Compendio de investigaciones en GeofísicaTrabajos de Investigación realizados por estudiantes Durante el año 2015 Compendio de investigaciones en Geofísica - 2015 Volumen16 1 Título: Compendio de investigaciones en Geofísica Título clave abreviado: Compend. investig Geof. Volumen: 16 ISSN: 2079-696X Lima, diciembre del 2015 Hecho el depósito legal en la Biblioteca Nacional del Perú Nro. 2015-19259 Editores: Hernando Tavera, Ken Takahashi y Marco Milla Instituto Geofísico del Perú Calle Badajoz 169, Urb. Mayorazgo, IV Etapa, Ate Vitarte Impreso por Empresa: Imprenta Editora Gráfica Real SAC. Jr. Independencia 953 – Trujillo – La Libertad Teléfono (44) 25-3324 2 IGP Compendio de investigaciones en Geofísica Trabajos de investigación realizados por estudiantes durante el año 2015 Volumen16 3 ......................................................8...................Geodynamics of the rotational slides with metamorphic bedrock in the town of Kelcaybamba..................7 CIENCIAS DE LA TIERRA SÓLIDA.................................................... REGIÓN CUSCO Geology ................................................................. EVALUACIÓN DE LOS MECANISMOS DE EL NIÑO EXTRAORDINARIO DENTRO DE LOS PRONÓSTICOS RETROSPECTIVOS DEL MODELO NCEP CFSv2 Y COMPARACIÓN CON PRONÓSTICOS DE 2015-2016 Assesment of the mechanisms in the hindcasts of exteme El Niño by the NCEP CFSv2 Model Luis Bryam Orihuela Pito.................................................................Time in the middle seismicity nest Pucallpa Estela Centeno Moncada ....................................................51............................ CLASIFICACIÓN DE SUELOS EN LA CIUDAD DE HUACHO SEGÚN LA NORMA E-030 Y VULNERABILIDAD DE ELEMENTOS EXPUESTOS Soil classification in Huacho city according to E-030 standard and exposed elements vulnerability Vilma Nina Figueroa........................................ EVALUACIÓN DEL RIESGO SÍSMICO EN EL DISTRITO DE SANTA MARÍA DEL MAR SEGÚN LA NORMA E030 Seismic risk assessment in the urban area of Santa María del Mar application of the E030 Rule Ricardo Félix Pinedo .............................................................................................................................................15.............6 De los editores............................................................................................................................................ CIENCIAS DE LA ATMÓSFERA HIDRÓSFERA.............9............................................................................... índice Prólogo... GEOLOGÍA .............................................. province of La Convencion..........45..GEODINÁMICA DE LOS DESLIZAMIENTOS ROTACIONALES CON BASAMENTO ROCOSO METAMÓRFICO EN LA LOCALIDAD DE KELLCAYBAMBA DISTRITO DE OCABAMBA.......................... PROVINCIA DE LA CONVENCIÓN..................... ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTO EN SUSPENSIÓN Y FONDO Y COMPARACIÓN CON FÓRMULAS EMPÍRICAS EN LOS RÍOS PUYANGO-TUMBES Y ZARUMILLA Experimental study of suspended sediment transport and bed load and comparison with empirical formulas in Puyango-Tumbes and Zarumilla rivers Janet Brígida Quincho Olazábal .............................................................................................................................................. PATRONES DE CIRCULACIÓN INTRAESTACIONALES DE GRAN ESCALA Y SU ASOCIACIÓN CON LLUVIAS EN LA CUENCA AMAZÓNICA Intraseasonal large scale circulation patterns and their relationship with rainfall in the amazon BASIN Laura Paccini Peña .................44.................................................................................................. ESCENARIOS DE RIESGO SÍSMICO Y LLUVIAS INTENSAS EN EL ÁREA URBANA DE CHOSICA Seismic risk and heavy rainfall scenarios in the urban area of Chosica City Cuya Crispin Angel Ademir ................35...........................................................................................................................................................57..............................................................................................................................................................................................................26....................................................... ANÁLISIS DE LA DEFORMACIÓN SÍSMICA SUPERFICIAL EN LA REGIÓN SUR DEL PERÚ Analisys of the shallow seismic deformation in southern region of Peru Ines Apaza Medina .....................21......................................................................................................................................................................................... 4 ...............................................................................31............................ CARACTERISTICAS ESPACIO – TIEMPO DE LA SISMICIDAD INTERMEDIA EN EL NIDO DE PUCALLPA Features space ............. Cusco region Roy Arone Padilla .................. ...64................. ESTUDIO DE TENDENCIA DEL COMPORTAMIENTO DE LA IONÓSFERA ECUATORIAL EN LOS ÚLTIMOS 20 AÑOS USANDO DATOS DE LA IONOSONDA DEL ROJ A study of the equatorial ionosphere behavior tendency from last twenty years using data from the JRO ionoisonde Anthony Mard Calatayud Cadenillas ........................................................................................................................................................ IMPLEMENTACIÓN DE LVDS EN UN FPGA PARA ADQUISICIÓN DE DATOS (JARS 2.............................................63........................................ 74..............................69......................................................................................................................................CIENCIAS DE LA ALTA ATMÓSFERA.....................................................................................1) ........ Luis Armando Sanchez Tapia DIGITALIZACIÓN DE HISTORIAL DE IMÁGENES DE MAGNETÓGRAFO Magnetograph image record digitalization Jorge Quesada Pacora .....................86................ AUTOMATIZACIÓN DEL CONTROL LOCAL DE LA ETAPA PA DEL TRANSMISOR DEL ROJ Automation of stage PA local control of the Transmitter ROJ Joan Espinoza Alvarado .................. DISEÑO DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN Y SUPERVISIÓN PARA EL ENCENDIDO DEL TRANSMISOR DEL RADAR SOUSY EN EL RADIO OBSERVATORIO DE JICAMARCA Design of the automation and supervision system for the start up of the SOUSY’s radar transmitter at Jicamarca Radio Observatory Jorge André Florentino Collado .................................................................................................................................................. 5 ......................................................................1) LVDS Implementation in a FPGA for data acquisition (JARS 2......................................80............................................................... DISCRIMINACIÓN DE CABEZA Y COLA EN DATOS DE METEOROS DE ALTA POTENCIA OBTENIDOS CON EL RADAR DE JICAMARCA Head and trail discrimination in high power meteor data obtained with Jicamarca radar Héctor Francisco Chahuara Silva .............................................91................. desarrollo tecnológico que estamos seguros ellos emprenderán. principalmente basados en Mileto (Tales. La última parte de la historia data de 1665. el latín se impone como lengua de comunicación científica en Europa. en este prólogo. cuando se lanzaron simultáneamente el Journal des Sçavants (Francia) y el Philosophical Transactions of the Royal Society (Inglaterra) como revistas periódicas para publicación de resultados de investigación. El arte de la publicación científica y técnica es cultivado en el IGP desde su historia temprana. varios miles de journals difunden el saber científico de la humanidad. los primeros filósofos griegos. A inicios de nuestra era. la comunicación ha jugado un rol fundamental en el desarrollo de las civilizaciones. La formación de los estudiantes en investigación científica y tecnológica incluye su adiestramiento en transmitir sus resultados de manera ordenada y rigurosa en artículos para su publicación. de una larga y fructífera carrera en la investigación científica. Anaximandro. Igualmente. Hoy día. Anaxímenes). siendo digna de citar la obra Naturalis Historia de Plinio el Viejo como la primera enciclopedia de conocimientos dedicados a la naturaleza. Prólogo Desde hace unos 5000 años cuando los sumerios empezaron a compartir sus conocimientos en tablillas de arcilla. el trabajo dedicado de cada uno de los investigadores que han asesorado a los estudiantes en la preparación de sus artículos y han revisado los textos iniciales. mencionar y agradecer a la Unidad de Asuntos Académicos de la Subdirección de Geofísica y Sociedad por la cuidadosa diagramación y preparación del volumen y el seguimiento de su impresión. Este compendio representa el primer hito. Actualmente. José Macharé 6 IGPGeofísico del Perú Instituto . alcanzado por los estudiantes autores de los artículos. el número de artículos en revistas internacionales indexadas y libros constituye uno de los principales indicadores de la producción institucional. No debo dejar de mencionar y agradecer. publicaron sus discusiones acerca del origen de la naturaleza. En el siglo V antes de Cristo. Seattle. EEUU de la Subdirección de Ciencias de la Atmósfera e Hidrósfera. D.UU e Ingeniero Electrónico de la IGP dedicado al estudio de la alta atmósfera y ionosfera ecuatorial. Ken Takahashi Ph. Su investigación involucra el desarrollo de técnicas de radar de dispersión incoherente para la medición de parámetros físicos de la ionósfera de forma remota. Hernando Tavera Doctor en Ciencias Físicas – Mención Sismología de la Universidad Complutense Madrid. los procesos de interacción entre el océano y atmósfera. Compendio de investigaciones en Geofísica .2015 7 . Dr. donde está a cargo de la Subdirección de Ciencias de la Tierra Sólida. se ha dedicado al estudio de los efectos de colisiones de Coulomb y efectos de propagación magneto-iónica en las mediciones que realiza con el radar ionosférico de Jicamarca. Además. y Director Ejecutivo del Centro Regional de Sismología para América del Sur. Participa activamente en los comités Técnicos de la PCM. en Ingeniería eléctrica y de computadoras de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. D. EE. Recientemente su investigación está a proponer escenarios del comportamiento dinámico de los suelos a la ocurrencia de sismos de gran magnitud e intensidad. es investigador principal del proyecto “Escenarios de Sismos y Tsunamis en el Borde Occidental del Perú”. es investigador principal del proyecto “Impacto de la Variabilidad y Cambio Climático en el Ecosistema de Manglares de Tumbes”. y representa al IGP en el Comité Técnico del ENFEN. Recientemente su investigación está enfocada en entender las condiciones que favorecen la ocurrencia de eventos El Niño extremos. España y Geofísico de la Universidad San Agustín de Perú. Marco Milla Ph. Además. en Ciencias Atmosféricas de la University of Washington. Indeci y Cenepred. Dr. En particular. De los editores Dr. Sección Ciencias de la Tierra Sólida 8 IGP . S2 y S4. según la Norma Peruana de construcción sismorresistente E-030. Abstract The present study aims to know the conditions of scenarios of natural events and the diversity of hazards that occur in our country and should be taken into account in assessing the behavior of soils in urban areas against earthquakes. The results allow to determine the seismic and geotechnical present risks in urban areas. En la ciudad de Huacho se ha identificado. S2 and S4. Palabras clave: Suelos.2015 9 . geophysical technology. being the S4 the most critical and considered of high risk. Los resultados obtenidos permiten determinar los riesgos sísmicos y geotécnicos. geotechnical and geophysical methods were applied. according to the Peruvian earthquake-resistant construction standard E-030. Para el estudio de clasificación de suelos en la ciudad de Huacho según la Norma E-030 y vulnerabilidad de elementos expuestos. The aim is to have adequate information and disaster preparedness criteria to incorporate prevention and care in formulating development plans and programs with respect to land use planning for proper risk management. CLASIFICACIÓN DE SUELOS EN LA CIUDAD DE HUACHO SEGÚN LA NORMA E-030 Y VULNERABILIDAD DE ELEMENTOS EXPUESTOS SOIL CLASSIFICATION IN HUACHO CITY ACCORDING TO E-030 STANDARD AND EXPOSED ELEMENTS VULNERABILITY Vilma Nina Figueroa Asesor: Dr. Compendio de investigaciones en Geofísica . y en la preparación ante desastres incorporar los criterios de prevención y atención en la formulación de los planes de desarrollo y programas respecto al ordenamiento territorial para la correcta gestión de riesgos. Hernando Tavera Universidad Nacional San Agustín Unidad de Sismología Escuela Profesional de Ingeniería Geofísica vilma_2699@hotmail. zonifiation. siendo el suelo S4 el más crítico y considerado de alto riesgo. exposed elements and vulnerability of geological. zonificación. presentes en el área urbana. técnicas geofísicas. In the city of Huacho has been identified the existence of three types of soil: Type S1. geotécnicos y geofísicos.com Resumen El presente estudio tiene por finalidad conocer las condiciones de escenarios de eventos naturales y la diversidad de peligros que se dan en nuestro país y que deben ser tomados en cuenta para evaluar el comportamiento de los suelos del área urbana frente a los sismos. la existencia de tres tipos de suelos: Tipo S1. Se pretende contar con información adecuada. For the study of soil classification in the city of Huacho according to Standard E-030. se aplicaron métodos geológicos. Keywords: Soil. con acceso al hacia el Este. geológico.585 como por la carga de las construcciones asentadas habitantes. así como de la trayectoria y de características de los eventos sísmicos. Figura 2: Zona de alta susceptibilidad a la ocurrencia de derrumbes. Estos escenarios las ondas sísmicas dependen de la cantidad de han mostrado que el riesgo no solo depende de las energía liberada. la amplificación disminuye. mientras que. por el Sur con la provincia de Huaral y por superficie que tiene variantes topográficos entre cero el Este con el distrito de Santa María (Figura 1). Por otra parte. en la ciudad de Instituto Nacional de Estadística e Informática. la zona debe ser considerada como de alto peligro. que desencadenan un frecuencia es más elevada cuando se trata de terrenos mayor desastre cuando se presentan peligros como blandos. sino también las condiciones locales. estando las zonas de menor elevación ubicadas en dirección Oeste y las de mayor elevación Su territorio es principalmente árido. depósitos marinos. Las amplitudes y formas de y pérdidas de vidas humanas. sobre éstos. Mapa de ubicación de la ciudad de Huacho. la ciudad de Lima. al norte de área urbana de la ciudad de Huacho.m. Figura 1. geofísico. eólicos y aluviales. y 250 m.m. el Perú ha sido afectado En la actualidad se reconoce la importancia de manera reiterada por sismos de gran magnitud. en terrenos más rocosos los sismos.s. Esta situación condiciona el grado de daño que pueden producir y por ser inestables. geomorfológico y geotécnico. de naturaleza volcánica. la información geomorfológica indica con el Océano Pacifico. Se ubica en una bahía cubren aproximadamente el 60% de la extensión del formada por el Océano Pacífico a 150 km. central del Perú. así albergaba en el año 2007. por ejemplo Cerro Colorado. capital de la provincia de Huaura. Además. mar y elevaciones menores a 500 m. en Huacho es una ciudad ubicada en la costa el área de estudio afloran rocas intrusivas (diorita). mientras que los materiales más jóvenes 2. dependen del suelo y otros factores sociales como el crecimiento fundamentalmente de las propiedades físicas de los descontrolado de las ciudades. Ellos se encuentran en el límite de los distritos de Caleta Carquin y Huacho.n. es Huacho predomina la caída de rocas por efectos de la decimonovena ciudad más poblada del Perú y gravedad del material que conforman la ladera. 10 IGPGeofísico del Perú Instituto . Condiciones dinámicas de los suelos Según su historia sísmica. particularmente la medios en que se propagan y de las irregularidades ocupación de zonas no apropiadas por el tipo de que encuentran en su trayecto. Introducción 3. Aspectos geológicos sobre las características físicas del suelo sobre el cual se levanta el área urbana y/o futuras áreas de En la ciudad de Huacho. es decir es una ciudad costera con relieve llano.n. Este conocimiento. de las condiciones dinámicas del suelo. En el presente estudio se realiza el análisis de la permite entender con mayor precisión los daños clasificación del suelo en el área urbana de Huacho ocurridos en terremotos pasados y proyectar los a partir de la recolección de datos en campo del tipo niveles de daños esperados en sismos futuros. las rocas más antiguas expansión. condiciones de vulnerabilidad sísmicas una vez emitidas por la fuente. encontrándose delimitado por el Oeste Por otro lado. Estos últimos departamento de Lima. tal como se observa en las figuras 2 y 3. corresponden a la formación Casma. próximo a la desembocadura del rio Huaura. las ondas de los efectos de sitio.1. Esta información permitirá tener mayor conocimiento 4. como siendo la principal fuente generadora de los eventos uno de los principales factores responsables de sísmicos la interacción de la placa de Nazca y la los daños sufridos por las edificaciones durante Continental y que han producido daños materiales los sismos fuertes. Según el Desde el punto de vista geodinámico. Área de estudio están conformados por depósitos fluviales ubicados en ambos márgenes del río Huaura. conjuntamente con técnicas ingenieriles modernas. por el Norte con el distrito de que la ciudad de Huacho se asienta sobre una Hualmay. Figura 3: Derrumbes en taludes conformados por depósitos aluviales. La amplificación de la suelo y variada topografía.. una población de 173.s. relevante al momento de utilizarlo como elemento de medida para el soporte de una estructura En la Tabla 1 se presentan los resultados obtenidos determinada (cimentaciones).1 y los cerros Negrito y Colorado Grande. Tabla 1: Clasificación de suelos SUCS para la zona urbana de Huacho Figura 5. Aspectos geotécnicos con 15 muestreos usando una posteadora.0 kg/cm2 (Figura 5). valores bajos de entre 1.0 a 2. En la kg/cm2 se encuentra gran parte del área de estudio. El análisis de las muestras de analizar y cuantificar las características físicas de suelo en laboratorio permitió conocer la clasificación CIENCIAS DE LA TIERRA SÓLIDA los suelos. fue completada del área de estudio tiene una capacidad portante de valores media y alta 2. Compendio de investigaciones en Geofísica .5 metros. Para el caso de la de campo han consistido básicamente en una capacidad portante.2015 11 .5. ciudad de Huacho se hicieron 15 calicatas. Estos estudios para la clasificación SUCS.75 metros y la Los estudios geotécnicos tienen por finalidad mínima de 0. siendo su comportamiento geotécnico SUCS de los suelos y la capacidad portante. con una abarcando sectores como el distrito de Santa María profundidad máxima de 3 metros y la mínima de 1. Mapa de capacidad portante para la zona urbana de Huacho.0 evaluación geotécnica “in situ” del suelo. El resto metros. llegando a una profundidad de observación de 3. La información geotécnica.0 – 3. Estos valores fueron convertidos a periodos a fin de realizar Esta metodología ha ganado popularidad en un mejor análisis de los resultados. no se identifican razón espectral con dos picos de diferente valores para los periodos dominantes. El uso extensivo del dinámicamente similares. obteniéndose a El mapa de periodos dominantes muestra partir de éste los valores de frecuencia y período la presencia de dos zonas con suelos fundamental del suelo. aplicando la técnica de razones permitido elaborara mapas de frecuencias espectrales (H/V). En frecuencia y de menor amplitud.1 Técnica de cocientes espectrales H/V (3. distrito de Santa María y los Cerros Negritos y Colorado Grande. los cuales los extremos NO y SO del área de estudio. Análisis geofísico Figura 6.1 y 0. se presentan algunos ejemplos o iguales a 0.3 segundos. (Figura 7). Manzanares).2 segundos. Corresponde a suelos gravosos empaquetados con limos y arenas de grano grueso. predominantes considerando dos rangos de frecuencias: Fo (Fp<3. estos corresponden a arenas eólicas. a 0. En la zona céntrica de la ciudad. A fin de realizar la evaluación de las características En campo se recolectaron datos de vibración de los suelos en la ciudad de Huacho y estimar el ambiental de 370 puntos y se tomaron comportamiento dinámico de estos.2 segundos. están presentes en el extremo sur una banda de frecuencia de gran amplitud y y en la zona céntrica de la ciudad de Huacho. marinas y limos.El análisis de capacidad portante obtenido para la ciudad de Huacho ha permitido clasificar los suelos en tres rangos: • Baja (1-2 kg/cm2): Se encuentra gran parte de los suelos de la ciudad de Huacho. • Media (2-3 Kg/ cm2): Se encuentran en el Norte de la ciudad de Huacho (Carquin y Hualmay) y parte Sur (AA. 12 IGPGeofísico del Perú Instituto . poco espesor y medianamente compactos. y análisis multicanal (MASW). corresponde a una capa sedimentaria blanda de mayor espesor. El 80% del área de método permite el mapeo rápido y detallado estudio presenta periodos mayores y menores de estas frecuencias en áreas urbanas. • Alta (>3Kg/ cm2): Se encuentran en todo el casco urbano de la ciudad de Huacho. Ejemplos de razones espectrales obtenidas en la ciudad de Huacho. corresponde suelos gravosos y arenosos con presencia de limos.0>Fp<20Hz). En Los periodos con valores mayores a 0. En el extremo de H/V. En el primer registro se observa la Norte del área de estudio. los periodos dominantes son menores En la Figura 6.3 el segundo registro se observa la presencia de segundos. se han realizado 20 minutos de registro y su análisis ha estudios geofísicos.HH. corresponden a dos capas sedimentarias de los periodos son de 0.0Hz) y frecuencia F1 6. los últimos años por ser un procedimiento económico y fácil de aplicar. 6. la existencia de tres tipos de suelos: Tipo S1. S2 y S4. espesores de hasta 4 . y los AA. Es un método de exploración geofísica MASW que permite determinar la velocidad de • ZONA II: Conformada por estratos superficiales propagación de las ondas S (Vs) del terreno de suelos granulares finos y suelos arcillosos en el área de estudio. se ha identificado la presencia de dos capas con profundidades de 4 – 12 metros y con velocidades de propagación de 195 a 300 m/s. subyaciendo a estos estratos se tiene grava. Resultados Para la ciudad de Huacho el análisis e interpretación de la información sísmica y geotécnica ha permitido identificar.2015 13 . El comportamiento dinámico de los suelos ha sido tipificado como suelo Tipo S4. 6. En la urbanización Carquin. Carquin.1 y 0. Cerro Negritos y Cerro Colorado Grande. Este suelo tiene un comportamiento rígido. Dentro de esta zona se encuentra parte de la ciudad de Huacho. correspondiendo Figura7: Mapa de la distribución predominante Fo (Fp<3. depósitos fluviales.3 segundos. desde el distrito de Carquin al Norte. E-030 establece para cada tipo de suelo en Santa María. De acuerdo a esta zonificación el 23 % de la superficie de Huacho es de alto riesgo. De acuerdo a los resultados obtenidos en Los periodos predominantes del terreno son geotecnia y sísmica se hicieron 8 líneas de mayores a 0. se identificó la presencia de dos capas.HH. Dentro de esta zona se considerando la clasificación que la Norma encuentra gran parte de la ciudad de Huacho.0 Hz) a suelos Tipo S1.2 Técnica de arreglos sísmicos lineales Huaura. Hualmay. 7. con periodos predominantes de vibración natural que varían entre 0. depósitos marinos y suelos pantanosos. Ésta se encuentra a lo largo del litoral de la ciudad de Huacho. base a los siguientes rangos de velocidades Manzanares y Atalaya. San Martin de Porras.16 metros de profundidad. al extremo NO del área de estudio. velocidades de propagación de 220 – 290 m/s. • Zona I: Conformada por estratos de grava coluvial – eluvial que se encuentra a nivel superficial o cubiertos por un estrato de material fino de poco espesor. en el extremo Norte de la Urb. lo CIENCIAS DE LA TIERRA SÓLIDA cual correspondería a rocas duras. Estos valores corresponden a suelos duros. Huaura. para las ondas de corte (Vs) (Tabla 3) • ZONA IV: Conformada por depósitos de Tabla 3: Velocidad de las ondas de corte según la norma E-030 arenas eólicas de gran espesor. correspondiendo exploración y los resultados se interpretaron a suelos Tipo S2. con espesores que varían entre 3 y 16 metros. 350 – 400 m/s. Los Sauces y en el extremo Este de la Panamericana Norte.4 segundos. este último asociado a condiciones excepcionales (Figura 8). según la Norma de Construcción Sismorresistente (Norma E-030). En la Av. Santa María. Compendio de investigaciones en Geofísica . hasta Punta Viuda al Sur. Chávez-Garcia (1994a): Are microtremors useful in site response evaluation?. Egozcue y A. Sector Energía y Minas. Diseño Sismo Resistente. (1948): Classification and identification of soils. Transactions. Bull. Ugalde (1999): Determinación de características dinámicas del suelo a partir de microtremores.. Am. APESEG (2005): Estudio de vulnerabilidad y riesgo sísmico en 42 distritos de Lima y Callao. Bibliografía Alfaro. Memorias del Primer Congreso de Ingeniería Sísmica. Casagrande A. Y. (1989): A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface. Norma E-30 (2003): Norma Técnica E-030. 8. PNUD (2007): Mapa de peligros de la ciudad de Huacho. Seism. Lermo. Boletín N°26 – hoja 22h. INGEMMET (1970): Cuadrángulo Geológicos de Barranca. España. American Society of Civil Engineers. A. Agradecimientos Mi agradecimiento al Instituto Geofísico del Perú por brindarme las facilidades para desarrollar mi tema de tesis bajo el asesoramiento del Dr. Proyecto N° 05100014426 Figura 8: Mapa de Zonificación Sísmica – Geotécnica para el área urbano de Huacho 14 IGPGeofísico del Perú Instituto . INDECI. Nakamura. J.J. 9. PNUD. 84. CISMID. Hernando Tavera. 1350- 1364 pp. y F. Soc. rocksilder a slopes erosion. desprendimiento de rocas y erosión de laderas. hazard. Keywords: Scenarios. está afecta a la gran cantidad de sismos que ocurren en toda esta zona. Palabras clave: Escenarios. exposure and resilience. risk. en las épocas de verano y fenómeno El Niño. sea física. being in the easterm edge of the Pacífic Ring Of Fire.pe Resumen La ciudad de Chosica por encontrarse en el borde oriental del denominado “Cinturón de Fuego del Pacifico”. es importante evaluar su vulnerabilidad. it is important to assess its physical vulnerability. The results will be useful for taking necessary measures for prevention and mitigation. es affected by the large number of earthquakes that occurs in this zone. it is also affected by heavy rain causing floods. mudslider.gob. peligro. Por ello. es también afectada por lluvias intensas que ocasionan inundaciones. Hernando Tavera Universidad Nacional Federico Villarreal Unidad de Sismología Facultad de Ingeniería Geográfica. to determine risk scenarios upon the ocurrence ofam earthquake and / or intense rain. There fore. Los resultados serán de utilidad para la toma de medidas necesarias para prevención y mitigación. por exposición y resiliencia. Ambiental y Ecoturismo acuya@igp. Also in summer time and during El Niño phenomenon. vulnerabilidad Abstract The city of Chosica. Además. huaicos. knowing the hazards to wich it is exposed. a fin de determinar escenarios de riesgo ante la ocurrencia de un sismo y/o lluvias intensas.2015 15 . riesgo. conociendo los peligros a los que está expuesta. ESCENARIOS DE RIESGO SÍSMICO Y LLUVIAS INTENSAS EN EL ÁREA URBANA DE CHOSICA SEISMIC RISK AND HEAVY RAINFALL SCENARIOS IN THE URBAN AREA OF CHOSICA CITY Angel Ademir Cuya Crispin Asesor: Dr. vulnerability Compendio de investigaciones en Geofísica . capital del distrito de y en épocas del fenómeno El Niño. a las inadecuadas construcciones de las distribuidos sobre una superficie de 236. al tipo de suelo y a la falta de cultura ante Figura 1. es de esperarse que en el futuro Ricardo Palma. si no se hasta las urbanizaciones Santa María y La Cantuta efectúan estudios técnicos que permitan identificar el por el Sur Oeste. no de laderas de cerros. etc. Introducción la ocurrencia de peligros. sino también por las lluvias intensas que se producen mayormente en las épocas de verano La ciudad de Chosica.47 km². conflictos comprendida desde el límite distrital por el Este. a lo largo de los años. peligro para prevenir y mitigar los riesgos a los cuales que incide y condiciona el crecimiento urbano de la se encuentra expuesta la población. pérdidas económicas. necesario realizar escenarios de riesgo a fin de que y es el proceso de subducción entre las placas las autoridades tomen las medidas necesarias que Sudamericana y de Nazca la fuente de origen de la les ayude a prevenir y mitigar los daños. problemas ambientales. 16 IGPGeofísico del Perú Instituto . e incluso en los cursos de solamente ha sido amenazado por los movimientos quebradas y cárcavas. sociales. sísmicos. y el entorno geográfico inmediato. Durante las últimas cinco o mayor intensidad que en el pasado. territorial). viviendas. Área de estudio De acuerdo a la historia sísmica del Perú.1. El área urbana de Chosica. Políticamente es parte de la desprendimiento de rocas y erosión de laderas. provocando Lurigancho está ubicada a la altura del kilómetro 32 inundaciones. daños físicos. correspondientes a la jurisdicción de ocurran nuevamente eventos sísmicos con la misma la provincia de Huarochirí. A fin de evitar daños El Perú se encuentra en el borde oriental del sobre las vidas humanas y pérdidas económicas es denominado “Cinturón de Fuego del Pacifico”. “aluvión”). décadas. 2. llocllas (en quechua: lluqlla. existe un mayor riesgo de afrontar considerará el área urbana de la ciudad de Chosica. se de un desastre. el significativo crecimiento de la población de Chosica. Ante la ocurrencia de estos peligros y la posibilidad Para fines de la presente investigación. Al ser el área urbana de los distritos de Santa Eulalia. es vulnerable ante el peligro de sismos y lluvias intensas. gran cantidad de sismos que afectan principalmente el borde occidental del Perú. la región La ciudad de Chosica está conformada por un central ha sido afectada en varias oportunidades continuo urbano que forma una conurbación con por eventos sísmicos de variada magnitud. de la Carretera Central. y los sismos cíclicos. ciudad. Mapa de ubicación del área urbana de Chosica. provincia y departamento de Lima (Figura 1). debido a una planificación De acuerdo al censo de 2007 el distrito de Lurigancho urbana caótica (sin un plan de ordenamiento cuenta con una población de 169 359 habitantes. se ha visto reflejado en la ocupación El área urbana de Chosica. el riesgo: los peligros (componente extrínseco a las comunidades) y las vulnerabilidades (componente Para tal objetivo se evaluará el tipo. según su origen. en una zona o localidad conocida. como también en área urbana de Chosica permitieron identificar la forma cuantitativa. a una hora El tipo S1 incluye suelos conformados por estratos de grava coluvial-aluvial que se encuentran a nivel determinada). la vulnerabilidad es ejecutó en el año 2012 la Zonificación Sísmica - global. material. no 11383 lotes. geológicos. económica y ambiental se encuentren expuestos a peligros naturales y/o es mayor. afectar un área poblada. En este sentido. 4. considerables pérdidas de bienes materiales. La vulnerabilidad. gestión de riesgo. y otras con de un desastre. con altos niveles de pobreza y donde desastres ocasionados por sismos y lluvias intensas. Es decir. para luego sociedad por la cual puede verse afectada y sufrir un ser actualizado en el 2014. Compendio de investigaciones en Geofísica .Chosica hombre. los espacios precariamente antrópicos. estimando los daños o pérdidas existencia de dos (2) zonas sísmicas-geotécnicas esperadas para un determinado evento específico correspondientes a suelos Tipo S1 y S2 (Figura 2). contribuyen a la gravedad de dichos escenarios de riesgo. ocasionando pérdidas de vidas humanas. Los resultados obtenidos para el (grados o niveles la calificación). potencialmente dañino. siendo necesaria la ayuda dada. de carácter natural. de una magnitud a los efectos del desastre. definidas por un conjunto Por otro lado. geomorfológicos Éste se puede expresar tanto en forma cualitativa y geotécnicos. 5. la gravedad de los determinar los niveles de vulnerabilidad por vivienda a daños se sitúa justamente en aquellos lugares donde fin de identificar aquellos predios que geográficamente la susceptibilidad social. se pretende conocer asentados relacionados a grupos sociales de mayor el nivel de resiliencia de la población frente a los concentración. de origen natural o inducido por la actividad básicos en los cuales se sustentan los estudios de del hombre. La comunidad afectada no puede de un fenómeno natural o inducido por la actividad dar una respuesta adecuada con sus propios medios del hombre. Del mismo modo. Este catastro permite daño o una pérdida en caso de materialización de un identificar lotes y manzanas en formato digital. y. infraestructura física y/o el medio ambiente. realizó junto a la Oficina de Formalización de la Propiedad Informal (COFOPRI). etc. También puede expresarse por la incapacidad como también el número de pisos por lote. puede ser de dos clases: por un lado. Metodología El peligro. un levantamiento Vulnerabilidad: Es la condición existente en la de información catastral en el año 2008. Geotécnica del Área Urbana del Distrito de Chosica. así peligro.3. Objetivos Riesgo = Peligro x Vulnerabilidad Los objetivos del presente estudio son: CIENCIAS DE LA TIERRA SÓLIDA Generar escenarios de riesgo sísmico y de lluvias Escenarios de riesgo: El escenario de riesgo. depende sólo del carácter del peligro sino también de las condiciones del entorno. La base de una comunidad para recuperarse de los efectos de datos es completada en campo. de las construcciones. Con esta información se procederá a En un escenario de riesgo. entendida como fotografías por vivienda que permitirá analizar las debilidad frente a los peligros o como “incapacidad de características físicas de cada lote. por otro Catastro y zonificación sísmica – geotécnica de carácter tecnológico o generado por la acción del La Municipalidad de Lurigancho . daños a los medios de producción. conservación. la resiliencia es menor. o escenario de riesgo (por ejemplo: un terremoto de magnitud Richter grado 8 o superior. sísmicos. número de pisos. El estudio permitió conocer el comportamiento Riesgo: El riesgo se entiende como el resultado dinámico del suelo a partir de la aplicación de métodos de la interacción del peligro sobre la vulnerabilidad. que puede externa ya sea a nivel nacional y/o internacional. siendo en total resistencia” o como “incapacidad de recuperación”. Marco teórico Desastres: Es una interrupción severa del Para definir el marco teórico. que ayudarán a proponer características que presentan en el sitio de estudio medidas de prevención y mitigación de los problemas los dos factores que en su interacción conforman ante la ocurrencia de sismos y lluvias intensas. al ambiente y a los Peligro: El peligro es la probabilidad de ocurrencia bienes culturales. geofísicos. el Instituto Geofísico del Perú (IGP) de factores. se intensas para evaluar los niveles de riesgo en el construye a partir de la identificación y análisis de las área urbana de Chosica. es necesario funcionamiento de una comunidad causada por un comprender los conceptos de algunos términos peligro.2015 17 . estado de intrínseco a las comunidades). que tanto los aspectos cualitativos como cuantitativos de un problema sean incorporados en el proceso de evaluación. configuración geométrica en catastro de 1961. determinados por las datos. a partir del plano catastral. forma lógica y profunda dentro de una jerarquía Esta zona considera la parte baja de las laderas.3 y 0. El tipo S2 incluye suelos conformados por planicies La asignación de importancias o preferencias permite asignar un puntaje de importancia relativa por parejas de indicadores. 6. 2012) aluvionales con columnas de gravas y arenas intercaladas con niveles finos limosos y arcillosos cuyos espesores varían entre 3 y 10 m. durante el cual la opinión es extraída sistemáticamente por medio de comparaciones entre pares.3 s. En la Fgura 3 se observa el de conservación. Los periodos predominantes del terreno. así estado de construcción. determinados por las mediciones de vibración ambiental. entre 0. experiencia.AHP) es una técnica bastante usada para la toma de decisiones con atributos múltiples (Saaty 1980. Proceso analítico jerárquico El Proceso Analítico Jerárquico (Analytical Hierarchy Process . El PAJ (AHP por sus siglas en inglés) es una metodología de decisión compensatoria porque las alternativas que son eficientes con respecto a uno o más objetivos pueden 18 IGPGeofísico del Perú Instituto . se obtuvieron mediante el análisis de los cerros y las quebradas no habían invasiones en las fotos. entre 0. en forma comparativa. Se observa además. Resultados preliminares Elaboración de base de datos En los últimos 50 años. en esta ciudad. Esta información un incremento de aproximadamente un 30% de es directamente agregada a la tabla de atributos del espacio territorial. tiene un comportamiento rígido con a otros objetivos. 1987). así como la comparación con el del 2014. información obtenida en el campo. teniendo como referencia qué tanto. Mapa de Zonificación Sísmica – Geotécnica del área urbana de Chosica (IGP.1 y 0. como un todo. Permite la descomposición de un problema en una jerarquía y asegura. número de pisos. Escala de asignación de importancia comparativa entre parejas Figura 2.2 para su posterior análisis.superficial o cubiertos por un estrato de material fino compensarse mediante su desempeño con respecto de poco espesor. e intuición de una mediciones de vibración ambiental. El PAJ permite la aplicación de periodos de vibración natural. la ciudad de Chosica tuvo un enorme crecimiento poblacional que se ve Las características de cada vivienda como reflejado en la invasión de laderas de los cerros. Al completar la resultados preliminares obtenidos en este estudio que base de datos se procede a obtener planos temáticos permitirá tener mayor visión sobre el riesgo existente de las características evaluadas. Tabla 1.5 s. etc. conocimiento. estado como sus quebradas. y se observa que en las laderas de planta. cada indicador refleja el aspecto que se desea representar (Tabla 1). Esta zona considera la zona céntrica del área urbana y próxima al río Rímac. A continuación se presentarán los ArcGIS 10. que tienen una configuración geométrica uniforme en planta van a tener un mejor comportamiento estructural. Un 79% de la configuración geométrica en planta es de forma regular y un 21% de forma irregular (Figura 4). Las formas irregulares más comunes en edificaciones tienen forma de L. Material de construcción predominante: El material de construcción predominante en la ciudad de Chosica. por tener su centro de gravedad en el punto de equilibrio. son de un solo piso y en su mayoría pertenecen a las casa–habitación. Un 34% de lotes presenta 2 pisos que mayormente son casa-habitación y locales de negocios ubicados en la zona central de la ciudad. H. que hace que la estructura sea CIENCIAS DE LA TIERRA SÓLIDA más estable a la ocurrencia de sismos. así como en la mayoría de distritos de la capital. con un buen estado de conservación el 66%.2015 19 . T o planta en cruz. de los cuales se ha determinado que 10724 lotes son habitados y 633 lotes están sin población. se observa que un 43% de los lotes construidos. Número de pisos: En la Figura 4. un 6% de otros materiales como la madera y un 4% de concreto que en su mayoría le pertenecen a los que tienen más de 4 pisos (Figura 4). Estado de conservación: De acuerdo a la Figura 4. Figura 3. que hace que la estructura sea más estable. Configuración geométrica en elevación: Las viviendas que tienen una configuración geométrica uniforme en elevación. Actualmente se ha identificado que del total de datos. Un 93% de las viviendas tienen su configuración geométrica en elevación de forma regular y un 7% de forma irregular (Figura 4). Porcentaje de las características físicas de las viviendas Configuración geométrica en planta: Las viviendas Compendio de investigaciones en Geofísica . Área urbana de Chosica Estado de construcción de las viviendas: El área urbana de Chosica abarca un total de 11357 lotes. es el ladrillo con un 73%. van a tener un mejor comportamiento estructural. Un 19% de lotes con 3 pisos y un 4% de lotes que tienen más de 4 pisos. Le siguen el adobe (zona central de Chosica) con un 17%. en su mayoría pertenecen a viviendas multifamiliares y comercios como los hospedajes. con un regular estado de conservación un 31% y con un mal estado de conservación un 2%. se observa que lotes con un muy buen estado de conservación representan el 1%. por tener su centro de gravedad en el punto de equilibrio. Figura 4. U. solo el 6% no ha sido construido aún (Figura 4). A todo el personal del Área de Sismología. Castro. 2014. Tavera. 2012. Hernando Tavera por todo el apoyo y las occidental de la región central del Perú”.7. (1999). Lima – Perú. “Determinación del nivel de vulnerabilidad física intensas. A. Lima – Perú. viviendas que se encuentran ubicadas en las laderas INDECI. de los cerros y en el curso de las quebradas. la mayoría de las viviendas responderán de CENEPRED. quienes en todo momento me han aclarado algunas dudas y por su amistad. Bibliografía En lo que respecta al avance de esta investigación. T. 2014. 256 pp. Tesis Universidad Nacional Mayor de San Marcos. 20 IGPGeofísico del Perú Instituto . Lima – Perú. Process. “Aplicación de los sistemas de información geográfica para la determinación de escenarios de riesgo en el 8. estas van a ser afectadas por caídas de rocas ante la probable ocurrencia de un sismo de gran magnitud en el y huaicos. 2010. 30 pp. Lima – Perú. Tesis Universidad Nacional Mayor de San Marcos. 56 pp. Basic Theory of the Analytic Hierarchy facilidades para desarrollar mi tema de tesis. puesto Lima – Perú. 265 pp. así como su orientación y asesoramiento. 75 pp. que cuando ocurran sismos y/o precipitaciones INDECI. El problema se encuentra en las originados por Fenómenos Naturales”. cuando ocurra un sismo Lima – Perú. se encuentran con un nivel de riesgo alto. 98 pp. es decir. “Manual para la evaluación de riesgos manera adecuada. Lima – Perú. facilidades que me ha brindado. Conclusiones 9. “Evaluación del riesgo de desastres por peligros naturales y antrópicos del área urbana del distrito de Punta se observa que las condiciones de la vulnerabilidad Hermosa. R. física es positiva. 2006. 2012. “Manual Básico para la estimación del riesgo”. Ochoa. la ciudad de Chosica ya que las autoridades podrán IGP. University of Pittsburgh. Agradecimientos balneario de Pucusana. 2013. “Escenario de sismo y tsunami en el borde Al Dr. Este estudio será de vital importancia para distrito de Jesús María”. H. Al Instituto Geofísico del Perú por brindarme las Saaty. severo.L. “Zonificación Sísmica – Geotécnica del Área Urbana tomar las medidas necesarias con las viviendas que de Chosica (Comportamiento dinámico del suelo)”. 265 pp. where three vertical sections was performed to the pit in the central. en donde se hicieron tres secciones verticales perpendiculares a la fosa en las regiones norte centro y sur. Keyword: Resubduction.seismic nest . This region follows the pattern found by other authors. En esta región la sismicidad sigue el patrón descubierto por otros autores. nido sísmico. a fin de caracterizar la relación con el Nido de Pucallpa. Por tanto se elaboró un mapa de distribución espacial para el Perú. se obtuvieron perfiles sísmicos más detallados con la finalidad de evaluar el comportamiento de la sismicidad en cada uno de ellos. subduction. se analiza la distribución espacial de la región central del Perú.2015 21 . subducción. the seismicity is distributed suggesting the presence of a resubduction plate that would be associated with the deep seismic activity. northern and southern regions.0). así la sismicidad se distribuye sugiriendo la presencia de una resubducción de la placa que estaría asociada a la actividad sísmica profunda. pero a la altura de Pucallpa en una profundidad intermedia se concentra en mayor número.0). Hernando Tavera Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa Unidad de Sismología Facultad de Geología Geofísica Y Minas Centenomoncada777@hotmail. y así enfocándonos en la zona central. spatial distribution.com Resumen En el presente estudio.TIME FEATURES IN THE MIDDLE SEISMICITY OF PUCALLPA NEST Estela Juana Centeno Moncada Asesor: Dr. but at the height of Pucallpa in an intermediate depth. Para tal efecto se utilizaron datos sísmicos contenidos en el catálogo sísmico del Instituto Geofísico del Perú para el periodo 1980-2015 (mb ≥4. the spatial distribution of the central region of Peru is analized in order to characterize the relationship with the nest Pucallpa Seismicity. Palabras clave: Resubducción. using the seismic catalag of the Geophysical Institute of Peru for the period 1980-2015(mb≥4.CARACTERISTICAS ESPACIO – TIEMPO DE LA SISMICIDAD INTERMEDIA EN EL NIDO DE PUCALLPA SPACE . distribución espacial Abstract In this study. seismic data details were obtained. Therefore a spatial distribution map was elaborated. and thus the central zone. Compendio de investigaciones en Geofísica . 8-10 cm /año (DeMets et al.1. por debajo de Pucallpa la sismicidad se incrementa y cambia su orientación • Se elaboraron secciones verticales en profundidad. Esta sismicidad sugiere que la placa subduce con ángulo de 28° • Se elaboraron mapas de distribución espacial hasta alcanzar una profundidad de 120 km a partir de la sismicidad. 4. ocurre en el país. los sismos se clasifican en: Sismos de focos superficial (h≤60km). 22 IGPGeofísico del Perú Instituto . Sismos de foco intermedio (61<h≤300km) y Sismos de foco profundo (h >301km). Los círculos rojos indican los sismos de foco superficial. en donde se producen sismos menores en magnitud y frecuencia.1 Distribución de la sismicidad superficial En la Figura 1 se observa que los eventos sísmicos superficiales se distribuyen formando grupos con Figura 1. más de 80% del total de la actividad sísmica que círculos azules sismos con foco profundo. de acuerdo al criterio establecido por Tavera y Buforn (2001). 4.Mapa de la sismicidad del Perú para el periodo 1960-2011(Mb ≥4). 1990). Introducción 2. generando de manera frecuente sismos con diversas magnitudes a diferentes niveles de profundidad. Esta sismicidad está asociada principalmente al proceso de subducción en sus primeros niveles de profundidad con sismos de mayor magnitud. Este proceso genera un número ilimitado de sismos con diversas • Analizar las características sismotectónicas magnitudes a diferentes niveles de profundidad. del Nido de Pucallpa. de la cual se hace horizontal. Teniendo en cuenta la profundidad en los focos. círculos verdes sismos con foco intermedios. presentes de Norte a Sur sobre la Cordillera Andina y a lo largo de la zona denominada Subandina. Centro y de comprender su relación con la actividad sísmica Sur. Características generales de la sismicidad El Perú se caracteriza por ser una de las regiones sísmicamente más activas en el mundo y su actividad más importante está asociada al proceso de subducción. Un tipo de sismicidad es la producida por deformaciones corticales. Objetivos En el Perú la sismicidad tiene su origen en Los objetivos del presente estudio son: el proceso de subducción de la placa Oceánica (Nazca) bajo la Continental (Sudamericana) la • Analizar la distribución espacial de los sismos misma que desarrolla una velocidad promedio de de la región central del Perú. Metodología En este estudio se busca realizar una contribución para el conocimiento de las características de la Para la conocer las características de la sismicidad principal fuente sismogénica asociada al proceso del Nido de Pucallpa se siguieron los siguientes de subducción que genera los sismos debido a la pasos: fricción de placas con epicentros cerca de la Costa y con la sismicidad por debajo del Continente asociado • Se utilizó el Catálogo Sísmico del Instituto a la deformación interna de la placa de Nazca que Geofísico del Perú para el periodo 1980-2015. pero no supera los 60 km en promedio. subduce por debajo del continente. • Se elaboraron perfiles detallados para la zona Central. profunda. Esta sismicidad está presente entre la línea de la costa y la cordillera a niveles diferentes de profundidad con sismos de mayor profundidad. Es de interés conocer las causas perpendiculares a la fosa de la sismicidad para de estos cambios en la geometría de la Placa a fin las regiones en las regiones Norte. las cuales permiten conocer e identificar a las principales fuentes sismogénicas presentes en Perú. 3. son bajo la Cordillera Andina. peruano muestran las zonas de mayor deformación Los sismos de foco profundo se distribuyen superficial. sin embargo. el primero se localiza en el llano amazónico próximo al límite Perú 4. y a la deformación cortical de menor número a los de foco superficial CIENCIAS DE LA TIERRA SÓLIDA que se produce en la alta cordillera. con sismos que se distribuyen de los sismos aumenta de Oeste a Este.0). con sismos de magnitud moderada (≤ 7. La profundidad de los sísmicos se distribuye linealmente de Oeste a Este con una pendiente aproximada de 30° hasta los 300 km de profundidad aproximadamente desde la fosa. el 70 % del total de sismos que ocurren a a partir de la cual la placa se desplaza de estos niveles de profundidad. formando dos grupos . considera aproximadamente 30° hasta alcanzar una profundidad 150 km. alrededor del espacial de los sismos con focos intermedios límite del Perú y Bolivia . Figura 2. Compendio de investigaciones en Geofísica . los de 590 km desde la fosa. entre 13°. siendo estos e intermedio.3 Distribución de la sismicidad profunda localiza en el interior del continente y su origen se Los sismos de foco profundo.2 Distribución de la sismicidad intermedia y Brasil. con una distribución prácticamente Norte –Sur sobre la longitud del Según Tavera y Buforn (1998). La distribución de los focos intermedios • Región Centro: Aquí la distribución sigue la muestran de manera aproximada las zonas misma tendencia que la anterior zona.El segundo grupo de sismos con foco superficial se 4. la distribución cambia su rumbo hacia el SO para luego cubrir toda la región sur. la distribución de sismos sobre el territorio ocurren a menores niveles de profundidad. distribuyó paralelo a la línea de la costa por se han elaborado tres perfiles sísmicos debajo de los 9 ° Sur (Figura 1) cerca de la perpendiculares a la fosa. El segundo grupo se encuentra en la región • Región Norte: Se muestra que la profundidad Norte y Centro. El primero se la sismicidad en función de la profundidad. entre 6°-11° Sur. la distribución orden de 500km. a lo largo de la Cordillera Oriental y la zona La subducción es de forma subhorizontal y Subandina siguiendo alineamientos Norte Sur. • Región Sur: Se puedo observar una característica diferente a los anteriores en la distribución de los sismos. y el segundo .14° Sur. su tamaño es sismos de menor en magnitud y frecuencia. manera horizontal hasta los 800 km (perfil a). para las regiones línea de la costa de la región central del Perú Norte. De forma muchas veces mayor que los sismos que general. sin de mayor deformación a estos niveles de embargo a la distancia horizontal aproximada profundidad. Esquema con las secciones sísmicas de las Regiones del Perú y los tres perfiles sísmicos. tal como se debe al proceso de subsidencia del escudo brasileño muestra en el extremo de la Figura 1. En el interior del continente. se inicia con ángulo aproximado entre 25°- El último grupo. La placa de Nazca subduce de manera normal (Perfil C). cual. bajo el Con la finalidad de analizar la distribución de altiplano peruano-boliviano. se observa una sismos se alinean sobre la zona Subandina doble subducción con un ángulo aproximado paralela a la cordillera Andina y a partir de la de 20 -30° (perfil b). Centro y Sur del Perú (Figura 2).2015 23 . en la zona subandina y en toda la región sur. cerca de la línea de costa. se realiza formando tres grupos localizados con una orientación próxima a Este – Oeste. esto evidenciaría una posible resubducción presente en el Nido de Pucallpa (Figura 4). En la región norte y centro de Perú (Figuras 2 a y 2 b). no existen evidencias de 7. La mayoría de perfiles muestran una subducción subhorizontal. Conclusión vulcanismo cuaternario (Bazarandi y Isacks. 8. Una agrupación de sismos a una distancia horizontal de 600 km con una profundidad de 150 km. Hernando Tavera por su asesoramiento y capacitación en la realización de mi tesis. la placa Oceánica subduce con un ángulo medio de 30° hasta la profundidad de 100 Km aproximadamente y a partir de esta profundidad la placa sufre un cambio de buzamiento siendo prácticamente horizontal por debajo de la Cordillera Andina hasta una distancia de Figura 4. cambia su inclinación con un ángulo aproximado de 28°. la sismicidad se distribuye con ángulo de inclinación de 28° hasta la profundidad de 150 km. Al Dr. por su amabilidad y colaboración. Actualmente las zonas de subducción y la geometría de la placa que subduce han sido conocidas a partir de la distribución espacial de los sismos. Los resultados la distribución espacial de la sismicidad en la región central del Perú muestra en profundidad tres características: La primera mostró que frente a la línea de costa existe la presencia de la posible resubducción que existiría en la zona Central. Y finalmente. no obstante en los perfiles 2 y 3 se observa una característica diferente. por debajo de Pucallpa el número de sismos se incrementa alcanzando una profundidad de 150 km y muestra un cambio en su distribución sugiriendo el desarrollo de una posible proceso de resubducción tal como lo sugiere Schneider & Sacks (1988). Proceso de subducción La subducción es el proceso por el cual una placa tectónica de mayor densidad se introduce bajo otra de menor densidad. esta resubducción mostraría la relación de la sismicidad intermedia con la profunda. Agradecimientos Al Instituto Geofísico del Perú por brindarme las facilidades para desarrollar mi tema de tesis. Sismicidad en la región Central: Al personal de la Subdirección de Ciencias de la Para esta zona se han considerado ocho perfiles Tierra Solida. a) Subducción horizontal en la región norte y centro del Perú y b) Subducción con ángulo de inclinación constante en la región sur (Mattauer. Figura 3. 24 IGPGeofísico del Perú Instituto . la sismicidad estaría asociada a fricción de placas. verticales perpendiculares a la fosa. Esquema de los perfiles en la Región Central 700 Km a partir de la línea de fosa.5. La segunda mostró que la sismicidad se distribuye de manera horizontal a profundidad promedio de 120 km hasta una distancia de 600 km desde la costa. 1976) con pendiente continua (Sur del Perú). En las regiones de subducción horizontal. En el Perú la Placa de Nazca (Oceánica) se introduce bajo la Sudamericana (Continental). 1989). Esquema que muestra la geometría de la subducción de la placa oceánica bajo la continental. 6. Aproximación a un modelo detallado de la sismicidad en el Perú: Características y evaluación de la energía sísmica liberada (2002)63-67. J Geophysical Res. Hasegawa. Spatial Distribution and b value of intermediate- depth earthquakes beneath Central Peru Geophysical Research Letters 1421-1424. CIENCIAS DE LA TIERRA SÓLIDA Bernal. Compendio de investigaciones en Geofísica . Mecanismo focal de terremotos en Perú y sismotectónica (2003).110.971 – 4. Subducction of the Nazca Plate beneath Peru as determinate from Seismic observations. 1988. Referencias bibliografías Guardia..9. Vila.980. National Earthquake Information Center (NEIC) Catalog (1980- 2015). 59. Determinación de la superficie de acoplamiento sísmico interplaca en el borde occidental del Perú (2011) 135. Schneider &Sacks.2015 25 . 4. Tavera. 86. 224-225. 92. Determinación 3D de la Geometría de la placa de Nazca en el Perú y análisis del estado de esfuerzos (2014)56-57. y Sacks (1981). This location makes it vulnerable to the occurrence of major earthquakes and subsequent tsunami. Palabras clave: Vulnerabilidad. prevención. Hernando Tavera Universidad Nacional Federico Villarreal Unidad de Sismología Facultad de Ingeniería Geográfica. es parte del Cinturón de Fuego del Pacifico (la zona de mayor actividad sísmica). Dicha ubicación hace que sea vulnerable ante la ocurrencia de sismos de gran magnitud y un consecuente tsunami. Abstract Santa Maria del Mar is one of the districts of Lima. This research aims at the development of seismic risk scenarios in the district. 26 IGPGeofísico del Perú Instituto . EVALUACIÓN DEL RIESGO SÍSMICO EN LA ZONA URBANA DEL DISTRITO DE SANTA MARÍA DEL MAR: APLICACIÓN DE LA NORMA E030 SEISMIC RISK ASSESSMENT IN THE URBAN AREA OF SANTA MARÍA DEL MAR DISTRICT: APPLICATION OF THE E030 RULE Ricardo Felix Pinedo Asesor: Dr. prevention . a fin de desarrollar un adecuado manejo de prevención y concientización de la población sobre los peligros a los que están expuestos. hazard.com Resumen Santa María del Mar es uno de los distritos de Lima. in order to develop appropriate management of prevention and awareness of the public regarding the hazards to which they are exposed. ubicado en el borde occidental de América de Sur y por lo tanto. El presente trabajo de investigación tiene como objetivo la elaboraciónde escenarios de riesgo sísmico en el distrito e identificar las zonas más vulnerables. Ambiental y Ecoturismo rfelixp37@gmail. escenarios de riesgo. peligros. risk scenarios. and identifies the most vulnerable areas. Keywords: Vulnerability. located on the western edge of South America and therefore is part of the Pacific Ring of Fire (the most seismically active area). tendencias y su evolución. significa la acumulación de tensión. intensidad. Una de las razones de estos daños es que las ciudades están ubicadas en zonas con El distrito de Santa María del Mar es uno de los 43 alto peligro sísmico. y esto conlleva el riesgo de distritos de la provincia de Lima. personas las ciudades costeras se producen severos daños heridas. utilizando datos y/o registros históricos de la ocurrencia del fenómeno a estudiar. Es el grado esperado de pérdida de los elementos en riesgo debido a la presencia de peligros. al Este con Cañete. en ser expresado en términos de pérdidas. Un escenario no es un pronóstico específico por sí mismo. y cuando ésta se libera. compuestas de área. Los escenarios describen eventos.2015 27 . en su área afloran secuencias sedimentarias del terciario inferior. poniendo a prueba la actividades económicas.Su superficie es de 9. ya que se encuentra en el denominado conjunto de elementos de riesgo. Lo que ayudará a elaborar el escenario probable y sus posibles consecuencias. Una de estas ciudades es Santa María con el distrito de Pucusana y al Oeste con el Océano del Mar. Compendio de investigaciones en Geofísica . La fricción de la la presencia de un peligro ambiental y/o fenómeno placa Sudamericana y la placa de Nazca. es una plausible descripción de lo que puede ocurrir. actividades económicas. al año 2015. limita al Norte con sufrir grandes pérdidas humanas. 3. Mapa de ubicación del distrito de Santa María del Mar. al Sur económicas. por Figura 1. muerte y daños graves. como resultado de CIENCIAS DE LA TIERRA SÓLIDA “Cinturón de Fuego del Pacífico”. Está conformado por 2 zonas (Programa Municipal Villa Mercedes y la Urbanización Santa 2.81 Km². es necesario conocer los conceptos de algunos de los temas básicos a emplear: Aspectos geológicos • Peligro Según el mapa geológico del distrito. lo que ayuda a dar recomendaciones en lo referente a la ejecución y/o implementación de medidas estructurales y no estructurales de prevención y/o reducción de riesgos. materiales y el distrito de San Bartolo. Ubicación del área de estudio entre otros). fallecida. El escenario de riesgo se construye sobre la caracterización del peligro.1. Así como el análisis de la vulnerabilidad de los elementos expuestos: Integración de información estadística de los daños y/o pérdidas de población damnificada. etc. estructura dañada. incluida la zona del Morro) (Figuras 3 y 4). según el Instituto 2. Puede A consecuencia de los movimientos sísmicos. al proceso de subducción entre ambas. Introducción • Vulnerabilidad El Perú está situado en una zona de alta actividad Es el grado de pérdida de un elemento dado o sísmica. daños materiales e interrupción de que son difíciles de remediar. capacidad de resiliencia de los elementos expuestos (población. Definiciones básicas María del Mar. Pamplona.1 Escenario de riesgo de Estadística e Informática (INEI). infraestructura. • Riesgo se producen sismos de grandes magnitudes e intensidades de sacudimiento del suelo. etc. recurrencia. debido natural de magnitud determinada. Santa María del Mar cuenta con 1608 habitantes. Las secuencias sedimentarias dentro de un cierto lapso de tiempo y en una cierta corresponden a la Fm. Fenómeno social que puede causar heridos. como magnitud. lutitas y calizas intercaladas con niveles volcánicos aflorando en todas las colinas que rodean al distrito. Pacífico. lo tanto. Es un agente agresor externo socio ambiental intrusivas del terciario superior y varios depósitos potencialmente destructivo con cierta magnitud cuaternarios. Mapa de Zonificación Sísmico-Geotécnica. desarrollado por Thomas Saaty estable (área achurada).2 La particularidad de cada metodología multicriterio s. no se ha identificado periodos el Proceso Analítico Jerárquico (Analytic Hierarchy dominantes.1. en quebradas para el caso de los aluviales y el borde la cual se registró el tipo de vivienda. 28 IGPGeofísico del Perú Instituto . Zonificación sísmico-geotécnica su capacidad de resiliencia ante la ocurrencia de un sismo de gran magnitud y un consecuente tsunami. al final se tendrá una relación de consistencia. número de pisos. (1980). Como resultado.1 y 0. Se basa en la importancia entre las variables. el primero rodeado con periodos poder comparar los elementos y establecer ordenes de 0. la cual presenta un suelo de tipo S1 (roca o suelos muy permitirá la elaboración de mapas temáticos de rígidos). • ZONA I: Esta zona está conformada por 5. Este trabajo fue realizado por el Instituto Geofísico del Perú (IGP) en el año 2010. Para más utilizadas. peligro. Tabla I: Escala de Satty Figura 2. estado de Este del distrito. para lo cual se genera un matriz de cada una de ellas. se Con la información recolectada se generó una base determinó que el distrito de Santa María del Mar de datos utilizando el programa ArcGIS. Las equivalencias e interpretaciones son detalladas en la Tabla I. material conos aluviales que se extienden hacia el extremo predominante. litoral para las marinas. estructura. Trabajo en campo conformado por materiales marinos y aluviales que se presentan a modo de terrazas muy bien Con la finalidad de identificar la vulnerabilidad diferenciadas en su emplazamiento dentro de las física de las viviendas.1s. desde el punto de vista geodinámico. quebradas cuyos periodos varían entre 0. de modo de área del distrito. tipo de uso. Se observa la concentración de periodos de está en la forma de transformar las mediciones y vibración de 0.2.. en 5. Además se encuestó a los pobladores para conocer 4. Metodología Santa María del Mar las colinas están conformadas por rocas ígneas sedimentarias y el borde litoral 5. vulnerabilidad y riesgo. con fundamentos matemáticos. por gravas arenosa.2 s en el extremo norte y sur del percepciones en una escala única. siendo “i” y “j” los criterios y/o alternativas respectivamente.Asimismo. lo cuales disminuyen rápidamente en de prioridad. Una última unidad son los configuración geométrica. Evaluación multicriterio afloramientos rocosos (sedimentaria-ígnea) a los cuales subyace suelos gravosos pobremente Una de las características principales de las gradados con materiales aluviales y marinos metodologías multicriterio es la diversidad de factores formando terrazas emplazadas dentro de las que se logran integrar en el proceso de evaluación. se realizó una ficha. Una de las metodologías multicriterio amplitud conforme se tiende a los lomeríos. es un 40% del área. lo cual sugiere que el suelo es Process: AHP). según la Norma E-030. los mismos que están conformados conservación y antigüedad. Resultados Preliminares En el distrito de Santa María del Mar se registraron 540 lotes y de ellos. b) Club Esmeralda. a) Comisaria y Posta médica. Figura 5. Los resultados obtenidos son: Tipo de vivienda: En el distrito. Figura 3. ya que no presentan grietas visibles. 12 están en construcción y/o son áreas verdes que comprenden 2 zonas: Programa Municipal Villa Mercedes y Urbanización Santa María del Mar. b) Vivienda de 20 a 49 años. entre otros. c) Vivienda Santa María del Mar predominan las viviendas Estado de Conservación: De los 445 lotes multifamiliares (18%) y edificios (17%). En la Urb. b) Multifamiliar (Urb. el tipo de vivienda predominante es la casa habitación con un 57%. Porcentaje de viviendas por antigüedad. Por otra parte Figura 6. 445 están construidos. en el rango de 0 a 2 años. Porcentaje de Viviendas por estado de conservación. a) Casa habitación (Villa Mercedes). b) Vivienda en buenas condiciones.a) Vivienda de 3 a 19 años. está entre los 3 a 50 años. vigas y columnas). con predominancia en la zona de Villa Mercedes. comisaria. todas ellas ubicadas en la zona del balneario.a) Vivienda en muy buenas condiciones. incluida la zona del Morro. Los datos de antigüedad fueron proporcionados por la Municipalidad de Santa María del Mar según el catastro vigente. 83 están CIENCIAS DE LA TIERRA SÓLIDA sin construir. el 11% está en muy buenas condiciones. Porcentaje de viviendas por el tipo de uso. c) Vivienda en regular condiciones. el 86% está en buenas condiciones visibles y el 3% de las viviendas presenta un regular estado. Material predominante: El 74% de las viviendas son construidas con albañilería confinada (muros portantes. Porcentaje por el tipo de viviendas. en la zona de la Urbanización de confinada. Santa María) Tipo de uso: El 93% de las edificaciones de Santa María del Mar son utilizadas como viviendas. a) Vivienda de albañilería por el contrario. Compendio de investigaciones en Geofísica . el 24% está construido de concreto armado y el 2% son estructuras de madera (prefabricadas) presentes en Villa Mercedes. la mayoría de los restaurantes se ubican en Villa Mercedes. También existen viviendas mayores a 50 años. c) Vivienda mayor a 50 años. Santa María se tienen clubes privados como el club Árabe y el club Esmeralda.2015 29 . solamente 6 viviendas están talleres. construidos en Santa María del Mar.6. Figura 4. También existen 2 postas médicas. sede náutica y pesca. b) Vivienda de concreto armado. según se observa de las visitas de campo. uno en Antigüedad: El rango de antigüedad de las viviendas cada zona y de otros usos como la Iglesia. Figura 7. Porcentaje de viviendas por el material predominante. Irregular. Resiliencia de las personas. 8. a) Vivienda Conf. Manual básico para la estimación del riesgo. b) al Dr. En tal sentido. mensaje de voz gratuito que se activa en situaciones En la Urb. en 7. T. Santa María se tiene viviendas de 4 y 5 de emergencia. 6. ReglamentoNacional de Edificaciones. Dirección de construcción 2006). personas que le puedan ayudar cuando se presente Norma E. el 95% sabe cómo reaccionar en caso se presente un sismo. seguras de su vivienda y posterior evacuación. Geo. identificación de las zonas Saaty. solamente el 11%. ha permitido observar la pluralidad de viviendas sea por el material empleado en su construcción. & Bernal. si cuentan con una mochila de emergencia. participación de simulacros. el trabajo de campo realizado para el acopio de información sobre las características de las viviendas en Santa María del Mar. y en la zona del balneario. Hernando Tavera por darme la oportunidad Vivienda Conf. Figura 8. Manual de Evaluación de Riesgos originados por fenómenos naturales.Número de Pisos: En Santa María del Mar. el riesgo es medio pero se requiere realizar mayor análisis y es el objetivo de la presente investigación. (1988). Configuración Geométrica: Cuando una vivienda tiene una configuración geométrica simétrica y regular Figura 10. Conocida la calidad de suelos en Santa María del Mar es de importancia evaluar el comportamiento de los elementos expuestos ante la posible ocurrencia de un sismo. I.. b) Edificio de 4 pisos. de 6 a 9 pisos. Porcentaje de Viviendas por número de pisos. de un desastre natural. por ejemplo. “The analytical Hierarchy Process” McGraw Hill. (2010). Agradecimiento Agradezco al Instituto Geofísico del Perú (IGP) por acogerme en sus instalaciones como tesista y Figura 9. Estas características permiten concluir que en la zona observada de Santa María del Mar. Bibliografía Esta encuesta realizada en Santa María del Mar tiene como objetivo conocer la capacidad de Tavera. el 31% y un evento sísmico.Geotécnica resiliencia que tiene las personas ante la ocurrencia para el Distrito de Santa María. a) Vivienda de 2 pisos. De las 95 personas encuestadas. c) Edificio de 8 pisos. H. las viviendas son el MTC. Zonificación Sísmico . Resiliencia 9. 30 IGPGeofísico del Perú Instituto . CENEPRED (2014). de crecer como profesional y por su comprensión y asesoramiento. Porcentaje de Viviendas según su geometría. Geo. tipo de uso. responde favorablemente a los movimientos sísmicos. estado de conservación y antigüedad. Regular. estructura.030. configuración geométrica. el 53% de las viviendas en planta es regular y en elevación. si sabe cómo INDECI (2006). número de pisos. De acuerdo a esto. (en planta y elevación). utilización de mensajes de texto o 26% de viviendas tienen 2 y 3 pisos respectivamente. Conclusiones Santa María del Mar. reaccionar ante un sismo.1. y un 85% desconoce el servicio de mensaje de voz gratuito. conocimiento sobre alguna brigada de primeros auxilios en el distrito y/o Ministerio de Vivienda Construcción y Saneamiento. ambos promovidos por el INDECI y pisos. Los resultados muestran que a profundidades menores a 60 km. Southern Peru. fallas. recent stresses. Hernando Tavera Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa Unidad de Sismología Facultad de Geología.com Resumen Usando datos sísmicos del catálogo del IGP para el periodo 1980 –2015. the spatial superficial seismicity analysis was made in order to define the seismogenic sources on the south Peruvian region. representing a high risk to nearby cities.2015 31 . Palabras clave: Deformación reciente. The results shows that at depths of less than 60 km. the seismicity are concentrated in two belts: the first one is located on the occidental edge of the coastal zone. a fin de definir las fuentes sismogénicas presentes en la región sur. Compendio de investigaciones en Geofísica . en el borde occidental de la zona costera. estructuras activas. y la segunda sobre la Cordillera Andina relacionada con la reactivación o generación de nuevas fallas geológicas. Abstract Using the seismic catalog of IGP for the 1980 – 2015 period. sur de Perú. lo cual representa un alto riesgo para las ciudades cercanas. Keywords: Earthquakes. and the second is related to the Andean Cordillera and the reactivation or generation of new geologic faults. asociada con el proceso de convergencia de la placas de Nazca y Sudamericana. active structures. sismos. faults. The correlation between the faults and the seismic spatial distribution suggest that at least 9 of them are seismically actives. La correlación entre las fallas y la distribución espacial de los sismos sugiere que al menos 9 de ellas se encuentran sísmicamente activas. associated with the convergence of the Nazca and South American plates. ANÁLISIS DE LA DEFORMACIÓN CIENCIAS DE LA TIERRA SÓLIDA SÍSMICA SUPERFICIAL EN LA REGIÓN SUR DEL PERÚ ANALYSIS OF THE SHALLOW SEISMIC DEFORMATION IN SOUTHERN REGION OF PERU Ursula Ines Apaza Medina Asesor: Dr. Geofísica y Minas aine_amed@hotmail. la sismicidad se concentra en dos franjas: la primera. se realizó el análisis de la distribución espacial de la sismicidad superficial. producen deslizamientos repentinos de contacto entre las placas de Nazca y que se traducen en sismos de gran magnitud. segundo grupo de sismos con foco superficial se localiza de forma dispersa sobre la Cordillera Andina poniendo en evidencia 32 IGPGeofísico del Perú Instituto . Los sismos se podría proporcionar sobre ellas el campo de la distribuyen principalmente sobre todo el sismología. Esta base de datos proviene de aproximadamente 30° mostrando la presencia del catálogo sísmico del Perú. diversos niveles de profundidad. ha dado lugar Brasileño. En este estudio región. Cordillera. Un Figura 1: Esquema que muestra la geometría de la subducción para la región sur del Perú (Mattauer.1. En este contexto. Desde el punto de vista observacional. se evalúa y analiza la actividad sísmica superficial ocurrida en la zona sur para el periodo 1980 – 2015 3. la subducción o convergencia de placas El interés de analizar y evaluar la y la deformación superficial de la corteza. 2. los corticales presentan periodos de recurrencia este tipo de información permite conocer de muy largos y mientras tanto se va produciendo una manera aproximada la profundidad de los deformación lenta con la consecuente generación principales sistemas de fallas presentes en la de sismos de pequeña magnitud.0 para el periodo de 1980 –2015. A fin de analizar y evaluar la distribución espacial de los sismos en el Sur del Perú. 1989). deformación netamente continental como efecto secundario del La acumulación de esfuerzos en el borde proceso de subducción. sin embargo. se han elaborado mapas y perfiles de eventos sísmicos superficiales (h≤60km) e intermedios (61≤h≤300km) con M≥4. sugerida por diversos autores como Grange et al (1984). En profundidad tienen básicamente su origen en dos procesos tectónicos. la misma que al deformarse En el Sur del Perú los sismos intermedios internamente dio origen a un gran número de sistemas están asociados a los procesos de fricción y de fallas activas situadas en los bordes y sobre la deformación interna de la placa subducente. Asimismo. al momento de resulta de importancia definir la superficie ser liberados. tanto en superficie como en profundidad. de una subducción normal. La sismicidad del primer grupo está asociada principalmente al proceso de subducción en sus primeros niveles de profundidad. la distribución espacial Altiplano y dispersos en la zona sub-andina. Estas tendencias de sismicidad muestran La base de datos utilizada considera 6591 como la superficie de contacto de placas y la forma eventos sísmicos con profundidades superficiales de la placa de Nazca. estos estudios pueden de la placa de Nazca que se encuentra en ser complementados con el conocimiento que el proceso de subducción. sin embargo. cambia de Norte a Sur y su e intermedias (<300 Km) y magnitudes ≥4 para el buzamiento cambia de casi horizontal a una caída periodo 1980 a 2015. se debe a que y acumulación de esfuerzos que. a diferencia de los sismos de subducción.1.2. Hasegawa y 2. los sismos superficiales se distribuyen formando dos grupos. existe consenso en que los sismos 2. Análisis espacial de la sismicidad Sacks (1981) y Schneider y Sacks (1987) (Figura 1). es decir. el levantamiento de occidental del Perú. la subducción es analizada a partir de las tendencias Datos medias de las secciones verticales perpendiculares a la fosa. Introducción su origen. Sin Sudamericana y la forma de la primera a embargo. de los sismos en el Perú es por demás compleja. debido a la subducción de la los Andes y de la subsidencia del escudo placa de Nazca y Sudamericana. Geometría de la subducción a fin de definir las zonas de deformación cortical presentes en la región. Cada distribución de los sismos en función de la sismo mayor implica largos periodos de deformación profundidad de sus focos. En superficie De manera general. Los estudios geológicos y tectónicos han por esta razón podrían ser considerados permitido conocer sus características y geometría como indicadores directos de la geometría en superficie. al levantamiento de la corteza para dar forma a la Cordillera de los Andes. un compendio de información que describe el posible mecanismo de falla en la fuente o foco donde se libera la energía en forma de ondas sísmicas. En el Sur del Perú. (2003). Carlotto et al. siendo el sismo de mayor magnitud de 5. sugiriendo un proceso de ruptura de tipo extensional. F-8: Falla Lluclla. el mecanismo focal de fallas principales. La ubicación del epicentro del sismo sugiere que este tuvo su origen en la reactivación de la falla Paruro (dentro del sistema de fallas del Cusco). F-7: Falla Solarpampa. F-3: Sistema de fallas de Ocongate. el proceso de deformación de • La distribución de los sismos en el sistema de la corteza continental. 2011 y Benavente et al. plano con orientación ONO-ESE y buzamiento en F-9: Falla Toquepala dirección SO con un ángulo de 57°. como consecuencia del fallas del Cuzco (F-2) no muestra un patrón de levantamiento de la Cordillera de los Andes.4. con sismos de et al. F-5: Falla Viscachani. transcurrente o de desgarre (Figura 2a). ha alineamiento en superficie. es decir fallas de tipo normal y se encuentran ubicados principalmente Los procesos de ruptura que se desarrollan debido al pie de algunos nevados importantes. 5. el tipo de falla que produjo el terremoto: Normal.. 2013): F-1: Falla Marcona. y por supuesto. La caracterización precisa del mecanismo focal de un terremoto proporciona información muy importante de las estructuras activas: la orientación del plano de falla.5 Mw y foco a Figura 2: Relación entre mecanismos focales y estructuras activas a) Representación gráfica y sus correspondientes fallas generadoras. Según los datos compilados por Macharé máxima de la falla es de 51 km. la región sur del Perú.1 ML y según el estudio realizado por Tavera et de Macharé et al. De este modo. un mapa de mecanismos focales debe traducirse rápidamente a un mapa que describe los mecanismos de reactivación de fallas que se mueven bajo un campo de esfuerzos coherente (Figura 2b). es una representación gráfica de las soluciones de la ruptura que origina un sismo y de la configuración de los esfuerzos tectónicos en el área. los sistemas de fallas en la región sur del Perú deben Compendio de investigaciones en Geofísica . Carlotto et al. (2014) el mecanismo focal del sismo muestra un F-2: Sistema de fallas del Cuzco.2015 33 . Deformación superficial su origen a procesos extensivos. 2003. b) Modelo del Régimen de esfuerzos presente en 26 km de profundidad. al. el sentido y orientación del movimiento de la falla. Resultados La distribución espacial de la sismicidad con foco superficial (Figura 4) ha permitido identificar las áreas de mayor deformación en región sur: • En la falla de Marcona (F-1).. F-6: Falla Trigal. y los trabajos recientes realizados por magnitudes del orden de 5. (2011) y Benavente et al. (2013). En este caso.. inversa.2 Mw. es decir. se ha identificado 9 sistemas CIENCIAS DE LA TIERRA SÓLIDA diversas formas. Los hipocentros dado origen a la formación de diferentes sistemas sugieren que posiblemente la profundidad de fallas. como se a la deformación cortical pueden ser analizados de muestra en la Figura 3. Figura 4: Distribución espacial de la sismicidad superficial asociada directamente al proceso de deformación cortical. F-4: Zona de fallas del Vilcanota. Un ejemplo en el Sur del Perú es el sismo ocurrido el 27 de setiembre de 2014 en Paruro (Cuzco) que presentó una magnitud de Figura 3: Ubicación de los principales sistemas de fallas presentes en la región sur (Extraído 5. los sismos se encuentran delineando su traza. delimitando 9 sistemas de fallas principales de tipo normal y dos probables fallamientos inversos en Madre de Dios y al Norte de Cuzco y un fallamiento normal. 6. Bibliografía • En la zona de Moquegua y Tacna. al Norte de la falla Toquepala. 187-219 pp. profundidades máximas de focos de 55 km. Seismicity. 88. y Buforn. Suárez. la distribución Ingeniero Geofísico. Agradecimientos de 5.7 mb y placa de Nazca por debajo del continente. sin embargo. Otro agrupamiento está presente al Norte de la falla Toquepala el Tavera.0 Mw con foco a 7 km de Mi más sincero agradecimiento al Dr. • En la zona de fallas del Vilcanota (F. Aspectos Sismológicos. H. Res. datado antes del cuaternario.7 Mw. K. Tectonics and uplift in Central Andes los 55 km de profundidad. (1998) Sismicidad y sismotectónica del Perú. fault plane solutions. Bolivia and Northern Chile) from Eocene to present. 34 IGPGeofísico del Perú Instituto . 6139–6152. 89. G. fallamiento normal antes del cuaternario. El sismo de mayor magnitud es de 4. Conclusiones Vila. Quaternary normal and reverse faulting En síntesis. 4. Ph. 10403–10428. Director de la Unidad de Sismología de la Subdirección de Ciencias de la Tierra Sólida del • La distribución de los sismos en la falla IGP. and southern Colombia.D. y en con un ángulo de 30°. Tesis de • En el interior del continente. M. (2002). I. H. mb con foco a 39 km de profundidad. Tavera. • La distribución espacial de los sismos en el Sur del Perú es por demás compleja. UNSA. M.Mecanismo focal de terremotos en el Perú y sismotectónica. de mayor magnitud ocurrido en esta zona fue Grange. UNSA. por su asesoramiento y múltiples alineamiento a ambos lados de la traza de recomendaciones para la elaboración del presente falla. (1998). pequeños patrones de alineamiento pero en general de forma muy dispersa no superando sus hipocentros Sébrier. por brindarme la oportunidad de unirme a su Lluclla (F-8) presenta un pequeño patrón de equipo de trabajo. área NE (Madre de Dios y al Norte de Cuzco) estando relacionados posiblemente con fallamiento inverso Tavera. Hernando profundidad. de los sismos indica que las deformaciones superficiales se producirían hasta profundidades de 55 km en promedio. (Peru. 169 pp. et al (2012) Sismo de Ica del 30 de Enero del 2012.8 Mw con foco a 33 km de profundidad y en el 2013 uno de 6. La distribución de los sismos en profundidad sugieren que la placa de Nazca subduce por • En las fallas Trigal y Solarpampa (F-6 y F-7) debajo de la Sudamericana de modo normal se concentra un gran número de sismos. Geophys. et al (1988). 739–780. Tavera. 114 pp. la actividad sísmica se presenta con and the state of stress in the Central Andes of South Peru. Peru. v 10. España. (2014). Ecuador. En 1998 un sismo 7. H. Res. Tesis. F. Determinación 3D de la Geometría de la Placa de Nazca en el Perú y Análisis del Estado de Esfuerzos. J. and active tectonics of the Andes of Peru. El sismo liberada. la primera asociada al del proceso de subducción y la segunda fuente a los principales sistemas de fallas presentes en la región. (1983).9 estudio. et al. 8. Tectonic implications of the en agosto del 2003 con un foco a 32 km de microearthquake seismicity and fault plane solutions in southern profundidad y magnitud de 5. ha sido posible identificar dos fuentes sismogénicas para sismos superficiales. et al (1985). J. Geophys. Sébrier. siendo la más Bernal. Universidad Complutense de cual probablemente se encuentra relacionado a Madrid. et al (1984). depth of Así también se visualizan dos agrupamientos en el faulting. se encuentra un importante número de fallas. por intrusión del escudo brasileño. • Los sismos con foco intermedio tienen relación 4) se presenta actividad sísmica puntual directa con el proceso de deformación de la con magnitudes no mayores a 4. Tesis de Ingeniero Geofísico. Aproximación a un modelo detallado de la Sismicidad en el Perú y características de la energía sísmica importante la falla Toquepala (F-9). E. ellas ocurrieron los sismos con las magnitudes más altas de la región sur. Tectonics-An agu Journal. CUSCO REGION Roy Jack Arone Padilla Asesor: Msc. Abstract Landslides are one of the major natural hazards that cause human and economic losses worldwide. show that the limit has Atterberg plasticity and high humidity. estos últimos se originan en diferentes tipos de basamentos rocosos (ígneo. región Cusco. Pazos district. horizonte arcilloso. distrito de Pazos. PROVINCE OF LA CONVENCION. región Cerro de Pascor Palabras clave: Deslizamiento. the last ones originate from different types of rock foundations (igneous. is defined by a transition called saprolite horizon variable composition depending on the type of lithology they come from. Finally. In this case. El contacto roca-suelo. metamórfico y/o sedimentario) y conforman el principal factor condicionante. La morfología del basamento y el nivel freático se determinaron mediante un estudio geofísico de resistividad eléctrica. Analysis of soil mechanics in materials that make up the slate saprolites of metamorphic origin. basamento metamórfico. province of La Convencion. REGIÓN CUSCO GEOLOGY – GEODYNAMICS OF THE ROTATIONAL SLIDES WITH METAMORPHIC BEDROCK IN THE TOWN OF KELCAYBAMBA. metamorphic basement. Los deslizamientos se pueden producir entre un contacto suelo-suelo o roca-suelo. Para este caso. provincia de Tayacaja. Ocobamba district. El análisis de mecánica del suelo en los materiales que conforman los saprolitos de origen metamórfico pizarroso. Huancavelica Region and the town of Chango.roy. Región Huancavelica y la localidad de Chango. Tayacaja
[email protected] Resumen Los deslizamientos son uno de los principales peligros naturales que ocasionan pérdidas humanas y económicas en todo el mundo. Cusco region it has been taken as a reference. province of Daniel Alcides Carrion Cerro de Pasco region. Juan Carlos Gomez Universidad Nacional Mayor de San Marcos Unidad de Geodinámica Escuela Académica de Ingeniería Geológica Jack. Finalmente. this entails the study of the causes that generate them. The slide is rotational type whose concave surface fault develops in the clay horizon caused by weathering and / or alteration of the metamorphic basement of slate nature. que al contacto con el agua se desintegran formando arcillas. clay horizon Compendio de investigaciones en Geofísica . meteorización. está delimitado por un horizonte de transicion llamado saprolito de composición variable dependiendo el tipo de litología de donde provengan. Landslides can occur between a soil-soil or rock-soil contact. muestran que el límite de Atterberg presenta plasticidad y humedad alta. provincia Daniel Alcides Carrión. se correlacionó el caso la localidad de Kelcaybamba con deslizamientos de otros lugares del país. Keywords: Landslide. distrito de Chacayán. que se desarrollan sobre basamento metamórfico pizarroso: La localidad de Carampa. que delimitó la napa freática entre 10 a 13 metros de profundidad y permitió conocer el contacto entre la roca y el suelo a 15 metros de profundidad. PROVINCIA DE LA CONVENCIÓN. Chacayán district. the case of the town of Kelcaybamba case it was correlated with slides elsewhere in the country.2015 35 . distrito de Ocobamba. The rock-soil contact. GEOLOGÍA – GEODINÁMICA DE LOS DESLIZAMIENTOS ROTACIONALES CON BASAMENTO ROCOSO METAMÓRFICO EN LA LOCALIDAD DE KELLCAYBAMBA DISTRITO DE OCOBAMBA. Un basamento metamórfico pizarroso de edad Paleozoica. presenta como característica principal un alto grado de fracturación y esquistosidad (arreglo paralelo de minerales). which develop on slate metamorphic basement: The town of Carampa. metamorphic and / or sediment) and constitute the main determining factor. esto conlleva al estudio de las causas que los generan. weathering. se ha tomado el deslizamiento suscitado en la localidad de Kelcaybamba. the landslide that happened in the town of Kelcaybamba. The morphology of the basement and the water table were determined by electrical resistivity geophysical survey which delineated the groundwater between 10-13 meters deep and allowed to know the contact between rock and soil to depths of 15 meters. El deslizamiento es de tipo rotacional cuya superficie de falla cóncava se desarrolla en el horizonte arcilloso originado por la meteorización y/o alteración del basamento metamórfico de naturaleza pizarrosa. provincia de La Convención. eventos. aceleran los diversos procesos geodinámicos. provincia de la Convención. detonantes. mediante ensayos que son desplazamientos de masa de materiales geofísicos de resistividad eléctrica. tomada del Google Earth. estratigráficos. y la evidencia superficial que presenta son las grietas tensionales (0. las precipitaciones pluviales y la actividad antrópica. al estar interactuando con el nivel freático. vegetación. 8575642 N y en la cota 1466 m. (rocas y suelos) pendiente abajo. mientras que. un área de aproximadamente 19 ha. profundidad del nivel freático. se encuentran la actividad sísmica. 1.s. en la margen base de datos usando un Sistema de Información izquierda del río Ocobamba. se encuentra ubicada en las coordenadas metamórfico. como apoyo a la gestión de riesgo de la población afectado por este tipo de deslizamiento.1 Metodología Piscontilla. ocasionados por factores condicionantes y desencadenantes. en el valle del río Ocobamba. desarrolló la caracterización geológica. como agentes a Kellcaybamba. geotécnica y geofísica. por su fuerte pendiente y litología Para el desarrollo de la investigación se compuesta de rocas metamórficas pizarrosas realizaron las siguientes actividades: fracturadas correspondientes a las unidades geológicas del Grupo San José (Formación Iparo del Ordoviciano • Caracterización física del deslizamiento: inferior). que favorece la ocurrencia de este tipo de se cartografiaron los rasgos geológicos.n. • Estimación del espesor del horizonte Uno de los productos de los procesos geodinámicos saprolito. Este poblado se asienta en la parte media de la ladera Oeste de la Cordillera Oriental. Este evento abarca Geográfica (SIG). límites suelos. El objetivo principal es conocer la influencia del horizonte meteorizado y/o alterado que suprayace al basamento metamórfico pizarroso (subyace al material inconsolidado superficial). se encuentran las características lìneas arriba. lo que ha El deslizamiento rotacional se encuentra ubicado en permitido sistematizar la información en una la parte baja de la quebrada Piscontilla.1. a escala 1. Introducción • Delimitación del horizonte de transición El territorio peruano presenta una geodinámica roca-suelo en base al registro estratigráfico de externa compleja por su morfología generada las calicatas. en donde la presencia de fracturas UTM (datum WGS 84 zona geodésica 18s) y esquistosidad del basamento. Entre • Correlación de los elementos mencionados los primeros. donde se Figura 01: Ubicación de la localidad de Kellcaybamba. estructurales y sedimentológicos. de mecánica de suelos: granulometría. geodinámicos. múltiples climas y pisos ecológicos que de Atterberg y capacidad portante del suelo. El trabajo de campo se realizó en 5 días.5000. en la quebrada 1. sirviendo este horizonte como superficie de falla. región inconsolidados que suprayace a un basamento Cusco. altamente meteorizado y alterado. como un factor que genera la inestabilidad para la ocurrencia del deslizamiento. Presenta un relieve abrupto. formando así un (Figura 01) horizonte saprolito que genera la inestabilidad de la ladera. la morfología del basamento y la que se generan son los deslizamientos de tierra. localidades de Chango y Carampa con respecto topografía etc. se encuentra 777039 E.m. geodinámica. obteniéndose las propiedades durante el emplazamiento de la Cordillera Occidental física de los suelo con el análisis de laboratorio y la Cordillera Oriental y su diversidad de rocas. en los deslizamientos de las geológicas del terreno: geomorfología.5 36 IGPGeofísico del Perú Instituto .2 Características del área de estudio En el presente trabajo de investigación se analiza La localidad de Kellcaybamba distrito de la génesis de un deslizamiento de materiales Ocobamba. La elaboración del trabajo de investigación y la recopilación de datos fueron realizadas por la Unidad de Geodinámica del IGP a solicitud de la municipalidad distrital de Ocobamba. CIENCIAS DE LA TIERRA SÓLIDA un espesor aproximado de 15 m delimitados con los dando como resultado fracturamientos de las rocas ensayos de resistividad eléctrica. Figura 03: Rasgos litoestratigráficos de la localidad de Kellcaybamba: depósitos aluviales. Aspecto geomorfológico entre sí. y condiciones sedimentológicas (Figura 3). La modeladas por fases tectónicas distensivas y terraza aluvio-fluvial donde se asienta el poblado. estructuras. y el material de suelo desplazado rocas de origen metamórfico del Paleozoico.2015 37 . producto de la meteorización que afecta a las rocas aflorantes. Formación Iparo del Grupo San José del periodo delimitados por el río Ocobamba y la quebrada de Ordovícico. 1999).0 m de profundidad y longitud de 25 m La geología está conformada principalmente por aproximadamente). Las rocas pizarrosas se disponen en estratos métricos y laminados de 4 a 6 cm de grosor. así como pendientes cartografía geológica del cuadrángulo de Quebrada superiores a 30° y terrazas aluvio-fluviales cuya Honda (Salas.m ancho 0. fueron pendiente abajo hacia el río antes mencionado. Figura 02: Rasgos geomorfológicos predominantes en Kellcaybamba: zona montaña y terraza aluvio-fluvial donde se asienta el poblado. de acuerdo a la es de 300 m aproxidamente. y ordenamiento en láminas con superficies paralelas 2. está constituida por la superficie presenta pendientes menores a 7°. negro a marrón oscuro o gris acero. 3. Compendio de investigaciones en Geofísica . cuyo desnivel de terreno La localidad de Kellcaybamba. puesto que proporciona información de la estratigrafía. tiene compresivas que se generaron hasta la actualidad. Figura 03: Rasgos litoestratigráficos de la localidad de Kellcaybamba: depósitos aluviales. Aspecto geológico El estudio de la geología es importante para conocer las causas de la ocurrencia de los deslizamientos. Se encuentran intensamente fracturadas con un orientación N 355° y buzamiento 85° SE (Figura 4).5-1. está conformada por pizarras de color Piscontilla (Figura 2). fluviales y la predominancia de pizarras del Grupo San José. El relieve está conformado por montañas que presentan gran elevación. fluviales y la predominancia de pizarras del Grupo San José. generados por fuerzas tangenciales ligado a la esquistosidad. de los minerales. Deere y Patton (1971) definen éstos y viene hacer la transición hacia la estructura de la en horizontes de suelos residuales y de transición. con la preservación de estructura y la textura de la roca madre (Velbel. es descrito por composición mineralógica. presenta micas como la diferentes autores. Figura 07: Los perfiles de meteorización varían de acuerdo con la litología. alteración de la roca pizarra al contacto con el agua de infiltración. Tienen estructura atómica en sedimentarias. pendiente abajo sobre un superficie de falla. (b) Granitos (Sowers. 1978. 1988). Figura 06: Perfil de roca a suelo. está conformada por un horizonte saprolito. donde la roca metamórfica presenta un un ejemplo es la trasformación de la moscovita a saprolito muy bien delimitado a diferencia de la roca hidromoscovita. que presenta la estructura cristalina ígnea (granito). en donde delimitan en horizontes la capas. montmorillonita y/o caolinita. Figura 07: Los perfiles de meteorización varían de acuerdo con la litología. biotita y otros que contienen filosilicatos comparando las rocas metamórfica. Estas pueden ser de tipo rotacionales (superficie de ruptura curva o cóncava) y tanslacionales (superficie de ruptura plana) (Varnes. La zona de meteorización y/o alteración (transición) del basamento metamórfico a materiales inconsolidados. 1996. y como la moscovita. Figura 05: Arcilla formada por la alteración de las pizarras en el localidad del Kellcaybamba. en las cuales las moléculas de agua son zona de transición. donde se observa horizonte arcilloso (saprolito) por Corominas y Yagüe. Aspecto geodinámico Diferentes autores definen conceptualmente los deslizamientos como un movimiento de materiales inconsolidados (bloques de rocas y suelo). (a) Pizarras. 1997). 4. (b) Granitos (Sowers. (Figuras 7 y 8). con la pizarra. Cruden y Varnes. producto de la hidratación (Figura 5). transformándolas en arcillas.La rápida desintegración y alteración de la pizarra El perfil de meteorización y alteración de la zona de (fracturada y con esquistosidad) se debe a su transición roca a suelo (saprolito). en relación al tipo de litología. moscovita. Sowers (1988) compara el granito fáciles de ingresar. ígneas. 1985). esto ocurre al contacto detallando cada uno por el grado de meteorización con el agua. en donde los minerales primarios se han transformado in situ. 1988). 38 IGPGeofísico del Perú Instituto . (a) Pizarras. definido como el nivel de transición de roca a suelo. el tamaño de partícula. Su basamento CIENCIAS DE LA TIERRA SÓLIDA dependerá de las propiedades geométricas. Figura 10: Deslizamiento de materiales inconsolidados suprayacentes a rocas metamórficas en la localidad de Carampa. El mecanismo del deslizamiento materiales coluviales y aluviales. se realizaron correlaciones con otros metamórficas del Complejo Marañón de edad Neo lugares del territorio peruano. interactuando con las fracturas de la esquistosidad y los suelos suprayacentes a este horizonte. producto de que suprayacen a basamentos metamórficos la desintegración del basamento de rocas pizarrosos. la cohesión.2015 39 . 2015). estructurales y perfil meteorizado donde se genera el movimiento (Suarez. densidad aparente entre otros). el espesor del suelo. Específicamente se correlacionaron las localidades de Carampa. el grado de la saturación) y la composición mineralógica de los El deslizamiento que se produjo en la parte baja de suelos. sobre una superficie de falla. muy erosionada. en de fricción interna. región Cerro una superficie de falla (Vivanco. distrito de Chacayán. principalmente de pizarras y presión de poros. materiales se desplazan pendiente abajo sobre provincia Daniel Alcides Carrión. El deslizamiento que se produjo en quebrada provincia de Tayacaja. es un deslizamiento de tipo rotacional donde materiales inconsolidados La disposición de los suelos en movimiento sobre se desplazan sobre un basamento pizarroso una superficie de falla. Localidad de Chango Para entender la dinámica de los La localidad de Chango se asienta sobre deslizamientos de materiales inconsolidados depósitos coluviales y aluviales. y génesis. la quebrada de Carampa. compuesta por rocas pizarrosas a características similares en su comportamiento esquistos. 4. distrito de Pazos. como se observa en la figura (Ortiz. la (Devoniano). por presentar Proterozoica. gris oscuro. 2015) (Figura 11). región Huancavelica y Shishing es de tipo rotacional donde estos la localidad de Chango. hidrológicas (contenido natural de agua.Los mecanismos de los deslizamientos tal como los A. de Pasco con respecto a la localidad de Kelcaybamba. fracturada y de la pendiente. se tuvo en cuenta las características geológicas. físicas está compuesto de rocas del Grupo Cabanillas y mecánicas (es decir. son formas idealizadas a través de las cuales el material de una pendiente La localidad de Carampa se asienta sobre podría moverse. está delimitadas por el horizonte arcilloso meteorizado y alterado de roca metamórfica (permeable o impermeable). donde estos suelos se desplazan en dirección al el río Acocra. ángulo capas delgadas.1 Correlaciones de los deslizamientos B. 2009). ángulo efectivo limoarcillitas de tonalidades. y las características litológicas. Figura 09: Localización de la superficie de falla. Para ello. Localidad de Carampa define Hutchinson (1988). bien estratificada. región Cusco. donde se produjeron los deslizamientos: Compendio de investigaciones en Geofísica . 09. descritos en la tabla 01. donde éstas presentan evidencias con grietas tensionales o de tracción y un horizonte saprolito en nivel de transición de roca a suelo. geoeléctricas Figuras 12 . en la localidad de Kellcaybamba según la clasificación SUCS y ASSHTO. tabla 02. por la erosión de pluvial y/o las aguas subterráneas. 1984). para ello se realizaron 6 ensayos de suelo. con la finalidad físicas de este horizonte. Estas propiedades físicas influyen en el movimiento del agua en los suelos (permeabilidad) y la capacidad del suelo para retener liquido (absorción).13 y 14. Chango. sobre el basamento (resistividad eléctrica) para conocer propiedades del metamórfico. y el índice de plasticidad de la calicata (CA-02) presenta una baja plasticidad 40 IGPGeofísico del Perú Instituto . Los deslizamientos generados en las localidades de Carampa y Chango son de tipo rotacional al igual que en kellcaybamba. presentan un límite plástico promedio de 20 % lo que indica que el potencial de hinchamiento es alto. permite analizar el comportamiento dinámico del deslizamiento. Los suelos la localidad de Kellcaybamba. 1979). a diferencia de los otras calicatas. limos y arcillas (GP-GC). donde se encuentran desplazándose los materiales pendiente abajo. según Sowers. (1979). Así los suelos más finos tienden a retener un mayor volumen de líquido bajo condiciones insaturadas que sus equivalentes de textura gruesa (Sidle. Figura 11: Deslizamiento rotacional generado en la quebrada Shishing. Para corroborar las características geofísicos de resistividad eléctrica. Tabla 01: Propiedades de los suelos de cada calicata prospectada. Otro parámetro del suelo que contribuye a la ocurrencia de deslizamiento de tierra es la velocidad a la que se infiltra el agua en el suelo a una determinada profundidad (Inganga y Ucakuwun 2001). 5. gradadas (GM) a mal gradadas con contenidos de arena. en la localidad de Kelcaybamba según la clasificación SUCS y ASSHTO. de la localidad de Tabla 02: Grado de plasticidad del suelo (Sowers. fue importante el estudio de estimar la localización del horizonte saprolito y geotécnico (mecánica de suelos) y de geofísica la profundidad del nivel freático. de color pardo oscuro. tracción y la interacción con el agua. la profundidad del nivel freático y determinar el resistividad eléctrica (SEV) para obtener secciones contacto de transición roca-suelo. Tabla 01: Propiedades de los suelos de cada calicata prospectada. Las propiedades físicas de los suelos. producto de la meteorización de la roca madre por la infiltración de las aguas Se correlacionan las calicatas con estudios subterráneas. Geotecnia y geofísica Conocer la composición de los suelos de la zona donde se produce el evento geodinámico y obtener las propiedades físicas del comportamiento de los suelos ante la compresión. están conformados por gravas bien Figura 12: Ubicación de los perfiles geoeléctricos en la localidad de Kellcaybamba. El caso particular de Al comparar los perfiles geofísicos obtenidos en un basamento metamórfico pizarroso. es Delimita el basamento metamórfico. compuesta por material de suelo aluvio – fluvial. donde se observa la disposición de los horizontes. El horizonte saprolito presenta valores de Horizonte H1 – H2 resistividad eléctrica entre de 90 a 150 Ω en Kellcaybamba y valores entre 132 a 250 Ω en Representa la cobertura superficial de terreno Carampa. y el horizonte saturado entre el contacto roca-suelo. 6. Los ensayos de resistividad eléctrica en Kelcaybamba determinaron la profundidad del horizonte saprolito. Figura 13: Sección Geo Eléctrica A . La presenta investigación formuló como hipótesis Horizonte H4 y Horizonte H5 que el horizonte de transición suelo roca. donde generó el deslizamiento de tipo rotacional. En la localidad de Kellcaybamba se determinaron mientras que. Resultados Las investigaciones geofísicas y geotécnicas realizadas arrojaron los siguientes resultados 1. (Figura 13). características: 2. El estimando espesores de los horizontes y la profundidad del nivel freático. por efectos de localidades de Kellcaybamba y Carampa se observa la meteorización y alteración de la roca madre. Figura 15: Perfil de resistividad eléctrica de la localidad de Carampa. generando los deslizamientos. en comparación con la segunda localidad. Las propiedades geotécnicas del horizonte saprolito. determinadas en laboratorio son: densidad Horizonte H3 de 17 a 20 kN/m3 y una cohesión 2 a 6 kN/m2 según y el valor del ángulo de fricción interna de 10 a 34°. en la localidad de Carampa el nivel cuatro horizontes de materiales con los ensayos freático se encuentra a 15 metros de profundidad y de resistividad eléctrica que tuvieron las siguientes el saprolito con un espesor de 8 metros (Figura 15). sobre el basamento metamórfico. denominado saprolito en estado saturado. No se realizaron ensayos geofísicos en la localidad de Chango (Figura 15). donde el horizonte de mayor saturación se encuentra entre CIENCIAS DE LA TIERRA SÓLIDA el contacto roca-suelo y sirve como lubricante (superficie de falla) de los deslizamientos. altera que en la primera el nivel freático se encuentra entre su composición mineralógica (silicatos de aluminio 10 a 13 metros de profundidad y un espesor de Compendio de investigaciones en Geofísica . Discusión con H4. dispuesta perpendicular a la dirección del deslizamiento donde se observa la profundidad el nivel freático. éste contiene el nivel freático. Este horizonte presenta el nivel saprolito. el generador de la inestabilidad de una ladera. agua subterránea se encuentra a una profundidad de 13 metros y un espesor de 5 a 8 metros.A’ del deslizamiento desde el estadio hacia el río Ocobamba. suelo de 15 metros.B’ que pasa por el centro de la localidad de Kelcaybamba. debido a su mayor saturación y baja resistividad en comparación 7. donde está presente también el Figura 14: Sección Geoeléctrica B . nivel freático. donde se observa el nivel freático a 15 metros con un espesor de suelo de 20 metros. según clasificación SUCS son de tipo: SM.2015 41 . 3. GP y GM. se seguridad 0. altas temperaturas y presiones elevadas. indicando que meteorización intensa se convierte en hidromoscovita. propuesto por el método saprolito. El segundo modelo minerales de aluminio se agrupan formando cristales que toma en cuenta el horizonte saprolito. B. volcánico o sedimentario (excepto las geofísico Figura 18. agrupamiento y orientación lineal de los agregados indicando que la ladera se encuentra estable en mineralógicos componentes de roca. tales como la profundidad La presente investigación ha permitido llegar a las del nivel freático y espesores de los horizontes de siguientes conclusiones: suelos de la localidad de Kellcaybamba (Figura 17). a diferencia de las lutitas que presentan microminerales de aluminio muy dispersos. geodinámicas y geotécnicas del deslizamiento de Kellcaybamba es de tipo rotacional con una superficie de falla localizado en el horizonte saprolito. Manantial donde aflora el nivel freático. Figura 20: Modelo de estabilidad con el horizonte saprolito da como resultado un factor de Para demostrar la hipótesis de la investigación. sus dimensiones geométricas. espesores y la ubicación de las calicatas (A-A’). a diferencia de otros basamentos de corresponde al nivel freático delimitado con ensayo origen ígneo. donde se genera la superficie de falla. la ladera se encuentra inestable (Figura 20). Esto hace posible su rápida desintegración y alteración a arcilla. • Las características geológicas. usados para el arcillas como productos de la meteorización. Conclusiones y recomendaciones en el laboratorio de mecánica de suelos y las características geofísicas. donde este horizonte se encuentra entre la roca metamórfica pizarrosa y el suelo coluvio-fluvial compuesto de gravas arcillosas principalmente. estos al contacto con el agua y resultado un factor de seguridad 0.6. rocas lutitas). donde las líneas y flechas de color azul metamórficos pizarrosos y los lutáceos generan indican el movimiento del agua. ocasionan da como resultado un factor de seguridad de 1. PFigura 17: Perfil del deslizamiento suscitado en la localidad kellcaybamba.hidratados). es que las pizarras al estar sometidas a elementos finitos (Slide) de estabilidad de taludes. da como de moscovita. 42 IGPGeofísico del Perú Instituto . realizó un modelo del deslizamiento con el software Slide utilizando los parámetros geotécnicos obtenidos 8. Estos esas condiciones (Figura 19). Parámetros geotécnicos de los suelos de la localidad de Kellcaybamba. Los suelos sedimentarios calcáreos presentan fracturamiento de la roca y colapso de la misma por disolución. y presencia del proceso de alteración de las rocas pizarrosas. modelar los perfiles de estabilidad e hidrológico.68. Figura 16: Zona de interacción de roca y suelo. indicando que la ladera se desliza. por efectos de la meteorización producen suelos arenosos. que presenta una estructura cristalina de transición a arcillas de caolinita o montmorillonita. En cambio los basamentos Figura 18: A. La diferencia de las rocas pizarrosas y las rocas El primer modelo hidrológico y de estabilidad sin sedimentaria lutitas para generar el horizonte el horizonte saprolito.2. Generalmente los basamentos de origen ígneo y volcánico. • Otros dos deslizamientos rotacionales que se presentan en las localidades de Chango y Se propuso dos modelos de estabilidad de Carampa presentan configuración geológica similar taludes e hidrológicos que cumplen las siguientes a Kellcaybamba: Saprolito arcilloso y basamento características: La línea de saturación obtenida metamórfico pizarroso. (1979) “Introductory Soil Mechanics and • El grado de degradación del saprolito es importante Foundations. 621. vol 1. región permitieron conocer la profundidad y espesor del Huancavelica. es decir. Transportation Research Board Special Report 247. así como al personal de la Unidad de Geodinámica y mi gratitud al Ing. distrito de Pazos. de 1. G. y Cuadros. región Cusco.. 1996. J. • Esta investigación debe complementarse con otras investigaciones geofísicas como refracción sísmica y/o ensayos de MASW para determinar parámetros dinámicos de los horizontes del subsuelo y también alguna perforación o excavación más profunda que las calicatas. Schuster (Editores): Landslides.2. F. En ambos casos. M. horizonte saprolito. Bibliografía Corominas. región Pasco. Hutchinson JN (1988) General report: morphological and geotechnical parameters of landslides in relation to geology and hydrology. “Landslide types and processes”. provincia de Tayacaja. disgregado a suelo. distrito de Chacayán. de roca metamórfica. Fourth Pan American Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering.27-29. D. en cambio con presencia de saprolito. 36-75. (2009). Turner y R.. para la generación de deslizamientos en este tipo Sowers G. provincia de la Convención. Slope stability in residual soils. Serie A.Hong Kong. 1). Washington D. A Review of International la roca estuviera fresca. y Varnes D. A. arroja un FS de 0. y García Yagüe. Vol. Se asumió el caso en que Sampling and Testing of Residual Soils. Glazialgeoleologie 20:79–95. M. F. New York. Juan Carlos Gómez por su apoyo en el proceso de elaboración de la presente tesis. IGP horizonte saprolito. IV Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables. pp 3–35 Inganga S. Documenta Naturae 136:93–98 Compendio de investigaciones en Geofísica . 1971. “Terminología de los movimientos de ladera”. pp. Pàg. Agradecimientos Agradezco al Instituto Geofísico del Perú por haberme brindado facilidades para desarrollar mi tema de investigación. ladera tiene una condición inestable y los materiales Vilchez. más superficial entre los 13 a 17 m de profundidad.U. Lima: INGEMMET. D. sin generar el Practice. K. Puerto Rico. donde el porcentaje de roca es menor que el material Vivanco. Rotterdam. Cruden. Balkema. 10. M. Lima: INGEMMET. Deere... 3: 1051-1072. J.. Cruden.L. (2015) Evaluación geodinámica del centro poblado de Carampa. Investigation and mitigation. así como también la profundidad del nivel freático. Ocobamba. Am J Sci 285:904–930.. Patton F. (2015) Evaluación geológica-geodinámica y geotécnica del Centro Poblado de Chango. Deslizamientos (Vol.C. manteniendo las condiciones Velbel MA (1985) Geochemical mass balance and weathering geotécnicas de las otras capas. D. (Informe técnico N° A6630). En Proc. Granada. próximo a los 20 m de profundidad en cuyo tope se Suárez. In: Proceedings of 5th international symposium on landslides.• Las investigaciones geotécnicas y geofísicas Ortiz.2015 43 . 43.J. generando un FS rates in forested water sheds of the Southern Blue ridge. es decir. A. Macmillan. Kellcaybamba. la provincia Daniel Alcides Carrión.. Chavez. C. IGP. 1997. J. Geología de los cuadrángulos de Quebrada Honda y Porobamba. Vol. (1985) “Residual Soils in the United States”. ubica el nivel freático y el horizonte saprolito algo Colombia: Publicaciones UIS. 9. 87-170. In A. Carampa y Salas.(1991) A simple definition of a landslide.. Sowers. el substrato metamórfico se encontró Boletín N° 128. para tener información de campo de cada uno de los horizontes incluidos el saprolito. 1. Zeitschrift fu¨r Gletscherkunde und deslizamiento.. Bucaramanga.” 4th edition. IAEG Bull. National Academy Press. (1999). Ucakuwun E (2001) Rate of swelling of expansive soils: a critical factor in triggering of landslides and damage to structure. Sidle RC (1984) Shallow groundwater fluctuations in unstable en este horizonte se genera la superficie de falla del hill slopes of coastal Alaska. (2013) Informe técnico del derrumbe en el Distrito de se deslizan sobre ésta.68. G.D. Sección Ciencias de la Atmósfera Hidrósfera 44 IGP . with 1.PATRONES DE CIRCULACIÓN INTRAESTACIONALES DE GRAN ESCALA Y SU RELACIÓN CON LLUVIAS EN LA CUENCA AMAZÓNICA INTRASEASONAL LARGE SCALE CIRCULATION PATTERNS AND THEIR RELATIONSHIP WITH RAINFALL IN THE AMAZON BASIN Laura Giulianna Paccini Peña Asesor: Dr.5° of resolution. En cuanto a su relación con las lluvias. Both estimated and observed data agrees in representing the spatio-temporal variability of rainfall related to CPs. se utilizaron tres tipos de datos: i) precipitación observada del SO-HYBAM y estimada de los productos ii) 3B42 de 0. Jhan Carlo Espinoza Universidad Nacional Agraria La Molina Unidad de Hidrología y Suelos Facultad de Ciencias laurapaccini@gmail. Para determinar los CPs se utilizó vientos diarios de bajos niveles del reanálisis ERA-Interim para el período 1979-2014 a una resolución de 1. The related rainfall reveals coherent association with the CPs. A hybrid method was applied to define the CPs combining Self-Organizing Maps technique and Hierarchical Ascendant Classification. lluvias.05°. three data sources were used: i) observational precipitation from SO-HYBAM and high- resolution dataset from TRMM ii) 3B42 product at 0. Este estudio muestra por primera vez la representación de la variabilidad intraestacional de las lluvias en toda la CA y verifica la utilidad de sensores remotos para estudios a escala intraestacional en regiones con datos de precipitación limitados. In addition. e identificar la precipitación asociada a dichos CPs en la Cuenca Amazónica (CA).05° of spatial resolution. rainfall.2015 45 .25° spatial resolution and iii) 2A25 products at 0.com Resumen Este estudio tiene como objetivo identificar patrones de circulación (CP) que sinteticen la variabilidad intraestacional de la circulación atmosférica. Abstract This study aims to identify circulation patterns (CP) that summarize the atmospheric intraseasonal circulation and the related rainfall in the Amazon Basin (AB). cuenca Amazónica. patrones de circulación. describing positive rainfall located in the south part of the AB that progress gradually to the north and to the east of the AB. Keywords: Intraseasonal variability.5°. were used to determine the CPs. Se aplicó un método híbrido para definir los CPs combinando la técnica de Self-Organizing Maps y Clasificación Ascendente Jerárquica. in order to associate these CPs with rainfall. The 9 CPs found show a defined temporal cycle with alternative situations. circulation patterns. La lluvia asociada presenta una relación coherente con la dinámica de los CPs y muestra anomalías positivas en el sur de la CA que va progresivamente hacia el norte o hacia el este. Palabras clave: Variabilidad intraestacional. Daily low level winds from ERA-Interim reanalysis for the period 1979-2014. This study represents for the first time the intraseasonal rainfall variability and demonstrates that using remote sensing precipitation is useful for intraseasonal studies over this region. Las 9 CPs encontradas muestran un ciclo temporal definido con situaciones alternantes. Las tres bases de datos coinciden en representar la variabilidad espacio-temporal de lluvia asociada. Compendio de investigaciones en Geofísica .25° de resolución y iii) 2A25 del TRMM de 0. Amazon Basin. Introducción En este estudió se utilizará una combinación La Cuenca Amazónica (CA) es el sistema de métodos estadísticos de agrupamientos de hidrológico más grande del mundo, de gran datos como: importancia por su extensión, biodiversidad e influencia en el clima global (Letteau, et al., 1979; • Mapas auto-organizados (SOM) o cartas Callède et al., 2010). Pese a ello, el estudio de la de Kohonen (Kohonen 1984, 2001). variabilidad atmosférica intraestacional ha sido poco desarrollado. Además, la insuficiente disponibilidad • Clasificación Ascendente Jerárquica de información de datos observados de precipitación, (CAH, Jain y Dubes 1998). limita los estudios en varias zonas de la CA. Estos agrupan los días con circulación atmosférica Gracias a los nuevos avances en la estimación de semejante y dan un promedio representativo de precipitación mediante sensores remotos y datos de ellos. De esta manera se crea lo que se denominará reanálisis, es posible tener una comprensión más Patrones de Circulación (CPs). detallada de la circulación atmosférica y sus impactos en las precipitaciones a una mejor escala espacial. 2.2 Lluvia asociada a los CPs Esto representa una alternativa para regiones con pocos datos observados. a. Datos Recientes estudios han documentado la relación Precipitación observada del observatorio entre tipos de circulación atmosférica de gran escala SO-HYBAM (www.ore-HYBAM.org) con una en la región tropical y lluvias en la CA (Wang y Fu, resolución de 1°x1°, ~100 Km. (Espinoza et 2002, Espinoza et al., 2012; 2013). Estos proponen al., 2009; Guimberteau et al., 2012). la descomposición de la variabilidad atmosférica a escala intraestacional en pocos estados típicos Precipitación estimada del Tropical Rainfall que son recurrentes y reconocibles (patrones de Measuring Mission (TRMM). Se utilizaron los circulación atmosféricos o CPs). productos 3B42 de resolución 0.25°x0.25° (~25 Km) y el producto 2A25 de resolución En este trabajo se pretende identificar patrones que 0.05°x0.05° (~ 5 Km). Para esta última base de sinteticen la circulación atmosférica y ver su relación datos, fue necesario utilizar una interpolación con la lluvia en la cuenca amazónica. Además se bilineal de los datos. (Chávez, 2013; Zubieta pretende validar el uso de la precipitación estimada et al., 2015) para esta región con énfasis en la parte oeste de la Se escogió el periodo común de ambos datos: CA que incluye la Amazonía peruana. 1998 – 2009. 2. Desarrollo b.Metodología 2.1 Patrones de circulación Para identificar las lluvias asociadas a los CPs, se hallaron las anomalías por punto de a. Datos grilla en cada conjunto de datos: Se utilizaron datos de reanálisis ERA-Interim para las variables viento zonal y meridional a 850 hPa diarios a una resolución de 1.5°x 1.5° sobre el área 15°N - 50°S, 100-40°O para el Donde: periodo 1979-2014. Estos datos son de libre acceso en http://apps.ecmwf.int/datasets/ Ppt_CP: Promedio de precipitación de los días data/interim-full-daily/ pertenecientes al CP. b. Metodología Ppt_CL: Promedio de precipitación del periodo de estudio. Estudios anteriores utilizaron técnicas estadística de agrupamiento de datos para la creación de patrones o tipos de circulación (E.g. Espinoza et al., 2012; Moron et al., 2008; Solman y Menéndez, 2003). 46 IGPGeofísico del Perú Instituto a) HYBAN b) TRMM - 3B42 Ciencias de la Atmosfera Hidrosfera Figura 1. Patrones de circulación (CP) indicados con su respectivo número en el exterior interior izquierdo de cada figura. Los vientos estandarizados se muestran en vectores y las anomalías de lluvias asociadas provenientes del SO-HYBAM (en el panel a) y del producto TRMM-3B42 (en el panel b). Las anomalías positivas se muestran en azul y las negativas en rojo. En el lado izquierdo anterior (c) se muestra la leyenda correspondiente a las probabilidades de transición entre patrones. 3.Resultados extratropicales. En general, se tienen 3 tipos de circulación predominante: 3 CPs con vientos 3.1 Descripción de los patrones de circulación del norte (ubicados en el lado superior), 3 con circulación predominante del sur (ubicados en el Gracias a la aplicación de los métodos de lado inferior) y los restantes, con circulaciones clasificación, se definieron 9 CPs los cuales intermedias (Figura1). se disponen espacialmente de acuerdo a su semejanza; es decir, hay mayor similitud Se calculó además la transición temporal entre (diferencia) entre patrones próximos (lejanos), ellos y se encontró que los CPs siguen un mientras que aquellos situados en el centro ciclo temporal definido entre el CP2 y CP8 con tienen características intermedias. rutas alternativas. Este ciclo tiene una duración promedio de 14 días. La Figura 1c muestra las Las características de estos patrones están probabilidades de transición entre ellos. Se asociados a perturbaciones tropicales y observa que el CP2, CP3 y CP4 muestran las transiciones más definidas. Compendio de investigaciones en Geofísica - 2015 47 b) HYBAM b) TRMM - 3B42 Figura 2. Patrones de circulación (CP) indicados con su respectivo número en el extremo interior izquierdo de cada figura. Los vientos estandarizados se muestran en vectores y las anomalías de lluvias asociadas provenientes del SO-HYBAM (panel a) en colores Las anomalías positivas se muestran en azul y las negativas en rojo. En contornos se muestra los límites de la CA y la cuenca de Tamshiyacu En cuanto a la persistencia, se tiene que el CP8 es precipitación en todo el lado oeste de la CA, mientras aquel con la máxima duración (3 días), mientras que el que presenta valores positivos en el lado Este, lo cual CP3 siempre muestra el menor valor de probabilidad se asocia al flujo del Sureste que posteriormente se de persistencia. Asimismo, el CP5 y CP6 presentan desvía hacia el lado Este de la CA, concentrando una persistencia de hasta 2 días, mientras que los la humedad en esa zona. A continuación, el CP6 demás CPs, solo muestras persistencia de un día. muestra anomalías de precipitación localizadas en la zona Norte de la CA que coinciden con la circulación 3.2. Lluvia asociada a los CPs en la cuenca predominante del Sur, mientras que las condiciones amazónica de anomalías negativas de precipitación se ubican en la zona Sur Este de la CA. El CP7 está principalmente En la Figura 1a se observa la lluvia observada asociado a anomalías negativas en toda la parte asociada a cada CP en anomalías porcentuales de Sur y extremo Este de la CA, esto se relaciona con precipitación. Los colores azules indican anomalías el ligero flujo hacia el Sur y condiciones neutras positivas y los rojos, negativas. en el centro Oeste de la cuenca. El CP8 presenta valores negativos de anomalías de precipitación en Se puede observar que la lluvia asociada sigue la lado Este y parte de la zona Sur de la CA. En el coherentemente el ciclo de los patrones de extremo Sur se observan condiciones de anomalías circulación. El CP2 muestra anomalías positivas positivas, lo cual está influenciado por un mayor flujo de precipitación en el sur de la CA que coincide del noroeste asociado a una condición de tipo Low con un flujo del viento del norte que converge con Level Jet (LLJ, Marengo et al., 2004). Finalmente, los incursiones de vientos del sur de la CA, mientras que CP9 y CP1 que representan situaciones intermedias, el lado norte el CP2 muestra condiciones de menor muestran anomalías positivas de precipitación en precipitación. Posteriormente, el CP3 presenta la parte Oeste de la CA con algunas anomalías mayormente anomalías positivas en el Centro y negativas en los límites Sur, Este y Norte de la CA. Oeste de la CA. Esta característica se asocia a la convergencia de vientos en el lado Suroeste de la 3.2.1 Precipitación estimada TRMM 3B42 cuenca, relacionado a una incursión de vientos del Sur. En la Figura 1b se muestra la precipitación observada con el producto 3B42 del TRMM de El CP4 presenta condiciones opuestas al CP2, y las 0.25° de resolución espacial. anomalías positivas de precipitación se ubican en el lado Noroeste de la CA ya que el flujo es predominante Se observa en general una buena del Sureste. El CP5 muestra anomalías negativas de correspondencia respecto a la precipitación 48 IGPGeofísico del Perú Instituto y en la zona Norte. Les apports en eaur de únicamente de alrededor del 30% de días por l’Amazone à l’Ocèan Atlantique. Los CPs con más diferencias son el CP7. En efecto. Estos resultados permiten iniciar nuevos estudios 3.V.2015 49 . E. con anomalías de precipitación en ambas bases Climatol. (2010). 29. 1574–1594. en • La precipitación estimada del TRMM 3B42 el que se muestran anomalías de precipitación representa bien la distribución espacial de las positivas en la zona Sur mientras que en los lluvias asociadas con los datos observados del Ciencias de la Atmosfera Hidrosfera datos del SO-HYBAM. Bibliografía 3B42. De Oliveira.. el CP6. observada asociada a los CPs donde las 4. G. W. observados de lluvia para toda la cuenca amazónica y al proyecto PNICP-Peru a través del contrato N° La precipitación estimada presenta mayores 397-PNICP-PIAP-2014 (PNICP-IGP-IRD) por haber diferencias debido a su alta resolución (5 Km financiado esta investigación. el CP8 que muestra anomalías de de datos se presenta también con el producto precipitación negativas en la parte Noroeste de mayor resolución 2A25 del TRMM en la zona de la cuenca aunque los datos observados oeste de la CA. Guyot. y el CP9 precipitación estimada puede ser una alternativa que muestra toda la parte Norte de la CA con para estudiar la variabilidad intraestacional de las anomalías negativas de precipitación mientras lluvias frente a la escasez de datos en algunas que en los datos observados solo presenta esta zonas de la CA. Colombia. y en la zona central los CP6. P.. resumen la variabilidad intraestacional de la circulación atmosférica en bajos niveles en la CA. J. En hidrológicos extremos recientes (como sequías en este caso se dará énfasis a la zona Oeste de la 2005 y 2010). Bolivia. CP9.. Compendio de investigaciones en Geofísica .. Aquellas asociadas a anomalías negativas de Al Instituto Geofísico del Perú por brindarme precipitación en toda la cuenca peruana son los las facilidades para desarrollar mi tema de tesis. CP7 y al observatorio SO-HYBAM por brindar los datos CP8. N. Revue de sciences de l’eau/ grilla con los datos 2A25. que el número de días que continuamente.. Agradecimientos CP3. Ronchail. En este sentido. se puede (a) y estimados del TRMM 2A25(b). Debe tenerse y a los investigadores del IGP que me orientaron en cuenta además. CP2 y CP5. Ronchail J. Pombosa. Peru. del período de estudio. La una herramienta de previsión de precipitación en la Figura 2 muestra los CPs y su respectiva lluvia CA utilizando estos CPs mediante una técnica de asociada con datos observados del SO-HYBAM pronósticos por análogos. 5. Esta similitud entre ambas bases negativas. correspondiente a la Amazonía peruana. esta investigación La alta resolución del producto 2A25 del TRMM pretende asociar los CPs a la ocurrencia de eventos permite estudiar regiones más específicas..: (2009) Spatio-temporal rainfall variability in the Amazon basin aun se puede identificar las áreas más definidas countries (Brazil.2. es posible implementar CA.. and Vauchel. Guyot JL. mientras que los datos Journal of Water Sciences 23(3) : 247-273. Int. a los CPs: condiciones de anomalía positivas de precipitación en todo el área para los CP1. Lavado. Alves F. analizar los CPs en escenarios climáticos futuros e identificar los principales cambios de la circulación Para la cuenca amazónica peruana se tiene la atmosférica intraestacional en la CA en el marco del siguiente distribución de precipitación asociada cambio climático. J. Filizola. Pese a estas diferencias. CP4. Asimismo. de Oliveira E. Finalmente. R.. También a mi asesor frente a 100 Km del SO-HYBAM). de datos. Cochonneau. También se distinguen claramente los dipolos de • La lluvia asociada responde a la dinámica de precipitación norte-sur y este-oeste con algunas los vientos de los CPs y por primera vez se diferencias debido a la mayor resolución de la representa su variabilidad intraestacional con lluvia estimada. Cochonneau G. se muestran anomalías SO-HYBAM. datos observados para toda la CA.2 Precipitación estimada TRMM 2A25 sobre la variabilidad atmosférica intraestacional en la CA. and Ecuador). dispone el producto 2A25 del TRMM por cada grilla es menor en comparación al producto 6. característica en el extremo Norte de la CA.. 3B42 presentan información para todos los días Espinoza. lo cual demuestra que este tipo de muestren zonas de anomalías positivas. Guimarães VS. se dispone Callède J. J. por lo tanto las anomalías de precipitación pueden sobreestimarse. Conclusiones anomalías positivas (negativas) en el Sur (Norte) de la CA van progresivamente hacia el Norte o • Se identificaron patrones de circulación que Este. J. Fu R.. C. Revisiting wintertime cold air intrusions at the east of the Andes: propagating features from subtropical Argentina to Peruvian Amazon and relationship with large-scale circulation patterns. Clim.. B. Robertson A. C. H. R. L.. J. CLivAR exchanges.-L... J. Dyn. Ronchail J. (2008)..: Discharge simulation in the sub-basins of the Amazon using ORCHIDEE forced by new datasets. and Vauchel.. C. & Llacza. & Báez. Monthly Weather Review. S. 41(7-8). Espinoza. 50 IGPGeofísico del Perú Instituto . Fraizy. A. 227-238. Guyot. M. Hydrol. C. Weather regimes in the South American sector and neighbouring oceans during winter. Lettau. Lengaigne M. De Oliveira.. 1983-2002.. Marengo.. Cross-equatorial flow and seasonal cycle of precipitation over South America. Climate dynamics.. Silva. Cochonneau. N. Sci. N. M. J. (2013). Lavado. Guimberteau. B. M. P. (2003). Pombosa. 15. Part I: observational analysis. J. Liebmann. J. J.Espinoza JC.. J.. Large- scale circulation patterns and related rainfall in the Amazon Basin: a neuronal networks approach. (2004). J. Letteau. A. 1591-1608. W. Ndiaye O.. Y. Weather types and rainfall over Senegal.. Clim Dyn 21:91–104 Wang H.. Noriega. 911-935. 9(1). Lengaigne. Prigent.Climate. 38(1–2): 121–140. B. Menéndez C.. L. J. J. (2012). Low-frequency variability of the SALLJ. Earth Syst. & Molion. Moron V.... G.. Janicot S. Filizola. Nogués-Paegle. (1979) Amazonia’s hydrological cycle and the role of atmospheric recycling in assesing deforestation effects. J Clim 21:266–287 Solman S. 2002.. J. Bettolli.. L. Ronchail.-M. K. Sultan. Drapeau. 26-27. Ronchail..... Martinez. C.. Quispe. 107(3). Vera. Espinoza.. Ward M-N. P (2012). 16. E.. G. Polcher. En este estudio. involving nonlinear feedbacks associated with deep convection in the eastern Pacific. asociado a la deriva (“drift”) del estado climatológico del modelo con mayores tiempos de anticipación. CFSv2. we analyze the mechanisms leading to the prediction of a strong El Niño in the hindcasts from the NCEP CFSv2 model. associated with model climate drift with higher lead times. este modelo puede llegar a confundir en su pronóstico los tipos de El Niño.com Resumen Recientemente se ha propuesto que los eventos El Niño extraordinario como los acontecidos en 1982-83 y 1997-98 son dinámicamente diferentes que otros eventos El Niño. Sin embargo los modelos climáticos tienen fuertes errores sistemáticos en esta región que pueden afectar la representación de estos procesos clave en el desarrollo de eventos El Niño para su mejor uso. climate models have strong biases in this region that can affect the representation of these key feedback processes. this model cannot distinguish between El Niño types. analizamos los mecanismos que conducen a la predicción de El Niño extraordinario en las predicciones retrospectivas del modelo NCEP CFSv2. Abstract Very strong El Niño events like the ones observed in 1982-83 and 1997-98 have been recently proposed to be dynamically different form other El Niño. PhD. forecast. CFSv2. predicción. Los resultados preliminares indican que. EVALUACIÓN DE LOS MECANISMOS DE EL NIÑO EXTRAORDINARIO DENTRO DE LOS PRONÓSTICOS RETROSPECTIVOS DEL MODELO NCEP CFSv2 ASSESSMENT OF THE MECHANISMS IN THE HINDCASTS OF EXTREME EL NIÑO BY THE NCEP CFSv2 MODEL Luis Bryam Orihuela Pinto Asesor: Ken Takahashi Guevara. Keywords: El Niño. Palabras clave: El Niño. debido a retroalimentaciones no lineales asociadas con convección profunda en el Pacífico oriental. Eastern Pacific Compendio de investigaciones en Geofísica . Universidad Nacional Agraria La Molina Unidad de Climatología Facultad de Ciencias bryamorihuela@gmail. However.2015 51 . Preliminary results indicate that. In this study. Pacífico Este. 52 IGPGeofísico del Perú Instituto . se puede cuantificar mediante el índice E y que en estos eventos fue tan grande (Figura 2) En este estudio se investigarán los mecanismos que la probabilidad de que dichos fenómenos relacionados al pronóstico de El Niño extraordinario hayan sido simplemente casos extremos de la en los pronósticos operacionales de un modelo “población” formada por los otros.5. respectivamente (Figura 1). (2011) también correspondiente a cada tiempo de anticipación o mostró que la distinción entre los eventos El “lead” es algo intermedio entre lo observado y el Niño del Pacífico Oriental y del Pacífico Central clima propio del modelo. Takahashi & Dewitte (2015) asociaron (mediante regresión lineal) la respuesta de la lluvia y los vientos a cada uno de estos índices. de las anomalías positivas de TSM (Figura 1). Debido a que. se necesitan hacer algunas aproximaciones para su modelación. 2015) 2. La función de distribución de probabilidades basada en el modelo CM2. Gracias a esta 2. Niño 1+2 y 3. el cual simula bastante bien los 2. que corresponden a anomalías en el Pacífico este y centro.2 Regímenes El Niño deriva hacia la climatología propia de cada modelo toma más tiempo. aunque con mayor frecuencia que lo observado. Las simulaciones realizadas operacionalmente para el pronóstico (a diferencia de las simulaciones con (Figura 1) Patrones de regresión lineal entre las anomalías de temperatura superficial del mar GCMs largas) parten de condiciones iniciales que (°C. años de simulaciones con el modelo climático GFDL CM2. a excepción de los años 1982-83 y 1997-98.1 se indica con contornos. 2. el clima promedio del modelo El análisis de Takahashi et al. (Adaptado de Takahashi y Dewitte. pero estas aproximaciones pueden resultar en errores en el clima promedio. 2015). 2015). que resultó ser bimodal (contornos en la muestra que con dos índices se puede describir Figura 2). representan estados océano-atmósfera observados y se extienden por varios meses. Takahashi and Dewitte. se estima en específico. azul es positivo y rojo negativo) con los índices a) C y b) E (Takahashi y Dewitte. calentamiento en el Pacífico Oriental. para la predicción de los eventos El diferentes a todos los demás. evaluando sus errores y representación prácticamente nula (Takahashi y Dewitte. 1. E y C. encontrando Figura 2. Dada la complejidad del sistema océano-atmósfera. que fueron muy Por otro lado. Niño extraordinario es importante que los modelos representen adecuadamente los procesos no Esta diferencia se hace evidente en el lineales clave de estos eventos (Takahashi et al. Adicionalmente.5. colores).1 Índices E y C mayor muestra estadística.3 Retroalimentación no lineal La respuesta de convección ecuatorial y viento del oeste al calentamiento de la superficie del mar es una componente principal del mecanismo de retroalimentación de Bjerknes el cual conduce al crecimiento de eventos El Niño. y 3 mm/ día. Introducción Los modelos climáticos globales (GCMs por sus siglas en inglés) son herramientas importantes para el estudio y pronóstico de El Niño. esfuerzo de viento (Nm-2) y precipitación (contornos de 0. 1. La ventaja sobre otros índices convencionales (ej. lo cual les permite separar la variabilidad propia y exclusiva de las dos regiones.4) es que E y C no tienen correlación lineal entre sí (se basan en “componentes principales”). Índices E y C durante los picos de El Niño en observaciones (círculos cerrados mayor lluvia y vientos del oeste en el flanco oeste de color intenso) y el modelo GFDL CM2. 2015). el cual 2011. la 2. la mayor parte de la variabilidad de temperatura superficial del mar (TSM) interanual en el Pacífico ecuatorial. Ellos definen dos índices.1 (círculos abiertos y de color suave).1.1. es generalmente débil y difusa. de procesos clave para poder entender y aprovechar En este estudio también se analizaron 1200 mejor estas corridas. Marco teórico eventos extraordinarios. se pudo estimar la función de distribución de probabilidades para el El estudio de Takahashi y coautores (2011) modelo. 1b. Con estos errores. La precipitación presenta Los pronósticos retrospectivos fueron inicializados también una sobre-estimación entre 150E y la línea con el Climate Forecast System Reanalysis o CFSR de cambio de fecha. Las líneas negras indican los percentiles de 10. proyectando estas sobre los EOF observados para cada tiempo de anticipación del pronóstico.2 Modelo NCEP CFSv2 llegar a tener mucha influencia sobre los procesos físicos que simula el modelo. Por otro lado.5meses En la Figura 4 se ilustran los errores promedio (de todos los meses de condición inicial). si se logra la para calcular los índices E y C como en Takahashi suficiente amplitud. en la TSM se observan “leads” los errores típicos de la lengua excesivamente fría ecuatorial y el Pacífico oriental demasiado Para calcular las anomalías y disminuir errores caliente. y 90% para diferentes valores de E. Datos 3. 75. mostraron con climatología basada en el promedio de corridas o observaciones y modelamiento.. meses de anticipación ocurre lo mismo entre las longitudes 160W 130W. haciendo que superficial del mar del modelo. 2015).Takahashi & Dewitte 2015. desde lead 0. Se usaron los pronósticos retrospectivos del modelo NCEP CFSv2 (National Center for En. mes (12) haciendo un total de 120 climatologías la respuesta del viento zonal y la convección es diferentes. mientras que las líneas rojas indican el ajuste usando el método MARS. es decir. et al. Y se cuenta con 24 corridas o para todos los leads. 2010). la isoterma de “members” por cada mes de inicialización a partir 20°C se vuelve en promedio más profunda entre de los cuales se tienen pronósticos mensuales las longitudes 135W y 85W. 4. Relación entre el índice E y a) la radiación de onda larga y b) el esfuerzo de viento zonal mensual promediados sobre la región indicada en la Fig.2015 53 . 50. Se puede ver que en el esfuerzo de viento hay una vironmental Prediction – Climate Forecast Sys.5 meses de anticipación o con el lead. Finalmente. la existencia de un “ensemble” diferente para cada lead. Variables utilizadas Figura 4 Errores (modelo menos observado) para todas las variables analizadas. variando con cada “lead” (tiempo de anticipación). fuertemente amplificada (Figura 3). 25.5 hasta 9. Compendio de investigaciones en Geofísica . es peculiar que a partir de sistemáticos presentes en el modelo. Figura 3. (2011).5 hasta 9. siendo bastante homogénea (Saha et al. sobreestimación de los vientos del Oeste entre tem version 2. aumentando el error desde 0. las condiciones iniciales usadas para inicializar el modelo son llevadas hacia el “clima del modelo” en el transcurso de los meses de pronóstico. 2014) de 1982 150E y 170E que se va intensificando a lo largo de al 2011 de las mismas variables de la Tabla los leads..5 1 y pronósticos operacionales de 2011-2015. (Adaptado de Takahashi y Dewitte. 3. Esta no-linealidad en la retroalimentación de Bjerknes aumenta la tasa Adicionalmente.1 Errores en el modelo Los errores promedio del modelo debido al proceso de “deriva” fueron analizados. se tomó una 6 meses de anticipación la lengua fría se debilita. para umbral en la anomalía de temperatura superficial del cada lead (10) se cuenta con una climatología por mar en el Pacífico oriental que al ser sobrepasado. Saha et al. fueron usadas pase a ser un evento extraordinario.1 Observaciones Tabla 1. que pueden 3. sin embargo. además a partir de aproximadamente 3. Resultados Ciencias de la Atmosfera Hidrosfera 4. las anomalías de temperatura de crecimiento de eventos El Niño. hay otros años que se dan en épocas específicas. Sin embargo. por lo que sus pronósticos a 0. como se sugieren Takahashi & Dewitte (2015). con Niños “Modoki” (con máximo calentamiento en el Pacífico Central) como el de Figura 5 Como en figura 4. de modo que los errores promedio de la fig regular. 4. Sin embargo. en donde los eventos también fue documentado en Yan Xue et al. el E crítico (no se muestra) es poco confiable debido a que la respuesta no-lineal al calentamiento no es tan evidente como en las observaciones.3. que se acercan a esta distribución e incluso El 4.15 con 8. el modelo no logra diferenciar entre los eventos extraordinarios como el de 1997-98. Gráfico de dispersión de los índices E y C para diciembre-febrero. además de responder a la convección. marzo-mayo Esto se evidencia con la Figura 7 graficando Con la Figura 5 se hace evidente que los errores los índices E vs C para diciembre-febrero (fase son muy dependientes de la estación como “madura” de El Niño).2. El valor de E crítico para la lluvia (a partir del cual esta aumenta entre 2 a 3 más rápido) disminuye con el lead. está bastante influenciado por las condiciones iniciales. en tiempos de anticipación bajos. de 1.5 meses. E vs anomalía de lluvia para diferentes lead del modelo. pero separando para trimestres a) setiembre-noviembre y b) 2009-10. cada vez se necesita menos calentamiento para gatillar convección profunda. con mayores leads.5 meses podrían ser bastante parecidos a lo observado. sin estos errores sistemáticos en algunos procesos embargo. Tipos de El Niño en los pronósticos El modelo CFSv2. Los círculos grandes son el promedio de cada ensemble y los pequeños los miembros individuales para el trimestre de diciembre-febrero para 82-83 (rojo) 97-98 (azul) 09-10 (verde) y 15-16 (negro) 54 IGPGeofísico del Perú Instituto . lo que posiblemente es debido a que el viento. Figura 7. como cualquier otro. cuando se da la fase “madura” de El Niño (observado y predicciones del modelo con distintos tiempos de anticipación). con mayores leads. es decir. Figura 6.5 meses a 0. mostrando un valor mucho mayor de E 4 podrían no servir para analizar la influencia de como se ve en la observaciones (Figura 7a). para el esfuerzo de viento. extraordinarios deberían escapar de la distribución (2013). Retroalimentación no lineal Niño extraordinario de 1982-83 no llega a ser pronosticado como tal. Se graficó la respuesta de la lluvia (precipitación en la zona 5N 5S y 170W 120W) al calentamiento en el pacífico oriental (Índice E) para cada lead. esté respondiendo al gradiente zonal de temperatura.85 para 0. extraordinario. muchas Figura 9 . una característica común. de ellas fueron pronósticos equivocados (Tabla 2) porque los únicos eventos El Niño extraordinarios en el período de análisis son los de 1982-83 y 1997-98.Similar a Fgura 8. en diferentes fue “Modoki”. que en mayo los años 1997 y 2009 el 71% de febrero. se hizo una selección tipo de El Niño (desde mayo hasta el trimestre (para cada mes de inicialización) de las corridas DEF. aunque el 2009 en realidad Tabla 2. pero con datos observados de El Niño Modoki de 2009-10 Figura 8. Niño extraordinario. En estas corridas se analizó la evolución temporal de sus variables. # de members que pronostican El Niño extraordinario. Se puede notar. Cabe resaltar que de las corridas utilizadas para este análisis.2015 55 . que desencadena el gran calentamiento en el verano. (en el 2002 ocurrió algo similar con el 50% de los miembros) mostrando que el CFSv2 no pudo distinguir en tipos de El Niño. Por otro lado. pero nos permiten evaluar la realidad del modelo. Composite de corridas del modelo que pronostican El Niño extraordinario (inicializadas en Mayo) variables promediadas en latitud 5°S-5°N (2°S-2°N para la isoterma de 20°C) Compendio de investigaciones en Geofísica . en los pronósticos que tienen incluido los miembros de los ensembles produjeron El este trimestre. la que favorecería la llegada de ondas Kelvin. pero con datos observados del niño extraordinario de 1997-98.4 Evolución temporal de eventos En la Figura 8 se muestra el composite de las extraordinarios corridas inicializadas en mayo que culminaron en El Niño extraordinario para analizar de Para evaluar los procesos que se llevan a manera más directa el efecto de altos tiempos cabo dentro del modelo para hacer la predicción de anticipación en el error del pronóstico de este de El Niño.5 en el trimestre de diciembre. al igual que con los demás meses de condición inicial (no se muestra).5 meses de anticipación). 4. bastante fuerte en noviembre. Es notable con valor de E>1.Similar a figura 8. Pacífico central. el 100% de las Ciencias de la Atmosfera Hidrosfera corridas indicaron El Niño extraordinario. en mayo del 2015. hay 8. con máximo calentamiento en el años y meses de condición. que es la generación de un pulso de viento en el Pacífico occidental. Figura 10 . aunque previo a este mes se puede ver una profundización de la termoclina en el Pacífico oriental. Adler. Strong and moderate nonlinear El Niño regimes. el hecho que la convección profunda es gatillada con calentamientos 8. Agradecimientos 2009-10 como extraordinario. generando pulsos de viento que dan oriental. T. es probablemente. Journal of Climate Takahashi K. Dewitte B (2011) ENSO regimes: reinterpreting the canonical and Modoki El Niño. Al Instituto Geofísico del Perú (IGP) por brindarme y una profundización de la termoclina no tan cercana las facilidades para desarrollar mi tema de tesis. • los eventos “extremos” tienen un valor de C mayor • El modelo confundió en sus predicciones que en las observaciones. Clim Dyn.F. Zeng-Zhen Hu. Lawrimore. Bibliografía más pequeños a medida que aumenta el lead. la sobre-estimación de vientos del Oeste en el Pacífico ecuatorial • En el Pacífico oriental. and coauthors. Peterson. varían según la estación. Yan Xue. Goubanova K. ya que en este tipo de eventos. Climate Saha S and Coauthors. Bull. a la costa de Sudamérica. En lo que respecta a los errores. la evolución temporal 6.. hay muchas diferencias: además no pronosticó correctamente el pulsos de vientos y precipitaciones más débiles. R. extraordinarios” es subestimada con respecto a lo Smith. J. Discusión Pacífico occidental. tanto la mayor profundidad de la termoclina como • el núcleo del calentamiento están posicionados • En promedio.W. evidencia en la Figura 7 dado que con leads altos. 2008: Improvements to NOAA’s Historical Merged Land-Ocean Surface Temperature Analysis (1880-2006). 2010: The NCEP Climate Forecast Cabe resaltar que la intensidad de los “Niños System Reanalysis. con alto lead (tiempo de anticipación). Arun Kumar. Hydrometeor. con altos lead: más hacia el Pacífico central. la cual tiene influencia en la especialmente si ocurre en el pronóstico del mes de llegada de ondas Kelvin . Para El Niño 1997-98. Climate. and Wanqiu Wang. ocasionando que se necesite menos origen a las ondas Kelvin. 2003: The Version 2 Global favoreciendo la amplificación de la retroalimentación Precipitation Climatology Project (GPCP) Monthly Precipitation de Bjerknes asociado a que. se tienen pulsos de viento no tan intensos. como se puede ver en la a mi asesor Ken Takahashi por su orientación en Figura 10. Amer. Reynolds. Geophys Res Lett Takahashi K and Dewitte B (2015). and coauthors. Niño extremo. que son de importancia para la generación de ondas Kelvin. and Jay observado. • Se sobreestiman los vientos del oeste en el 5. a los Niños Modoki del 2009-10 y (en menor grado) En cambio al compararlo con lo observado del 2002-03 con Niños extraordinarios. en promedio se tiene Analysis (1979-Present).M. System Version 2. J. R. J. 2013: Prediction Skill and Bias of Tropical Pacific Sea Surface Temperatures in the NCEP Climate Forecast System Version 2. Conclusiones del modelo es bastante parecida a la observada (Figura 9) siendo la principal diferencia que el • Los errores del modelo CFSv2 debido al mayor calentamiento en el modelo se da más proceso de deriva del estado climatológico al oeste que en la realidad. Meteor. el 2009-10 (Figura 10). dado que el debilitamiento de los vientos alisios en el Pacífico occidental juega un • Se sobreestima la TSM en el Pacífico rol esencial. esta investigación y en general a los investigadores y asistentes de investigación del IGP por ser un Otro factor importante para la generación de El ejemplo y fuente de consulta. Soc. Thomas C. se simula una con altos leads parece ser un factor importante profundidad de la termoclina mayor a la para la génesis de eventos El Niño extraordinario observada. Mingyue Chen. y Niño extraordinario de 1982-83. Además la profundidad calentamiento para gatillar convección de la termoclina sobrestimada en el Pacífico oriental profunda en esta zona. lo que también se del modelo. Todo ello podría haber contribuido a pronosticar El Niño Modoki de 7. noviembre (Figura 8). 56 IGPGeofísico del Perú Instituto . facilitaría la llegada de estas últimas.. 2014: The NCEP Climate Forecast observado en el Pacífico oriental (Figura 4). Montecinos A. temperaturas sistemáticamente por encima de lo Saha S. 2015 57 . suspended sediment. the average annual total sediment load transported was equal to 0. Suspended sediments have already been monitored by HYBAM observatory since 2004 and for this particular research a new suspended sediment sampling strategy was performed (Morera.6 million tons per year.. et al. Furthermore. Compendio de investigaciones en Geofísica .. PhD. gasto sólido total. Para este estudio en particular se utilizó una nueva estrategia de muestreo de sedimento en suspensión (Morera.1 million tons per year. Keywords: Bedload. sampling strategy. et al. las fórmulas empíricas de transporte de sedimento de fondo muestran un alto rango de sobreestimación. 2013).6 millones de toneladas anuales de los cuales el 98 % se transporta en suspensión y 2 % en fondo. For ZA river basin (Zarumilla station). En la cuenca del río Zarumilla (estación La Coja) se obtuvo un gasto sólido total igual a 0. 2013). Para ello. estrategia de muestreo. sedimento en suspensión. of which 75 percent is transported in suspension and 25 percent as bedload. se obtuvo un gasto sólido total igual a 1. Universidad Nacional Agraria La Molina Área de Hidrología y Sedimentos – Subdirección de Facultad de Ingeniería Agrícola Ciencias de la Atmósfera e Hidrósfera janet. Por otro lado. of which 98 percent is transported in suspension and 2 percent as bedload. Los sedimentos en suspensión ya venían siendo monitoreados por el observatorio HYBAM a partir del año 2004. For this purpose. Palabras clave: Sedimento de fondo. the average annual total sediment load transported was equal to 1. total sediment load.com Resumen El objetivo principal de esta investigación fue cuantificar el transporte de sedimento de fondo y en suspensión mediante datos observados y compararlos con los estimados a partir de fórmulas empíricas en los ríos Puyango (PT) y Zarumilla (ZA).quincho26@gmail. durante los años 2013-2014 se estableció una metodología de monitoreo de sedimento de fondo mediante la combinación de un equipo (Helley-Smith) y el uso del ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler). ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTO EN SUSPENSIÓN Y FONDO Y COMPARACIÓN CON FÓRMULAS EMPIRICAS EN LOS RÍOS PUYANGO-TUMBES Y ZARUMILLA EXPERIMENTAL STUDY OF SUSPENDED SEDIMENT TRANSPORT AND BED LOAD AND COMPARISON WITH EMPIRICAL FORMULAS IN PUYANGO-TUMBES AND ZARUMILLA RIVERS Janet Brígida Quincho Olazábal Asesor: Sergio Byron Morera Julca. In the PT river basin (El Tigre station). the empirical equations show a high rate of overestimation.1 millones de toneladas anuales de los cuales el 75 % se transporta en suspensión y un 25 % en fondo. a monitoring methodology for bedload was established by combining the use of an instrument called Helley-Smith and the ADCP (Current Profiler Acoustic Doppler) in 2013-2014. En la cuenca del río PT (estación El Tigre). Abstract The main aim of this research was to quantify the transport of bedload and suspended sediment using observed data in order to compare it with those estimated values from empirical formulas in Puyango-Tumbes (PT) and Zarumilla (ZA) rivers. El transporte de sedimento el Proyecto Especial Binacional Puyango-Tumbes fluvial estudia la dinámica de los flujos líquidos y (PEBPT) y el Servicio Nacional de Meteorología sólidos este último dividido en dos componentes: e Hidrología (SENAMHI). material que se mantiene sedimento de fondo en la cuenca del río PT a la altura suspendido en un flujo (Maza. (Morera y Flores. Geofísico del Perú (IGP) mediante el “Proyecto Manglares de Tumbes” y convenio marco con el Figura 1. 1996) y sedimento de de la estación El Tigre y en la cuenca del río ZA a la fondo. altamente dependiente En el año 2013. En la de fondo. 58 IGPGeofísico del Perú Instituto . reservorios.). En el año 2011 el Instituto recurso hídrico (represas. cuyo conocimiento para el Perú es limitado. material que se desplaza en contacto o muy altura de la estación La Coja. suspensión para las cuencas PT y ZA. A partir de estos estudios próximo al lecho (Espinoza et al. Mapa topográfico de ubicación del área de estudio y estaciones hidrométricas. Tumbes (5530 Km2) y Zarumilla (880 Km2) son caracterizar la dinámica de los flujos de sedimentos dos cuencas de montaña que se originan en el requiere también de la cuantificación del sedimento Ecuador y terminan su recorrido en el Perú. 2013). 2004).. el IGP mediante el Proyecto de la dinámica del transporte de sedimento fluvial Manglares de Tumbes y apoyo del IRD de Francia. Sin embargo.Introducción Instituto de Investigación para el Desarrollo Francés (IRD) inició el muestreo estratégico de sedimentos en Las cuencas binacionales de los ríos Puyango. se ha obtenido la primera base de registros continuos de monitoreo de sedimento en suspensión y fondo. En el año 2004 el Observatorio HYBAM-IRD inició cuya confiabilidad y limitaciones podrán servir de los registros continuos de material en suspensión en referencia para proyectos de aprovechamiento del la estación El Tigre (PT). canales etc. inició el monitoreo de sedimento en suspensión. desembocadura de estos ríos existe la comunidad de los manglares de Tumbes. siendo el (PT) y La Coja (ZA) estuvieron por debajo de los valor máximo de 1. el río ZA presenta un régimen intermitente con una marcada estacionalidad.La velocidad media registrada los caudales registrados en la estación El Tigre fue de 0. Figura 2. A partir de la concentración de sedimento en suspensión (MES) y los caudales instantáneos (Ql). Las mayores velocidades se registran en el centro de la sección.1. Por otro lado. cuyo periodo húmedo está comprendido entre enero y abril con un caudal promedio histórico anual de 110 m3/s. cuya época húmeda está comprendida entre enero y abril con un caudal promedio histórico anual de 11 m3/s. Metodología 2.2015 59 .1. Figura 3: Gradiente de velocidades promedio (12/04/14). mediante el método de succión al vacío. El perfil de velocidades también permitió caracterizar el A partir del inventario de registros de caudales movimiento de sedimento de fondo dándole una líquidos en las estaciones de monitoreo se mayor precisión a los cálculos.8 m y la máxima profundidad fue de 1. 2010).3. Hidrograma de caudales diarios (enero-mayo). a partir del cual se definió la ubicación del equipo 2. cercana a la margen promedios históricos sin embargo. Compendio de investigaciones en Geofísica .2.1 Monitoreo de líquidos muestreador de fondo (Helley-Smith). en botellas de 600 ml.. (1999). La línea celeste representa los caudales diarios históricos (1963-2014). durante el mes derecha de la sección.8 m/s. Sólidos en suspensión El protocolo de muestreo del sedimento en suspensión consistió en recolectar manualmente una muestra de agua a la orilla del río. con picos que alcanzaron los 650 m3/s en mayo 2014. Ciencias de la Atmosfera Hidrosfera de gasto líquido. se calculó el gasto sólido en suspensión (Qss). Se obtuvo un realizó un análisis hidrológico de cada cuenca. En la Figura 2 se muestra el hidrograma de 2.3. profundidades y una gradiente de velocidades. La línea roja representa los caudales diarios registrados en el 2014. Aforo con ADCP Para cuantificar el gasto sólido total (Qst) dividido Durante el 2014 se realizaron aforos de líquidos en sus dos componentes: gasto sólido en suspensión con ayuda de un equipo ADCP (Tecnología (Qss) y gasto sólido de fondo (Qsf) se estableció la Doppler) el cual permitió obtener un perfil de siguiente metodología. La sección promedio (1963-2014) en las cuencas PT Y ZA fueron obtenida (Figura 3) fue sub seccionada en función transformados en caudales a partir de la curva de la gradiente de velocidad. luego los filtros fueron secados en la estufa a 60°C durante 24 horas y finalmente pesados.6 m. Durante el período monitoreado 2014-2015. La profundidad media donde se registraron velocidades fue de aproximadamente de 0. El río PT presenta un caudal permanente durante el ciclo hidrológico. de mayo se registraron caudales extraordinarios. El cálculo se realizó a partir del método 15 (Ecuación 1) de Phillips et al. 2.2 Monitoreo de sólidos caudales diarios registrados en la estación El Tigre. En el laboratorio las muestras fueron filtradas en un papel filtro de 45 µm de porosidad.4 m/s. las cuales se introducen 20 cm de la superficie del río. Dicho procedimiento se realizó mediante el software Hydraccess (Vauchel. promedio de 8 mediciones que fueron trabajadas Los registros horarios de los niveles del río en el software ArcGis 10. . En función de la velocidad se consideró un factor del 100 % para la sub sección En ambas estaciones se realizaron pruebas de donde se encontraron las máximas velocidades. En la Figura 3 se aprecia los la cual considera el peso de la muestra (P). el ancho de la sección de aforo (B). muestra (t). Secado al ambiente de muestras de sedimento de fondo. el ancho total de la sección (B) fue dividido en • Monitoreo siente sub secciones. 2006) que debe tener un muestreador de fondo se seleccionó el muestreador tipo trampa Helley. Para el muestreo sub superficial se realizaron calicatas de 1x1x1 metros.3 Sólidos de fondo En laboratorio el procedimiento consistió en el secado al ambiente (Figura 5) y luego en estufa a 60 • Caracterización granulométrica °C por una hora para finalmente ser pesadas. Muestreador de fondo Helley-Smith. La granulometría de gruesos superficiales se determinó de acuerdo al método fotogramétrico (García. adicional a las variables mencionadas y boquilla. Para seleccionó de acuerdo a Vericat et al. La primera etapa consiste en caracterizar la granulometría del río mediante el muestreo superficial y sub superficial en las estaciones de estudio. ensayo de aforo de solido de fondo. en la estación La Coja (ZA) el material de arrastre de fondo está compuesta principalmente por arena gruesa. y El muestreador está compuesto por un marco de número de muestras (n) se calculó el gasto sólido de acero. 1994). 2006. De acuerdo a este análisis se determinó que existe una mayor predominancia de arenas a finos en ambas estaciones sin embargo. 1981). ello. A partir de las muestras se obtuvo la caracterización granulométrica mediante el método de tamizado. • ns: Número de muestras • Ci: Concentración instantánea de sedimento • Procesamiento y análisis de muestras (mg/l) Las muestras obtenidas fueron guardadas en bolsas herméticas para su adecuada conservación. Para la estación El Tigre las mediciones fueron realizadas en la parte media de la sección de aforo donde se registraron las mayores velocidades de acuerdo a la gradiente de velocidad (Figura 3). 2. una malla de 0. Ecuación 1 Donde: Qss: Gasto sólido en suspensión (Kg/s) • K: Factor de conversión • Qi: Descarga instantánea (m3/s) Figura 4. el ancho dos prototipos de muestreador Helley-Smith que de boquilla del Helley Smith (b). Figura 5. Se contó con dos prototipos. Tiempo requerido para que la muestra capturada en la malla encargada de capturar los sedimentos de fondo no sobrepase las tres cuartas partes de su capacidad de almacenamiento. • Selección del muestreador de fondo De acuerdo a los requisitos técnicos (Xiaoqing. El tamaño de la boquilla (76x76mm) se se consideró un factor de velocidad al cálculo. tiempo de toma de fueron construidos para la presente investigación. A partir de la ecuación de Iroumé (2003) (Ecuación 2) Smith (Emmet. 60 IGPGeofísico del Perú Instituto . a partir de la gradiente de velocidades (Figura 3). Se determinó un tiempo óptimo de muestreo de 10 min para la estación El Tigre y 15 min para la estación La Coja.2 mm elaborado de poliéster fondo (Qsf). observado un mejor ajuste de la fórmula de Yalin bajo un rango de caudales diarios monitoreados En la Ecuación 5 se muestra el modelo menor a 500 m3/s. 2013): Para la cuenca Puyango-Tumbes en la estación El Tigre. Yalin de R2=0. Compendio de investigaciones en Geofísica . Los mayores picos de gasto sólido total (suspensión y fondo) en ambas cuencas se dan durante los meses de febrero.año-1. Estimación del gasto sólido de fondo a partir de ecuaciones empíricas A partir de la caracterización granulométrica del lecho en las estaciones El Tigre y La Coja se 3.año-1 de los cuales el 98 % se transportó transporte total en suspensión y un 2 % en fondo y en la cuenca Zarumilla se transportó 158 t. Meyer Peter y Muller. base al monitoreo del 2014 con una correlación de R2=0.3 Gasto sóido de fondo observado y estimado a partir de ecuaciones empíricas Para la cuenca Zarumilla la magnitud del gasto Para la cuenca Puyango-Tumbes todas las sólido en suspensión es 0.km-2. La tendencia del Qsf disminuye respecto al Qss. caudal instantáneo la magnitud del gasto sólido de suspensión (Qss) es 12 veces la magnitud del gasto sólido de fondo (Qsf). de los • Van Rijn cuales el 99 % se transporta en época de lluvias y el Ciencias de la Atmosfera Hidrosfera • Pernecker y Vollmer 1 % en transición. Las líneas continuas representan los caudales históricos y las líneas punteadas corresponden al ciclo hidrológico monitoreado (2013-2014). 3.km-2.año-1.2015 61 .año-1. se obtuvo un Qst promedio • Yalin histórico equivalente a 136 t.7697.km-2.551.6 veces la magnitud del fórmulas sobreestiman el gasto sólido de fondo gasto sólido de fondo. Para un mismo fondo y en suspensión. Para la cuenca Zarumilla • Einstein-Brown en la estación La Coja. Dinámica del transporte de sedimentos de fondo y en suspensión. 3. En la Figura 6 se clara relación potencial entre los caudales líquidos muestra la dinámica del transporte de sedimentos de y las descargas de sedimentos. Van Rijn. se obtuvo un Qst promedio histórico igual a • Du Boys-Straub 340 t.2 Dinámica del transporte de sedimentos seleccionaron 7 ecuaciones empíricas de fondo (Haddadchi et al. el eje Y (azul) representa la escorrentía.Ecuación 2 4. Figura 5. Asímismo en la Ecuación 4 se muestra el modelo sedimentológico de gasto sólido de fondo en función del gasto líquido en base a la serie histórica del 2014 con una correlación de R2=0. el 7 % en transición y • Schoklitsch solo 1 % durante estiaje. de los cuales el 92 % se transporta • Meyer-Peter y Muller durante la época húmeda. El eje X representa el espacio temporal. esto limitado bajo un rango de sólido de fondo en función del gasto líquido en caudales diarios observados menores a 20 m3/s. marzo y abril.km-2. Asímismo en la Ecuación 6 se obtienen un mejor ajuste respecto a la cuenca muestra el modelo sedimentológico de gasto PT sin embargo. el eje Y (naranja- marrón) representa el gasto sólido en suspensión y de fondo en t.7386. Resultados Durante el periodo de monitoreo (2013-2014) en la cuenca Puyango-Tumbes se transportó 530 3.1 Modelo hidrosedimentologico del t. sedimentológico obtenido de gasto sólido en suspensión en función del gasto líquido en base Para la cuenca Zarumilla las fórmulas de a la serie histórica del 2014 con una correlación Schoklisch.81. En la Ecuación 3 se muestra el modelo sedimentológico obtenido de gasto sólido en suspensión en función del gasto líquido en base a una serie histórica del 2004 al 2013 con una correlación de R2=0.año-1 de los cuales aproximadamente un 75 % se transportó en Para la cuenca Puyango-Tumbes existe una suspensión y un 25 % en fondo.km-2. . “Métodos para la caracterización que las ecuaciones fueron calibradas en canales granulométrica en ríos de gravas. limitado a los valores observados “Comparison of measurements obtained using two (76 and 152 mm) Helley – Smith sampler in gravel bed river”. Instituto de ingeniería UNAM. F.J. Haddadchi. & Flores. & Leeks.A.orehybam. S. se obtuvo un Qst promedio Morera. Para la Environmental and Water Resources Congress.47). 1999.. C. 8. • Para la cuenca Puyango-Tumbes en la estación El Tigre. la integridad del observador y el equipo. W. “Transporte diversos autores ya que. del transporte de sedimento de fondo en la cuenca Puyango-Tumbes y Zarumilla. Sin embargo. P. millones de los cuales aproximadamente el 75 % se transportan en suspensión y un 25 Phillips. & Ingol-Blanco.. Esto se debe a García. A. Res. study area using infrequent samples”. J. Bosque. Agradecimientos Por otro lado se ha detectado que durante el registro Al Instituto Geofísico del Perú y el Proyec- de avenidas se dificulta el uso del muestreador de to Manglares de Tumbes por brindarme las fondo Helley-Smith debido a las grandes palizadas facilidades para desarrollar mi tesis y tam- que son arrastradas por el río el cual pone en riesgo bién a mi asesor por la orientación y paciencia. se obtuvo un Qst promedio histórico igual a 0. Discusión La Coja durante caudales altos para ajustar estos resultados en épocas de avenida. previo a la Se ha logrado obtener una base de datos confiables construcción de modelos hidrosedimentologicos. de http://www.. 7. monitoreo de sedimento de fondo mediante la combinación de un equipo Helley-Smith y Morera. “Estimating the suspended sediment loads of rivers in the LOIS % en fondo. Conclusiones Iroumé. (2004). (2006). M. Omid. 42 (1-13).1 Maza. histórico igual a 1. (2013). A.W. “Sediment transport in a mountainous • Se estableció una metodología para el catchment in the Andes of the Ninth Region of Chile”.. (2003). & López. Osterkamp. Hydrological Processes.6 millones de los cuales Salinas. (2004). Cincinnati. Case aproximadamente el 98 % se transporta of Study of Central Andes in Peru”. 51-53). 24 (1): 125-135. “A field calibration of the sediment-trapping characteristics of the Helley-Smith bed load sampler “. A. 531p.4. Gálvez. 23: 5-16. Lima... experimentales o ríos de baja pendiente compuesto por arenas con nulo contenido de cantos rodados. Transporte de sedimentos.J. D.. (2013). • La fórmula de Yalin obtuvo el mejor ajuste Vauchel. (1996).. Webb. M. G.. JL. Church. Se recomienda continuar monitoreando los sedimentos de fondo en las estaciones El Tigre y 62 IGPGeofísico del Perú Instituto .L. la cuenca ZA resulto 180 y 300 t/d para la Vericat. Guyot. E. caudales registrados durante el periodo de monitoreo con caudales menores a 500m3/s. W.. W. de caudales líquidos. Recuperado el 25 de Mayo de de fondo cuya desviación estándar para 2014. “Software para manejo y procesamiento de respecto a los datos observados de sólido información hidrometeorológicas”. B. & Batalla. Bibliografía La mejor dispersión de las fórmulas empíricas de fondo respecto a los valores observados en la Emmett. B.. J. Recomendaciones Xiaoqing. cuenca Zarumilla contrasta con lo afirmado por Espinosa. “Uncertainty in Suspended Sediment Load Estimates for Mountain Rivers. predicen razonablemente el gasto sólido de fondo en corrientes con fondo arenoso. Se recomienda monitorear los sedimentos en suspensión y de fondo durante la etapa de es- tudios de obras de infraestructura hidráulicas. Y. Bosque. World Meteorological organización (pp. 5. Identificacion de servicios ecosistemicos en el santuario nacional los Manglares de Tumbes (pp. D. (pp. M.. R. 24 (1): 125-135. Notes de Geografía Física. Perú: Instituto Geofísico del Perú. M. México.. Water Resour. (2003). sugieren que las fórmulas de sedimentos en corrientes naturales”. “Sediment transport in a mountainous catchment in the Andes of the Ninth Region of Chile”. 13(7): 1035-1050. V. Collas.H. C. Revisión técnica de empíricas de transporte de sedimento de fondo ecuaciones empíricas de predicción del arrastre de sedimento de fondo. Bed load bias: cuenca PT. el uso del ADCP. 6. D.B. 3216-3225 cuenca Zarumilla en la estación La Coja. 44). Mejia-Marcacuzco. Paper presented at the World en suspensión y un 2% en fondo. E. los Se recomienda plantear políticas de gestión para registros obtenidos han sido limitados por los bajos estudios sedimentológicos en el Perú. Dehghani. M. 22: 377-386. “Manual on Sediment Management and Measurement. (2010). (1980).A. “de erosión actual y eventos El Niño en la cuenca del río Puyango-Tumbes y Zarumilla”. Walling. (2006). S. Terra Latinoamericana. Ohio. Sección Ciencias de la Alta Atmósfera . Palabras clave: radar. SOUSY.gob. and Troposphere (MST) with high resolution (37. 64 64 IGPGeofísico del Perú Instituto . PLC. por sus siglas en inglés) con alta resolución (37. Al ser donado e instalado en el ROJ en el 2002 se le realizó una primera actualización reemplazando el sistema de recepción por uno digital. SOUSY. Para esto. el cual trabajará en forma conjunta a una computadora. the original reception technology was updated to digital
[email protected] Resumen El radar SOUSY (SOUnding SYstem) del Radio Observatorio de Jicamarca (ROJ) es un radar monoestático que opera a la frecuencia de 53. Abstract The SOUSY (SOUnding SYstem) radar at the Jicamarca Radio Observatory (JRO) is a monostatic radar that operates at 53. Stratosphere. Marco Milla Facultad de Ciencias e Ingeniería – Ingeniería electrónica Radio Observatorio de Jicamarca andre. SCADA.D Pontificia Universidad Católica del Perú Dr.5 MHz y que permite realizar estudios en la Mesósfera. transmitter. permitiendo la supervisión del proceso de encendido a través de un sistema SCADA. Nowadays. a new update is on its way: the design of the start up sequence for the transmitter using a programmable logic controller (PLC) that will work with a computer to monitor and supervise the sequence throughout a supervisory control and data acquisition (SCADA) system. Su tecnología de operación (transmisión y recepción) fue diseñada en la década del 70. making it fully compatible with the current standards used at Jicamarca. Estratósfera y Tropósfera (MST. SCADA. transmisor. PLC.5 m) ya que posee un ancho de banda de 4 MHz. Se plantea realizar el diseño de una segunda actualización al sistema. esta vez aplicada al encendido del transmisor del radar.5 MHz that allows observations of the Mesosphere. Right after its donation to the JRO in 2002. DISEÑO DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN Y SUPERVISIÓN PARA EL ENCENDIDO DEL TRANSMISOR DEL RADAR SOUSY EN EL RADIO OBSERVATORIO DE JICAMARCA DESIGN OF THE AUTOMATION AND SUPERVISION SYSTEM FOR THE START UP OF THE SOUSY’S RADAR TRANSMITTER AT JICAMARCA RADIO OBSERVATORY Jorge André Florentino Collado Asesor: Danny Scipión. haciéndolo compatible con los demás sistemas de radar del ROJ.5 m) thanks to its wide bandwidth of 4 Mhz. Keywords: radar. Ph. se propone trabajar con un PLC para controlar la secuencia de encendido. The system was designed and constructed in the 70s. 2015 65 . en cuanto al control y la supervisión del transmisor del mismo. la cual se realiza de manera manual y Compendio de investigaciones en Geofísica . en el cual cuenta que el transmisor requiere un control las señales de control y la recepción de las señales netamente secuencial (sin retroalimentación de CIENCIAS DE LA ALTA ATMÓSFERA han pasado a ser de naturaleza digital. otros radares fueron control en un dispositivo moderno. Por otro lado. atmosféricos en capas como la Mesósfera. en la Figura 1. y tomando en constante.. el sistema de control de encendido del transmisor del radar SOUSY tiene entre 30 y 40 años de antigüedad y está basado en lógica cableada el cual tiene varias desventajas. afectando la ejecución de los experimentos Los radares MST permiten estudiar fenómenos programados por los usuarios.. las tecnologías de transmisores (amplificadores de potencia) no han variado tan significativamente.. como: repuestos difíciles de encontrar. Usualmente cuentan con que este presenta. 2005).1973). Sin embargo. poca flexibilidad para modificar el sistema (por si se busca cambiar la tecnología en la que está basado el transmisor) y difícil adaptación a sistemas de supervisión. Tras los buenos resultados Como paso previo a implementar el sistema de obtenidos usando dicha técnica. • Elaborar una interfaz que permita administrar el funcionamiento del sistema 2. El radar SOUSY precisamente es un radar MST construido originalment en Harz.1. Por los motivos expuestos. al 2006). 2. cuyo transmisor solía manejarse desde los botones de una consola y supervisarse con indicadores luminosos. identificar errores en el proceso de encendido del transmisor. un monitor) que facilite la Mhz). Tal es el caso del radar principal del ROJ. La evolución de los dispositivos electrónicos es En base a los requerimientos. Driver o Amplificador final de control de los transmisores ha sido automatizado con potencia).1. En cuanto a la supervisión. Sin embargo existen otros radares cuyos sistemas de transmisores sí han • Permitir el encendido modular del sistema sido actualizados (Gaudreau et Al. Diseño Alemania. capas mencionadas. protección y transmisor supervisión originales. el transmisor se mantiene que gobiernan el funcionamiento del con la lógica de control de encendido. 2002). Tal es el caso del radar SOUSY. los sistemas de supervisión y control han sufrido un mayor cambio. en donde el Driver. etapa de actualización del radar SOUSY. se plantea diseñar Estratósfera y Tropósfera con una técnica pionera un nuevo sistema de control que eventualmente desarrollada en el Perú en la década de los 70 reemplace al actual para compensar las desventajas (Woodman et al . Actualmente. se estudiará el construidos específicamente con dicho propósito. lo que permite señales) se plantea un diseño como el mostrado el uso de computadoras en el proceso. Por otro lado. 2007). como (elegir qué etapas serán utilizadas: Pre es el caso del radar principal del ROJ. et al. sistema actual para entender las funciones de cada entre ellos mencionamos al radar SOUSY (Woodman bloque e identificar las señales que lo gobiernan. por lo que para su manejo era necesario cierto nivel de experiencia con el equipo. por el Max Planck Institute für Aeronomie donado en el 2002 al ROJ. características que permiten estudiar las identificación de errores y fallas en el transmisor.. Allí dicho radar se El sistema tiene los siguientes requerimientos actualizó por primra vez y se modificaron los sistemas para el diseño de su sistema de control: de control de transmisión y recepción de señales por unos controlables por computadora (Woodman et • Leer sensores binarios (de dos estados) al. El presente trabajo • Identificar errores durante el encendido o tiene como objetivo realizar el diseño de la segunda funcionamiento del transmisor. grandes arreglos de antenas de alta potencia que deberá permitir la visualización a través de un medio trabajan en el rango de frecuencias VHF (30 a 300 amigable (por ejemplo. un sistema que además permite la supervisión del sistema (Espinoza et. Desarrollo a los usuarios. Pero la principal desventaja es la difícil tarea que significa Figura 1: Diagrama de bloques del sistema propuesto. Introducción toma periodos prolongados de tiempo en llevarse a cabo. el cual se factores externos que no lo permitieron. Entre dentro de los circuitos del transmisor. También se observa más económica y porque dentro del costo del equipo que los temporizadores han sido desactivados se incluía el precio del software de programación (indicadores Temporizador 1 al 6 de negro). módulos fáciles de instalar (solo se requiere un riel DIN para dicho propósito). 3. la cual consta de 6 temporizadores que encienden en paralelo las 3 etapas del transmisor. No pudo ser probado por controlar el funcionamiento del sistema. entonces se accede a un cuadro (Figura modelo PM554-T-ETH y (3) módulos de expansión 8) que registra el error con una ubicación más exacta digital compatibles con la familia del PLC. De las posibles alternativas de dispositivos de control. la cual consta de los siguientes bloques: (1) el botón “Detalle” correspondiente al circuito de fuente de alimentación de 24 V. Para y visualización (CoDeSys). como El bloque (1) de supervisión es un medio gráfico para puede verse en la Figura 4. indicando de rojo aquellos en los que El hardware utilizado puede observarse en la Figura haya ocurrido el error. del transmisor (Figura 5). Se manejaron diversas figura se ve una representación del transmisor. entre otros. En la radar principal del ROJ). (2) CPU del PLC. así como la las características de la familia de PLC están: fecha y la hora del evento. Sin embargo. filamento. cual se colorea de rojo la etapa en la que ocurrió el de entre ellas se eligió la alternativa ABB por ser la error (Pre Driver ene este caso). Figura 1: Diagrama de bloques del sistema propuesto. conexión Ethernet incorporada. 66 IGPGeofísico del Perú Instituto . la solución fue evaluada controlador a la vez. Si en dicha pantalla se presiona 2. Figura 3: Representación de la secuencia de encendido original del transmisor (manejada por 6 temporizadores). El alimenta. Para la implementación. las cuales se realizan observar con más detalle la naturaleza de la falla. desde el mismo entorno de desarrollo. facilitando la el botón “Estado” lleva a otra pantalla (Figura 7) en tarea de implementación. se solo se seleccionó la etapa Pre Driver (5). Figura 2: Hardware utilizado para implementar el sistema de control del transmisor. En la Figura 6 se puede observar uno de los casos se optó por usar un PLC por tratarse de un equipo de estudio que se da cuando un error ocurre una vez muy empleado en lo que respecta a actualizaciones de radares (como el caso del transmisor del que el transmisor se encuentra funcionando. dispositivos escalables. ejecuta el algoritmo de control mediante casos de estudio analizados usando el a partir de la lectura y escritura de señales que son modo simulación del entorno de desarrollo. en la alternativas de PLC para implementar el sistema. la cual se observa el estado de los circuitos que la constituyen. Aunque solo se presentan simulaciones del sistema. En todos tomadas de los sensores (4) y actuadores binarios los casos. como averías comunica con el controlador (2) enviando y recibiendo en el transmisor o en el grupo electrógeno que lo instrucciones para cumplir dicho propósito. la duración de dichos temporizadores no ha sido modificada. este se encuentra implementado e instalado. Resultados El encendido del transmisor se maneja a través de la secuencia de encendido mostrada en la Figura 3. • El entorno de supervisión desarrollado facilita Figura 6: Caso de estudio en el cual un error ocurre cuando el transmisor se encuentra el manejo del sistema al usuario permitiendo funcionando. • El encendido modular del transmisor permite que el radar pueda funcionar a menores potencias. ya que se tiene hardware flexible y el software de control es fácil de modificar. Conclusiones • El sistema de control basado en PLC permite Figura 5: Pantalla de la visualización que permite elegir qué etapas del transmisor utilizar.Figura 4: Sistema instalado: (1) Vista frontal del transmisor (2) Vista frontal del sistema Figura 7: Pantalla que permite visualizar con mayor detalle el estado de los circuitos de la instalado y (3) Vista de las señales conectadas al sistema. por si se requieren hacer pruebas etapa por etapa o porque alguna de ellas no se encuentra disponible en ese momento. que la implementación se haga de manera sencilla. Compendio de investigaciones en Geofísica . 4. Esto ya sea porque así se requiere en un experimento. que se le notifique rápidamente de los errores durante el encendido o funcionamiento del transmisor. etapa seleccionada del transmisor. Incluso si se cambia de tecnología en el transmisor. el controlador se puede adaptar a la misma sin necesidad de rehacer todo el CIENCIAS DE LA ALTA ATMÓSFERA sistema desde cero. lo que agiliza la detección de fallas y por consiguiente del mantenimiento correctivo del sistema.2015 67 . Figura 8: Pantalla que permite visualizar con mayor detalle dónde ocurrieron los errores dentro de una etapa. Brown. local o configurando un servidor web que sirva para lo propio.. Así también. R. 31. En: J. de una red Espinoza. (2005) “High performance.. pp. pp. (2010). pues ellos tienen una idea definida de cómo debería responder este ante diversas situaciones. “WRMDDS: A Web-based controla al sistema. R. • La etapa de pruebas se debe hacer de cerca con el personal que más conoce el equipo. tipo de tecnología a la lógica de control que Zheng. Kempkes. J.18-25. Gaudreau. T. J. Bibliografía sistema de encendido del transmisor a través de una conexión ethernet directa. (2007). O. desarrollado. Esto permite saber si se quiere Woodman. que permita dejar al equipo fuera de riesgos durante las mismas. Röttger. se puede tener una lista con las señales ennumeradas y ahí seguir un código de colores que permita identificarlas rápidamente con los cables que le corresponden.. J. solid-state high voltage Radar modulators”. Li. es recomendable que primero se Woodman. Recomendaciones 17. Sci. 273-276. implementación de un nuevo sistema de control. (1973) “Radar observations of winds • Antes de iniciar el proceso de diseño o and turbulence in the stratosphere and mesosphere”. “The optar por un diseño totalmente nuevo o si MPI-SOUSY-VHF Radar at Jicamarca: High Altitude-Resolution Capabilities”. es importante contar con un protocolo de seguridad para las pruebas. D. Atmos. 68 IGPGeofísico del Perú Instituto . Casey. G. Castillo. pp. En: 3rd International Symposium on Knowledge Acquisition and Modeling (KAM). (2002) “MST and ST RADARs and Wind Profilers”. • Es posible realizar un manejo remoto del 7. Mulvaney.. Hawkey... R... En ese sentido. Micchue. • Cuando se busca implementar un control que sigue una lógica secuencial es importante seguir con orden las señales de control con las que se cuentan que pueden ser muchas. acuerde con el usuario la forma en la que será En: Encyclopedia of Atmospheric Sciences.. 6. P. 13- 5. F. 493-505. En: 11th International Workshop on Technical and solo se requiere una adaptación de un nuevo Scientific Aspects of MST Radar. M. M. Y. Guillen. Ye. (2006) “Automatización del encendido de los transmisores principales del Radio Observatorio de Jicamaca”. en especial a la sede del Radio Observatorio de Jicamarca. Remote Monitoring and Distributed Diagnosis System”. • Se debe contar con el apoyo del personal de más experiencia en el manejo del equipo para asuntos relacionados con el levantamiento e interpretación de los circuitos que conforman al sistema. En: IEEE Pulsed Power Conference. A. Woodman.. Agradecimientos Al Instituto Geofísico del Perú. pp. J. por la oportunidad y el apoyo brindados durante el periodo del desarrollo de mi tesis.. Then Rojas (2012). NmF2. he used the Bremer (1992) method and the direct method (Rojas. PCA Compendio de investigaciones en Geofísica . because that parameters. sobre el área del ecuador magnético que pasa por el ROJ. no se ha podido determinar si hmF2 está disminuyendo de manera significativa por consecuencia de los gases de efecto invernadero. over the area from the magnetic equator at the JRO. NmF2. realizó medidas en las tendencias de las series de tiempo hmF2. incluyendo foF2 (frecuencia máxima del plasma en la capa F2). Palabra clave: Ionósfera. hmF2. se volverán a medir las tendencias de las series de tiempo de hmF2. es decir. usando diferentes formas de filtrado y técnicas de análisis como el PCA (Principal Component Analysis). To achieve this. using other types of filtering and PCA (Principal Component Analysis) techniques.com Resumen El aumento de la concentración de “gases de efecto invernadero” entre los que se encuentran el CO2 y los óxidos de nitrógeno NHx. El objetivo de este trabajo es comparar los resultados obtenidos por Rojas (2012) y los nuevos métodos de análisis anteriormente mencionados. including foF2 (maximum frequency of the plasma at layer F2).D Universidad Nacional de IngenieríaFacultad de Ciencia Radio Observatorio de Jicamarca Facultad de Ciencia anthony. These results were used by Rishbeth (1990) to find possibles consequences at the values of hmF2 (the high of the maximum density of the electrons at the layer F2) and NmF2 (maximum density of the at layer F2). and that is why they have been frequently monitored for almost a century (Bremer. No obstante. The objective of this work is to compare the results obtained by Rojas (2012) and the new methods of analysis previously mentioned. Desde el siglo diecinueve se tiene indicios que la temperatura de la superficie de la Tierra y de la baja atmósfera presentan tendencia al aumento. tendencias. Keywords: Ionosphere. apart from the study of correlation between variables from the model and time series. Bencze. However. Ph. PCA Abstract The increase at the concentration of “greenhouse effect gases” including CO2 and nitrogen oxides NHx. Entonces Rojas (2012). foF2 time series over the JRO. The time series used by Rojas (2012) goes from 1993 to 2012. no tienen la misma influencia en la atmósfera. are commonly used for characterize the state of the ionosphere. studies from Roble (1987) showed a decrease at the low atmosphere temperature. por lo que se viene monitoreando constantemente desde hace casi un siglo (Bremer. 2012). 2005). Since nineteenth century we have evidence that the temperature of the earth surface and the low atmosphere present a tendency to increase. The scientific community agree at the cooling of the thermosphere.calatayud. using the data from the Jicamarca Radio Observatory (JRO) ionoisonde. 2012). además del estudio de correlación entre CIENCIAS DE LA ALTA ATMÓSFERA variables del modelo y las series de tiempo. ESTUDIO DE TENDENCIA DEL COMPORTAMIENTO DE LA IONÓSFERA ECUATORIAL EN LOS ÚLTIMOS 20 AÑOS USANDO DATOS DE LA IONOSONDA DEL ROJ A STUDY OF THE EQUATORIAL IONOSPHERE BEHAVIOR TENDENCY FROM LAST TWENTY YEARS USING DATA FROM THE JRO IONOISONDE Anthony Mard Calatayud Cadenillas Asesor: Marco Milla. In general. estudios realizado por Roble (1987) mostraron una disminución en la temperatura de la alta atmósfera. Nevertheless. foF2 sobre el ROJ. nobody have determined if hmF2 is decreasing significantly due to greenhouse effect gases.2015 69 . do not have the same influence over the atmosphere. dado que estos parámetros. Para ello usó el método de Bremer (1992) y el método directo (Rojas. utilizando los datos medidos por la ionosonda del ROJ (Radio Observatorio de Jicamarca). suelen ser utilizados para caracterizar el estado de la ionósfera. Bencze. Estos resultados fueron tomados por Rishbeth (1990) para encontrar posibles consecuencias en los valores de hmF2 (altura de la densidad máxima de electrones en la capa F2) y NmF2 (densidad máxima de electrones en la capa F2). 2004. In this work. 2004. made measurements at the tendencies at hmF2. these are very important for the earth and satellites telecommunications. Sin embargo. En general son muy importantes para las telecomunicaciones terrestres y satelitales. 2005). En este trabajo. NmF2 y foF2 time series will be measure again. that is. the tendencies of the hmF2. tendency.c@gmail. NmF2 y foF2. Las series de tiempo utilizadas por Rojas (2012) se extienden desde 1993 hasta 2012. La comunidad científica tiene el consenso del enfriamiento de la termósfera. Por ello. inconsistentes. 3. Se estudió la física detrás de la formación de la ionósfera y la dinámica básica que rige la formación de la densidad máxima de electrones. La ionosanda del ROJ fue renovada de la versión DPS- 1 a DPS-4 durante los años 2000 y 2001. con la intención NmF2 y foF2) se ven afectados (Rishbeth. Se elaboró un script en Python para este procedimiento. de esta manera se tienen aumentos así como la manera de estimar el error asociado de temperatura en la superficie de la Tierra y baja a las tendencias de las series de tiempo atmósfera. en la atmósfera. Además. cada serie pasó por un median filter (filtro de medianas) acotado por tres desviaciones 3. Datos como el de la Figura 1. mencionados. 70 IGPGeofísico del Perú Instituto . concentración de los gases de efecto invernadero. pues los Finalmente. el medio día con la medición e interpretación de tendencias de (de 10 a 14 horas) y el atardecer (de 16 a 20 estos parámetros.7 (flujo de ondas electromagnéticas Figura 1: Serie de tiempo de medianas diarias de hmF2 de 4 a 8 horas. los telecomunicaciones terrestres y satelitales. generando graficas 2. de realizar el un nuevo análisis de la series de Sin embargo. no se ha podido determinar si hmF2 tiempo y comparar los resultados obtenidos por disminuye de manera significativa a consecuencia Rojas (2012) realizados por ajuste de mínimos del aumento de concentración de gases de efecto cuadrados. De esta forma se obtuvieron 3. Estudio de las bases teóricas estándar como se muestra en la Figura 2. se estudió el método de PCA principales parámetros que la caracterizan (hmF2. para eliminar los outliers encontrados en las desarrollo del trabajo. En esta sección se comentará de manera resumida cuales fueron los tópicos de más importancia en el Además. Introducción Siguiendo el trabajo de Rojas (2012) se estudiaron conceptos de estadística multi variable El aumento de la concentración de los gases de y los modelos autorregresivos esenciales para el efecto invernadero no provocan los mismos cambios estudio de tendencias de las series de tiempo. solares con longitud de onda de 10. 1987). Los datos de hmF2 y foF2 fueron adquiridos por la ionosonda del ROJ.7cm) y Ap Entre 1993 y 1994 el sistema de adquisición trabajó (actividad geomagnética) fueron descargados de la con diferentes parámetros generando valores base de datos de “Madrigal”. se de tesis de Rojas (2012) y se siguieron los modelos siguió el método de Bremer (1992) y Ulich (1997) planteados por Rojas agregándoles nuevas formas generar tres series de tiempo correspondientes de análisis. Con el cuales fueron tomados desde el año 1993 hasta fin de hallar estas tendencias. Los datos de F10. NmF2 Como se mencionó anteriormente.2. el cálculo de la incertidumbre asociada a la tendencia foF2 y NmF2) tomando la mediana diaria dentro medida y por que las series de tiempo usadas son de los intervalos de tiempo anteriormente pequeñas (18 años). Desarrollo series de tiempo que se extienden desde 1994 hasta finales del 2012.1. es importante investigar las tendencias a largo plazo de los parámetros hmF2. el aumento de la Weatherhead (1998). y disminución de temperatura de la estudiadas eligiendo utilizar los resultados de termósfera (Roble. por ellos se decidió trabajar con los datos a partir de 1994. Esto implicaría estudiar la ecuación de continuidad donde los términos de transporte son tan importantes como los de ionización. invernadero. Procesamiento de datos Entonces. se tomó el trabajo finales del 2012 cada 15 minutos. El sistema de adquisición DPS viene con un software de procesamiento de datos llamado ARTIST (Automatic Real-Time Ionogram Scaler with True heights). llamada “Digisonde Portable Sounder” (DPS) de Lowell Digisonde Internacional. No obstante. 1990). principalmente relacionadas con horas) para cada parámetro estudiado (hmF2. (Principal Component Analysis). existen varios problemas al amanecer (de 4 a 8 horas). serie de tiempo.1. los datos y foF2 pues son muy importantes para las fueron obtenidos por la ionosonda del ROJ. traen consecuencias en la ionósfera. c6} son constantes. mientras que la mayor cuadrados a la series de tiempo de hmF2. obteniendo que la mayor principales (aumentando gradualmente el número correlación entre F10. 2012) proponiendo el siguiente modelo empírico lineal: Donde Yt representa el modelo empírico. 2012). (b) Se ajustó Yt por mínimos cuadrados a las series de Figura 3: Graficas comparativas de la correlación entre NmF2 y foF2 vs las potencias de CIENCIAS DE LA ALTA ATMÓSFERA tiempo de hmF2. Estos resultados se compararon con las obtenidas usando el método directo (Rojas.7 y foF2 se da cuando foF2 es y nmF2. autocorrelación de la diferencia entre la serie de tiempo y el modelo empírico. (a) Corresponde a NmF2 y (b) a foF2. ambas gráficas realizadas en el amanecer (4 a 8) tablas similares a los obtenidas por Rojas (2012).7. {c0.7 y NmF2 se da cuando se de componentes principales) y se ajustó por mínimos asume proporcionalidad línea. Compendio de investigaciones en Geofísica . Por último. Luego se entre las potencias de variables del modelo empírico propuso un modelo lineal de los componentes y las series de tiempo. obteniendo de esta forma las gráficas de proporcional a √F10.…. St es una función escalón debida a la actualización de la digisonda y las variables Sat y Sst representan combinaciones lineales de funciones senoidales y cosenoidales con periodo de oscilación anual y semianual respectivamente. foF2 correlación entre F10.2015 71 .7.c1. se realizó el método directo (Rojas. (a) (a) (b) Figura 2: (a) Muestra la serie de tiempo de hmF2 de 10 a 14 horas centrada en la media y acotada por 3 desviaciones estándar. se calcularon las componentes principales Luego se calcularon las correlaciones existentes de las variables del modelo empírico. Siguiendo el análisis de Rojas (2012). (b) Muestra la serie de tiempo filtrada. foF2 y NmF2. y se construyeron la variable F10. se lograban reproducir los resultados obtenidos por el método directo (Rojas. Además hay que tener en cuenta que durante El cambio de la variable F10. Las diferencias entre las tendencias halladas en este trabajo y las halladas por Rojas (2012). Debido a este resultado los modelos lineales con menor cantidad de componentes principales no dieron mejores resultados que el método directo. los resultados no mostraban disminución en la memoria del sistema. 5. (b) Figura 4: (a) Muestra la autocorrelación de la variación de Yt y fof2. ω de foF2 son MHz/año y para ω de NmF2 tiempo de más de dos ciclos solares.4. Discusión En la Tabla 1 las unidades para ω de hmF2 son km/año. Pues. En la Tabla 1 las unidades para ω de hmF2 son Bencze (2007) recomienda trabajar con series de km/año. en este trabajo se usó un median filter.7 no los años 2000 y 2001 no se obtuvieron datos y se disminuyó de forma significativa la memoria del cambiaron los parámetros del sistema de adquisición sistema. siendo los de menor magnitud las tendencias correspondientes al intervalo de 4 a 8 horas. La tendencia más relevante es la que pertenece al intervalo de 4 a 8 horas para la serie de tiempo de hmF2. Las series de son1012m-3/año.7 por √F10.7 por √(F10. Los resultados de este trabajo depende en gran medida a la cantidad de datos de la series de tiempo. con el cual se observó que las variables del modelo empírico guardaban poca correlación entre si (menor a 0. Casi en todos los casos se obtuvieron tendencias negativas. pues al usar menos componentes principales en el modelo lineal. Resultados Los parámetros estadísticos calculados en cada serie de tiempo por método directo (Rojas. foF2 y NmF2. es decir que la autocorrelaión de la variación de la digisonda. y a usar todos los componentes principales. como se muestra en la de salto δSt. (a) 72 IGPGeofísico del Perú Instituto . Figura 4. El uso de PCA no dio mejores resultados. tiempo usadas en este trabajo fueron de 18 años. esto provocó un desplazamiento entre el modelo empírico Y_t y la serie de tiempo de vertical apreciable en las Figuras 1 y 2(b).82 km para hmF2 entre los años 1994 y 2012. salvo un ligero fue necesario incluir al modelo empírico la función desplazamiento vertical. (b) Muestra la autocorrelación de la variación de Yt y fof2 cambiando F10. se deben principalmente al filtrado de la series de tiempo. ω de foF2 son MHz/año y para ω de NmF2 son w1012 m-3/año. pues concuerda con las predicciones de Rishbeth (1990) indicando una disminución de 44. mientras que Rojas (2012) realiza un filtro de las derivadas de las series de tiempo.7).2). En la Tabla 1: Tendencias ω calculadas para las series de tiempo. 2012). 2012) fueron próximos a los resultados de Rojas (2012). Las tendencias halladas para las demás series de tiempo no muestran cambios significativos de los parámetros foF2 y NmF2. Por ello fof2 no cambio su comportamiento. Se realizó un análisis de correlación entre las variables del modelo empírico y las series de tiempo de hmF2. e iniciarme en la investigación científica. Annales Geophysicae. Research: Atmospheres (1984-2012). Springer-Verlag. Lima. E. pues foF2 es proporcional a NmF21/2. (2000.. A Greenhouse Effect in the Ionosphere?. Physical Discussion. Conclusiones 9.. desplazamientos. (1990). T. C.. 38(7). Müller-Wodarg. X. E.. Perú. F. tiempo no ayudan significativamente a disminuir la memoria de los sistemas estudiados. Tiao. No. foF2 Mesosphere and Thermosphere. Zou. • Al Dr. Cooling of the Upper Atmosphere by Enhanced las variables del modelo empírico y las series de Greenhouse Gases: Modelling of Thermospheric and Ionospheric Effects. What Do We Know of the Long-Term Change of the Earth’s Ionosphere?. G. Cheang. 945-956). Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. Fuller-Rowell. E. G. 24(9). G. Advances in Space Research.. (2012).2015 73 . J. L. tienen un máximo local alrededor de los 330 desplazamientos. C.. R. Moffett. & Dickinson (1989). Bremer (1992). Bibliografía • Los métodos usados en este trabajo para el Roble. 7.J. 1103-1106. 103(D14). 18. 2012). Geophysical Research Letters. Meng. 1441-1444. y las autocorrelaciones de generadas por foF2 y NmF2 de 4 a 8 horas aún Bencze (2007).. Planetary Space Science. 2012) y para el PCA. D. Evidence for Long-Term Cooling of the Upper Atmosphere in Ionosonde Data.. Rishbeth. 17149-17161. T. 945-948. H... R. … & Frederick. Choi. Factors • Construir series de tiempo mas grandes y de Affecting the Detection of Trends: Statistical Considerations and Applications to Environmental Data. W.. (1997). Compendio de investigaciones en Geofísica . Rojas E. arrojaron resultados similares a los 16(12). C.. Marco Milla por asesorarme en la realización de este trabajo de investigación con paciencia y buenos consejos. Geophysical Research Letters. D. (Vol. Millward. pues aún no se ha logrado eliminar las Annual and Semiannual Variations in the Ionospheric F2-Layer: pequeñas oscilaciones que suceden cada 12 II. Ionospheric Trends in Mid-Latitudes as a Possible Indicator of the Atmospheric Greenhouse Effect. Reinsel.. Ulich. Agradecimientos • Agradezco al IGP y al Radio Observatorio de Jicamarca por haberme dado la oportunidad de realizar mis primeras prácticas pre profesionales. J. 8. pp. Recomendaciones Weatherhead. • Estudiar la correlación entre las potencias de Rishbeth (1992). • Estudiar formalmente cual podría ser un mejor modelo para la serie de tiempo de foF2. H. • Realizar el cálculo teórico de la incertidumbre para el modelo directo (Rojas. K. A. L. (1998). Estudio de tendencias de la altura de la Densidad Máxima de electrones en la región F sobre Jicamarca (tesis de pregrado). How Will Changes in Carbon Dioxide and Methane Modify the Mean Structure of the análisis de las series de tiempo de hmF2. Planetary Space Science. 8. • Agregar más variables a los modelos empíricos. I. C. obtenidos por Rojas (2012).6. H. August). Rishbeth. no se puede aplicar el mismo modelo a foF2. y NmF2. … & Aylward.. Pontificia Universidad Católica del Perú. • El uso de PCA no logró disminuir la memoria de los sistemas analizados. Journal of Geophysical diferentes estaciones contiguas (Rojas. & Turunen. G. porque si se propone un modelo lineal para NmF2. así como el prototipo de implementación basado en los planos principales de la instalación de las fuentes de poder y del circuito de control local. Keywords: PLC. which is considered the most powerful in the world and the elements of the amplifier are complex in structure and operation. El diseño del proyecto fue puesta bajo prueba por personal especializado del área de Operaciones del Radio Observatorio mediante un entorno de simulación para el encendido y apagado normal del transmisor. Abstract This project aims to analyze the functioning of local control of stage PA and propose an automated system to monitor and control the elements of local control of high power transmitter important part of the main radar JRO. HMI. The main element is the tetrode amplifier Eimac 8973. The content of the project. El contenido del proyecto. even in case of frequent failures. El ele- mento principal del amplificador es el tetrodo 8973 de Eimac. HMI. 74 IGPGeofísico del Perú Instituto .com Resumen El presente proyecto. INTERLOCK. provides a description of the inputs and outputs of the Programmable Logic Controller (PLC) and a description of the prototype of implementation taking into account the principal planes of the installation sources power and local control circuit. Rommel Yaya Arias Universidad Nacional de Ingeniería Radio Observatorio de Jicamarca Facultad de Ingeniería Eléctrica. INTERLOCK. contempla una descripción de las entradas y salidas del Controlador Lógico Programable (PLC). tiene la finalidad de analizar el funcionamiento del control local de la etapa PA y proponer un sistema automatizado que permita monitorear y controlar los elementos que integran el control local del transmisor de alta potencia parte importante del radar principal del Radio Observatorio de Jicamarca. Palabras clave: PLC. incluso en caso de fallas frecuentes. The project design was put under test by qualified personnel Operations Area Radio Observatory using a simulation environment for normal transmitter on and off. AUTOMATIZACIÓN DEL CONTROL LOCAL DE LA ETAPA PA DEL TRANSMISOR DEL ROJ Automation of stage PA local control of the Transmitter ROJ JOAN ESPINOZA ALVARADO Asesor: Dr. que es considerado el más potente del mundo y los elementos que componen el amplificador son complejos en estructura y en funcionamiento. Electrónica y Telecomunicaciones unilenin@gmail. luego la señal pasa por los transmisores llamados MST (Mesosphere Stratosphere Troposphere). Las pruebas realizadas a etapa de salida PA. con un ciclo de servicio máximo de 5 %.92 MHz. cada una de ellas divididas en la interfaz HMI diseñada. los transmisores MST alcanzan una potencia pico de 15 KW. cada uno con una potencia estructura base del funcionamiento del amplificador. como estructura base y un sistema de enfriamiento que permiten el del funcionamiento del amplificador. que permiten el funcionamiento adecuado del amplificador. • Etapa Pre-Driver Esta etapa está compuesta por una excitación y el MST Modificado (Mesósfera. en régimen de funcionamiento pulsado. dando a conocer asimismo la información técnica básica de su funcionamiento. Las pruebas realizadas al amplificador construido. de salida de 1. Estratósfera y Tropósfera) alcanzando una potencia pico de 15 KW. Se describe el funcionamiento para operar condiciones normales. y los circuitos sintonizados de entrada y salida de RF. Introducción • Etapa PA El radar principal del ROJ posee un sistema El amplificador PA está compuesto por el tetrodo de cuatro transmisores de alta potencia para la 8973 y circuitos de entrada y salida de RF. así como su función en el desempeño del amplificador. Adicionalmente funcionamiento adecuado del amplificador. Adicionalmente necesita fuentes de polarización y un sistema de enfriamiento por circulación de aire. El amplificador driver está compuesto por el tetrodo 4CX40000G.1. Transmisores del ROJ Comprende el circuito de radiofrecuencia (RF). Figura 1: Etapas de potencia del transmisor del ROJ. La primera de ellas es una etapa de excitación que amplifica la señal hasta los 8 W de potencia. general de todos los elementos electrónicos. y también el montaje del circuito de control. rar de forma independiente o en conjunto. control y tro unidades de transmisión capaces de ope- protección de la unidad. eléctricos y mecánicos. estos transmisores son conectados directamente a la antena cuando el radar funciona en el modo denominado JULIA (Jicamarca Unattended Longterm Investigations of the Atmosphere). indican un funcionamiento que cumple con sus especificaciones.2015 75 . indican un funcionamiento diferentes capítulos para hacer más comprensible que cumple con los requerimientos del amplificador el funcionamiento. Finalmente cuando el radar opera a máxima potencia se utilizan dos etapas Compendio de investigaciones en Geofísica . cuya El sistema de transmisores cuenta con cua- función es dar la secuencia de encendido.5 MW pico nominal o 8973 y circuitos Adicionalmente necesita fuentes de polarización de entrada y salida de RF. como frecuencia de 49. • Etapa Driver La potencia de salida de la unidad es de 100 KW pico nominal. En cada unidad de transmisión la señal que se envía a la antena es amplificada en varias etapas. 2. necesita fuentes de polarización y un sistema de enfriamiento que permiten el funcionamiento El presente reporte describe todas las partes de la adecuado del amplificador. Estos resultados están incluidos en el presente reporte. controla el flujo de electrones presión. fuente de bias.agua y medidores de flujo a la entrada de cada transmisor. de la etapa Driver y Etapa PA cuenta a. dos intercambiadores de calor y cuatro intercambiadores agua . La información utilizada para automatizar el El LookOut PLC también monitorea la señal panel de control local fue suministrada de los planos analógica de la tensión y en caso de producirse eléctricos de las fuentes de filamento. el encendido de la fuente de 20 KV es una de 4.aire. que se cumplan ciertas condiciones.agua y medidores de flujo a la entrada de cada transmisor. Cuenta con una electrobomba de 30 que puede llegar a la rejilla pantalla y a la placa.2 Circuito de baja presión: Este circuito eléctrica. • Fuente de Pantalla La automatización del sistema de enfriamiento Tiene una tensión positiva de polarización respecto al consiste en el arranque secuencial de cada cátodo. calor agua . HP. este relé se • Sistema de Control Automático encuentra en la sala de acondicionamiento. es por ello que se utiliza un relé para permitir el paso de la señal de RF. Desarrollo ellas. recoge los electrones este tubo de vacío utiliza para alimentar uno que han atravesado la rejilla de control y la rejilla de sus electrodos (la placa) una fuente de 20 pantalla. así como del informe elaborado por c) Activación de la señal de radiofrecuencia el personal de operaciones sobre la automatización de la etapa PA en setiembre del 2013. 76 IGPGeofísico del Perú Instituto . Cada tetrodo. • Fuente de Bias: a. KV. cuenta con una electrobomba de 30 HP.1 Circuito de alta presión: Es un circuito con las siguientes fuentes de polarización: cerrado de agua destilada. de un circuito de enfriamiento secundario.3 Circuito secundario: Se utiliza para Con un voltaje negativo respecto al electrodo emisor enfriar el agua de los circuitos de alta y baja termoiónico (filamento). un intercambiador de • Fuente de Filamento: calor agua . También se Antes de que la señal de radio frecuencia RF revisó la tesis de la automatización de la etapa PA pase al sistema de transmisión es necesario realizada por Juan Espinoza. alguna falla la fuente es desactivada.adicionales primero una etapa previa denominada está formado por dos circuitos de agua: uno “Driver” y finalmente la etapa de salida “Power de baja presión y otro de alta presión además Amplifier” comúnmente llamada “PA”. esta polarización sirve para acelerar el flujo uno de los equipos que forman parte del de electrones en su recorrido hacia el ánodo. El filamento emite electrones al elevarse su temperatura cuando es recorrido por una corriente a. fuente de pantalla y del circuito de interlock del panel de control local. un intercambiador de transmisión de señal pulsada. proporcionando en nuestro caso. tensión elegido. b) Activación de la fuente de alta tensión • Fuente de Placa La etapa de salida de los transmisores cuenta Con un voltaje altamente positivo respecto al con el tubo de vacío más potente del mundo. La activación de la fuente ahora la realiza LookOut PLC siguiendo con la respectiva 3. Datos secuencia. un cuales están ligados al interlock de encendido efecto de apantallamiento ajustable por el nivel de de los transmisores. a) Sistema de Enfriamiento El LookOutPLC se encarga de verificar que La etapa de salida del sistema de transmisores se cumplan todas las condiciones para recién cuenta con un sistema de enfriamiento el cual permitir la activación del relé. apareciendo así una corriente de placa. también mencionado sistema y el monitoreo de los sirve para disminuir la capacitancia entre ánodo y la flujos de agua de cada uno de los circuitos los grilla de control. electrodo emisor termoiónico. lo que permite una emisión de electrones cuenta con dos electrobombas de 3 HP que serán recogidos por la placa durante la operando en paralelo. Este voltaje es aplicado de manera y se activan CAM ZERO SET y CAM LL porque controlada hasta alcanzar el nivel de tensión el variac ya está en su nivel mínimo. 5.2 Secuencia de Apagado Normal b) Control de encendido de pantalla Para iniciar el proceso de apagado del transmisor se desactiva el permiso del paso de Bajo el cumplimiento de la última etapa del RF (acción realizada por LookOut PLC). a descender automáticamente y cuando esté por debajo del nivel inferior fijado se desactivará Control disponible al usuario para activar INTERLOCK PA que se envía a LookOut PLC. realizada por LookOut PLC). establecido a 16. el voltaje de filamento aplicado al tubo del continúa descendiendo hasta llegar a 0 voltios transmisor. Encendido y Apagado de la etapa de salida PA El sistema de control local estará conformado por un PLC como unidad central de control 5. • Sistema de Control Local ajusta al nivel de voltaje de filamento requerido. protegiendo al tubo de cambios bruscos de tensión en esta fuente.1 Secuencia de Encendido Normal que reemplazará a toda la circuitería interna del panel de control local. Como uno de los primeros controladores auto sube el voltaje de filamento y activa el nivel pequeños completamente equipados del inferior de voltaje FIL LL e inmediatamente activa mercado.2015 77 . en ambos casos Finalmente LookOut PLC desactiva el sistema los incrementos serán establecidos por la de enfriamiento lo que genera que los sensores velocidad de un motor servo que controla de flujo de aire de filamento. variacs de el sensor térmico de temperatura de agua en la fuente de bias y pantalla.1 PLC local o remotamente activándose el voltaje a la salida de la fuente de Bias y el encendido del El PLC propuesto es de la familia de ventilador que activará los sensores de flujo de controladores SLC 500 de la marca Allen Bradley aire ubicados en filamento y en el circuito pi. 6. esta fuente. sigue siendo el principal estándar INTERLOCK PA que se envía a LookOut PLC. luego INTERLOCK (HV PA). Se procede a apagar el sistema con lo cual se desactiva el c) Control de incremento y disminución de voltaje voltaje de Bias y el voltaje de filamento comienza de filamento. o automático de esta fuente. posteriormente se activará indicadores del circuito de interlock. de la visualización de los medidores locales. Descripción del Sistema Propuesto 5. CIENCIAS DE LA ALTA ATMÓSFERA Pantalla y Placa. con lo cual se inicia el proceso de encendido del transmisor y se activa la fuente de bias. y los controles locales. en controladores lógicos más de una década luego el voltaje de Filamento llega a su nivel después de su introducción en el mercado superior y activa FIL UL con lo cual ya deja girar industrial. la familia SLC 500 mantienen constantes. En consecuencia se manda una señal principal. Al con E/S modulares y basada en chasis. el (acción realizada por LookOut PLC) se activan operario no notará el cambio ya que dispondrá los sensores de agua ubicados en Filamento. Con energizar los Meter Relays sus contactos de múltiples opciones de procesador. mientras opciones de fuente de alimentación eléctrica que los contactos de LOW SET POINT se y amplia capacidad de E/S. numerosas HIGH SET POINT cambian de estado. Las entradas CAM ZERO proporciona una poderosa solución para el SET y CAM LL indican que el voltaje de filamento control industrial autónomo o distribuido de rango está en 0 voltios por lo tanto al cambiar a modo medio. lo que se mantendrá Luego de activarse el Sistema de enfriamiento es el exterior del panel de control. Con la activación de HV PA (acción realizada por a) Control de encendido y apagado del sistema LookOut PLC) se procede a encender la fuente de pantalla ya sea local o remotamente y se Activación de la secuencia del INTERLOCK activa el permiso del paso de RF. se habilitan estos se apaga la tensión de pantalla ya sea local o controles para el encendido de la fuente de remotamente y se desactiva HV PA (acción pantalla del transmisor. después de 5 minutos de apagado el sistema se desactiva el ventilador y por consiguiente El operador puede elegir el incremento manual los sensores de flujo de aire se desactivan. es decir. llaves de protección Placa. de Flujo Ok PA (acción realizada por LookOut PLC) lo que permite encender el sistema ya sea 6. el servomotor y cambiando a modo manual se Compendio de investigaciones en Geofísica .5 VDC. También nominal. pantalla y placa se el transformador VARIAC de entrada de desactiven. indican que los objetivos del presente proyecto fueron cumplidos • 5 Pulsadores locales: 2 para el encendido en forma satisfactoria. 1 local/ remote • Para extender el nuevo sistema de control al resto de transmisores solo se necesita copiar lo realizado en uno de los transmisores. regresan al Control Automático. 1 ubicado en pantalla. 2 para el encendido cuenta con la facilidad de encender operar y y apagado de pantalla y 1 de reset. Como resultado. Recomendaciones 1 estado fijo El sistema actual de panel de control local actual • 4 Sensores final de carrera: ubicado en el usa sobre los relés K38 y K39 que son señales que variac de la fuente de filamento. • 1 Switch térmico: ubicado en placa. corriente en bias. 1 Meter de falle. las pruebas realizadas con él. 1 ubicado • Al automatizar el control local se cuenta con un en escossorb y el último en placa. horario (eleva la tensión de • Facilidades de comunicación filamento). Entre sus ventajas están: 6. ya sea disponiendo de mayor cantidad de entradas y salidas hasta incluso contar con pantallas • 6 Medidores locales: 1 Meter de voltaje en táctiles que monitorean el funcionamiento del pantalla. y. • 1 Switch de 3 estados: 2 estados momentarios (lower local y raise local) y 9. sistema más confiable y dependiendo de las necesidades su funcionalidad se puede extender. 1 Meter de corriente en pantalla. screen on (activa la fuente • Espacio reducido de pantalla). • 2 Switch de 2 estados: 1 auto/manual. fil on (activa la fuente • Fácil programación de filamento). se y apago del sistema.3 Descripción de las salidas del PLC • Alta flexibilidad • 7 Salidas tipo Relé: Bias on (activa la fuente • Poco mantenimiento de bias). que indican flujo ok y la activación de la fuente de alta tensión. 78 IGPGeofísico del Perú Instituto . ventilador. Conclusiones • 5 Switch de flujo de agua: 2 ubicados en filamento. supervisar de forma remota el control local de los Transmisores del ROJ.2 Descripción de las entradas al PLC control que existe actualmente cumpliendo con el funcionamiento del control local de la • 2 Switch de flujo de aire: 1 ubicado en etapa PA. donde 12 salidas muestran el estado del funcionamiento El prototipo del sistema estrá conformada de de la secuencia de interlock y los otros la siguiente manera: indican en donde se presentó la falla del circuito de interlock. • Chasis de 7 ranuras • Fuente de alimentación 7. Resultados • CPU SLC 5/02 • Módulo de entradas digitales El funcionamiento del panel de control local • Módulo de salida tipo Relé de la etapa PA del transmisor fue probado por • Módulo de salida tipo TTL 5V los operarios usando un PLC virtual y una interfaz gráfica similar al exterior del panel de 6. • Expansibilidad • Confiabilidad • 24 Salidas tipo TTL 5V. interlock PA (indica • Fácil detección de fallas secuencia de interlock correcta). control local y muestren alarmas en caso algo 1 Meter de voltaje en bias. filamento y el otro en el circuito pi. 1 Meter de voltaje en filamento y 1 Meter de corriente de la • El sistema desarrollado constituye un prototipo bomba de iones. 8. aAntihorario (disminuye la • Auto diagnóstico tensión de filamento). sin embargo en este nuevo diseño esos relés serán reemplazados por el • 2 Contactores: Vienen del PLC principal contactor de Bias On y Screen On respectivamente. mientras que en estado inactivo es entre <4. es decir. Universidad de Piura.2015 79 . 2006. Facultad de Ingeniería. mi eterna gratitud al personal del área de operaciones. Automatización del encendido de los transmisores principals del Radio Observatorio de Jicamarca. Agradecimientos Mi agradecimiento al Radio Observatorio de Jicamarca. Bibliografía Espinoza. pp. Perú. Piura. CIENCIAS DE LA ALTA ATMÓSFERA Compendio de investigaciones en Geofísica . que en estado activo su voltaje es entre <0-0.El módulo de Salidas tipo TTL 5V del sistema propuesto están configuradas de manera invertida. 10. 5-10. Asimismo. Tesis (Licenciatura para Ingeniero Mecánico Eléctrico). 11.5-5-5 VDC>. Juan Carlos.4 VDC>. por haberme brindado un ambiente agradable de trabajo y la logística necesaria para realizar este proyecto. Palabras clave: FPGA.edu. IMPLEMENTACIÓN DE LVDS EN UN FPGA PARA ADQUISICIÓN DE DATOS (JARS 2. LVDS. una de sincronización y 4 líneas de comunicación. Keywords:
[email protected] Resumen El presente trabajo expone los métodos utilizados para la conexión de dos tarjetas basadas en FPGA a través del protocolo diferencial LVDS (Low Voltage Differential Signaling). The system was implementated in a Zed Board and a SP601 board by Xilinx.D Universidad de Ingeniería y Tecnología Radio Observatorio de Jicamarca Facultad de Ingeniería Electrónica luis. Multiplexor 80 IGPGeofísico del Perú Instituto . Multiplexor Abstract This work presents the methods used for the connection of two FPGA-based boards between the differential protocol LVDS (Low Voltage Differential Signaling). LVDS. The communication consists in a clock sent through an LVDS connection. a syncronization line and four lines of data. La comunicación se realiza con una línea de reloj. and these boards were connected by an auxiliary FMC-LPC board for the LVDS communication over SATA cables. Ph. las cuales llevan la información multiplexada de 32 bits.1) Luis Armando Sanchez Tapia Asesor: Jorge Ortiz.1) LVDS Implementation in a FPGA for data acquisition (JARS 2. La implementación se desarrollo sobre una tarjeta Zed Board y otra SP601 de Xilinx conectadas con tarjetas auxiliares para la comunicación LVDS sobre cables SATA. carrying 32 bits of multiplexed information. Tarjeta auxiliar FMC-LPC a SATA. se optó en una nueva versión de JARS (2. de recepción de datos. Generator. y la tarjeta de control. la cual recoge la información obtenida de otras tarjetas Figura 1. que La instalación inicial incluye: se ocupe de los procesos de transmisión de la información. • Conectar las tarjetas SP601 y Zed Board a la computadora por medio de su cable USB-JTAG. Las tarjetas basadas en FPGA (Zed Board y SP601) cuentan con soporte para el estándar Low-Voltage Differential Signaling(LVDS). a tierra. que son mucho más comunes y fáciles de conseguir. Materiales La implementación del sistema sobre dispositivos lógicos programables para efectuar la lógica y el El sistema estuvo compuesto por el siguiente manejo de los datos implica su codificación en entorno de desarrollo: “lenguaje de descripción de hardware (HDL)”. En las primeras versiones del sistema JARS (1. Debido a la dificultad de conseguir los cables compatibles con dichos conectores en cantidades de unas cuantas unidades. Dentro de las ventajas que del estándar LVDS se encuentran: soporte para velocidades de transmisión de hasta de 3 GHz. Se compone de dos tarjetas principales y otras tarjetas de adquisición y procesamiento de las señales del radar. Estas líneas SATA se componen de 2 pares diferenciales con la respectiva conexión Figura 2. Las tarjetas auxiliares (Figura 2) corresponden a una adaptación realizada en el Radio Observatorio de Jicamarca (ROJ) para sustituir los cables FMC-LPC por cables SATA.1) se utilizaba un conexión paralela usando conectores FMC-LPC entre ambas tarjetas. que • ISE Design Suite 14. iMPACT) Dentro de los cambios realizados al sistema JARS • Tarjeta FPGA SP601 de Xilinx 1.0) la utilización de una tarjeta auxiliar para reemplazar dicha conexión paralela por cables SATA diferenciales (Figura 4). utilizando un proceso de multiplexación de las líneas de datos. PlanAhead. con 2. Introducción El sistema de adquisición de datos del radar del Radio Observatorio de Jicamarca (JARS) forma parte de los sistema utilizados en el radio observatorio para el estudio de los fenómenos físicos en la ionosfera. Diagrama del sistema JARS 2. Tarjeta de Evaluación SP601 (izquierda) y Zed Board (derecha).0 y 1. Igualmente se referencia sus manuales de usuario en [1] y [6] respectivamente.7 de Xilinx (ISE.1 se encuentra el reemplazo de los CPLD (Complex • Tarjeta FPGA Zed Board de AVNET Programmable Logic Device) por FPGA (Field • Tarjeta FMC-LPC a SATA [7] (x2) Programmable Gate Array) debido a la facilidad del FPGA para implementar lógica compleja. Compendio de investigaciones en Geofísica . que comunica el sistema con la computadora.5 V y 3.5 mA. que es un protocolo físico desarrollado por IEEE que aprovecha los pares diferenciales para transmitir datos a alta velocidad. Las tarjetas SP601 de Xilinx y ZedBoard de AVNET pueden en las figura 1. recibiendo comandos y enviando de vuelta los datos requeridos.0 comunicado por SATA (LVDS).2015 81 . La tarjeta de bus.1. CIENCIAS DE LA ALTA ATMÓSFERA El uso de cables SATA trabajando sobre LVDS a alta velocidad permite reducir las líneas de comunicación de datos en paralelo a unas cuantas líneas seriales Figura 3. Core en este caso fue: VHDL. y un bajo consumo de energía. 2. cuantos kilohertz. algo que no podía La primera etapa del diseño del sistema se centro hacerse mediante código. Figura 5. el multiplexor solo envía ceros. Dicho de reloj por los canales designados dentro del FPGA registro tiene la longitud de la cantidad de entradas para no obtener retardos en la señal y por tanto un que ingresan al multiplexor. primero en paralelo y luego Para lograr reducir estas señales paralelas y multiplexada. Por ultimo se funciones especiales que habilitan hardware activaron las mismas en la tarjeta receptora mediante especialmente optimizado para tal función. cables SATA. Las siguientes secciones describen enviarlas por una sola conexión SATA de una tarjeta los métodos utilizados para enviar el reloj mediante a la otra se procedió con el diseño del multiplexor y LVDS. Las terminales TMO y TMI [7] tuvieron que hizo en la primera etapa del proyecto. DIFF TERM al valor TRUE. En este punto. para luego. siendo en los primeros intentos unos del mismo nombre en cada una de las tarjetas. de la señal en paralela conectada al bloque. por lo que los paquetes no son enviados de forma continua. empezando desde el bit más significativo hasta el menos significativo. no se reinicia. de la serie 6. que es el que seria adaptado El multiplexor se basa en un bloque serializador dentro del sistema JARS 2. y por tanto. 3. El resto del tiempo que el pulso de sincronización esta activado. en el caso de la tarjeta Zed Board perteneciente a la serie 7. una vez que el contador termina de contar cada uno de los bits del paquete. un dispositivo primitivo que no era posible programar la tarjeta Zed board especial fue utilizado en ambas tarjetas llamado desde la herramienta de Xilinx Impact porque esta Differential Clock Input Buffer IBUFGDS encontrado automáticamente reconocía como parte de la cadena también en el language templates del ISE 14. En el editor de constraints Plan Ahead se procedió 3. la cantidad diseño ineficiente [4]. Método a desactivar las resistencias de 100 ohmnios en los terminales LVDS del transmisor. Esto último se realizó definiendo salidas y entradas diferenciales respectivamente. por lo que se mencionara en encontrar los dispositivos primitivos disponibles más adelante en las recomendaciones que se utilice según el modelo del FPGA para implementar esta herramienta en todo momento.3 De multiplexor 3. Diagrama de bloques del sistema a ser implementado. Adicionalmente.7. Los las configuraciones disponibles en la declaración del primitivos fueron : OBUFDS y IBUFDS para las dispositivo primitivo.2 Multiplexor Finalmente se procedió a las pruebas para el envío de información. que es el valor que envía mientras este en estado de espera al comando de envío. 3. para la conexión entre tarjetas se utilizó Los primitivos de reloj usados en el envío de la señal la tarjeta de adaptación FMC-LPC a SATA [7] con de reloj fueron los registros diferenciales ODDR. El cual comienza con la serialización 4). El capaz de mantener una señal legible por la tarjeta contador indica los datos almacenados en el registro 82 IGPGeofísico del Perú Instituto .0 para la comunicación que es activado con la generación del pulso de entre la tarjeta de bus y la tarjeta de control (Figura sincronización. Al final de esta implementación se obtiene el diseño de la Figura 5. Luego. de programación a la tarjeta auxiliar. el contador Como parte del desarrollo se tuvieron que buscar pasa por dos buffers que retrasan su acción sobre los dispositivos primitivos capaces de rutear la señal el registro que almacena los bits entrantes. Luego de pasar por modificación que se tuvo que realizar a la tarjeta estos registros la señal de reloj podía ser enviada a auxiliar FMC-LPC que se conectaba a la tarjeta través de los buffers de salida diferencial tal como se ZedBoard. sino que solo se envían una vez por cada flanco de subida de la señal de sincronización. receptor.• Conectar las tarjetas FMC-LPC a los conectores receptora. En el caso de ser unidas con puntos de soldadura tras comprobar la recepción de esta señal. una vez activados las resistencias diferenciales en la tarjeta receptora • Conectar a estas tarjetas FMC-LPC los cables pasar a ser varias decenas de gigahertz. SATA necesarios para la transmisión. y el registro ODDR2 para el caso de Un punto de importante en esta etapa destaca la la tarjeta SP601.1 Envío del Clock entre tarjetas El demultiplexor opera solo cuando la señal de sincronización se activa. para diseñar el transmisor y por ultimo el el demultiplexor. Parte también de esta etapa de cuentas que realizará tanto el contador del se centro en verificar hasta que frecuencia era multiplexor como el contador del demultiplexor. el reloj Figura 7. es que durante la implementación del un pulso de confirmación para eliminar este dato. Este la señal de sincronización se activa durante cierto buffer actua como una pila en donde cada vez que periodo de tiempo. que a su vez. para luego desactivarse y volver llega un nuevo data se ubica en el tope de esta. en la Figura Debido a que la señal de sincronización demora 6. contado en ciclos de reloj.4 Bloques de control Figura 6. Esta señal. este caso representado por la señal amarilla en las figuras. a estar encendida otro periodo de tiempo. diseño. la duración del pulso del botón que indica Entonces la pila se desplaza un nivel y el próximo el envío de datos tomara mucho más que los 500 dato más antiguo estará listo para ser leído. el sistema requiere hacerlo así. En esta hasta que los datos lleguen al demultiplexor. sirve para indicarle a otros bloques del los datos originales están en celeste. se recuperan los el demultiplexor no opera. en este caso de 8 bits para cada permanente de ceros. datos ha llegado correctamente. De esta manera se simula lo más cercano a la realidad al momento de la implementación. etapa descrita en la sección de desarrollo. cargados los datos en el buffer de entrada del transmisor. No se podrá enviar nueva información a la última parte del diseño del sistema. también vuelve al 4. algunos periodos más de tiempo en desactivarse de lo que el multiplexor demora en enviar todos los datos de su buffer de entrada. llamada cmd línea. mientras sistema en la tarjeta receptora que el paquete de que los bits serializados se muestran en morado. en CIENCIAS DE LA ALTA ATMÓSFERA calibrado según el retardo obtenido en la señal. se envía un pulso de un ciclo de reloj para enviar la información. El primero de ellos se encuentra en la tarjeta transmisora. La simulación de las Figuras 8 y 9 corresponden a 60 MHz. tiene una salida datos enviados.1 Simulación Durante la obtención de los datos almacenados en Se presenta primero la simulación donde se el registro es importante añadir que una máquina procesan los datos para ser enviados de forma de estados detecta cuando se ha terminado de serial.2015 83 . Estos datos se muestran en color amarillo. un bloque recibe la señal que indica decodificados de forma correcta.del demultiplexor. que es determinado por la cantidad de bits a multiplexar los datos son leídos desde el fondo de la pila y más 3. solo se puede observar el comienzo. Resultados estado inicial cuando la señal de sincronización se vuelve cero. La razón de una vez que son obtenidos. puesto que mientras su continuación en la Figura 7. 4. data ready. 3. Por esta razón el pulso que indica los datos listos en el receptor se añada desde el periodo de pruebas. Compendio de investigaciones en Geofísica . corresponde al reloj de operación al cual se enviaran los datos y en el caso de este sistema. La última parte del desarrollo del sistema se compone de bloques externos que permiten controlar el envío de la información desde una tarjeta FPGA a otra mediante pulsos. se puede esta restricción se implementa con un contador observar la señal que indica enviar los datos. la señal en color que los datos han sido recibidos con éxito en el morado. nano segundos que le toma al sistema enviar todos los datos aproximadamente. y la señal que indica que los datos han sido Por ultimo. Debido a la duración de la señal de sincronización. En rojo se puede observar también como demultiplexor y los almacena en un buffer. Simulación 2 parte 2. y los resultados del proceso en la Figura 7. Simulación 1 parte 1. se terminan enviando ceros al finalizar el envío de la información. Tal como se puede ver en el Figura 6 y serializar los datos enviados. 0. se puede observar en la Figura 10 la de las terminaciones positivo y negativo de los pares señal que contiene los datos. herramienta de Xilinx. Estos datos luego fueron conexión de cables SATA sobre LVDS. 5. la señal no iba directamente del transmisor al receptor. En un primer momento se configuraron apropiadamente usando el editor de ucf. Pero estas configuraciones manuales llevaron a conflictos dentro del entorno del sistema. Figura 11. En caso se utilice el ucf editado directamente por texto. en nuestro caso remover. se recomienda utilizar los archivos ucf proporcionados por Xilinx en las páginas de soporte 4. La recomendación más importante de la segunda etapa corresponde a la edición de los constraints Tras la implementación sobre dos tarjetas del mediante el Plan Ahead. terminales diferenciales. La importancia de esto radica en que solamente es posible cambiar. la resistencia del terminal diferencial en la tarjeta transmisora mediante la herramienta Plan Ahead. Simulación 2 parte 1. Discusión Figura 9. en azul. Figura 8. [1] y [5]. Se parte importante de las dificultades causadas en las encontró determinante la correcta configuración de pruebas e implementaciones se debió a que al no las resistencias de los terminales diferenciales para estar correctamente configurada la resistencia en los alcanzar velocidades superiores a 1 MHz. Una módulo encargado de enviar la señal de reloj. Se espera decodificados y se muestra en la siguiente figura que una versión posterior de esta tarjeta auxiliar se anexada (Figura 11) como la señal que indica la corrija este aspecto. Comparando data enviada con data interna. correcta demultiplexacion de los datos se enciende durante un pulso.2 Implementación de sus tarjetas. en amarillo. y la señal de diferenciales en la tarjeta auxiliar FMC-LPC para la sincronización. tal como se describió en las recomendaciones de la etapa primera. Simulación 2 parte 2. Comunicación LVDS y SYNC a 10 MHz 84 IGPGeofísico del Perú Instituto . En la implementación de la simulación descrita Otra recomendación importante radica en el ruteado previamente. afectando severamente la calidad de la señal al aumentar la frecuencia. Figura 10. y esto es algo a tener en cuenta para la reproducción de este proyecto en la futura implementación del JARS 2. 2). UG518 (v1. Compendio de investigaciones en Geofísica . Spartan 6-FPGA SelectIO Resources. Joaquin Verastegui y al Ing. Miguel Urco por su apoyo y cruciales concejos en el desarrollo de este proyecto. Fueron identificados potenciales focos de error y fallas en el sistema actual.0. XILINX. como el ruteado en la tarjeta auxiliar FMC-LPC a SATA y el grabador de FPGA basado en Papilio para el FPGA de transferencia en el sistema JARS 2. (v2. Zed Board Master UCF. UG382 (v1.0. Spartan 6-FPGA Configuration. Marzo 2015. 7.2015 85 . Como trabajo futuro se establece unificar el diseño de este sistema con el modulo Ethernet realizado por otro estudiante del programa de practicas. Conclusiones La conexión de dos tarjetas basadas en FPGA se realizó de forma efectiva utilizando cables SATA junto con dos tarjetas auxiliares FMC-LPC. Diciembre 2014. AVNET. (vC. Esquematico en Eagle de tarjeta FMC-LPC a SATA. Bibliografía XILINX. UG380 (v2.9). Zed Board Hardware User Guide.6. XILINX. Setiembre 2012.14). Las velocidades alcanzadas para recuperar las señales enviadas con precisión fue de 80 Mhz. CIENCIAS DE LA ALTA ATMÓSFERA XILINX. a mi asesor el Dr. Octubre del 2014. AVNET.7).0 y la tarjeta SP601. que sería la tarjeta que reemplazaría a la tarjeta de control en el nuevo sistema de JARS 2. Enero 2014. UG381 (v1. SP601 Hardware User Guide.6). una señal de sincronización y 4 líneas seriales de datos multiplexados.2). Jorge Ortiz. Febrero 2015. Agradecimientos Mi agradecimiento al Radio Observatorio de Jicamarca. 8. Por último se espera implementar estos diseños sobre la tarjeta de transferencia del JARS 2. Febrero 2014. con una señal de reloj. Radio Observatorio de Jicamarca. Asímismo mi sincero agradecimiento al Ing. Spartan 6-FPGA Clocking Resources. pe Resumen Se ha desarrollado un sistema de procesamiento de imágenes escaneadas de magneto- gramas obtenidos en el Observatorio Magnético de Huancayo. Finally. and an interest curve extraction stage. 86 IGPGeofísico del Perú Instituto . The results obtained through this project show that it is possible to recover a high percentage of the measurements. sugestions are presented in order to tackle the problem of higher complexity curve detection in future research. Finalmente se presentan recomendaciones para enfocar el problema de la detección de las curvas más complejas en investigaciones
[email protected] Pontificia Universidad Católica del Perú Radio Observatorio de Jicamarca Facultad de Ciencias e Ingeniería jorge. Los resultados obtenidos en este proyecto muestran que es posible recuperar un alto porcentaje de las mediciones. y una etapa de extracción de las curvas de interés. Abstract We have developed an image processing system for scaned images of magnetograms obtained at the Magnetic Observatory of Huancayo. Ph. El sistema propuesto consta de una etapa de preprocesamiento o acondicionamiento de la imagen (basada en opera- dores morfológicos y análisis de componentes conectados). mainly those that do not vary strongly over time. The proposed system consists of a preprocessing stage (based on morphological operators and connected component analysis). DIGITALIZACIÓN DE HISTORIAL DE IMÁGENES DE MAGNETÓGRAFO MAGNETOGRAPH IMAGE RECORD DIGITALIZATION Jorge Quesada Pacora Asesor: Jorge Ortiz. principalmente aquellas curvas que no presenten variaciones drásticas en el tiempo. dada la dificultad inherente a realizar dichas tareas mediante inspección visual. digitalizar las mediciones del campo magnético haciendo uso de las librerías matplotlib. terrestre realizadas por el magnetómetro ubicado numpy y PIL. es el ángulo que forma el vector magnético terrestre. se explica la naturaleza de los datos a procesar.1.Representación del vector campo magnético terrestre Compendio de investigaciones en Geofísica . Imagen ejemplo filtrada y umbralizada Figura 1. para finalmente dar las conclusiones y recomendaciones del caso. Por otro lado. Si bien se cuenta con un historial valor variable. con el fin de suavizar la imagen y El campo magnético de la tierra es usualmente eliminar posibles diferencias de iluminación en la representado como un vector tridimensional. de imágenes de los datos tomados. Esto se hace con la finalidad morfológicas y análisis de componentes conectados de tener un historial de dichas mediciones para algún (ACC) para eliminar las líneas verticales. en imagen.2015 87 . Preprocesamiento Se tiene un historial de imágenes obtenidas por el magnetómetro analógico. las cuales han sido El primer paso del preprocesamiento es aplicar manualmente escaneadas. Datos CIENCIAS DE LA ALTA ATMÓSFERA 3. el Radio Observatorio de Jicamarca (ROJ) es una de las sedes del Instituto Geofísico del • D: declinación. Dado que los datos son tomados por un magnetómetro Durante la segunda mitad del siglo pasado. un filtro mediano seguido de una umbralización adaptativa. es el ángulo entre el Norte Perú. Figura 2.1. Para el análisis de las imágenes se utilizó el En este contexto. función de tres componentes: Figura 3. Ejemplo de imagen tomada por el magnetómetro 2. el presente proyecto busca lenguaje de programación Python versión 2. el Observatorio campo magnético (F) con respecto a su Magnético de Huancayo (también sede del IGP) es proyección en el plano horizontal (H) un observatorio que se dedica. los cuales fueron almacenados en tiene un número de curvas o mediciones con valor papel fotográfico y finalmente digitalizados mediante constante en el tiempo. a la continua medición del campo magnético terrestre. El análisis se divide principalmente en en Huancayo. Introducción • H: es la intensidad en la dirección del norte magnético Actualmente. y cierto número de curvas de su escaneo. scipy. este de torsión (el cual se basa en un sistema de imanes observatorio generó dichos datos mediante un suspendidos que calculan magnitudes relativas a magnetómetro analógico (recientemente sustituido un valor base obtenido a partir de un imán fijo) se por uno digital). Primero. y extracción estudio futuro sobre el comportamiento del campo de curvas para identificar las mediciones de interés. Luego se procede a explicar el método empleado para el desarrollo del proyecto en sí. magnético (H) y el Norte geográfico (X) Una de las tareas que realiza es el estudio de la relación entre el electrochorro ecuatorial y el campo • I: inclinación. Este trabajo está estructurado del modo que se explica a continuación. magnético terrestre en los años en que los datos fueron tomados. entre otras tareas. Método viable. Posteriormente se mostrarán los resultados obtenidos. un análisis estadístico o macroscópico de los mismos no es 3. mediante el procesamiento de las dos etapas: preprocesamiento basado en técnicas imágenes escaneadas. centrado en el estudio de la ionósfera ecuatorial.7. La lógica es sencilla: si un objeto detectado es verticalmente grande y además está incluido en un objeto diagonalmente grande. Asimismo. Figura 6. Resultados Luego de esta etapa se procede a esqueletizar la imagen. Figura 4. se aplica una apertura seguida de dos cerraduras • Para la detección de líneas horizontales. se verifica que se cumpla con condiciones de continuidad (para evitar saltos de una curva a otra) así como de horizontalidad (para el primer ciclo) e independencia (para el segundo). expansión se realiza buscando preservar el valor promedio de la curva. • Para la detección de las curvas variables o dinámicas. se elimina.El siguiente paso es aplicar un ACC con criterio de A partir de dicho punto inicial. Si un objeto es extenso en el eje vertical pero no cumple con la segunda condición. expansión puede realizarse de acuerdo a uno de Para eliminar el ruido y cerrar las grietas que esta dos criterios: eliminación pueda provocar en las curvas de interés.2 Extracción de curvas La extracción de curvas se realiza en dos “ciclos”: en el primero se busca detectar todas las curvas de valor constante o líneas horizontales. con el fin de simplificar las curvas al máximo A continuación se muestran algunos ejemplos de posible sin perder información y reducir lo que resta los resultados obtenidos en diversas imágenes. En 15 pixeles (resolución del análisis) con el fin de ese contexto. Por último se realiza un ACC comparativo entre criterios vertical y diagonal. Imagen de prueba 1 y resultado correspondiente Figura 5. y en el segundo se busca detectar todas las demás. El punto de partida es un corte vertical en algún punto de la imagen que determina el inicio de cada curva (en la implementación actual dicho corte se realiza en la coordenada horizontal 150). Dependiendo del “ciclo” en ejecución la son considerados líneas verticales y eliminados. Imagen ejemplo con eliminación ACC vertical 4. posiblemente se trata de un segmento creciente o decreciente de una curva de interés. la expansión se realiza buscando preservar el promedio de las derivadas más recientes. la morfológicas. de las líneas verticales. aquellos objetos cuya área sea encontrar el “mejor punto siguiente” para expandir mayor a cierto valor umbral (50 en este caso) la curva. y se conserva. Imagen ejemplo con esqueletizacion y eliminación ACC comparativa 3. 88 IGPGeofísico del Perú Instituto . para cada curva conectividad-2 vertical para agrupar los “objetos se realizan cortes verticales consecutivos cada binarios” en función de su extensión vertical. lo cual facilitaría un posterior análisis de dichos datos para su conversión a Figura 8. CIENCIAS DE LA ALTA ATMÓSFERA 7. Recomendaciones • Con el fin de facilitar la detección de la curva H. Imagen de prueba 2 y resultado correspondiente El procesamiento de las imágenes de magnetogramas escaneados. Algunas curvas (mayormente las de valor constante) parecen haber sido generadas con mayor intensidad que el resto (probablemente debido a la superposición de dos trazos). permite llegar a las siguientes conclusiones: • Se ha verificado una implementación exitosa de la etapa de preprocesamiento. Figura 9. Imagen de prueba 4 y resultado correspondiente Compendio de investigaciones en Geofísica . La curva parcialmente detectada (H) posee un comportamiento drásticamente más dinámico que las demás. particularmente en los magnetogramas tomados durante tormentas magnéticas • Las curvas horizontales y moderadamente variables han sido detectadas prácticamente en su totalidad. • Se requiere un mayor procesamiento de la imagen en la etapa de extracción de curvas para detectar la curva que representa a la magnitud H. lo cual se manifiesta en un “reflejo” en la imagen resultado (caso de la imagen de prueba 3). en lugar de cada cierta cantidad de pasos (el patrón detectado funcionaría como guía para orientar la dirección de la búsqueda). pero esta vez expandiendo píxel a píxel.2015 89 . logrando aislar las curvas de interés del resto de la imagen. Conclusiones Figura 7. una opción sería sustraer o eliminar aquellas curvas ya detectadas de la imagen binaria. reduciendo así las posibilidades de error al realizar la búsqueda. y requiere etapas posteriores de procesamiento para ser adecuadamente detectada. 5. Imagen de prueba 3 y resultado correspondiente las unidades reales de los componentes del campo magnético terrestre. • Se puede mejorar la resolución de las curvas detectadas realizando nuevamente la extracción una vez ya detectadas las curvas. Discusión Se observa que las curvas de valor constante y aquellas moderadamente variables se detectan de acuerdo a lo esperado. dada su alta variabilidad en el tiempo. 6. . B. A general approach to connected component labelling for arbitrary image representations. no 2. el Dr. por haberme brindado un ambiente agradable de trabajo y la logística necesaria para realizar este proyecto. Agradecimientos Mi agradecimiento al IGP. Samet H. 9. pp 523-540 Dillencourt M. (1996). Guide for magnetic measurements and observatory.8. (2007). J. E. C. 90 IGPGeofísico del Perú Instituto . Warsaw 1996. Prentice Hall: New Jersey. Digital Image Processing. and Tamminem M. Bibliografía Jankowsky J. ACM. and Woods R. pp 253-280. pp 54-60 Gonzales R. Vol 9. Asimismo. (1992). mi gratitud a mi asesor del proyecto.. Jorge Ortiz. particularmente al Radio Observatorio de Jicamarca. The data used include Equatorial electrrojet presence and not. Ph. Para evaluar el método se utilizan datos obtenidos con el radar principal de Jicamarca en el año 2007. that often is visualized as light or detected by radars. En el presente trabajo se presenta un método que permite que permite detectar meteoros de alta potencia y discriminar sus dos partes principales: cabeza y cola.pe Resumen Un meteoro es un fenómeno que ocurre cuando una partícula ingresa desde el espacio a la atmósfera teniendo como consecuencia una enorme transferencia de energía. Jicamarca Radar Compendio de investigaciones en Geofísica .2015 91 . Information given by meteors is used in mesosphere studies and to make wind profiles. In the present work. data obtained using the principal Jicamarca’s radar in year 2007 is used. Keywords: Meteors.D Pontificia Universidad Católica del Perú Radio Observatorio de Jicamarca Facultad de Ciencias e Ingeniería
[email protected]. Palabras clave: Meteoros. To test the method. Radar de Jicamarca Abstract A meteor is a phenomena that occurs when a particle enters from outer space to athmosphere producing an enormous energy transfer. DISCRIMINACIÓN DE CABEZA Y COLA EN DATOS DE METEOROS DE ALTA POTENCIA OBTENIDOS CON EL RADAR DE JICAMARCA HEAD AND TRAIL DISCRIMINATION IN HIGH POWER METEOR DATA OBTAINED WITH JICAMARCA RADAR Héctor Francisco Chahuara Silva Asesor: Danny Eddy Scipión Castillo. Electrochorro ecuatorial. a method is presented that allow to detect high power meteors and to separate its two principal parts: head and trail. los cuales presentan meteoros en presencia del Electrochorro ecuatorial y sin presencia de este. La información que se puede extraer de un meteoro es usada en estudios de la mesósfera y en la construcción de perfiles de vientos. Equatorial electrojet. extraer solo una el radar. entonces. es decir. destaca el uso de radares para la detección de ecos de meteoro. no todas las transferencias de energía pueden ser vistas. entonces. 3. entre otras problema de sobremuestreo. Fig 1: Disposición del radar de Jicamarca para la toma de datos. en ocasiones puede producirse como emisiones de luz. Método de lograr un adecuado procesamiento de señales que permitan el estudio del espacio y la atmósfera. Debido librerías usando el lenguaje de programación Python. 2007) es modificado una versión del proyecto Signal Chain.1 Pre procesamiento de datos crudos En cuanto al desarrollo de software se han usado diversos lenguajes de programación como En el Radio Observatorio de Jicamarca. obtención de características lo suficientemente grande para no tener el y discriminación de partes de meteoro. C++. que el algoritmos que permitan el procesamiento de señales ancho de muestreo en alturas sea mucho mayor necesario para una adecuada discriminación de al número de baudios transmitidos. Datos como la Relación Señal a Ruido (SNR). se utilizan otras técnicas para su observación y estudio. es decir. donde estas son el rango de altura. parte de la matriz con la cual se trabajará. filltrado. Un meteoro es un fenómeno que se produce cuando una partícula o cuerpo ingresa desde el espacio hacia la atmósfera. 2013). en una solución a este problema que consiste en la cual se han implementado y modificado rutinas de promediar un número de muestras consecutivas decodificación. Esta disposición se altura. por lo cual. Entre ellos. es método implementado ha sido probado primero en las posible removerlo si se filtran las componentes muestras del día seis de mayo para comprobación de de baja frecuencia del voltaje de entrada. Entre ellas. C. es posible que los datos hayan sido El presente estudio contempla la implementación de sobremuestreados en altura. los meteoros son fenómenos que han atraído la atención a su estudio desde el siglo pasado. Para ello. los datos de voltaje obtenidos por el radar se Signal Chain es uno de los proyectos de software guardan en formato . la cual. a que los meteoros analizados en el presente Los métodos implementados permiten desde el proyecto ocurren solo en un determinado rango procesamiento de datos crudos hasta la obtención de alturas. El proceso ecos de cola y cabeza de meteoros. se define una función que implementa ecuatorial mientras que los datos del día seis de un filtro pasoalto.1. sin embargo. Sin embargo. Introducción funcionamiento y luego en el día siete de mayo. los cuales permiten conocer mejor el espacio y la atmósfera. radar (Suárez. la primera tarea será de parámetros importantes de señales captadas por seleccionar alturas. Se usan 1 canal de En el Radio Observatorio de Jicamarca se realiza transmisión y 3 de recepción A. Estos datos fueron tomados usando el radar principal de El sector de la atmósfera llamado Baja Termósfera Jicamarca usando una disposición especial gracias comprende las zonas ubicadas entre 0 y 100 km de a que este puede modularizarse. desarrollo de hardware y software con el objetivo 3. entre otros. se ha de Integraciones Coherentes (Galindo. Las muestras del día siete de mayo solo para datos en presencia de electrochorro corresponden a datos en presencia de Electrochorro ecuatorial. por lo cual las estrellas fugaces han sido asociadas con este fenómeno. En el Radio Observatorio de Jicamarca han sido estudiados varios de estos fenómenos. Sin embargo. el siete de mayo y el seis de mayo del integraciones coherentes es menor. Esto permite mejorar tanto el problema de sobremuestreo 2. 92 IGPGeofísico del Perú Instituto .r (rawdata) que almacenan desarrollados en Jicamarca el cual consiste en el uso los datos de voltaje como matrices de 3 de software libre para procesamiento de señales de dimensiones. para luego tomar que permiten lograr ese fin. al tenerse menos muestras. MATLAB. Debido a que el electrochorro mayo corresponden a datos sin presencia de EEJ. el promedio como el dato a operar. El se comporta como una constante. IDL. año 2007. Dentro de este sector ocurren fenómenos que detalla en la siguiente figura: han sido estudiados intensivamente. lo cual produce una transferencia de energía. para lo cual se han desarrollado número de perfiles y número de canales. Ensamblador. el ancho Se han utilizado muestras realizadas durante de banda de la señal a analizar luego de las dos días. B y C. Finalmente. . Coherencia sin codificar para lograr ese fin. se usa el meteoros algoritmo de Hildebrand -Sekhon (Hildebrand y Skehon. su nombre proviene del efecto Doppler la detección de meteoros y discriminación de que relaciona variaciones de frecuencia con cabezas y colas. 1974). según se necesite en lag ζ. el cálculo del mencionados.2.3.3. se puede plantear primero el uso de una umbralización Compendio de investigaciones en Geofísica . se puede notar que la SNR procederá de acuerdo a: velocidad de la cabeza del meteoro puede llegar a valores extremadamente altos (cerca a los 3700 Km/h) en comparación con la cola del meteoro (la cual no sobrepasa los 150 Km/h) (Sugar et al.2. Este parámetro es utilizado para la hacer esto. 3.3 Discriminación de cabeza y cola de existente en la señal decodificada. el cual es de procesamiento. Usando estos resultados y observaciones preliminares. de ruido en la señal de entrada. La decodificación usada fue un parámetro normalizado entre 0 y 1 que mide propuesta en (Galindo. Se define como sigue: Donde So(t). Relación Señal a Ruido (SNR) El parámetro SNR es usado para la detección de ecos de cabeza y cola de meteoros y se CIENCIAS DE LA ALTA ATMÓSFERA define como la relación entre la potencia de una Donde Ts es el período de transmisión de los señal entre la potencia del ruido con la que está pulsos de radar. Decodificación Donde el nivel de potencia de la señal Si se calcula como el promedio de las autocorrelaciones de los Debido a que se desea obtener el mayor SNR canales en el lag 0 y N es el nivel de ruido en dB. Debido a ello. Sin embargo.j es la coherencia entre los canales la señal transmitida por el radar y el código Barker i e j y rijζ es la correlación entre los canales i e j respectivamente.4. 2010) y el SNR para la cabeza es generalmente mayor que el valor de SNR de la cola. se Las correlaciones son representadas como decodificará para la máxima velocidad doppler. los datos recepcionados por el radar deben El parámetro de Coherencia se refiere a la decodificarse antes de proceder con otros tipos coherencia temporal de primer orden. Se calcula de la cálculo de las correlaciones entre canales y siguiente manera: autocorrelaciones por canal. el cual permite estimar el nivel Una vez calculados los parámetros ya de ruido en decibeles (dB). Fases entre autocorrelaciones cuenta la ambigüedad. λ es la longitud de onda del radar contaminada la señal.1.3. matrices de elementos complejos por lo cual mientras que para las colas no será necesario poseen fase.3. Estos tienen como base el variaciones de velocidad. detección y caracterización de meteoros. Donde es la potencia y ACF es el promedio de autocorrelaciones por de la señal de entrada sin ruido y es el nivel canal.3.3. el proceso de decodificación tiene que tomar en 3. Velocidad Doppler Varios parámetros y variables son calculados La velocidad Doppler es la velocidad del debido a que contiene información útil para meteoro. Estos son: 3. Luego. s(t) y c(t) son el voltaje decodificado. Cálculo de variables y parámetros 3. información de la cola o la cabeza del meteoro.3. Debido a que se necesita una estimación del nivel de ruido 3.2015 93 . 2007) consiste en el el parecido entre dos señales en el dominio del cálculo siguiente: tiempo. posible en la recepción se usa la codificación Barker la cual codifica según la fase de la señal 3. Donde cohi. En el caso de extraer información de ecos de cabeza de meteoros. para separar las cabezas de la cola. Los parcial (los ecos pueden comenzar en un umbrales usados son los siguientes: cuadro de análisis y terminar en otro, es decir, pueden tener duración menor a 5 segundos SNR ≥ 5 (cabeza) por cuadro) de 2 segundos y un ocuparán un SNR ≥ 1 (cola) rango de 6.5 Km. Si el eco comienza al inicio coh ≥ 0.6 del cuadro actual, entonces, debe tener una vr ≥ 800 (cabeza) duración mayor o igual a 4 segundos para ser vr ≤ 160 (cola) válido. Fuera del rango de alturas mencionado anteriormente, la duración parcial en tiempo Sin embargo, debido a que los ecos de cola debe ser mayor a 3 segundos y su rango significativos poseen una duración mayor a 5 de alturas mayor a 8 Km. Todos los ecos segundos (Oppenheim et al., 2014), entonces, válidos conservan sus rectángulos asociados, se necesita tener una manera de recuperar solo mientras que los demás se pierden. estos. Interpretando los gráficos RTI (Range Time Intensity, por su siglas en inglés) como imágenes, • Finalmente, los rectángulos asociados entonces, se puede procesar cada cuadro restantes poseen la información de los ecos independientemente de acuerdo a unos criterios de cola signficativas, es decir, los ecos de definidos. Observaciones hechas en Jicamarca duración mayor a 5 segundos. anteriormente muestran que a cierta altura tanto en potencia como en altura existe una fuerte La operación morfolófica aludida, cerradura correlación en la aparición de pares cola-cabeza (Gonzales y Woods, 2008), consiste en, dado un tal que la cola es de alta duración y la cabeza es objeto en una imagen y un elemento estructurante de alta potencia (Sugar et al., 2010). Además, es (un objeto o subimagen), la expansión y reducción válido el mencionar que si bien existen pares de consecutivas del objeto usando el elemtno tales características en rangos de altitud fuera del estructurante. El efecto visual de esta operación es especificado, son casos aislados en comparación el llenado de huecos en objetos y la desaparición con otros meteoros ya vistos en los resultados de apéndices delgados, tal y como se muestra en del cálculo de parámetros anterior, por lo cual, el la figura siguiente: criterio a utilizar debe diferir por rango de alturas examinado. Teniendo en cuenta esto, se ha planteado un criterio que hace uso del tamaño de las colas de meteoros para poder discrimina colas largas de meteoros de las cortas. El criterio se plantea de la siguiente forma: • Binarizar (mediante umbralización) una imagen Fig 2. Aplicación de la operación de cerradura morfológica al objeto B usando el elemento que represente la presencia de meteoros. En estructurante X. A la izquierda se muestran X y B, y a la derecha el resultado. el presente estudio se ha utilizado la SNR. Este criterio ha sido probado tanto en ventanas de • Remover el ruido de la imagen binarizada 10 segundos como de 5 segundos con resultados (remoción de puntos aislados). Se ha utilizado muy similares con algunas variaciones debido a la un filtro mediano de 2 dimensiones de tamaño operación morfológica usada y al árbol de decisión 5. descrito. • Realizar una reforma de la imagen para 4. Resultados obtener los rectángulos de mínimas dimensiones que contengan los ecos de las 4.1 Resultados sin presencia de electrochorro colas. Para ello se hace uso de operaciones ecuatorial morfológicas de imágenes, en particular, la cerradura morfológica, y luego se procede a A continuación se presentan los resultados identificar objetos, que en la imagen vendrían de aplicar el algoritmo a datos sin presencia a ser los ecos de los meteoros, los cuales se de electrochorro ecuatorial. Se presentan las encuentran identificados con los rectángulos imágenes de SNR debido a que en estas se ya mencionados. puede distinguir mejor los meteoros. • Luego, los ecos válidos tendrán un rectángulo asociado de largo en tiempo mayor a 5 segundos, sino, para el rango de altura de 90 a 100 Km, los ecos válidos tendrán una duración 94 IGPGeofísico del Perú Instituto Fig 6. Relación Señal a Ruido sin procesar. Datos desde 4:15:26 hasta 4:15:31. Fig 3. Relación Señal a Ruido sin procesar. Datos desde 4:15:26 hasta 4:15:31. Fig 7. Relación Señal a Ruido mostrando ecos de cabeza detectados. Datos desde 4:15:26 Fig 4. Relación Señal a Ruido mostrando ecos de cabeza detectados. Datos desde 4:15:26 hasta 4:15:31. hasta 4:15:31. 5. Discusión • Se puede recuperar las cabezas de meteoros en ambas bases de datos. Sin embargo, se tiene una presencia fuerte de ruido en los resultados para datos en presencia de EEJ, lo cual se debe a los parámetros del filtro. • Las colas de meteoros son recuperables con ciertas condiciones. Las partes de los ecos largos de cola que ocupan un área muy pequeña o que tienen baja potencia son difícilmente recuperables. Sin embargo, debido a que los Fig 5. Relación Señal a Ruido mostrando ecos de cola detectados. Datos desde 4:15:26 hasta perfiles de vientos se construyen con bases CIENCIAS DE LA ALTA ATMÓSFERA 4:15:31. de datos grandes, de hasta 30 minutos, estas pérdidas no representan un error significativo. 4.2 Resultados en presencia de electrochorro ecuatorial • Se observa que la decodificación de colas, a diferencia de la decodificación de cabezas A continuación se presentan los resultados de aplicar produce resultados diferentes en las el algoritmo a datos en presencia de electrochorro imágenes RTI, en cuanto al grosor de los ecos ecuatorial. Se presentan las imágenes de SNR de cabeza, los cuales deben ser delgados, debido a que en estas se puede distinguir mejor los mientras que los ecos de la cola deben tener meteoros. Se ha aplicado un filtro de orden 4 para una velocidad continua, lo cual se cumple en remover el electrochorro. la decodificación de colas. 6. Conclusiones • El algoritmo planteado funciona correctamente con resultados visiblemente correctos en su mayoría. La presencia de falsos positivos se debe a que se necesita una mayor observación para efectuar un ajuste de parámetros más fino. • En general, los ecos de cabeza más Compendio de investigaciones en Geofísica - 2015 95 prominentes o fuertes, es decir, aquellos de más 8. Agradecimientos alta potencia son aquellos que corresponden a los ecos discriminados de cola, lo cual está Mi agradecimiento al Radio Observatorio de de acuerdo con las observaciones hechas en Jicamarca, por haberme brindado un ambiente [13]. agradable de trabajo y la logística necesaria para realizar esta investigación. Asimismo, agradezco • La remoción del Electrochorro ecuatorial a mi asesor, Dr. Danny Scipión, por la confianza realizada funciona adecuadamente, sin depositada en mí en el desarrollo del presente embargo, mucha de la información de las proyecto. Un agradecimiento especial a mis amigos colas se pierde por lo cual se necesita una practicante en el Radio Observatorio de Jicamarca, mejor alternativa que el filtro utilizado. un grupo en el cual compartimos conocimientos, consejos y experiencias. 7. Recomendaciones 9. Bibliografía • La codificación Barker, permite tener un incremento del SNR sin reducir la resolución Chau J., y Woodman R. Observations of meteor-head echoes using the Jicamarca 50 MHz radar in interferometer mode. en altura de las muestras. En el espectro de Athmospheric Chemistry and Physics 4th volume, 2nd (2004). potencia, esto se puede corroborar cuando se Dyrud L., Oppenheim M., Close S. y Hunt S. Interpretation of tiene una diferencia de -22 dB entre el pico non-specular radar meteor trails. Geophysical Research Letters principal y los picos contiguos. Para aumentar 29th volume (2002). el SNR, se puede implementar un filtro tal que Galindo, F. Detección y Caracterización de ecos de meteoros se aumente esa diferencia a poco menos de no especulares en Jicamarca. Tesis para optar por el título de Ingeniero Físico. Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de -32 dB sin afectar el proceso de decodificación Ingeniería, Perú. 2007. (Chau y Woodman, 2004). Gonzales R. y Woods R. Digital Image Processing, 3rd ed. Pearson Education, 2008. • Se recomienda tener un procesamiento por cada dos o más cuadros o retrasar el Hildebrand P. y Sekhon, R. Objective determination of the noise level in doppler spectra. Journal of Applied Meteorology 13th procesamiento de discriminación de colas volume (1974), 808-813. de duración larga en un cuadro para teener Oppenheim M., Arredondo S. y Sugar G. Intense winds ans resultados más adecuados. shears in the equatorial lower thermosphere measured by high- resolution nonspecular meteor radar. Journal of Geophysical Research and Space Physics (2014). • El método en general ha sido planteado en base a observaciones hechas en mediciones Suárez, D. Signal chain, 2013. en Jicamarca en los años 2005 y 2007, Sugar G., Oppenheim M., Bass E., y Chau J. Nonspecular sin embargo, debido a ello, pueden ocurrir meteor trail altitude distributions and durations observed by a 50 casos no previstos por el algoritmo. Se MHz high-power radar. Journal of Geophysical Research 115th volume (2010). plantea entonces usar algoritmo basado en aprendizaje máquina para tener un árbol de decisión o una red neuronal que permita reconocer ecos largos de cola de forma tal que se pierda el mínimo de información relevante para una adecuada recolección de datos. • Una posible mejora del algoritmo proviene de Sugar et al. (2010), donde se plantea una relación entre las potencias de los ecos de cola y cabeza para un meteoro. Así, estimando la potencia de cola de un meteoro a partir de la potencia de su cabeza, se podrían obtener solo colas con información importante. • Otro resultado aplicable (Dyrud, et al., 2002) resalta que la cola de un meteoro aparece aproximadamente alrededor de 20 milímetros después de la cabeza dependiendo de la altitud. Esto puede ser usado para la búsqueda de colas a partir de cabezas y viceversa. 96 IGP 96 Instituto Geofísico del Perú Compendio de investigaciones en Geofísica .2015 97 . youtube.2015 Instituto Geofísico del Perú http://www.com/c/igp_videos Calle Badajoz 169 Mayorazgo .Compendio de investigaciones en Geofísica .facebook.IV Etapa Ate Vitarte Central Telefónica: 317-2300 98 IGPGeofísico del Perú Instituto .peru http://twitter.com/igp.com/igp_peru https://www. 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