Study of the evolution of the seismic cycle of stress and strain associated to the El Salvador Fault Zone

• Central America: – Regional studies in Central America (Seismic Hazard). – El Salvador Fault Zone (ESFZ). – Aguacaliente‐Navarro Fault Zone (ANFZ), Central Valley of Costa Rica. – Haiti (seismic hazard) • Spain: – Regional‐Nacional studies of seismic hazards (applications to building codes, eurocode, emergency plans, etc.) – Betic range zone, south of Spain. – Ibero‐Maghrebi region (collision zone

Moldels for reproducing the damage scenario of the Lorca earthquake

A damage scenario modelling is developed and compared with the damage distribution observed after the 2011 Lorca earthquake. The strong ground motion models considered include five modern ground motion prediction equations (GMPEs) amply used worldwide. Capacity and fragility curves from the Risk-UE project are utilized to model building vulnerability and expected damage. Damage estimates resulting from different combinations of GMPE and capacity/fragility curves are compared with the actual damage scenario, establishing the combination that best explains the observed damage distribution. In addition, some recommendations are proposed, including correction factors in fragility curves in order to reproduce in a better way the observed damage in masonry and reinforce concrete buildings. The lessons learned would contribute to improve the simulation of expected damages due to future earthquakes in Lorca or other regions in Spain with similar characteristics regarding attenuation and vulnerability

How new fault data and models affect seismic hazard results? Examples from southeast Spain

In this work, we study the impact of different approaches to incorporate faults in a seismic hazard assessment analysis. Firstly, we consider two different methods to distribute the seismicity of the study area into faults and area-sources, based on magnitude partitioning and on moment rate distribution. We use two recurrence models to characterize fault activity: the characteristic earthquake model and the modified Gutenberg-Richter exponential frequency-magnitude distribution. An application of the work is developed in the region of Murcia (southeastern Spain), due to the availability of fault data and because is one of the areas in Spain with higher seismic hazard. The parameters used to model fault sources are derived from paleoseismological and field studies obtained from the literature and online repositories. Additionally, for some significant faults only, geodetically-derived slip rates are used to compute recurrence periods. The results of all the seismic hazard computations carried out using different models and data are represented in maps of expected peak ground accelerations for a return period of 475 years. Maps of coefficients of variation are presented to constraint the variability of the end-results to different input models and values. Additionally, the different hazard maps obtained in this study are compared with the seismic hazard maps obtained in previous work for the entire Spanish territory and more specifically for the region of Murcia. This work is developed in the context of the MERISUR project (ref. CGL2013-40492-R), with funding from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness

Push-pull driving of the Central America Forearc in the context of the Cocos-Caribbean-North America triple junction

Different kinematic models have been proposed for the triple junction between the North American, Cocos and Caribbean plates. The two most commonly accepted hypotheses on its driving mechanism are (a) the North American drag of the forearc and (b) the Cocos Ridge subduction push. We present an updated GPS velocity field which is analyzed together with earthquake focal mechanisms and regional relief. The two hypotheses have been used to make kinematic predictions that are tested against the available data. An obliquity analysis is also presented to discuss the potential role of slip partitioning as driving mechanism. The North American drag model presents a better fit to the observations, although the Cocos Ridge push model explains the data in Costa Rica and Southern Nicaragua. Both mechanisms must be active, being the driving of the Central American forearc towards the NW analogous to a push-pull train. The forearc sliver moves towards the west-northwest at a rate of 12–14 mm/yr, being pinned to the North American plate in Chiapas and western Guatemala, where the strike-slip motion on the volcanic arc must be very small

Red GPS ZFESNET para el estudio de la evolución del ciclo sísmico de deformaciones y esfuerzos asociado a la zona de falla de El Salvador

El Salvador se caracteriza por la presencia de fallas de desgarre sísmicamente activas subparalelas a la zona de subducción. Estas estructuras han sido las responsables de la mayoría de los terremotos destructivos que han tenido lugar a lo largo de la costa Pacífica en el arco volcánico centroamericano, desde Guatemala hasta Costa Rica. La Zona de Falla de El Salvador (ZFES) es una de las principales estructuras tectónicas de la región estudiada, y posiblemente la estructura donde se está acomodando la mayor parte del movimiento paralelo a la zona de subducción. En este trabajo se presenta la Red GPS ZFESNET, establecida en 2007 con el fin de cuantificar la deformación que se está produciendo actualmente asociada a la ZFES. La determinación de deformaciones y esfuerzos acumulados a partir de datos GPS permitirá complementar los datos geológicos existentes y contribuir a una correcta evaluación de la peligrosidad sísmica para esta zona, así como al mejor entendimiento de los datos de sismicidad histórica y paleosismicidad

Évaluation de l’aléa et du risque sismique en Haïti dirigée vers la conception parasismique

Après le séisme qui eut lieu en Haïti le 12 janvier 2010, dont l’épicentre a été localisé non loin de la capitale, Port-au-Prince (25 km en direction sud-est), d’une magnitude Mw 7.0 et à une profondeur de 13 km, le pays s’est retrouvé dans une situation catastrophique et d’extrême pauvreté, avec des graves carences en matière de santé, nutrition, éducation et logement. Les effets du tremblement de terre ont été dévastateurs pour la population : on compte plus de 300.000 morts, presque autant de blessés et 1,3 millions de sans-abri logès dans des campements « provisoires ». Quant aux conséquences matérielles, le séisme a totalement détruit près de 100.000 maisons et endommagé près de 200.000 (source : USGS). Ce tremblement de terre a été le plus fort enregistré dans la zone depuis 1770. De plus le séisme fut perceptible dans des pays voisins comme Cuba, la Jamaïque et la République Dominicaine, où il a provoqué l’alarme et des évacuations préventives. La reconstruction du pays reste un sujet prioritaire pour la coopération internationale. Le présent projet, SISMO-HAITÍ, a été développé dans le but d’apporter la connaissance et l’information nécessaires afin de faciliter la prise de mesures préventives face au risque sismique existant, afin d’éviter qu’un éventuel futur séisme ne déclenche une nouvelle catastrophe. Dans le cas d’Haïti, aucune institution n’était chargée d’assurer une surveillance sismique, mais un contact direct a été établi avec l’Observatoire National de l’Environnement et de la Vulnérabilité (ONEV) en Haïti à travers son directeur Dwinel Belizaire Ing. M. Sc., qui est précisément celui qui a sollicité l’aide qui a motivé la présente proposition. Le but ultime de ce projet est l’étude des mesures d’atténuation du risque élevé qui demeure, contribuant ainsi au développement durable de la région. Dans cette optique, la menace sismique en Haïti a été évaluée, constituant la base sur laquelle on prétend élaborer des critères de conception parasismique pour la reconstruction du pays qui pourront être inclus dans la première version de la norme antisismique, ainsi que le risque sismique à Port-au-Prince, dont les résultats serviront de base pour élaborer les plans d’urgence face à ce risque naturel. Les objectifs spécifiques atteints sont : • Évaluation de l'aléa sismique en Haïti. On en obtient des cartes de différents paramètres de mouvement pour différentes probabilités de dépassement (ce qui suppose connaître la probabilité associée aux mouvements dus à des tremblements futurs). • Évaluation de l'effet local à Port-au-Prince et élaboration d'une carte de microzonage de la ville. • Étude de la vulnérabilité sismique locale à Port-au-Prince. • Estimation du risque sismique à Port-au-Prince. • Mesures d'atténuation du risque et de conception parasismique. Ce rapport résume les activités et les résultats obtenus a cours de l'année 2011 lors de la mise en œuvre de ce projet. Le groupe de travail est une équipe multidisciplinaire composée de chercheurs de différents établissements universitaires et de recherche (Université Polytechnique de Madrid-UPM-, Conseil Supérieur de la Recherche Scientifique (CSIC) ; U. Complutense de Madrid-UCM-, U-UA-Alicante, Almeria-UAL-U., U. Autonome de Saint-Domingue, UASD et Université de Porto Rico Mayagüez--UPRM) experts dans les diverses matières impliquées dans le projet: géologie, sismologie, génie parasismique, architecture et gestion de l'information géographique. Tous les membres de cette équipe ont travaillé ensemble tout au long de l'année, en réalisant des réunions, des ateliers de travail, des vidéoconférences, en plus d'une visite à Port-au-Prince en Juillet 2011 afin de procéder à la première collecte de données

Evaluación de la peligrosidad y el riesgo sísmico en Haití y aplicación al diseño sismorresistente

Tras el terremoto ocurrido en Haití el 12 de enero de 2010, con un epicentro próximo a la capital, Puerto Príncipe (25 km), de magnitud Mw 7,0 y profundidad de 13 km, el país ha quedado en una situación catastrófica y de extrema pobreza, con necesidades básicas de salud, nutrición, educación y habitabilidad. Los efectos del terremoto han sido devastadores en la población, con más de 300.000 personas que han perdido la vida, otras tantas que han resultado heridas y 1,3 millones de personas que han quedado sin hogar y viviendo en campamentos. En cuanto a los efectos materiales, el sismo ha dejado cerca de 100.000 residencias totalmente destruidas y casi 200.000 dañadas fuertemente (fuente: USGS). Este terremoto ha sido el más fuerte registrado en la zona desde el acontecido en 1770. Además, el sismo fue perceptible en países cercanos como Cuba, Jamaica y República Dominicana, donde provocó temor y evacuaciones preventivas. La reconstrucción del país es un tema prioritario en el marco de la cooperación internacional y el presente proyecto, SISMO-HAITÍ, se ha desarrollado con el fin de aportar conocimiento e información para facilitar la toma de medidas preventivas ante el riesgo sísmico existente, tratando de evitar que un terremoto futuro en el país produzca una catástrofe como el recientemente vivido. En el caso de Haití, no existía ninguna institución responsable del monitoreo sísmico, pero se ha establecido contacto directo con el Observatorio Nacional de Medio Ambiente y Vulnerabilidad de Haití (ONEV) a través de su director Dwinel Belizaire Ing. M. Sc. Director, que es precisamente quien ha solicitado la ayuda que ha motivado la presente propuesta. El fin último de este proyecto es el estudio de acciones de mitigación del elevado riesgo existente, contribuyendo al desarrollo sostenible de la región. Para ello, se ha evaluado la amenaza sísmica en Haití, en base a la cual se pretenden establecer criterios de diseño sismorresistente para la reconstrucción del país, que se podrán recoger en la primera normativa antisísmica, así como el riesgo sísmico en Puerto Príncipe, cuyos resultados servirán de base para elaborar los planes de emergencia ante este riesgo natural. Los objetivos específicos alcanzados son: • Evaluación de amenaza sísmica en Haití, resultando mapas de distintos parámetros de movimiento para diferentes probabilidades de excedencia (lo que supone conocer la probabilidad asociada a movimientos por futuros terremotos). • Evaluación del efecto local en Puerto Príncipe y elaboración de un mapa de microzonación de la ciudad. • Estudio de vulnerabilidad sísmica a escala local en Puerto Príncipe • Estimación del riesgo sísmico en Puerto Príncipe • Medidas de mitigación del riesgo y de diseño sismorresistente En este informe se resumen las actividades desarrolladas y los resultados obtenidos a lo largo del año 2011 durante la ejecución del presente proyecto. El grupo de trabajo es un equipo multidisciplinar, compuesto por investigadores de diferentes universidades (Universidad Politécnica de Madrid- UPM-, U. Complutense de Madrid -UCM-, U. Alicante -UA-, U. Almería -UAL-, U. Autónoma de Santo Domingo -UASD- y U. de Mayagüez de Puerto Rico -UPRM-) que cubren todas las ramas involucradas en la ejecución del proyecto: geología, sismología, ingeniería sísmica, arquitectura y gestión de geoinformación. Todos los miembros de este equipo han trabajado conjuntamente durante todo el año, manteniendo reuniones, jornadas de trabajo y videoconferencias, además de realizar una visita a Puerto Príncipe en julio de 2011 para llevar a cabo la primera toma de datos

SISMO-HAITÍ: Proyecto de cooperación para el cálculo de la peligrosidad y el riesgo sísmico en Haití

El terremoto ocurrido el 12 de enero de 2010 en Haití devastó la ciudad de Puerto Príncipe, interrumpiendo la actividad social y económica. El proyecto Sismo-Haití surgió como respuesta a la solicitud de ayuda del país ante esta catástrofe y está siendo llevado a cabo por el grupo de investigación en Ingeniería Sísmica de la Universidad Politécnica de Madrid, especialistas en geología y sismología de las universidades Complutense de Madrid, Almería y Alicante, el Consejo Superior de investigaciones Científicas y técnicos locales Haitianos. En el marco del citado proyecto se realizará un estudio de la amenaza sísmica, con la consiguiente obtención de mapas de aceleraciones que sirvan de base para una primera normativa sismorresistente en el país. Asimismo, se llevará a cabo un estudio de riesgo sísmico en alguna población piloto, incluyendo estudios de microzonación y vulnerabilidad sísmica, así como la estimación de daños y pérdidas humanas ante posibles sismos futuros, cuyos resultados irán dirigidos al diseño de planes de emergencia. En este trabajo se presentan los primeros avances del proyecto. Uno de los objetivos más importantes del proyecto Sismo-Haití es la formación de técnicos en el país a través de la transmisión de conocimientos y experiencia que el grupo de trabajo tiene en materia de peligrosidad y riesgo sísmico, así como en todo lo relacionado con la gestión de la emergencia

Modelización de las deformaciones corticales en El Salvador (Centroamérica) mediante la integración de datos geodésicos (GPS), geológicos y sismológicos

La República de El Salvador está localizada al norte de Centroamérica, limita al norte con Honduras, al este con Honduras y Nicaragua en el Golfo de Fonseca, al oeste con Guatemala y al sur con el Océano Pacífico. Con una población de casi 6.3 millones de habitantes (2012) y una extensión territorial de algo más de 21.000 km2, es el país más pequeño de toda Centroamérica, con la densidad de población más alta (292 habitantes por km2) y una tasa de pobreza que supera el 34%. Actualmente el 63.2% de la población del país se concentra en las ciudades, y más de la cuarta parte de la población se asienta en el Área Metropolitana de El Salvador (AMSS), lo que supone un área de alrededor del 2.6% del territorio salvadoreño. Según el Banco Mundial, el país tiene un PIB per cápita de 3790 dólares (2012). Asimismo, desde hace ya varios años el elemento clave en la economía salvadoreña ha sido las remesas del exterior, las cuales en el 2006 representaron el 15% del PIB, manteniéndose por varios años consecutivos como la más importante fuente de ingresos externos con que cuenta el país (Comisión Económica para América Latina‐CEPAL, 2007). La inestabilidad económica, la desigual distribución de la riqueza, así como la brecha entre los ámbitos urbano y rural, son las principales causas que limitan las capacidades de desarrollo social del país. El Salvador es uno de los países ecológicamente más devastado de América Latina. Más del 95% de sus bosques tropicales de hojas caducas han sido destruidos y más del 70% de la tierra sufre una severa erosión. Según la FAO el país se encuentra en un franco proceso de desertificación. Como consecuencia de ello, casi todas las especies de animales salvajes se han extinguido o están al borde de la extinción, sin que hasta ahora haya indicios de revertir tal proceso. Por otra parte, en el AMSS el 13% de la población habita sobre terrenos en riesgo por derrumbes o demasiado próximos a fuentes de contaminación (Mansilla, 2009). Por su ubicación geográfica, dinámica natural y territorial, El Salvador ha estado sometido históricamente a diferentes amenazas de origen natural, como terremotos, tormentas tropicales, sequías, actividad volcánica, inundaciones y deslizamientos, los que, sumados a los procesos sociales de transformación (la deforestación, los cambios de uso del suelo y la modificación de los cauces naturales), propician condiciones de riesgo y plantean altas posibilidades de que ocurran desastres. Es evidente que la suma del deterioro económico, social y ambiental, combinado con la multiplicidad de amenazas a las que puede verse sometido el territorio, hacen al país sumamente vulnerable a la ocurrencia de desastres de distintas magnitudes e impactos. En la historia reciente de El Salvador se han producido numerosos eventos de gran magnitud, tales como los terremotos de enero y febrero de 2001. El 13 de enero de 2001 El Salvador sufrió un terremoto de magnitud Mw 7.7 relacionado con la zona de subducción de la placa del Coco bajo la placa Caribe, dejando alrededor de 900 muertos y numerosos daños materiales. A este terremoto le siguió un mes después, el 13 de febrero de 2001, otro de magnitud Mw 6.6 de origen continental que sumó más de 300 víctimas mortales y terminó de derribar gran cantidad de casas ya dañadas por el terremoto anterior. Ambos eventos dispararon enormes deslizamientos de tierra, que fueron los responsables de la mayoría de las muertes. Como se observó durante el terremoto de 2001, este tipo de sismicidad implica un alto riesgo para la sociedad salvadoreña debido a la gran concentración de población en zonas con fuertes pendientes y muy deforestadas susceptibles de sufrir deslizamientos, y debido también a la escasez de planes urbanísticos. La complicada evolución sociopolítica del país durante los últimos 50 años, con una larga guerra civil, ha influido que hayan sido escasas las investigaciones científicas relacionadas con la sismotectónica y el riesgo sísmico asociada a la geología local. La ocurrencia de los terremotos citados disparó un interés a nivel internacional en la adquisición e interpretación de nuevos datos de tectónica activa que con los años han dado lugar a diferentes trabajos. Fue precisamente a partir del interés en estos eventos del 2001 cuando comenzó la colaboración de la Dra. Benito y el Dr. Martínez‐Díaz (directores de esta tesis) en El Salvador (Benito et al. 2004), lo que dio lugar a distintos proyectos de cooperación e investigación que han tenido lugar hasta la actualidad, y que se han centrado en el desarrollo de estudios geológicos, sismológicos para mejorar el cálculo de la amenaza sísmica en El Salvador. Según Martínez‐Díaz et al. (2004) la responsable del terremoto de febrero de 2001 fue la que se denomina como Zona de Falla de El Salvador (ZFES), una zona de falla que atraviesa el país de este a oeste que no había sido descrita con anterioridad. Con el fin de estudiar y caracterizar el comportamiento de este sistema de fallas para su introducción en la evaluación de la amenaza sísmica de la zona se plantean diferentes estudios sismotectónicos y paleosísmicos, y, entre ellos, esta tesis que surge de la necesidad de estudiar el comportamiento cinemático actual de la ZFES, mediante la aplicación de técnicas geodésicas (GNSS) y su integración con datos geológicos y sismológicos. Con el objetivo de reconocer la ZFES y estudiar la viabilidad de la aplicación de estas técnicas en la zona de estudio, realicé mi primer viaje a El Salvador en septiembre de 2006. A raíz de este viaje, en 2007, comienza el proyecto ZFESNet (Staller et al., 2008) estableciendo las primeras estaciones y realizando la primera campaña de observación en la ZFES. Han sido 6 años de mediciones e intenso trabajo de lo que hoy se obtienen los primeros resultados. El interés que despiertan los terremotos y sus efectos, así como la vulnerabilidad que tiene El Salvador a estos eventos, ha sido para la autora un aliciente añadido a su trabajo, animándola a perseverar en el desarrollo de su tesis, a pesar de la multitud de imprevistos y problemas que han surgido durante su transcurso. La aportación de esta tesis al conocimiento actual de la ZFES se espera que sea un germen para futuras investigaciones y en particular para mejorar la evaluación de la amenaza sísmica de la zona. No obstante, se hace hincapié en que tan importante como el conocimiento de las fuentes sísmicas es su uso en la planificación urbanística del terreno y en la elaboración de normas sismoresistentes y su aplicación por parte de los responsables, lo cual ayudaría a paliar los efectos de fenómenos naturales como el terremoto, el cual no podemos evitar. El proyecto ZFESNet ha sido financiado fundamentalmente por tres proyectos de las convocatorias anuales de Ayudas para la realización de actividades con Latinoamérica de la UPM, de los que la autora de esta tesis ha sido la responsable, estos son: “Establecimiento de una Red de Control GPS en la Zona de Falla de El Salvador”, “Determinación de deformaciones y desplazamientos en la Zona de Falla de El Salvador” y “Determinación de deformaciones y desplazamientos en la Zona de Falla de El Salvador II”, y parcialmente por el proyecto de la Agencia Española de Cooperación y Desarrollo (AECID); “Desarrollo de estudios geológicos y sismológicos en El Salvador dirigidos a la mitigación del riesgo sísmico”, y el Proyecto Nacional I+D+i SISMOCAES: “Estudios geológicos y sísmicos en Centroamérica y lecciones hacia la evaluación del riesgo sísmico en el sur de España”

How new fault data and models affect seismic hazard results? Examples from southeast Spain

In this work, we study the impact of different approaches to incorporate faults in a seismic hazard assessment analysis. Firstly, we consider two different methods to distribute the seismicity of the study area into faults and area-sources, based on magnitude partitioning and on moment rate distribution. We use two recurrence models to characterize fault activity: the characteristic earthquake model and the modified Gutenberg-Richter exponential frequency-magnitude distribution. An application of the work is developed in the region of Murcia (southeastern Spain), due to the availability of fault data and because is one of the areas in Spain with higher seismic hazard. The parameters used to model fault sources are derived from paleoseismological and field studies obtained from the literature and online repositories. Additionally, for some significant faults only, geodetically-derived slip rates are used to compute recurrence periods. The results of all the seismic hazard computations carried out using different models and data are represented in maps of expected peak ground accelerations for a return period of 475 years. Maps of coefficients of variation are presented to constraint the variability of the end-results to different input models and values. Additionally, the different hazard maps obtained in this study are compared with the seismic hazard maps obtained in previous work for the entire Spanish territory and more specifically for the region of Murcia. This work is developed in the context of the MERISUR project (ref. CGL2013-40492-R), with funding from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness