Avances para estudios del riesgo sísmico a escala regional y local: aplicación a América Central y a la Bahía de Cádiz (Sur de España)

Abstract

La memoria de Tesis se ha estructurado en dos grandes partes, en la primera se obtienen las ecuaciones predictivas del movimiento del suelo para América Central y en la segunda se lleva a cabo un estudio de microzonificación sísmica de la Bahía de Cádiz (España).<br/>En la primera parte se ha realizado una revisión de los aspectos geológicos y sismológicos más importantes de cada zona identificando los principales tipos de suelo predominantes. Se ha realizado también una recopilación de datos acelerométricos de todos los países de América Central y se ha implementado un proceso de selección, homogeneización de formatos y clasificación de los datos teniendo en cuenta las fuentes de información, rangos de magnitudes, distancias consideradas y la forma en que se clasificaron los sismos según su origen. Se ha establecido además un procedimiento de clasificación de suelos para todos los sitios de registro, basado en las razones espectrales promedio obtenidas en cada estación, así como en la geología contenida en mapas y en descripciones litológicas.<br/>Se han obtenido ecuaciones de atenuación para sismos corticales usando datos de América Central y para sismos por subducción usando registros de Costa Rica. El tipo de ecuación utilizado es lineal, considerando la media geométrica de la aceleración pico (GM PGA) o la media geométrica de la pseudo aceleración espectral (GM PSA), tomada del espectro de respuesta al 5% de amortiguamiento en 22 frecuencias, como la variable dependiente y la magnitud momento, la distancia hipocentral y el tipo de suelo como las variables independientes. Los resultados se han comparado con modelos propuestos por otros autores y en general se observa que valores obtenidos en esta tesis son menores. Los espectros de respuesta fueron comparados también con los propuestos por el Código Sísmico de Costa Rica.<br/>Se han hecho también regresiones con datos combinados provenientes de sismos corticales y por subducción de América Central y México, a partir de una ecuación lineal más compleja pero solamente para GM PGA.<br/>Para realizar las inversiones, el método que ha mostrado mayor estabilidad en los resultados ha sido el de regresión de mínimos cuadrados de un paso.<br/>En la segunda parte se ha llevado a cabo un estudio de microzonificación sísmica para los seis municipios que constituyen la Bahía de Cádiz: Cádiz, San Fernando, Chiclana, Puerto Real, El Puerto de Santa María y Rota.<br/>Para ello ha sido necesario analizar las principales características sismológicas de la zona teniendo en cuenta los terremotos más importantes que han afectado a la Bahía, se presentan además las descripciones litológicas de los materiales predominantes. Para determinar los efectos de sitio en la Bahía se han utilizado dos técnicas empíricas (razón espectral H/V y arrays) y una de simulación numérica 1D lineal equivalente (programa<br/>Shake).<br/>La técnica H/V ha permitido agrupar los resultados según rangos correspondientes a la frecuencia fundamental. La inversión de las curvas de dispersión obtenidas mediante la aplicación de los métodos FK y SPAC a registros de ruido sísmico en arrays ha permitido obtener un perfil de velocidades de onda cortante para cada municipio, seleccionado a partir de la estimación que presenta menor error.<br/>Para aplicar el programa Shake, se han seleccionado, de la base de datos Europea, cinco acelerogramas de entrada cuyas formas espectrales se asemejen a las definidas por la Norma de Construcción Sísmica de España (NCSE02) para terreno tipo I.<br/>En las modelizaciones 1D con el programa Shake se han observado grandes amplificaciones en la función de transferencia y en los espectros de respuesta sobre todo para el caso de San Fernando, debido probablemente a que los acelerogramas de entrada fueron normalizados a las aceleraciones de la zona según la NCSE02 y estas tienen valores bajos, por lo que los niveles de deformación generados en cada capa son bajos y consecuentemente, los amortiguamientos asociados son también bajos.<br/>Se ha realizado también la microzonación sísmica, en términos del incremento de la intensidad macrosísmica (DI). Se ha estimado el DI del suelo respecto a la roca para determinar los efectos de sitio y en la mayoría de los casos hay concordancia entre el DI y la geología superficial según el método de clasificación propuesto por Fleta et al. (1998), en el sentido de que a todos los suelos tipo C se les puede asociar un DI=1.0, a los suelos tipo B un DI=0.5 y a suelos tipo A y R les corresponde un DI=0.0.<br/>Número de figuras: 111; número de tablas: 29; número de ecuaciones: 26; número de referencias: 66; número de páginas: 307.

The manuscript was divided into two main parts: 1 - Ground motion predictive equations for Central America and 2 - Seismic microzonation for the Bay of Cadiz (Spain).<br/>In the first part, the most important seismological aspects of Central America were reviewed. The predominant soil types and their origin were also studied. A description of the data used in aspects such as information sources, ranges of magnitude, hypocentral and epicentral distance, and earthquake classification according to their origin is presented. The data format used to standardize all records from different countries is also described. A procedure of soil classification for all sites is proposed, based on the average spectral ratios obtained at each station, as well as in geology contained in maps and lithological descriptions.<br/>Attenuation equations are obtained for crustal earthquakes using data from Central America and for subduction earthquakes using records from Costa Rica.<br/>The functional form used is linear, taking the geometric mean of peak acceleration (GM PGA) or the geometric mean of the pseudo spectral acceleration (GM PSA) obtained from the response spectra for 5% of damping, as the dependent variable. The moment magnitude, hypocentral distance, and soil type were used as independent variables. In the case of GM PSA, a total of 22 frequencies were considered.<br/>The results are compared with models proposed by other authors. In general it is observed that values obtained in this thesis are lower. The response spectra were also compared with those proposed by the Seismic Code of Costa Rica.<br/>Finally, regressions were obtained using combined data from crustal and subduction earthquakes recorded in Central America and Mexico, using a more complex functional form (more parameters to be determined) but only for GM PGA.<br/>For all cases, the selected inversion method is the least-squares one step because it exhibited the highest stability of the results.<br/>In the second part has been carried out a seismic microzoning study for the six municipalities that make up the Bay of Cadiz: Cadiz, San Fernando, Chiclana, Puerto Real, El Puerto de Santa Maria and Rota The main seismic characteristics of the area as well as the most important earthquakes that have affected the Bay are mentioned. Lithological descriptions of the predominant materials are presented. The techniques used to determine the site effects in the Bay are also described: two empirical (H/V spectral ratio and arrays) and a 1D numerical simulation (Shake program). The results obtained by applying the technique H/V are described and grouped according to ranges that correspond to the fundamental frequency.<br/>The results obtained by inverting the dispersion curves generated by FK and SPAC methods (arrays), which correspond to the profiles of shear wave velocities versus depth are discussed.<br/>A profile for each municipality was obtained, selected from the lower error estimate and final profiles were defined also considering the information provided by SPT tests.<br/>To implement the program Shake, five input accelerograms recorded in Europe were selected based on the criterion that their spectral shapes resembled to those defined by the Norma de Construcción Sismorresistente Española (NCSE02) for soil type I.<br/>High amplifications were observed in the transfer function and response spectra especially for the case of San Fernando. The reason was probably that the input accelerograms were normalized to accelerations of the region according to the NCSE02 and these values are low. That implies the strain levels generated in each layer are low and consequently the associated damping are also low.<br/>It has also conducted a seismic microzonation in terms of macroseismic intensity increase (DI) to determine the site effects of soil respect to rock. In most cases there is an agreement between DI and the surface geology classification according to the method proposed by Fleta et al. (1998), in the sense that every soil type C can be associated to DI = 1.0, soil type B to DI = 0.5 and soil types A and R themselves have a DI = 0.0.<br/>Number of figures: 111; number of tables: 29; number of equations: 26; Number of References: 66; number of pages: 307.