar de la ubicación geográfica de
ambas. La razón es que el frente principal sufre transformación a medida que se propaga a los
largo de la costa chilena, esto es, una parte se propaga sobre la fosa a grandes profundidades, y
por lo tanto a mayor velocidad. Mientras que la parte que se propaga sobre la plataforma
continental lo hace a menor velocidad generando un giro antihorario gradual en el frente
principal, que sumado al relieve del fondo marino y a la orientación de la costa de Chile CentroSur, hacen que el frente ingrese a las bahías en una dirección Oeste-Este y no en la dirección
Norte-Sur. Sin embargo, las ondas de orilla que se propagan posteriormente atrapadas en la
plataforma continental, sí arriban a la zona de estudio en dirección Norte-Sur, lo que generan
mayores impactos en la Bahía de Concepción y un menor efecto en San Vicente.
Figura 3. Series de tiempo en Talcahuano para los 5 eventos de distintas magnitudes analizados.
Finalmente, la Figura 4 4 muestra el área de inundación que se generaría en Talcahuano y
San Vicente producto de un evento Mw8.8. Se puede observar que existe una concentración en el
sector suroccidental de la Bahía de Concepción, justo donde se emplaza Talcahuano y la Base
Naval, alcanzando alturas de inundación superior a los 3m. Las zonas bajas de la bahía presentan
las mayores áreas de inundación, sin embargo las alturas no superan los 2-2.5 m. Si se considera
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que la elevación del terreno es del orden de 1.5-2.0 m, se obtienen profundidades de flujo en
torno a los 0.5-1.0 m solamente. Diferente es el caso de la Bahía de San Vicente, donde se
observan alturas de inundación de sólo 1.5m en el Puerto y de 1m en Lenga.
Figura 4. Área de inundación en la Bahía de concepción para un evento de similares características al de
Iquique 1877.
Conclusiones
Un tsunami generado en el norte de Chile puede propagarse hacia la zona centro-sur del
país, donde las ondas de orilla alcanzan mayores alturas de inundación que el frente principal o
primea onda. Para el caso de Talcahuano, un sismo de magnitud inferior a 8.5 no generaría
inundación de importancia, generando alturas de inundación inferiores a 1m, mientras que un
tsunami extremo generado por un sismo de magnitud 9.0 sería un escenario muy desfavorable,
alcanzando alturas de inundación de 5m. Por el contrario, se observa que no existe un efecto de
importancia en la Bahía de San Vicente, donde un evento extremo apenas supera los 2m de altura
de inundación.
Referencias
Burgos L., Catalán, P., Cienfuegos,. R., (2011). Análisis espectral aplicado a los resultados de
un modelo numérico del tsunami del 27 de febrero de 2010. XX Congreso Chileno de Ingeniería
Hidráulica.
Comte, D., y Pardo, M., (1991). Reappraisal of great historical earthquakes in the northern
Chile and southern Peru seismic gap. Natural Hazards, v. 4, p. 23–44, doi:10.1007/BF00126557
Murata, S., Imamura, F., Katoh, K., Kawata, Y., Takahashi, S., Takayama, T., (2009). Tsunami:
How to survive from tsunami. Advanced Series on Ocean engineering-vol32. World Scientific,
Singapure.
Okada, Y., (1985). Surface Deformation to Shear and Tensile Faults in a Half-Space. Bull.
Seism. Soc. Am., 75, [4], 1135-1154.
Soloviev, S., L., y Go, Ch., N., (1975). A catalogue of tsunamis on the Eastern shore of the
Pacific Ocean, Moscow, "Nauka" Publishing House, 202p.
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