TESIS DEFENDIDA POR Rosalba Sofía Contreras Porras Y APROBADA POR EL SIGUIENTE

TESIS DEFENDIDA POR Rosalba Sofía Contreras Porras Y APROBADA POR EL SIGUIENTE COMITÉ Dr. Carlos Isidro Huerta López Director del Comité Dr. Mario González Escobar Dr. José Antonio Martínez Cruzado Miembro del Comité Miembro del Comité Dr. Modesto Ortiz Figueroa Miembro del Comité Dr. Antonio González Fernández Dr. David Hilario Covarrubias Rosales Coordinador del programa de posgrado en Ciencias de la Tierra Director de Estudios de Posgrado <<día>> de <<mes>> de <<año>> CENTRO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DE EDUCACIÓN SUPERIOR DE ENSENADA PROGRAMA DE POSGRADO EN CIENCIAS EN CIENCIAS DE LA TIERRA CARACTERIZACIÓN DE SUELOS Y RESPUESTA DEL TERRENO EN AMBIENTES MARINOS Y CONTINENTALES TESIS que para cubrir parcialmente los requisitos necesarios para obtener el grado de MAESTRO EN CIENCIAS Presenta: ROSALBA SOFÍA CONTRERAS PORRAS Ensenada, Baja California, México, Agosto del 2010. i RESUMEN de la tesis de Rosalba Sofía Contreras Porras, presentada como requisito parcial para la obtención del grado de MAESTRO EN CIENCIAS en Ciencias de la Tierra con orientación en Sismología. Ensenada, Baja California. Agosto 2010. CARACTERIZACIÓN DE SUELOS Y RESPUESTA DEL TERRENO EN AMBIENTES MARINOS Y CONTINENTALES Resumen aprobado por: ________________________________ Dr. Carlos Isidro Huerta López Director de Tesis Estudios de caracterización in-situ del terreno fueron llevados a cabo tanto en ambiente marino (Golfo de California) como en ambiente continental (Mayagüez, PR). La técnica de Nakamura fue empleada para la determinación de la frecuencia dominante de los sitios de estudio. La estimación de las propiedades del suelo se llevo a cabo mediante el modelado directo en 1-D de la propagación del campo total (P, SV, SH) de ondas en medios estrátificados mediante el método de matrices de rigidez. En el Golfo de California (GC), los datos utilizados provienen de sismógrafos de fondo marino (OBS) desplegados en la porción central y sur del golfo durante el periodo Octubre 2005 a Octubre 2006 bajo el experimento denominado Sea of Cortez Ocean Bottom Array (SCoOBA). Los datos fueron filtrados para realizar el análisis empleando solo vibración ambiental. Los resultados obtenidos muestran que los sitios ubicados en el Norte consistentemente tienen un espesor menor promedio de las capas sedimentarias que los del Sur. En términos de las velocidades de dichos estratos, las velocidades de los sitios del grupo Sur son menores que las de los sitios del grupo Norte y los sitios intermedios entre el grupo Norte y el grupo Sur. Para el ambiente continental se emplearon datos de tres eventos registrados por las estaciones permanentes de la red acelerométrica de Puerto Rico (PRSMP) ubicadas en la mancha urbana de la Cd. de Mayagüez y datos de vibración ambiental registrados con las mismas estaciones. Los resultados permiten observar que el primer modo de cada sitio coincide en frecuencia tanto en datos de eventos como en los de ruido sísmico y se marcan claras diferencias en términos de la frecuencia fundamental y su asociación con el tipo de suelo. Adicionalmente a lo anterior se analizaron series de tiempo de registros de vibración ambiental tomados con estaciones temporales dentro del campus universitario. Los resultados obtenidos muestran que la técnica de Nakamura es sensible a las variaciones de las propiedades físicas del terreno, aún a distancias pequeñas de separación entre puntos de observación. Palabras Clave: Técnica de Nakamura, Golfo de California, Mayagüez Puerto Rico, OBS, matriz de rigidez, in-situ. ii ABSTRACT of the thesis presented by Rosalba Sofía Contreras Porras, as a partial requirement to obtain the MASTER OF SCIENCE degree in Earth Sciences with orientation in Seismology. Ensenada, Baja California, Mexico. August 2010. SOIL CHARACTERIZATION AND SITE RESPONSE OF MARINE AND CONTINENTAL ENVIRONMENTS In-situ characterization of seafloor marine sediments in the Gulf of California (GoC) and continental environment in the city of Mayagüez, PR was carried out. The Nakamura technique was used to estimate the predominant frequency and 1-D wave propagation method of stiffness matrix was used to propagate the whole wave field (P-, SV-, SH-wave) for the site response and modeling to estimate the soil and marine sediments properties. The records were from the Ocean Bottom Seismometers (OBS) deployed in the central and southern portion of the gulf under the called Sea of Cortez Ocean Bottom Array (SCoOBA) seismic experiment, in which the instruments were recording seismic signal during October 2005 to October 2006 in continuous recording mode. The data used was first filtered to do the analysis only with background noise signals. The results show that for the northern sites the shallow portions of the marine sediments have a small thickness of sediments than southern sites. The velocities of the southern sites were smaller than the northern and the sites located between northern and southern arrays. For the continental environments records of three permanents stations of the Puerto Rico network (PRSMP) located in the city of Mayagüez were used. For this case, three earthquake and background noise records of the same stations were used. The results show that the predominant frequency of each of the sites was very similar between the obtained with background noise and the earthquake data. In addition to the above, background noise records of temporary stations located in the campus UPRM were analyzed. The results show that the Nakamura technique is sensitive to the physical properties variations of the soil even at small distances of observation. Key words: Nakamura technique, Gulf of California, Mayaguez Puerto Rico, OBS, in-situ. iii Dedicatorias A la mejor mamá del mundo, Norma Porras iv Agradecimientos Gracias a Dios por guiar mis pasos y por darme al mejor ángel de la guarda, mi mamá. Quiero agradecer a mi asesor el Dr. Carlos Huerta, por darme la oportunidad de trabajar a su lado, por ser tan accesible y comprensivo. Al Dr. Martínez por su apoyo, al Dr. Mario González y al Dr. Modesto Ortiz por sus recomendaciones en el escrito de la tesis. A la Dra. Rosa Saucedo por ayudarme siempre y brindarme su amistad, al Dr. Antonio Vidal por su preocupación y chocolates y a mis amigos por ser mis compañeros de distracción. También me gustaría agradecer a Sergio Arregui por su apoyo en el manejo de ArcMap, a Silvia Cruz, a los doctores Pratap Sahay, Raúl Castro y Julio Sheinbaum por el apoyó en las materias que lleve con ellos y a CONACyT por el apoyo económico. v CONTENIDO Página Resumen español….………..……………………………...……...…………….. i Resumen ingles………………..……………………………………...…………. ii Dedicatorias…………...………..……………………………………..………… iii Agradecimientos………….……..……………………………………..………... iv Contenido…………………...……..…………………………………..………… v Lista de Figuras………………….….………………………………….…..…… vii Lista de Tablas………………..……...………………………………….………. ix Capítulo I. Introducción……..…………………..…….....…..……………….... 1 I.1 Organización y contenido de esta tesis……..………..…………………...…... 2 I.2 Región en ambiente marino, Golfo de California (GC)…..……...…………… 3 I.3 Región en ambiente continental, Isla de Puerto Rico………………………… 5 Capítulo II. Antecedentes……………………..…………..…………................. 9 II.1 Vibración ambiental……………………...…………………………………... 10 II.2 Cocientes espectrales H/V………………….………………………………... 11 II.3 Técnica de Nakamura………………………………………………………... 12 II.4 Función de transferencia………………………………………………….….. 13 II.5 Amortiguamiento y frecuencia dominante…………………………………... 18 Capítulo III. Modelado……………...…………………...................................... 22 III.1 Matrices de rigidez………………………………………………………..… 22 III.2 Suelo estratificado………………………………………………………..…. 25 III.3 Matriz de transferencia para una capa de suelo…......……………………..... 26 Capítulo IV. Sitios de estudio……...…................................................................ 31 IV.1 Sitio de estudio. Golfo de California (GC)…………………………………. 31 IV.1.1 Arreglo Norte: sitios N03 y N06 (Cuenca Guaymas)…………………….. 33 IV.1.2 Sitio I01 (Cuenca El Carmen)………………………….…………………. 34 IV.1.3 Sitio I02 (Cuenca Farallón)...……………………………….…………..… 34 IV.1.4 Arreglo Sur: sitios S03, S04, y S05 (Cuenca Alarcón)………….……..…. 34 IV.2 Sitios de estudio. Mayagüez, Puerto Rico, USA…………………..……….. 35 IV.3 Adquisición de datos e instrumentación en los sitios del GC………….….... 37 IV.4 Adquisición de datos e instrumentación en los sitios de Mayagüez.……..… 38 Capítulo V. Procesamiento, análisis de datos, modelado y discusión de resultados................................................................................................................ 40 V.1 Procesamiento de datos, preparación y selección: Sitios en el GC…….......... 41 V.2 Procesamiento de datos, preparación y selección: Sitios en la ciudad de Mayagüez…………………………………………………………………………. 42 V.3 Resultados y modelado: Sitios en el GC……………………… 43 vi Contenido (continuación) Página V.3.1 Sitios de estudio N03, N06, I01 e I02…………………………………….. 46 V.4 Discusión de resultados para los sitios N03. N06, I01 e I02………………… 52 V.5 Sitios de estudio S03, S04 y S05…………………………………………….. 53 V.6 Discusión de para los sitios S03, S04 y S05…………………………………. 59 V.7 Interpretación de resultados: sitios Golfo de California….....……………….. 60 V.8 Resultados y modelado: Sitios en la ciudad de Mayagüez…………………... 64 V.8.1 Sitios estaciones de la Red de Movimientos Fuertes de Puerto Rico: Área de la ciudad de Mayagüez………………………………………………………... 65 V.8.2- Sitios dentro del Campus Universitario (UPRM) 70 V.9 Interpretación de resultados: sitios Ciudad de Mayagüez….………………... 80 Bibliografía…………………………………...……………….………...…...….. 84 Anexo A...………………………………………………………………………... 90 Anexo B...………………………………………………………………………... 93 vii LISTA DE FIGURAS Figura Página 1 Sismicidad histórica del Golfo de California (GC), 1973-2009………. 5 2 Isla de Puerto Rico………………………………………………….…. 6 3 Marco tectónico de la región del Caribe y la isla del Puerto Rico….…. 7 4 Sismicidad histórica en los alrededores de la isla de Puerto Rico….…. 8 5 Ejemplo de un afloramiento rocoso...……………………………….… 14 6 Representación esquemática de los diferentes tipos de amortiguamiento………………………………………………………. 20 7 Curva de esfuerzo-deformación en el ciclo de histéresis…………….... 21 8 Medio estratificado………..……………………………………….….. 26 9 Viaje de la onda SH en una capa de suelo aislada………...…………... 27 10 Ubicación del arreglo SCoOBA y espesores estimados del piso oceánico del Golfo de California…………………………………..…. 33 11 Ubicación de la red PRSMP en uploads/Geographie/ guide 81 .pdf

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