Desarrollo e implementación de métodos avanzados de exploración sísmica activa y pasiva, y del método del gradiente topográfico en el análisis de microzonificación sísmica en el sureste de la Península Ibérica

Abstract

[SPA] En zonas sísmicamente activas, la ocurrencia de terremotos ocasiona cuantiosos daños materiales y en algunos casos incluso la pérdida de vidas humanas. Es por ello que la comunidad científica y las administraciones competentes realizan esfuerzos para que la ocurrencia de un terremoto importante provoque el menor daño posible sobre la población. Sin embargo, en muchas ocasiones el rápido crecimiento urbanístico se lleva a cabo sin los adecuados criterios preventivos lo cual hace que estas nuevas zonas urbanas sean muy vulnerables ante un terremoto, incluso de magnitud moderada. El sureste de la península Ibérica aúna ambos ingredientes: a una rápida expansión urbanística se suma la ocurrencia de terremotos de magnitud moderada (y en algunos casos, según los registros históricos, de gran magnitud). La serie sísmica ocurrida en Lorca (localizada en el sureste de la Península Ibérica) en 2011 puso de manifiesto que estos terremotos de magnitud moderada pueden provocar grandes daños. El valor promedio de velocidad de cizalla en los primeros 30 metros de profundidad (VS30) del terreno es un parámetro fundamental en la dinámica de suelos y en ingeniería sísmica, siendo determinante para clasificar las condiciones de sitio reflejadas en los códigos sísmicos (p.e. NEHRP-94, Eurocode 8 (EC8), NCSE-02). El uso de técnicas de prospección sísmicas, basadas en el registro del ruido ambiental (pasivas) y/o con el uso de fuentes sísmicas (activas), se ha extendido en los últimos tiempos. Entre ellas, el método de análisis multicanal de ondas superficiales (MASW), refracción por microtremores (REMI) o autocorrelación espacial (SPAC) son técnicas que se caracterizan por una rápida adquisición de datos y una mínima afección al medio urbano. En este estudio se ha obtenido y analizado la estructura superficial del terreno en las ciudades del sureste de la Península Ibérica (Lorca, Adra y Almería) mediante los métodos sísmicos MASW y SPAC. Los valores de VS30 obtenidos con estos métodos sísmicos fueron utilizados para crear nuevos mapas de clasificación del suelo de las ciudades de estudio, los cuales son necesarios en los estudios de microzonificación sísmica. Con el fin de realizar mediciones en el área urbana de estas ciudades se ha desarrollado un sistema land streamer, el cual ha permitido obtener datos sísmicos con una alta productividad utilizando el método MASW. Finalmente, se ha utilizado el método del gradiente topográfico para estimar los valores de VS30 del terreno. Los resultados obtenidos con el método del gradiente topográfico, considerando las ciudades de estudio como regiones tectónicamente activas, muestran una buena correlación con los resultados obtenidos con los métodos sísmicos. Estos resultados ponen de manifiesto que, bajo determinadas condiciones y con un modelo digital del terreno (MDT) adecuado, el método de gradiente topográfico puede ser una alternativa para aquellas áreas del mundo donde no se tenga un acceso adecuado a las técnicas de prospección sísmica de mayor detalle y más costosas que se vienen aplicando en la actualidad. Los parámetros del movimiento sísmico del terreno se han calculado utilizando sismogramas sintéticos como movimiento de entrada. La severidad del movimiento del suelo se ha cuantificado a través de la estimación de los valores de aceleración pico máxima (PGA), velocidad pico máxima (PGV), intensidad de Arias (AI), periodo predominante (Tp), e intensidad instrumental. Todos estos parámetros se basan en la estructura de velocidad de ondas de cizalla obtenida con los métodos sísmicos.

[ENG] In seismically active zones, the occurrence of earthquakes produces substantial economic losses and sometimes important human lives casualties. In light of this, the scientific community and governments devote significant efforts with the aim of minimizing the negative impact of major earthquakes related to local economies and population. However, the rapid growth of inhabited areas is not always followed with the appropriate development of prevention standards, making newly developed urban areas very vulnerable to earthquakes of even moderate magnitude. For instance, the south-eastern part of the Iberian Peninsula has these two ingredients: a rapid urban growth and the existence of moderate and (according to historic records) major seismic activity. Indeed, the seismic series that took place in Lorca (located in the SE of the Iberian Peninsula) in 2011 showed that even a moderate magnitude earthquake may cause very serious damages on buildings and human losses. Besides, the average values of the shear-wave velocity of the upper 30 m (VS30) of the soil is a critical parameter in soil dynamics and earthquake engineering which is determined to classify site conditions reflected in seismic codes (e.g. NEHRP-94, Eurocode 8 (EC 8), NCSE-02). The use of prospecting techniques has been extended in recent times, based on environmental noise measurements (passive) and seismic head-waves creation sources (active). Among them Multichannel Analysis of Surface Wave (MASW), Refraction Microtremor (ReMi), and Spatial Autocorrelation (SPAC) are seismic methods characterized by a rapid data acquisition and minimal impact on the urban environment. In this study we have obtained and assessed the subsurface structure of the cities of Lorca, Adra and Almería by means of seismic methods (MASW and SPAC). The VS30 values obtained from seismic method were used to create a new soil classification map of these cities which is suitable for microzoning purposes. In order to perform measurements in the urban area of these cities a towed land-streamer was developed to gather seismic data with high productivity using the MASW method. Also, it has been used the topographic slope method to estimate the value of VS30. The results obtained by the topographic slope estimation, considering as active tectonic region, show significant similarity to those obtained by the seismic methods. These results demonstrate that under certain conditions and with an adequate Digital Elevation Model (DEM) the topographic slope method can be a good alternative for those areas of the world with limited economic resources that cannot apply traditional seismic prospecting techniques. Finally, strong ground motion parameters have been calculated using synthetic seismograms as input motion. The severity of subsurface motion has been quantified through the estimation of peak ground acceleration (PGA), peak ground velocity (PGV), Arias intensity (AI), predominant period (Tp), and instrumental intensity values of the ground motion, all of them based on shear-wave velocity structures obtained from the seismic methods.