Estudio HVNSR en el centro histórico de L’Aquila (Italia central): Propiedades de resonancia del lugar frente al modelo de subsuelo. (Ingeniería Geológica 2013)

 

Ruido Sísmico Frecuencia de resonancia Efectos del sitio

Modelo del subsuelo Centro de L’Aquila Italia central

 

En Cotecno nuestros ingenieros del área estructural, conocen las consecuencias que puede traer un “riesgo sísmico” no solo en la estructura de grandes edificaciones, sino también las pérdidas económicas producidas por un sismo.

 

En www.cotecno.cl nos ocupamos por estudiar las capas del subsuelo, concernientes a hechos históricos que fueron afectados a movimientos sísmicos, los cuales nos aportan información importante para prevenir que el riesgo sea mayor.  

Centro Histórico L Aquila (2009). 

 https://cadenaser.com/ser/2014/04/06/internacional/1396745120_850215.html

Tras el terremoto de L’Aquila (Italia central) del 6 de abril de 2009 (Mw = 6,3, Ameri et al., 2009; Amoruso y Crescentini, 2009; Chiarabba et al., 2009), se iniciaron actividades de reconstrucción y nueva planificación urbana para mitigar el riesgo sísmico en el centro histórico medieval de L’Aquila. Por lo tanto, se llevaron a cabo proyectos financiados por varias instituciones, incluida la Universidad de L’Aquila, con el fin de caracterizar más a fondo los efectos sísmicos locales.

Este artículo presenta y discute los resultados de un estudio detallado del ruido sísmico realizado en el centro histórico de L’Aquila tras el terremoto del 6 de abril de 2009 (Mw = 6,3). Los datos de ruido sísmico se interpretaron mediante simulaciones numéricas, con el apoyo de un modelo de subsuelo, caracterizado por cuatro unidades principales, de arriba a abajo (i) suelos blandos (material de relleno antropogénico y terrarossa); (ii) brecha de L’Aquila; (iii) pelita y arena de L’Aquila; y (iv) la roca madre carbonatada meso-cenozoica.

Análisis HVNSR

 

El análisis HVNSR permitió identificar dos picos (f0 y f1) casi en todas partes. f0 (0,4-0,7 Hz) se debe a la superposición de la pelita y la arena de L’Aquila sobre el lecho rocoso carbonatado a 200-300 m por debajo del nivel del suelo. f1 (3-15 Hz) se debe a los contrastes de impedancia más superficiales debidos a los sedimentos blandos de 3-20 m de espesor que recubren la brecha de L’Aquila y al perfil de meteorización de la brecha de L’Aquila.

Se realizó una simulación numérica para tres modelos diferentes caracterizados por: 

1. la variación lateral de la litología en los primeros 100 m de espesor debido a la sustitución, de norte a sur, de la brecha de L’Aquila por pelita y arena de L’Aquila; 
2. la variación del espesor de los sedimentos blandos sobre la brecha de L’Aquila; y
3. la presencia de una capa meteorizada en la parte superior de la brecha de L’Aquila. Los resultados de la simulación numérica se ajustan a los datos experimentales de ruido sísmico.

Se encuentra una correlación espacial entre las distribuciones de área de los daños severos con la de la frecuencia de resonancia f1. Por lo tanto, se deduce que los daños graves durante el terremoto de L’Aquila del 6 de abril de 2009 podrían haber sido causados por el efecto sísmico local del suelo superior blando y el perfil de meteorización de la brecha de L’Aquila.

Metodología de control del ruido sísmico

 

Para determinar las frecuencias de resonancia del subsuelo, tanto fundamentales como de modos de orden superior, se utilizó la técnica de relación espectral de ruido horizontal a vertical (HVNSR). Esta técnica, propuesta por Nakamura (1989), permite estimar la respuesta del emplazamiento a partir de las relaciones espectrales de los componentes horizontales (H) y verticales (V) del ruido sísmico ambiental registrado en una única estación.

La técnica HVNSR se ha utilizado ampliamente en los estudios de microzonificación y del efecto del emplazamiento; en Bard (1999), Mucciarelli (1998) y Mucciarelli y Gallipoli (2001) se puede encontrar una revisión completa y un enfoque crítico de la técnica.

Aunque esta técnica es de gran utilidad para investigar los fenómenos de resonancia, la interpretación física de sus resultados sigue siendo objeto de debate, y se han aportado diferentes explicaciones:

• Algunos autores (Herak, 2008) sugieren que las curvas HVNSR están controladas por las ondas del cuerpo;
•  otros autores asumen -con un enfoque más compartido- que las curvas HVNSR están principalmente influenciadas por las ondas superficiales, tanto de la fase Ray- leigh como de la fase Love, con los modos superiores pertinentes (Lunedei y Albarello, 2009; Lunedei y Albarello, 2010).

Además, aunque está ampliamente aceptado que el pico HVNSR está relacionado con la frecuencia del depósito, el papel de la amplitud en la curva HVNSR no está completamente claro, pero puede utilizarse como un indicador aproximado del contraste sísmico, aunque no represente la función de respuesta de las ondas S.

Resultados del estudio de Ruido Sísmico realizado en el centro histórico de L’Aquila

L’ Aquila – Terremoto (2009).

Imagen: https://aecomunicacioncientifica.org/https-www-aecomunicacioncientifica-org-terremoto-laquila-6-abril-2009-el-cortocircuito-de-la-comunicacion/

 

Para el centro de L’Aquila, las frecuencias de resonancia de 1-20 Hz corresponden aproximadamente a superficies de contraste de impedancia sísmica situadas en los primeros 30 m desde el nivel del suelo. Por lo tanto, los datos de ruido sísmico, adquiridos con un estudio de alta densidad, se integraron con las pruebas de sondeos de Vs de la literatura, un estudio de cartografía geológica de campo actualizado e información histórica procedente de fotografías de postales con el fin de definir un modelo de subsuelo poco profundo (es decir, dentro de los primeros 30 m desde el nivel del suelo).

Se tuvieron en cuenta y se analizaron más de 130 sondeos y una docena de pruebas V en el interior del pozo (DH, CH y SDMT). Se realizó una búsqueda específica en las oficinas de registros públicos para encontrar imágenes históricas y recuperar material adicional sobre la geomorfología, la geología y la vulnerabilidad sísmica del centro de L’Aquila.

 

Ruido sísmico

En el período de febrero a julio de 2011, se llevó a cabo una encuesta de campo de microtremores en el centro histórico de L’Aquila. Los puntos de medición se dispusieron en una cuadrícula irregular con un paso de aproximadamente 100 m, reducido a 50 m en las zonas más dañadas; se tomaron 315 medidas de campo libre.

Los datos de ruido sísmico se adquirieron con dos instrumentos (tromógrafos Tromino de Micromed) diseñados específicamente para la medición de temblores. Estos instrumentos están compuestos por 3 sensores electrodinámicos,

En conclusión, las capas someras y profundas inducen las variaciones del pico f0, pero las variaciones en el espesor y las características someras de la brecha de L’Aquila son responsables del efecto más magnificado sobre los picos tanto en frecuencia como en amplitud.

Conclusiones del estudio de Ruido Sísmico realizado en el centro histórico de L’Aquila

 

El estudio detallado del ruido sísmico realizado en el centro de L’Aquila tras el terremoto del 6 de abril de 2009, arrojó las siguientes conclusiones:

• Modelización (arriba) y correspondientes curvas teóricas H/V (abajo) para la variación lateral de la litología en los 100 m superiores del suelo como efecto de la sustitución de la brecha de L’Aquila por la pelita y la arena de L’Aquila de norte a sur (es decir, del modelo 1 al 3): A = suelo blando (material de relleno antropogénico, terrarossa y brecha de L’Aquila meteorizada); B = brecha de L’Aquila; C = pelita de L’Aquila y arena; D = lecho de roca carbonatada meso-cenozoica. 

 

• El análisis HVNSR permitió identificar dos tipos de picos (f0 y f1) en casi todas partes.

 

Los picos f0 son a menudo evidentes y sus propiedades muestran una variación espacial bastante regular, con una tendencia ascendente de norte a sur tanto en frecuencia (de 0,44 a 1,04 Hz) como en valores de amplitud, La presencia y las características de f1 (3-15 Hz) son más dispersas: los valores más bajos (3-6 Hz) corresponden a los sectores septentrional y central. También los valores de amplitud parecen más dispersos, con valores máximos en la zona norte y valores decrecientes hacia la zona sur.

f0 se debe al contraste de impedancia sísmica profunda que corresponde al contacto entre la pelita y la arena de L’Aquila y el lecho rocoso carbonatado no subyacente.

 

f1 se debe a los contrastes de impedancia menos profundos entre el sedimento blando de 3-20 m de espesor (material de relleno antropogénico y terrarossa) que rellena las depresiones locales y el sustrato constituido por la brecha de L’Aquila. 

 

• La meteorización en la parte superior de la brecha de L’Aquila, Modelización (arriba) y correspondientes curvas teóricas H/V (abajo) para un espesor creciente de sedimento blando (material de relleno antropogénico y terrarossa) que recubre la brecha de L’Aquila (del modelo 1 al 4); A = suelo blando (material de relleno antropogénico, terrarossa y brecha de L’Aquila meteorizada); B = brecha de L’Aquila; C = pelita y arena de L’Aquila; D = roca madre carbonatada meso-cenozoica. Diagramas de ruido sísmico comparables a los modelos 2, 3 y 4 (b) y al modelo 1 (c).

 

• Se realizó una simulación numérica para estudiar los efectos de:

1. La sustitución lateral de la brecha de L’Aquila por la pelita y la arena de L’Aquila; 
2. Las variaciones de espesor del sedimento blando que recubre la brecha de L’Aquila; y 
3. La meteorización de la brecha de L’Aquila.

 

El resultado de la simulación numérica muestra una buena concordancia con los resultados del análisis de ruido sísmico y el modelo de subsuelo derivado a partir de los datos geológicos.

 

• La simulación numérica corrobora las siguientes consideraciones:

1. la sustitución lateral de la brecha de L’Aquila por sedimentos más blandos influye en la amplitud tanto de f0 como de f1, pero no en su frecuencia (al menos de forma significativa).
2. el espesor de los suelos superiores influye en la frecuencia de f1 y (posiblemente en menor medida) en la amplitud.
3. la meteorización de la parte superior de la brecha de L’Aquila influye en la frecuencia, la amplitud y la nitidez de los picos de f1.

 

• Los principales edificios dañados (DG5 y 4) están dispersos en las zonas con una f1 de 3 a 6 Hz.  De ello se deduce que los principales daños del terremoto de L’Aquila del 6 de abril de 2009 deben estar asociados al efecto sísmico local de las capas blandas superficiales (material de relleno antropogénico, terrarossa y brecha de L’Aquila meteorizada).

 

• En el centro de L’Aquila se identificaron dos lechos sísmicos: 

1. la roca madre carbonatada 
2. y las brechas de L’Aquila

 

Son responsables de las frecuencias más bajas (f0) y más altas (f1), respectivamente. El contraste sísmico de la roca madre carbonada es continuo a lo largo de la zona de estudio. El contraste de impedancia sísmica más superficial debido a las capas blandas superficiales que recubren la brecha de L’Aquila es discontinuo en la zona de estudio y la f1 relacionada tiene un amplio rango de frecuencias (3-15 Hz).

Mientras que los estudios anteriores (De Luca et al., 2005; Milana et al., 2011) se centraban en la f0, este trabajo reconoce y destaca por primera vez el papel clave de la f1. De hecho, el daño se correlaciona con una respuesta de frecuencia más alta; por otro lado, las simulaciones 1D demuestran que las características de la brecha de L’Aquila tuvieron efectos significativos.