proyecto geotérmico las pailas ii: estudio de amenaza sísmicaproyecto geotérmico las pailas ii:...

INSTITUTO COSTARRICENSE DE ELECTRICIDAD UEN PROYECTOS Y SERVICIOS ASOCIADOS

C.S. EXPLORACIÓN SUBTERRÁNEA

Preparado por: Ing. Álvaro Climent Dr. Guillermo E. Alvarado

Geól. Waldo taylor Geógr. Alberto Vargas

Área de Amenazas y Auscultación Sismológica y Volcánica

San José, Costa Rica Abril del 2014

P.G. LAS PAILAS II

ESTUDIO DE AMENAZA SÍSMICA

Proyecto Geotérmico Las Pailas II: Estudio de Amenaza Sísmica

i

Contenido ÍNDICE DE CUADROS.................................................................................................................... ii

ÍNDICE DE FIGURAS ......................................................................................................................iii

RESUMEN ......................................................................................................................................... 1

1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 1

2. OBJETIVO ................................................................................................................................. 3

3. METODOLOGÍA ....................................................................................................................... 3

4. MARCO TECTÓNICO ............................................................................................................. 3

4.1. TECTÓNICA REGIONAL ................................................................................................ 3

4.1.1. Proceso de subducción en el noroeste del país .................................................. 5

4.2. TECTÓNICA LOCAL........................................................................................................ 6

5. SISMICIDAD ........................................................................................................................... 11

5.1. EVENTOS SISMICOS MAYORES 1833-2013 .......................................................... 11

5.2. SISMICIDAD INSTRUMENTAL RECIENTE 1974-2013 .......................................... 20

5.2.1. Magnitudes .............................................................................................................. 24

5.3. PRINCIPALES SECUENCIAS SÍSMICAS PARA EL PERIODO 1973-2013 ........ 26

5.4. INTENSIDADES HISTÓRICAS MAYORES EN LA ZONA DONDE SE UBICA EL

P.G. LAS PAILAS II .................................................................................................................... 28

6. PRINCIPALES FUENTES SÍSMICAS A CONSIDERAR EN EL ANÁLISIS ................. 29

7. ESTIMACIÓN DE LA AMENAZA SÍSMICA ....................................................................... 32

7.1. ANÁLISIS DETERMINÍSTICO ...................................................................................... 32

7.2. ANALISIS PROBABILÍSTICO ...................................................................................... 35

8. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 37

9. REFERENCIAS ...................................................................................................................... 38


ii

ÍNDICE DE CUADROS

Cuadro 1. Características tectónicas de las principales fallas en la región de

interés. .................................................................................................................... 8

Cuadro 2. Principales sismos de subducción (MW ≥ 7) y de fallamiento superficial

(50 km alrededor del proyecto y MW ≥ 6) en la región noroeste de Costa Rica. .... 13

Cuadro 3. Número de sismos según rangos de magnitudes. ................................ 24

Cuadro 4. Número de sismos según rangos de magnitudes y profundidad, según

la fuentes sísmica. ................................................................................................. 24

Cuadro 5. Eventos sísmicos mayores en la región noroeste de Costa Rica. ........ 29

Cuadro 6. Potencial sísmico de las principales fuentes identificadas. ................... 31

Cuadro 7. Escenarios sísmicos específicos relacionados con el P.G. Las Pailas II

y valores de aceleración horizontal pico para cada uno de ellos........................... 34

Cuadro 8. Resultados de la amenaza sísmica probabilística, en el sitio donde se

ubica el P.G. Las Pailas II. .................................................................................... 36


iii

ÍNDICE DE FIGURAS

Fig. 1. Ubicación del P.G. Las Pailas II. .................................................................. 2

Fig. 2. Rasgos tectónicos más importantes de Costa Rica. Modificado de Denyer

et al. (2003). ............................................................................................................ 4

Fig. 3. Perfil SW-NE de la sismicidad en la región noroeste del país. ..................... 5

Fig. 4. Tectónica local en la región donde se ubica el P.G. Las Pailas II. ............... 7

Fig. 5. Principales eventos sísmicos ocurridos en la región noroeste de Costa Rica

para el periodo 1833-2013. ................................................................................... 12

Fig. 6. Mapa de Intensidades Mercalli Modificada del terremoto de Papagayo de

1916. ..................................................................................................................... 14

Fig. 7. Mapa de intensidades Mercalli Modificada del terremoto de Bagaces de

1935. ..................................................................................................................... 15

Fig. 8. Mapa de intensidades Mercalli Modificada del terremoto de Bagaces de

1941. ..................................................................................................................... 16

Fig. 9. Mapa de intensidades Mercalli Modificada del terremoto de Nicoya de 1950.

.............................................................................................................................. 17

Fig. 10. Mapa de intensidades Mercalli Modificada del terremoto de Tilarán de

1973. ..................................................................................................................... 18

Fig. 11. Mapa de intensidades (MM) del terremoto de Sámara del 2012 (Vargas et

al., 2012). .............................................................................................................. 19

Fig. 12. Localización de la sismicidad regional alrededor del P.G. Las Pailas II. .. 21

Fig. 13. Distribución de la sismicidad somera por fallamiento local (sismos con

profundidad ≤ 20 km). ........................................................................................... 22

Fig. 14. Distribución de la sismicidad profunda (sismos con profundidad > 20 km)

asociada al choque de placas. .............................................................................. 23

Fig. 15. Localización de los sismos superficiales locales, clasificados gráficamente

de acuerdo con la magnitud. ................................................................................. 25

Fig. 16. Mapa de intensidades del sismo de Bijagua del 27 de enero del 2002. ... 26

Fig. 17. Mapa de intensidades (MM) del sismo del 12 de julio del 2011. .............. 27

Fig. 18. Epicentro del escenario sísmico relacionado con la falla Caño Negro. .... 30

Fig. 19. Mapa de zonas sísmicas superficiales de Costa Rica (tomado de Climent

et al., 2008). .......................................................................................................... 36


1

RESUMEN

Como parte de los estudios de factibilidad del proyecto geotérmico Las Pailas II, se realizó una estimación de la amenaza sísmica específica para el sitio donde se proyecta construir dicho proyecto.

De los resultados determinísticos de la amenaza sísmica, se esperaría que en este lugar, la sacudida sísmica presente valores de aceleración horizontal pico alrededor de 0,52 g, dado que ocurra un evento de magnitud 7,0 en la falla Caño Negro. Evento que se estima presentaría una duración significativa del movimiento fuerte de 8,4 s. Sismos importantes (MW > 7,0) se espera que ocurran también en la fuente sísmica de subducción, pero con niveles de intensidad sísmica menores, en el sitio de proyecto, a los estimados para el escenario sísmico relacionado con la falla Caño Negro. Adicionalmente, el análisis probabilístico indica que la sacudida sísmica podría presentar niveles de aceleración de 0,39 g, 0,51 g y 0,61 g para periodos de retorno de 200, 500 y 1000 años, respectivamente. El conocimiento de la sismo-tectónica del país y en particular de la región donde se ubica el proyecto geotérmico en estudio, indica que en esta región ocurren periódicamente eventos sísmicos con características de terremotos, de aquí la importancia que toda obra que se construya en esta región deba ser diseñada antisísmicamente, en especial aquellas relacionadas con líneas vitales, como lo son las obras de este proyecto en particular. Y que la demanda sísmica final de diseño sea seleccionada considerando el tipo de obra, su importancia, método de diseño y las recomendaciones de las normativas nacionales e internacionales.

1. INTRODUCCIÓN

Se realiza este informe de amenaza sísmica, como parte de los estudios de factibilidad para el P.G. Las Pailas II, el cual se encuentra localizado en el pie de monte del flanco suroeste del macizo volcánico Rincón de la Vieja, en la cordillera de Guanacaste (Fig. 1). Con este proyecto se pretende aumentar la capacidad instalada del complejo de producción geotérmica del ICE, ubicado en la región noroeste del país, adicionando 55 MW al sistema eléctrico nocional. Al igual que el resto del país, la región donde se encuentra localizado este proyecto geotérmico, muestra la presencia de importantes estructuras sismo-tectónicas y la ocurrencia histórica de eventos sísmicos severos, como el terremoto de Guatuso de 1911 y el terremoto de Tilarán de 1973, originados por fallamiento superficial, o los terremotos de 1916, 1950 y 2012 ocurridos en la zona de subducción, el primero en la zona sísmica de Papagayo y los otros dos en la zona de la península de Nicoya. Dado lo anterior, se considera importante y necesario, realizar esta estimación de amenaza sísmica, considerando que la evaluación del potencial sísmico y sus posibles efectos en obras y equipos es un aspecto primordial para el diseño de ellas en regiones sísmicamente activas, como


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nuestro país, así como para cualquier análisis de seguridad sísmica que sea necesario.

En este informe se presentan consideraciones sobre la tectónica y la sismicidad en la región donde se encuentra localizado el P.G. Las Pailas II, así como los resultados obtenidos de la estimación de la amenaza sísmica. Estos servirán de base para plantear los términos de referencia del diseño sísmico de las obras, instalaciones y equipos, ante la ocurrencia de sismos severos. Como parte del material de consulta para este estudio, se contó con una serie de informes de amenaza sísmica que el ICE ha realizado en la región noroeste del país, tanto para el desarrollo de los centros de producción geotérmica en operación (Barquero et al., 2003; Laporte et al., 1995), como para otros proyectos ubicados en esta zona o cerca de ella (Montero, 1983; Barquero y Soto, 1993; Climent y Barquero, 2001; Climent et al., 2001; Climent et al., 2004; Climent et al., 2010; Climent et al., 2013), los cuales sirvieron como base de partida.

En la Figura 1 se muestra un mapa de ubicación de estos centros de producción.

Fig. 1. Ubicación del P.G. Las Pailas II.


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2. OBJETIVO Realizar una evaluación y análisis de la amenaza sísmica en la región noroeste del país, y en particular, en el sitio donde se localizarán las obras e infraestructura del P.G. Las Pailas II. Lo anterior con la finalidad de conocer los parámetros adecuados para el diseño sismo-resistente de todas las obras que involucra este proyecto.

3. METODOLOGÍA

Para efectos de cuantificar la amenaza sísmica en el sitio del P.G. Pailas II, se utilizó tanto la estimación determinística como la probabilística. En el caso del primer método, se basa en la definición del peor escenario sísmico. Seguidamente, por medio del uso de una o varias ecuaciones de atenuación de las ondas sísmicas, se obtiene el máximo valor de intensidad sísmica que podría esperarse en el sitio evaluado. Para el segundo método, se siguió la metodología de estimación probabilística de amenaza sísmica (PSHA), para lo cual se utiliza la base de datos sismológica del país, y se hace una integración de todos los posibles escenarios sísmicos (distancia - magnitud) en cada una de las fuentes sísmicas definidas y se estima la probabilidad de excedencia (periodo de retorno) de diferentes niveles de la intensidad sísmica del terreno, en este caso en particular en función de la aceleración horizontal pico del terreno.

4. MARCO TECTÓNICO

4.1. TECTÓNICA REGIONAL

El proceso de subducción de la placa del Coco bajo la placa Caribe, el punto triple de las placas del Coco, Caribe y Nazca, los cinturones deformados del norte y sur de Panamá, y los demás estilos tectónicos someros (regionales y locales), son los rasgos sismo-genéticos más importantes del territorio costarricense y en general de la Microplaca de Panamá. La Figura 2 muestra los rasgos tectónicos principales de Costa Rica (basado en Denyer et al., 2003), superpuestos al mapa elaborado con información de la Misión Radar Topográfico del Transbordador Espacial (SRMT, por sus siglas en inglés). Los rasgos tectónicos a destacar son:

a. Fosa Mesoamericana: Generada por el proceso de subducción de la placa del Coco bajo la placa Caribe, se localiza aproximadamente a unos 100 km de la costa pacífica central y a distancias menores en la región norte y sur del país.

b. Zona de Fractura de Panamá: Falla transformada en la región SE del país, que constituye el límite entre las placas del Coco y Nazca.

c. Frente volcánico: En la parte norte del país lo constituye la Cordillera de

Guanacaste y la de Tilarán, en donde se localizan importantes sistemas de fallas activas y donde se ubica el sitio del P.G. Las Pailas II.


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d. Área tras-arco: Abarca toda la región Caribe del país a partir del frente

volcánico. De especial importancia las fallas inversas ubicadas en la región sureste caribeña y que forman parte del denominado Cinturón Deformado del Norte de Panamá (CDNP).

Fig. 2. Rasgos tectónicos más importantes de Costa Rica. Modificado de Denyer et al. (2003).


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4.1.1. Proceso de subducción en el noroeste del país

Se conoce como proceso de subducción a la introducción de la placa del Coco debajo de la placa Caribe. De este proceso se han definido tres dominios morfológicos en la placa del Coco frente a Costa Rica: en el noroeste, bajo la península de Nicoya, donde se subduce un piso oceánico con una batimetría relativamente suave, que posiblemente promueve una zona de contacto entre placas más continua y capaz de generar terremotos mayores a los esperados en el Pacífico Central (Protti et al., 1994). Los otros dos dominios se caracterizan, uno por un suelo oceánico cubierto en un 40% por montes submarinos y el otro por la presencia de la cordillera del Coco (von Huene et al., 2000).

Este proceso tectónico es uno de las más importantes de Costa Rica, dado que se caracteriza por grandes liberaciones de energía en forma de terremotos de magnitudes altas (hasta MW 7,9) que pueden generar intensidades máximas de grado VIII o IX en la zona epicentral y, además, por su profundidad son sentidos en una región más amplia que los originados en fallas locales. Los hipocentros se localizan en la zona de Benioff que se sumerge bajo la corteza continental (placa Caribe) hasta profundidades máximas de unos 200 km (Fig. 3).

Fig. 3. Perfil SW-NE de la sismicidad en la región noroeste del país.


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Históricamente, en la región noroeste del país, esta fuente ha generado importantes sismos como los de 1900, 1916, 1939, 1950, 1978, 1990 y 2012. En esta región al proceso de subducción se le han identificado dos zonas sísmicas: Papagayo y Nicoya, las cuales coinciden con áreas de ruptura de sismos importantes (Morales, 1985). Específicamente, en el área donde se ubica el P.G. Las Pailas II, los sismos de subducción se pueden generar a profundidades entre los 50 y 60 km debajo del sitio.

4.2. TECTÓNICA LOCAL

El proceso de subducción presente en la zona norte de Costa Rica, hace que se genere una transferencia de esfuerzos hacia el interior del territorio continental, que generan la deformación y la aparición de fallas y fracturas corticales superficiales, las cuales se han caracterizado históricamente por generar temblores de magnitudes intermedias (≤ MW 6,5) a profundidades menores de 20 km. Dado que estos eventos ocurren a profundidades someras, pueden producir intensidades y aceleraciones altas que pueden afectar de manera importante poblaciones, infraestructura y obras civiles que se encuentren cerca de la zona epicentral. En el área de estudio se han reconocido varias fallas geológicas, en su mayoría cortando rocas volcánicas (ignimbritas o lavas), de las cuales en los mapas se identificaron las más relevantes por su expresión morfológica o ancho de zona de falla. En la Figura 4 se muestra un mapa con las principales fallas superficiales identificadas a nivel regional y su distribución espacial con respecto al proyecto. En su mayoría, son fallas capaces de generar sismos de moderada magnitud (6,5 – 6,8) y provocar daños a la infraestructura local. En el Cuadro 1 se resumen las principales características tectónicas de las fallas locales que se describen a continuación. Sistema de fallamiento complejo entre la cuenca media de los ríos Salto y Potrero: Un sistema de fallamiento complejo, que se entrecorta entre sí, se observa en las cuencas medias de los ríos Salto y Potrero, particularmente en ambas márgenes del río Pijije. Las fallas que en el campo parecen ser relativamente más antiguas en este sistema, poseen un rumbo cercano al N-S y hasta NE, tiene tramos cortos por lo general de menos de 2 km, y están cortadas por fallas más extensas, entre 3,0 y 6,5 km de longitud. En el campo se observan como zonas de brechas de falla dentro de las ignimbritas (depósitos de flujos de pómez), ríos alineados y pequeñas trincheras de falla. La actividad sísmica de ellas en los últimos 20 años es poca y por su corta extensión es posible que no generen sismos de magnitudes superiores a 5,0.

Falla Río Liberia: Es una falla que se localiza a 5 km al WSW de la ciudad de Liberia, con un rumbo N-S, originalmente mencionada por Alvarado et al. (1986), cuyo bloque occidental sube con respecto al oriental. Posteriormente, Denyer et al. (2013) mapean una extensa falla llamada Belen de tipo dextral, que se viene a unir con la propuesta falla Río Liberia. En los años 2006, 2008 y 2011 tuvo pequeños


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enjambres sísmicos de pocos días de duración y baja magnitud. Por su longitud se estima que esta falla es capaz de generar sismos con magnitud entre 5,5 y 6,0.

Fig. 4. Tectónica local en la región donde se ubica el P.G. Las Pailas II.

Graben del Río Naranjo: A lo largo del río Naranjo se propone un graben, limitado por dos fallas normales con componente de rumbo lateral izquierda que


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teóricamente conformarían una depresión orientada NE-SW de unos 6 km de ancho. Una de las fallas, la Tenorio, correría a lo largo del río Tenorio, está limitando el flanco SE del antiguo volcán Cuipilapa. La otra falla, la Corobicí, corre a lo largo de la parte media del río Corobicí, cortando parte de las antiguas lavas de la Formación Monteverde y del antiguo volcán Tenorio. Por su extensión es muy probable que sean fallas capaces de generar sismos con magnitudes de hasta 6,5. Ha presentado actividad sísmica reciente durante los años 2010, 2011 y 2012, especialmente después del sismo de Armenias en julio de 2011 y del terremoto de Samara ocurrido en setiembre de 2012. Cuadro 1. Características tectónicas de las principales fallas en la región de interés.

Fuente Tipo de falla Longitud

(Km) Rumbo Comentario

Falla Chiripa Rumbo 20 NNW Con seguridad se le asocia el terremoto de 1973, y con duda el de 1853.

Falla Cote-Arenal

Normal 20 NW-SE Se le asigna el terremoto de 1911.

Falla Cañas Rumbo 35 NW-SE Ha tenido actividad sísmica en la intersección de esta con la falla Chiripa.

Falla Bagaces Normal 15 NW-SE Se le asocia los terremotos de 1935 y 1941.

Falla Caño Negro-Olla de Carne

Inversa 50 ENE-WSW

Aún no ha presentado sismos de magnitud moderada, pero ha tenido varios enjambres sísmicos y un sismo de MW 5,5 en el 2002.

Falla Graben Río Naranjo

Normal 25 NE-SW Ha presentado sismicidad en los últimos años.

Falla Quebrada El Macho

Desplazamiento de rumbo

15 NW-SE Esta falla se activó después del sismo de Bijagua de 2002.

Falla Cabuyal Desplazamiento

de rumbo >5 NNE

Se le asocia un sismo de magnitud 5,1 en 1975 y corta las fallas Cerro Atravesado y Las Pailas

Sistema de fallas Las Pailas-Cerro Atravesado


11-13 ENW-WSE

Ha presentado actividad en los años 2005, 2011 y 2012

Falla Río Liberia Desplazamiento

de rumbo 15 N-S

Ha tenido actividad en los años 2006, 2008 y 2011.

Sistema de Fallas Salto-Potrero


10-12 N-S Son fallas pequeñas que han tenido poca actividad sísmica.


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Sistema de fallas Las Pailas-Cerro Atravesado: Son fallas paralelas localizadas al pie del Rincón de la Vieja, orientadas WNW-ESE, con dimensiones similares (entre unos 11 y 13 km de longitud). Posiblemente correspondan con fallas dextrales. Varios autores previos habían propuesto fallas similares, basado en los alineamientos fotogeológicos y en las localizaciones de las manifestaciones termales superficiales (batideros y volcancitos de lodo, fuentes termales). Se les denomina de norte a sur como: fallas Pailas, Borinquen, Guachipelín y Cerro Atravesado. Esta área ha presentado actividad sísmica en los últimos años especialmente durante los años 2005, 2011 y 2012, por su corta extensión es posible que no generen sismos de magnitudes superiores a 5,5.

Falla Cabuyal: Esta falla es reconocida en el campo con una orientación que varía de N-S a NNE, tiene una componente sinestral, y al parecer corta las fallas del sistema Pailas-Cerro Atravesado. Hay un sismo ocurrido el 29 de setiembre 1975 que tuvo una magnitud de 5,1 y que por su ubicación puede estar asociado a este sistema. Es muy probable que esta falla pueda generar sismos de magnitud cercana a 5,5. Sistema de falla Quebrada El Macho: Son fallas paralelas con rumbo WNW-ESE, que se presentan en el flanco occidental del volcán Tenorio. En el campo se puede observar varias sillas de falla, trincheras de falla, lagunitas de falla y es común observar zonas falladas muy fracturadas en rocas volcánicas. La topografía y la geomorfología del lugar, sugiere que es un área que ha sido afectada por una tectónica compleja donde interactúa con fallas de desplazamiento de rumbo lateral izquierda que tiene rumbo NE. La magnitud máxima probable que pueda generar esta falla se estima en 6,0. Sistema de fallas Caño Negro-Olla de Carne: Es una falla con rumbo NW-SE de unos 50 km de longitud total. Sin embargo, su traza morfológica no es continua, o en otras palabras se presenta segmentada. Su escarpe se distingue claramente en las fotografías aéreas e imágenes de satélite y que parece ser una prolongación del graben de Nicaragua. Aunque no ha presentado terremotos en tiempos históricos, por su extensión y expresión geomorfológica. La delimitación y carácter de la falla Caño Negro ha variado de autor en autor, no solo en su extensión y tipo de movimiento, sino en su trazo. Lo anterior se debe a que casi ninguno de los autores, en realidad la estudió con detalle y tan solo reconocieron que existían una serie de anomalías geológicas que eran atribuibles a una o varias fallas. Alvarado et al. (1986) menciona alineamientos estructurales NW-SE, paralelos al graben de Nicaragua, que al norte del Rincón de la Vieja pueden alcanzar una elevación de 400 m y en el Miravalles parecen estar cortados por fallas N-S, en correspondencia con la fila Las Armenias. Barquero (1990) había propuesto, basado en mecanismos focales presumiblemente asociados a esta fuente, la existencia de una falla normal orientada NW-SE con componente de rumbo, en coincidencia con el escarpe observado en fotos aéreas. Denyer & Alvarado (2007) han mapeado la falla al pie


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de la cadena montañosa, y solamente se cataloga como una “Falla del Cuaternario”, con un posible movimiento de bloques a partir del escarpe morfológico. La interpretación que hoy día se le da es de al menos dos sistemas de fallamiento inverso. El más frontal y hacia el pie de monte, propuesto y cartografiado por Denyer et al. (2003) y Denyer y Alvarado (2007). Aunque innominado, le llamaremos falla Olla de Carne. El otro más trasero, correspondería con la falla Caño Negro original, aunque su trazo se cambia en el presente trabajo, hacia una falla con segmentos curvilíneos, particularmente hacia su extremo oriental. La falla Caño Negro, posee el marcado escarpe de falla sub-rectilíneo al norte del volcán Rincón de la Vieja que se vuelve menos notorio hacia el ESE, pero se observan varios ríos con cambio en el curso de sus aguas (deflexiones) en ambos sentidos, posibles pliegues de falla o al menos bloques basculados, y depósitos aluviales represados, sedimentos palustres y pequeñas lagunas pantanosas en su parte trasera. Su traza se vuelve algo más curveada al oriente pues está afectada por fallas transversales. La falla Caño Negro ha tenido actividad sísmica importante en 1985, 2002 y 2011. En la secuencia sísmica de 2002, algunos de los mecanismos focales calculados en la parte SE de la falla, sugieren un fallamiento inverso, por lo que esta falla es compleja y es muy probable que esté formada por diferentes bloques sísmicos (Taylor et al., 2002). Como no se han podido encontrar evidencias directas de la Falla Caño Negro en el campo debido a que esta recubiertas por aluviones, lahares y espesa vegetación, en este estudio se asume que es una falla inversa con componente de rumbo lateral derecho, tal y como parece sugerir las mediciones de GPS (LaFemina et al., 2009). La falla Olla de Carne posee un frente sinuoso, con posibles escamas tectónicas y cerros alargados en posible correspondencia con pliegues (p.ej. cerro Olla de Carne). Cada escama tectónica posee dimensiones entre 5 y 10 km de longitud, y al parecer están limitadas por fallas perpendiculares, posiblemente de desplazamiento de rumbo sinestral y orientadas NE-SW. Falla Chiripa: La identificación de esta falla al suroeste del lago de Arenal fue posible gracias a los registros sismológicos obtenidos por la Red Sismológica de Arenal que estuvo en operación de 1974 a 1978. Esta red permitió registrar y localizar gran cantidad de réplicas del terremoto de Tilarán de abril de 1973. Montero (1983) estimó un período de recurrencia de 60 años para esta región para sismos de magnitudes intermedias (6,0-6,5). La falla Chiripa es una falla de rumbo NNW de unos 20 km de longitud. Un mecanismo focal elaborado por Matumoto et al. (1978) muestra una solución de tipo transcurrente sinestral, uno de cuyos planos nodales concuerda con la dirección del alineamiento de los epicentros de las réplicas del terremoto de 1973. Este fallamiento está asociado con la deformación cortical que resulta de los


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esfuerzos compresivos regionales de rumbo NE originados por el proceso de subducción (Climent & Barquero, 2001). Se estima que el terremoto de 1973 tuvo una Intensidad Mercalli Modificada máxima (IMM) de VIII en el área epicentral. Falla Cote-Arenal: Se trata de una falla de traza semi-curvilínea con rumbo NW-SE hasta WNW-SSE que se extiende por más de 20 km con el bloque sur descendido.

Falla Cañas: La falla Cañas se extiende por unos 35 km, desde el norte de las montañas de Montes de Oro hasta el noreste de la ciudad de Cañas, corre paralela al río Cañas, pasa cerca de Líbano y del Vergel de Cañas. Aunque su traza no es muy clara en algunos tramos, aparece en el mapa tectónico de Denyer et al. (2003). Su actividad sísmica es baja y aún no se conoce que tipo de falla es, pero para este estudio se asume que es una falla transcurrente lateral derecha con rumbo NW que puede generar sismos de magnitud 6,5. Falla Bagaces: Es un sistema de fallas normales N-S y NNE-SSW que constituyen la estructura del graben Fortuna-Peje. Esta falla, cerca de Bagaces, parece ser la fuente de los terremotos de 1935 y 1941 (Montero & Alvarado, 1988). Estos terremotos ocasionaron daños principalmente en Bagaces, en donde hubo destrucción total o parcial de casas.

5. SISMICIDAD

5.1. EVENTOS SISMICOS MAYORES 1833-2013

Desde 1833 hasta el presente se han reportado o registrado nueve eventos sísmicos asociados al proceso de subducción, con magnitud superior a 7,0 en la región NW de Costa Rica, y cinco terremotos generados en las fallas locales con magnitud superior a 6,0 (Fig. 5). Todos estos eventos fueron localizados entre la fosa mesoamericana y el arco volcánico. Esto indica que se tiene la ocurrencia, en promedio, de un evento sísmico de M ≥ 7 cada 20 años relacionado con el proceso de subducción y de uno de M ≥ 6,0 cada 36 años con el fallamiento superficial. Históricamente, los que han causado mayores daños materiales y humanos, debido a su poca profundidad y cercanía con los centros de población, son los originados por las fallas locales, aun cuando sus magnitudes son menores que los originados por la subducción. De los sismos históricos relacionados con el proceso de subducción, se puede citar entre los más importantes por su magnitud y efectos causados, el de 1916 conocido como terremoto de Papagayo (MW 7,0), así como los terremotos de Nicoya de 1950 (MW 7,7) y 2012 (MW 7,6). En el caso de los sismos relacionados con el fallamiento superficial, se tiene el reporte de eventos importantes ocurriendo


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en los años 1935 y 1941, asociados con la falla Bagaces, el de 1911 a la falla Cote-Arenal y el de 1973 a la falla Chiripa.

Fig. 5. Principales eventos sísmicos ocurridos en la región noroeste de Costa Rica para el periodo 1833-2013.


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En el Cuadro 2 se presenta un resumen con las principales características de los eventos antes indicados. Cuadro 2. Principales sismos de subducción (MW ≥ 7) y de fallamiento superficial (50 km alrededor del proyecto y MW ≥ 6) en la región noroeste de Costa Rica.

Fecha Longitud

W Latitud

N Magnitud

(MW) Localización

epicentral Proceso

02/10/1833 -85.500 10.200 7,1 Península de Nicoya Subducción

24/08/1853 -84.900 10.420 6,0 Tilarán Falla local

21/06/1900 -85,500 10,000 7,2 Península de Nicoya Subducción

10/10/1911 -84,930 10,600 6,5 Laguna Cote Falla local

27/02/1916 -85,980 10,700 7,0 Golfo de Papagayo Subducción

24/04/1916 -84,750 10,100 7,0 Miramar Subducción

01/08/1935 -85,250 10,580 6,2 Bagaces Falla local

06/12/1941 -85,250 10,500 6,3 Bagaces Falla local


26/02/1952 -86,400 11,510 7,2 Costa de Nicaragua Subducción


14/04/1973 -84,900 10,460 6,5 Tilarán Falla local

25/03/1990 -84,950 09,600 7,0 Cóbano Subducción

05/09/2012 -85,626 09,690 7,6 Sámara Subducción

A continuación se presenta una pequeña descripción de los principales sismos históricos ocurridos en la región noroeste de Costa Rica para el periodo 1853-2012, no hay mucha información disponible sobre los sismos en el periodo 1833-1900. Terremoto del 24 de agosto de 1853: En el informe de la Gobernación de la Provincia de Guanacaste se menciona lo siguiente con respecto al terremoto del 24 de agosto de 1853: “Según datos que ha adquirido esta Gobernación y los detalles comunicados por el Jefe Político del Cantón de Bagaces, los estragos hechos por el temblor de 24 de agosto último en la Villa de Cañas fueron de bastante consideración, pues no solamente se destecharon todas las casas enteramente, sino que también cayeron algunas y las demás quedaron desplomadas. La comisión que fue a explorar y habiéndose internado sobre la cordillera, advirtieron que hacia el este se divisaba un pequeño cerro a poca distancia del volcán Tenorio, y que de este se elevaban grandes humaredas de diferentes colores; también observaron la destrucción de una parte de montaña y grandes oquedades de la tierra que se había abierto en grietas” (Guardia, 1853). Terremoto de Guatuso, 10 de octubre de 1911: Tristán (1911) presenta un informe sobre el terremoto del 10 de octubre de 1911, conocido como el sismo de Guatuso, que fue sentido en San José a las 7:37 a.m. y que tuvo una duración de 36 s. La zona más perjudicada se encuentra en una región situada entre el volcán Tenorio y la laguna del Arenal, la cordillera volcánica del Norte y las cabeceras del


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río Frío. Los efectos del terremoto en el área epicentral fueron árboles arrancados de raíz, derrumbes y grietas en el camino a Guatuso y que las aguas del río Frío bajaban muy sucias. Los poblados de Tilarán, Pelado, Palmira, Tenorio y Coyolar sufrieron más que Cañas. Por estos datos, es muy posible que la IMM pudo alcanzar IX en el área epicentral, VIII en Guatuso y Tilarán y VII en Cañas. Terremoto de Papagayo del 27 de febrero de 1916: Fue originado por el proceso de subducción en la zona sísmica de Papagayo. Se le estimó una magnitud de 7,0 y una intensidad IMM de VIII con posibilidades de IX en puntos muy particulares que tuvieran efectos de sitio. El área epicentral se ubicó entre Bahía Culebra, la Península Santa Elena y Punta Gorda. Causó gran cantidad de daños en la región noroeste de Costa Rica, pero especialmente en Sardinal y en Playas del Coco donde hubo colapso parcial o total de construcciones y gran cantidad de grietas en el suelo, en Nicoya las torres de la iglesia se cayeron. El mapa de intensidades de este evento se muestra en la Figura 6. Tuvo una duración de dos minutos y 36 segundos pero la fase fuerte duró 50 s y las réplicas se estuvieron sintiendo por dos meses (Tristán, 1916).

Fig. 6. Mapa de Intensidades Mercalli Modificada del terremoto de Papagayo de 1916.


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Terremoto de Bagaces del 1 de agosto de 1935: Este evento se ha asociado a la falla Bagaces y se le estimó una magnitud de 6,2 y una profundidad de 10-15 km. Este terremoto ocasionó daños principalmente en Bagaces, en donde hubo destrucción total o parcial de casas, se escucharon ruidos subterráneos y se reportaron también algunos daños en Liberia; en Cañas se sintió muy fuerte, pero no produjo daños materiales, en San José, Heredia y Cartago fue sentido fuerte y prolongado. La IMM máxima asignada fue de VII (Montero & Alvarado, 1988) (Fig. 7).

Fig. 7. Mapa de intensidades Mercalli Modificada del terremoto de Bagaces de 1935.


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Terremoto de Bagaces del 6 de diciembre de 1941: Al igual que el sismo de 1935, este evento se ha asociado al sistema de fallas Bagaces, y se le estimó una magnitud de 6,3 y una profundidad de 10-15 km, con una Intensidad epicentral de VIII. Este terremoto ocasionó daños considerables en Bagaces, en donde unas 100 casas quedaron inhabitables, el techo de la iglesia colapsó, y también quedaron dañadas las oficinas de la jefatura política, la municipalidad y el telégrafo. Otros datos de intensidades según Montero & Alvarado (1988) son: en Montano VII, en Montenegro VI-VII, en Salitral VII, Liberia, La Fortuna de Bagaces VI, Bebedero VI (Fig. 8).

Fig. 8. Mapa de intensidades Mercalli Modificada del terremoto de Bagaces de 1941.

Terremoto de Nicoya del 5 de octubre de 1950: Este evento de subducción tuvo su origen en la zona sísmica conocida como Nicoya. Se le estimó una magnitud de


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7,7 y es uno de los de mayor magnitud en la historia sísmica del país. Originó daños en construcciones de Puntarenas, Nicoya, San Ramón, Filadelfia, Santa Cruz y otros poblados en la península de Nicoya, la costa pacífica central del país y en el Valle Central Occidental (Montero, 1983). En este terremoto murieron y resultaron heridas decenas de personas, muchos edificios y caminos fueron gravemente dañados, produjo deslizamientos, licuefacción y más de 1,0 m de elevación cosísmica a lo largo de la costa de Nicoya (Marshall & Anderson, 1995). En la Figura 9 se presenta el mapa de intensidades para este evento.

Fig. 9. Mapa de intensidades Mercalli Modificada del terremoto de Nicoya de 1950.

Terremoto de Tilarán del 14 de abril de 1973: Este evento ha sido asociado en su origen con la falla Chiripa, con hipocentro localizado a una profundidad de 10 km y una magnitud de 6,5. A este evento se le ha asignado una intensidad (MM)


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de grado VIII en la zona epicentral (Plafker, 1973) (Fig. 10), aunque en algunos sitios muy puntuales esta pudo alcanzar el grado IX.

Fig. 10. Mapa de intensidades Mercalli Modificada del terremoto de Tilarán de 1973.

Terremoto de Sámara del 5 de setiembre de 2012: El 5 de setiembre del 2012 se produjo un gran sismo (MW 7,6) en la región de la Península de Nicoya, que fue originado directamente en el área interplacas de la zona de subducción, el cual fue sentido en toda América Central. Se reportaron daños estructurales y colapso de edificaciones en localidades de Nicoya, Liberia, Cañas, Tilarán, Puntarenas, Grecia, Sarchí y Naranjo. De acuerdo con los reportes de las poblaciones cercanas a la zona epicentral, las IMM máximas fueron de VII (Fig. 11). En el Valle Central la sacudida fue bastante fuerte y prolongada, lo que provocó la caída de objetos de muebles y estantes, láminas de cielorraso, algunos daños en mampostería de edificios y alarma general en la población, que procedió a


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evacuar la mayoría de los edificios como medida preventiva (Vargas et al., 2012). Después del terremoto de Limón en abril de 1991 (MW 7,7), el del 5 de setiembre podría ser catalogado como el segundo más fuerte sucedido en territorio nacional desde el inicio de las mediciones instrumentales, en la década de 1970 (Vargas et al., 2012). Cerca del hipocentro, el deslizamiento máximo supera 2 m, y la ruptura se extendió hacia el exterior a lo largo de la interfaz de la placa para abarcar más de 3.000 km2 de la zona sismogénica. Más de 1700 réplicas se registraron en los primeros 5 días destacando dos parches de ruptura distintos, uno bajo Sámara, y el otro debajo de la punta sur de la península (Marshall et al., 2013). Además, se observaron levantamientos costeros de aproximadamente 45 cm en Puerto Carrillo y de 75 cm en la costa de playa Pelada (Rojas, 2012).

Fig. 11. Mapa de intensidades (MM) del terremoto de Sámara del 2012 (Vargas et al., 2012).


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Debido a este evento, el ICE reportó daños en cinco líneas de transmisión y siete subestaciones, lo que representa un 6% de las líneas y un 12% de las subestaciones. Las líneas de transmisión con daños incluyen Miravalles-Arenal, Garabito, Arenal-Lindora, Nuevo Colón-Papagayo y Santa Rita-Colorado. Las subestaciones que tuvieron algunos problemas leves fueron La Caja, San Miguel, Sabanilla, El Coco, El Este, Tarbaca, Heredia, Ciudad Quesada y Colima. De ellas, las que sufrieron mayores averías fueron la de Santa Rita y Arenal. Los servicios fueron restablecidos casi en su totalidad en menos de 24 horas. En cuanto al sistema telefónico, el ICE informó que luego del sismo se produjo una saturación del sistema de telefonía fija y el celular debido a que el tráfico de llamadas se cuadruplicó. Además, 104 radio bases GSM y 202 de 3G estuvieron fuera de operación por falla en el suministro de electricidad, pero al final del día casi todos los sistemas se recuperaron. Del recuento de los daños, entrevistas en el campo y efectos observados se estima que la IMM fue de VII para la zona de la península de Nicoya, Puntarenas y en Zarcero, Grecia y Naranjo. En Liberia, Cañas, Tilarán, Miramar y Ciudad Quesada se estimó una IMM VI y en el Valle Central de V (Vargas et al., 2012).

5.2. SISMICIDAD INSTRUMENTAL RECIENTE 1974-2013

Después del terremoto de Tilarán de 1973, y debido a la construcción del proyecto hidroeléctrico de Arenal, el ICE instaló una red sismológica analógica portátil en los alrededores del lago de Arenal. Posteriormente, desde 1982 se instalaron dos redes locales en el territorio costarricense, la Red Sismológica Nacional (RSN), operada en conjunto por la Universidad de Costa Rica (UCR) y el Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), y la red de la Universidad Nacional (OVSICORI). El catálogo centroamericano a partir de esa fecha, para el territorio costarricense, da prioridad a los registros de estas dos redes, pero en especial la de la RSN. Además, en 1994 el ICE instala en la región de la cordillera volcánica de Guanacaste una red sismológica digital compuesta de 16 estaciones, para el monitoreo constante de la actividad sísmica y volcánica que se produce alrededor de los proyectos de generación eléctrica ubicados en la zona. Esta red del Observatorio Sismológico y Vulcanológico de Arenal y Miravalles (OSIVAM), al día de hoy, está compuesta por 32 instrumentos, por lo que se puede asegurar una buena localización de los sismos en el área de la Península de Nicoya y la cordillera volcánica. El catálogo sísmico antes del año 1974 se complementa con las bases de datos internacionales como el International Seismological Centre (ISC) y del National Earthquake Information Center (NEIC). En la Figura 12 se muestra la distribución espacial de los epicentros de 31641 sismos, que están compuestos por los sismos asociados directamente al proceso de subducción de la placa Coco bajo la placa Caribe y además, por la sismicidad originada en las fallas tectónicas locales. Normalmente se define que la actividad sísmica somera menor a los 20 km de profundidad, está relacionada al fallamiento local. Mayor a esa profundidad se asume que son sismos producto de la interacción entre las placas Coco y Caribe (sismos de subducción). En las Figuras 13 y 14 se muestra la distribución de la sismicidad siguiendo esos criterios.


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Fig. 12. Localización de la sismicidad regional alrededor del P.G. Las Pailas II.


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Fig. 13. Distribución de la sismicidad somera por fallamiento local (sismos con profundidad ≤ 20 km).


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Fig. 14. Distribución de la sismicidad profunda (sismos con profundidad > 20 km) asociada al choque de placas.


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5.2.1. Magnitudes

Las magnitudes de los sismos recopilados (Fig. 15) se distribuyen de la siguiente forma: la mayor cantidad de eventos lo constituyen los de magnitudes entre 3 y 4 y los de magnitudes grandes son escasos (34 eventos con M ≥ 6,0) para el periodo 1833-2013 (Cuadros 3 y 4). Las magnitudes mayores (M ≥ 7,0) corresponden en la mayoría de los casos con sismos originados por el proceso de subducción que se ubican en la costa pacífica o bajo la península de Nicoya. La zona de interacción de las placas se encuentra entre los 50 y los 70 km de profundidad bajo la zona donde se ubican los proyectos geotérmicos. Esta condición de la distancia de la fuente sísmica permite una atenuación importante de las ondas sísmicas al propagarse a través del medio, antes de alcanzar este sitio.

Cuadro 3. Número de sismos según rangos de magnitudes.

Rango de magnitud

No. Sismos Porcentaje

(%)

3,0 – 4,0 15990 87,6

4,1 – 5,0 2112 11,6

5,1 – 6,0 114 0,6

≥ 6,1 43 0,2

Total 18259 100

Cuadro 4. Número de sismos según rangos de magnitudes y profundidad, según la fuentes sísmica.

Rango de magnitud

No. sismos Superficiales

% Sismos Superficiales

No. Sismos Profundos

% Sismos profundos

3,0 – 4,0 7784 91,6 8206 84,1

4,1 – 5,0 675 7,9 1437 14,7

5,1 – 6,0 32 0,4 82 0,8

> 6,0 10 0.1 33 0,4

Total 8501 100 9758 100

En el caso de los sismos asociados al fallamiento local, los que pueden tener magnitudes superiores a los 6 grados, podrían causar daños considerables en la zona epicentral, tal y como ocurrió en 1935 y 1941 con los terremotos de Bagaces. En la Figura 15, se aprecia la localización de sismos relacionados con fallamiento local alrededor de los proyectos geotérmicos (12609 sismos). Claramente se observa que la amenaza sísmica proviene de la Cordillera Volcánica de Guanacaste, particularmente del sector donde se localizan los volcanes Miravalles y Tenorio y las fallas tectónicas activas Bagaces, Chiripa, Cote-Arenal y Cañas que han provocado terremotos importantes en el pasado.


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Fig. 15. Localización de los sismos superficiales locales, clasificados gráficamente de acuerdo con la magnitud.


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5.3. PRINCIPALES SECUENCIAS SÍSMICAS PARA EL PERIODO 1973-2013

Otros sismos de menor magnitud también han ocurrido en las fallas locales que se localizan en el flanco norte de la cordillera volcánica de Guanacaste, entre los que destacan los de 1985, 2002 y 2011. En el período comprendido entre el 30 de abril y el 6 de mayo de 1985, la Red Sismológica Nacional registró un enjambre de temblores en la zona del volcán Miravalles. Cuatro de los sismos fueron ubicados en la ladera norte del volcán. Los vecinos de Armenias de Upala, población situada a unos 3 km al norte del Miravalles, se alarmaron y se informó de la posible activación de algunos deslizamientos. Se estima que la intensidad máxima en la zona más afectada fue entre IV y V (MM), pero en el poblado de Guayabo, a unos 20 km al SW de la zona epicentral, la intensidad no superó los II grados (Boschini, 1985). El 27 de enero del 2002 se registró un sismo de MW 5,4 en Bijagua, asociado con la falla Bijagua, en el extremo sureste de la falla Caño Negro (Fig.16).

Fig. 16. Mapa de intensidades del sismo de Bijagua del 27 de enero del 2002.


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Desde el año 2001 se venían produciendo un promedio de 2 a 3 sismos por mes, con una actividad importante en setiembre del 2001, cuando se registraron al menos 15 eventos. El enjambre de mayor importancia se inició el 27 de enero del 2002 con varios eventos pequeños (M < 2,5). A las 20:49 (hora local) se produjo el evento principal de MW 5,4, el cual sacudió fuertemente Bijagua y alrededores. Se estima que la intensidad máxima en la zona más afectada fue de VI (Fig. 16). Posterior a este evento, siguieron más de 150 réplicas durante las primeras doce horas con magnitudes inferiores a 4,1 y alrededor de 1000 sismos hasta mediados de marzo. La alineación de epicentros muestra claramente que existe una barrera sísmica de dirección noroeste-sureste que está limitada por las fallas Caño Negro y El Macho. Algunos sismos localizados más en el sector de la falla Caño Negro en su parte terminal sureste, tienen mecanismo focal inverso (Taylor et al., 2002).

Fig. 17. Mapa de intensidades (MM) del sismo del 12 de julio del 2011.


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En julio del 2011, se produjo un sismo de MW 5,5, que fue sentido con intensidades (IMM) de VI en los poblados de Armenias, Aguas Claras y Bijagua de Upala (Fig. 17). Los deslizamientos de mayor importancia ocurrieron en el flanco norte (en el área afectada por el deslizamiento del año 2004) y oeste del volcán Miravalles y en algunos caminos y márgenes de los ríos Guacalito y Zapote. Aunque fue un sismo de una magnitud moderada, no se presentaron daños estructurales importantes. Los daños registrados se observaron en viviendas con problemas en los métodos constructivos y en los postes del tendido eléctrico, los acueductos y en un puente debido a efectos indirectos como los deslizamientos y lahares. A partir del análisis de los datos sísmicos se sabe que este sismo no fue originado propiamente en la falla Caño Negro, pero sí en las fallas asociada a su sistema (Taylor et al, 2012).

5.4. INTENSIDADES HISTÓRICAS MAYORES EN LA ZONA DONDE SE UBICA

EL P.G. LAS PAILAS II

De acuerdo a la recopilación de la sismicidad histórica en Costa Rica (Miyamura, 1980; Rojas, 1993; Peraldo y Montero, 1994; Peraldo y Montero, 1999; Ambraseys, 2001) y a lo expuesto anteriormente, en la región noroeste del país, han ocurrido eventos sísmicos mayores (Mw ≥ 6,0), relacionados tanto con la fuente sísmica de la subducción, como con el fallamiento superficial o local. Algunos de ellos reportados incluso en tiempos de la colonia. Eventos con mayor grado de precisión en cuanto a la estimación de su localización y magnitud, son los reportados a partir del siglo XX. Entre los más importantes están: el terremoto de Guatuso de 1911, los de Bagaces de 1935 y 1941 y el de Tilarán de 1973, todos relacionados con el fallamiento superficial. También están los asociados con la fuente sísmica de la subducción, como el de 1916 en Papagayo y 1950 en la península de Nicoya. Más recientemente, en 2012, un terremoto de MW 7,6 ocurrió en esa fuente. Estos eventos han generado fuertes sacudidas sísmicas y daños en las zonas mesosísmicas o epicentrales. Particularmente los terremotos de 1916 y 1950 produjeron las mayores intensidades I (MM) en la zona donde se tiene planificado desarrollar el P.G. Las Pailas II y que se han estimado entre el grado VII y VIII (Cuadro 5). Los terremotos relacionados con las fallas superficiales del arco volcánico, produjeron intensidades más bien moderadas de grado VI en esa zona. Similar intensidad fue estimada para el terremoto de subducción del 5 de setiembre del 2012. Para este último evento se obtuvo un registro acelerográfico instrumental en la casa de máquinas del C.P.G. Miravalles, y mostro un valor muy bajo de 0,04 g (aceleración horizontal pico), que indica que la sacudida sísmica en ese sitio llego con muy poca energía y poca capacidad de producir daño a las edificaciones u obras que se encuentran en ese sitio. Para el grado VIII de intensidad (MM) Wald et al. (1999) indica que corresponde un valor de aceleración pico que varía entre 0,34 g y 0,65 g.


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En el Cuadro 5, se presenta un resumen de la información sismológica que caracteriza a cada uno de estos eventos sísmicos, y la intensidad I (MM) que cada uno de ellos produjo en su momento en la zona epicentral, así como en el sitio donde se encuentra ubicado el sitio de proyecto de interés.

Cuadro 5. Eventos sísmicos mayores en la región noroeste de Costa Rica.

Sismo Fuente

Magnitud (MW)

I (MM) Epi*

I (MM) en P.G. Las Pailas II

Terremoto de Guatuso 1911

Falla Cote-Arenal 6,5 VIII-IX Sin dato

Terremoto de Bagaces 1935

Falla Bagaces 6,2 VII VI

Terremoto de Bagaces 1941

Falla Bagaces 6,3 VII-VIII VI

Terremoto de Tilarán 1973

Falla Chiripa 6,5 VIII-IX VI

Terremoto de Papagayo 1916

Subducción Papagayo

7,0 VIII-IX VII

Terremoto de Nicoya 1950

Subducción Nicoya

7,6 VIII VII-VIII

Terremoto de Sámara 2012

Subducción, Nicoya

7,6 VII VI

/* Epi: Intensidad Mercalli Modificada en la zona epicentral

6. PRINCIPALES FUENTES SÍSMICAS A CONSIDERAR EN EL

ANÁLISIS

Con base en el conocimiento de la sismo-tectónica actual de la región noroeste de Costa Rica, en el Cuadro 6 se presenta las fuentes sísmicas consideradas con mayor importancia para la estimación de la amenaza sísmica (especialmente la determinística) en el sitio donde se encuentra el P.G. Las Pailas II, y que tienen relación con el fallamiento cortical superficial y la subducción. Para caracterizar a cada una de estas fuentes, se les estimó su potencial de generar sismos, en función de la magnitud obtenida de considerar la longitud de la traza de la falla en superficie, así como de la magnitud máxima histórica reportada (MHIST.). También se les asignó el nivel de intensidad máximo reportado, tanto en la zona epicentral (IO), como en el sitio donde se ubicara el proyecto (IS). Las fallas seleccionadas se encuentran a diferentes distancias del sitio que se desea evaluar, y la mayoría de ellas han presentado sismos históricos importantes.

Para definir las longitudes de las fallas, se revisaron los mapas tectónicos existentes y se revisaron las imágenes digitales y algunas fotografías aéreas, de tal forma que se tenga la mayor certeza de las longitudes asignadas a estas estructuras tectónicas. Sin embargo, algunas de ellas presentan cierto rango de


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incertidumbre, al no contarse con estudios de detalle geológico de campo, como por ejemplo la falla Caño Negro, que aún requiere investigación.

Particularmente, en el caso de esta falla, en los informes anteriores se ha considerado su longitud total (50 km) para estimar el sismo máximo asociado a ella (Climent y Barquero, 2001; Barquero et al., 2003; Climent et al., 2013). Sin embargo, estudios de campo de detalle geológico, realizados durante el año 2014, sugieren que su traza morfológica no es rectilínea continua en toda su longitud, y que en el sector al norte del volcán Miravalles, cambia su rumbo N-O y se vuelve más E-W (Fig. 18). Por lo anterior, la magnitud máxima asociada a esta falla, en este informe, ha sido estimada considerando una longitud de ruptura con una longitud de 32 km (la falla fue segmentada). Esta falla se ha considerado como inversa y se le ha asignó un ángulo de buzamiento de 45 grados, para efectos geométricos y de estimación de su distancia con respecto al sitio de proyecto.

Fig. 18. Epicentro del escenario sísmico relacionado con la falla Caño Negro.


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La magnitud estimada para cada falla (MEST.), se obtuvo utilizando las relaciones empíricas de Wells & Coppersmith (1994), que relaciona MW vs. Longitud de ruptura en superficie (LRS), considerando que cuando ocurra el evento sísmico, la falla rompería en todo lo largo de la longitud asignada. A modo de ejemplo, se presenta la ecuación (1) que corresponde a la relación utilizada para estimar la magnitud media para una falla de desplazamiento de rumbo.

MW = 5,16 + 1,12 Log LRS (1)

En el Cuadro 6 se resumen los parámetros estimados y asignados a cada una de las fuentes sísmicas. El análisis en conjunto de esta información permitirá asignar los parámetros de cada uno de los escenarios que se analizarán para estimar la amenaza sísmica en el sitio donde se ubica el P.G. Las Pailas II, y seleccionar aquel que la controla.

Cuadro 6. Potencial sísmico de las principales fuentes identificadas.

Fuente sísmica

Long. de falla

(Km)

MEST. (MW)

Mayor sismo histórico relacionado

MHIST.

(MW) Prof. (km)

I0(MM) IS(MM)

Falla Chiripa 20,0 6,6 6,5 10 VIII-IX VI

Falla Cote-Arenal 20,0 6,6 6,5 12 VIII-IX VI

Falla Bagaces 15,0 6,4 6,3 5 VII-VIII VI

Falla Caño Negro 32,0 6,8 5,5 15 VI IV

Subducción Zona Papagayo

Zona de Nicoya

- -

- -

7,0 7,6

30 30

VIII-IX

VIII

VII

VII-VIII

7. /MEST. MW máxima estimada, MHIST. MW máxima histórica, Prof. profundidad en km, I0 Intensidad máxima en la zona epicentral, IS intensidad máxima en el sitio de la planta.


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7. ESTIMACIÓN DE LA AMENAZA SÍSMICA Los estudios de amenaza sísmica permiten cuantificar la sismicidad y la tectónica de una región, bajo diferentes parámetros sísmicos que reflejan la severidad de la posible sacudida sísmica a la cual estará expuesto un sitio en particular. Estos parámetros son utilizados generalmente para efectos de diseño sismo-resistente, así como para el análisis de la seguridad de obras civiles. Dos metodologías son utilizadas normalmente para realizar las estimaciones de amenaza sísmica: la determinística y la probabilística (Reiter, 1991; Baker, 2008). Ambas han sido utilizadas en este informe, de tal forma que él ingeniero diseñador cuente con la información necesaria para seleccionar adecuadamente la demanda sísmica de diseño relacionada con la región donde se encontrará localizado el P.G. Las Pailas II.

7.1. ANÁLISIS DETERMINÍSTICO

La estimación de la amenaza sísmica, por el método determinístico, se realiza con base en la determinación del peor escenario sísmico razonable o viable. Para ello, es necesario tomar en consideración la tectónica, el potencial de generar sismos de cada una de las fuentes sísmicas (fallas) identificadas como críticas, así como la historia de ocurrencia de sismos mayores en la región de estudio. Detalles de esta metodología pueden ser encontrados en los trabajos de Reiter (1991), Krinitzsky et al. (1993), Krinitzsky (1995 a y b) y Baker (2008).

En el presente estudio, para determinar el peor escenario o el que controla la amenaza, primero se plantearon una serie de escenarios en términos de magnitud máxima y distancia de ocurrencia del evento sísmico con respecto al sitio de ubicación del proyecto. Para ello se consideraron las fallas principales identificadas en la región (Cuadros 1 y 6) y que, por su cercanía a la zona del proyecto, podrían generar intensidades sísmicas importantes de la sacudida sísmica. Para definir la magnitud máxima que puede ocurrir en estas fallas o fuentes sísmicas, se consideraron las magnitudes máximas históricas registradas (Cuadro 6), así como las estimadas por medio de las relaciones empíricas de Wells & Copersmith (1994). En todos los casos, la magnitud máxima estimada presenta valores mayores a la magnitud máxima histórica registrada, por lo que el valor de MEST fue tomado e incrementado en 0,2 grados, para obtener lo que se considera la magnitud del sismo máximo creíble (MCE). El MCE es la magnitud máxima razonable que se le puede asignar al mayor evento sísmico que se considera posible ocurra a lo largo de la falla (peor escenario), de acuerdo al conocimiento actual de las condiciones sísmicas y tectónicas presentes en la región de estudio.


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Una vez definido el potencial sísmico de cada falla, el siguiente paso fue el asignarle una ubicación al epicentro del sismo, el cual se colocó a la mitad de la longitud de cada falla. A partir de estas ubicaciones, se midió la distancia epicentral (rEPI) y la más cercana a la ruptura (rRUP), ambas con respecto al sitio de ubicación del P.G. Las Pailas II. Las distancias anteriores fueron son utilizadas para evaluar los modelos de predicción sísmica. Para cada uno de los escenarios sísmicos planteados, se estimaron valores de intensidad de la sacudida sísmica (media más una desviación estándar), utilizando diferentes modelos de predicción que relacionan este parámetro con la magnitud y distancia de la fuente sísmica al sitio de interés. En este informe se utilizaron los modelos de predicción desarrollados por Climent et al. (1994), Schmidt (2010) y Zhao et al. (2006) para evaluar las fuentes sísmicas relacionadas con fallamiento superficial, y los modelos de Schmidt (2010) y Zhao et al. (2006) para evaluar eventos relacionados con la subducción interplaca. Dichos modelos fueron seleccionados de acuerdo a las recomendaciones presentadas en Climent et al. (2008); Piedra (2011) y Arango et al. (2012). Estos modelos suministraron valores de aceleración horizontal pico en función de la aceleración de la gravedad (g), para condición local de roca (Cuadro 7). A modo de ejemplo se presenta la expresión matemática del primer modelo arriba indicado:

ln A = -1,725+0,687*M-0,742*ln(r)-0.003*r+ln (2)

En donde: A aceleración pico, M es la magnitud momento, r es el parámetro de

distancia, y ln es el término relacionado con el error de estimación. También, a cada uno de los escenarios planteados, se les cálculo la duración del movimiento fuerte de la sacudida sísmica (ver Cuadro 7). Para ello se utilizó la ecuación de duración significativa (DS) propuesta por Trifunac & Brady (1975), ecuación 3. Esta duración identifica la parte del sismo que contribuye significativamente al total de la energía sísmica que se registra en un sitio, y que además juega un papel importante en la respuesta sísmica de las estructuras.

DS = 2,33*M - 4.88*s + 0,149*∆ (3)

Donde M es la magnitud, s la clasificación local del sitio y ∆ la distancia epicentral.


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Cuadro 7. Escenarios sísmicos específicos relacionados con el P.G. Las Pailas II y valores de aceleración horizontal pico para cada uno de ellos.

Fuente Sísmica

MMÁX.

Prof. (km)

Dist. al sitio de proyecto

Aceleración pico (g)

Duración del movimiento

fuerte (s)

rRUP rEPI CLI94 SCH10 ZH06

Falla Caño Negro

7,0 10,0 15,5 12,0 0,42 0,54 0,64 8,4

Falla Bagaces 6,6 10,0 21,0 30,0 0,22 0,18 0,26 10,0

Falla Chiripa 6,8 10,0 55,0 61,0 0,16 0,10 0,15 15,2

Falla Cote-Arenal

6,8 10,0 51,0 44,0 0,18 0,13 0,18 12,6

Subducción

Nicoya

Papagayo

7,8

7,8

25,0

25,0

85,0

65,0

85,0

65,0

-

-

0,33

0,49

0,22

0,30

22,3

17,3

/MMÁX. Magnitud máxima relacionada con el sismo máximo creíble, Prof. profundidad en km. rRUP distancia más cercana a la ruptura, rEPI distancia epicentral

De acuerdo a los resultados presentados en el Cuadro 7, se determina que la amenaza sísmica, en el sitio donde se encuentra el P.G. Las Pailas II, está controlada por la ocurrencia de un evento sísmico de magnitud 7,0 en la falla Caño Negro, y cuyo valor máximo de aceleración horizontal pico se ha estimado en 0,52 g, valor obtenido del promedio de los valores estimados para cada uno de los modelos de predicción utilizados. Si se considera únicamente la estimación hecha con el modelo de Zhao et al. (2006), el valor aumentaría hasta 0,64 g. Otro escenario importante, es el planteado para la zona de subducción, especialmente si un evento de magnitud 7,8, ocurre en la zona sísmica de Papagayo. De este evento sísmico se esperaría que la aceleración pico alcanzara un valor de 0,49 g (Cuadro 7), si se considera únicamente el valor obtenido por el modelo de predicción sísmica de Zhao el at. (2006). Debido a las distancias de ocurrencia de cada uno de estos eventos, estos mostrarían diferencias en cuanto a la duración del movimiento fuerte y en los contenidos de frecuencias de las ondas sísmicas que arribarían al sitio. En el estudio de amenaza sísmica realizado por Barquero et al. (2003) para el P.G. Las Pailas, al escenario sísmico relacionado con la falla Caño Negro se le estimo una aceleración horizontal pico de 0,5 g utilizando solo un modelo de predicción sísmica. Históricamente, las fallas corticales en la región de estudio no han generado sismos con magnitudes superiores a 6,5 MW, aunque su potencial es un poco mayor de acuerdo a lo presentado en el Cuadro 6.


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7.2. ANALISIS PROBABILÍSTICO

En este tipo de estimación, la información sobre la tectónica, sismicidad y la atenuación de los movimientos sísmicos son integrados en un modelo probabilístico para calcular diferentes niveles de aceleración del terreno, asociados a una determinada probabilidad de excedencia o periodo de retorno. Detalles de ésta metodología pueden ser encontrados en Cornell (1968), McGuire (1976), Reiter (1991), Climent et al. (2008), Baker (2008), Sen (2009).

Para el cálculo de la amenaza sísmica probabilística, en el sitio donde se ubica el P.G. Las Pailas II, se partió del uso del modelo sismo-tectónico propuesto en el último estudio regional de Amenaza Sísmica en Costa Rica (Climent et al., 2008). En ese informe se puede obtener detalles del modelo y de los parámetros sísmicos utilizados en el archivo de entrada para correr el programa de cálculo de la amenaza sísmica. Para la definición de las fuentes sísmicas, se utilizó el método de área fuente, tanto para las fuentes corticales superficiales (fallamiento superficial), como para las relacionadas con el proceso de subducción (interplaca e intraplaca). A modo de ilustración, en la Figura 18 se muestra la zonificación sísmica utilizada en Climent et al. (2008), para representar las fuentes sísmicas superficiales regionales de Costa Rica, que incluye parte de la zonificación regional de América Central (Benito et al., 2012). Teniendo definida la geometría de las fuentes a considerar en el análisis (Fig. 19), los parámetros sísmicos relacionados con cada una de ellas (índices de sismicidad, tasas de ocurrencia de sismos, magnitudes máximas), así como los modelos de predicción sísmica (definidos en el apartado anterior), se utilizó el programa CRISIS2007 para integrar el modelo sismo-tectónico propuesto y estimar la amenaza. El programa fue corrido para un punto, correspondiente a las coordenadas donde se ubica el P.G. Las Pailas II, y se generó como resultado valores de aceleración horizontal pico del terreno para condición local de roca o suelo firme y probabilidades de excedencia que corresponden a periodos de retorno de 100, 200, 500, 1000, 2000 años. Los resultados se muestran en el Cuadro 8, el cual incluye valores de probabilidad anual de excedencia para diferentes valores de vida útil de la obra.


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Fig. 19. Mapa de zonas sísmicas superficiales de Costa Rica (tomado de Climent et al., 2008).

Cuadro 8. Resultados de la amenaza sísmica probabilística, en el sitio donde se ubica el P.G. Las Pailas II.

Probabilidad anual de

Excedencia

Periodo de

retorno (años)

Probabilidad de excedencia en un lapso L

Aceleración Pico en g

30 años 50 años 75 años 100 años

150 años

0,010 100 0,260 0,395 0,529 0,634 0,778 0,32

0,005 200 0,139 0,222 0,313 0,394 0,528 0,39

0,002 500 0,058 0,095 0,139 0,181 0,259 0,51

0,001 1000 0,029 0,049 0,072 0,095 0,139 0,61

0,0005 2000 0,015 0,025 0,037 0,049 0,072 0,73

De acuerdo a lo presentado en el Cuadro 8, se han estimado valores de aceleración horizontal pico de 0,39 g, 0,51 g y 0,61 g para periodos de retorno de 200, 500 y 1000 años. En estudios de amenaza sísmica probabilística realizados por el ICE, para el P.G. Las Pailas (Barquero et al., 2003) y P.G. MIravalles (Laporte el at., 1995) se estimó valores de aceleración horizontal pico de 0,30 g, 0,37 g y 0,44 g para periodos de retorno de 200, 500 y 1000 años, en el primer caso y de 0,47 g y 0,55


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g para un periodo de retorno de 500 años y 1000 años, en el segundo caso. En ambos estudios, los valores de la amenaza sísmica son un poco menores (más en el primer caso) a los que han sido estimados en este informe. Esta diferencia es debido al uso de diferentes modelos sismo-tectónicos, así como el uso de diferentes modelos de predicción de las ondas sísmicas. Además, el conocimiento sismológico y tectónico ha ido incrementando y con ello una mejor evaluación de la amenaza sísmica. Para este estudio se utilizó el modelo sismo-tectónico propuesto en el proyecto RESIS II para Costa Rica (Climent et al., 2008), tal y como se indicó anteriormente.

8. CONCLUSIONES

En la región donde se encuentra localizado el P.G. Las Pailas II han ocurrido históricamente eventos sísmicos importantes (MW ≥ 6,0), tanto de fallamiento cortical superficial como de subducción, y que han generado intensidades Mercalli Modificada de hasta grado VIII en el sitio donde se ubica este proyecto. De acuerdo con el análisis determinístico, se esperaría que en el sitio donde se localiza el P.G. Las Pailas II se presente a futuro, niveles de intensidad de la sacudida sísmica con valores de 0,52 g, en el caso eventual de que ocurra un evento de magnitud 7,0 en la falla local Caño Negro. Para dicho evento, se estima presentaría una duración significativa del movimiento fuerte de 8,4 s. Sismos importantes (MW > 7,0) y más probables se espera que ocurran también en la fuente sísmica de subducción, pero con niveles de intensidad sísmica menores a los estimados para el evento de la falla Caño Negro. Dicha falla, sería el escenario sísmico más adverso, aunque las evidencias históricas (de tan solo unos siglos) nos indican que nunca se ha presentado un evento con dicha magnitud en la región. Del análisis probabilístico se han estimado valores de aceleración horizontal pico de 0,39 g, 0,51 g y 0,61 g para periodos de retorno de 200, 500 y 1000 años, en el sitio donde se encuentra el proyecto.

En el caso de que alguna de las obras del proyecto deban ser diseñadas siguiendo el Código Sísmico de Costa Rica 2010 (CFIA, 2010), es necesario indicar que este hace uso de la aceleración pico efectiva (APE), para definir la demanda sísmica. De acuerdo con Laporte (2006), dicha aceleración es un 20 % menor a la aceleración pico del terreno suministrada en este informe en los Cuadros 7 y 8. Considerando los resultados anteriores, el diseñador podrá seleccionar el nivel de demanda sísmica adecuada para el diseño de cada obra en particular, considerando su importancia, método de diseño y nivel de riesgo que considere aceptable. Todo ello debe asegurar un adecuado balance costo-beneficio de acuerdo a los lineamientos o normas que se siguen actualmente para el diseño de obras relacionadas con proyectos de generación geotérmica.


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