Generación de registros sísmicos sintéticos de fuente cercana para eventos de gran magnitud empleando funciones empíricas de Green considerando fuente extendida y efectos de directividad

Abstract

Uno de los principales retos que presenta la ingeniería sísmica es la caracterización de la amenaza orientada al diseño y evaluación estructural a través de registros sísmicos, en particular, de gran magnitud; sin embargo, su baja frecuencia de ocurrencia y el poco tiempo de observación limitan la extensión de dicha información. Por este motivo se recurre a métodos de simulación para generar registros sísmicos sintéticos que tengan características similares a las de los sismos registrados. Dentro de estos métodos han sido de particular relevancia los que emplean la suma estocástica de funciones empíricas de Green (EGF) debido a su simple aplicación y resultados realistas. Hasta el momento las formulaciones empleadas consideran la hipótesis de fuente puntual, la cual es válida para sitios lejanos a la fuente; sin embargo, cuando la distancia del sitio a la fuente no es lo suficientemente grande, comparada con las dimensiones de la falla, los efectos asociados a una fuente extendida, como lo son la directividad y saturación, tienen influencia sobre el movimiento del suelo. Por lo anterior, en este trabajo se presenta una formulación de simulación sísmica que incorpora explícitamente dichos efectos, manteniendo la simplicidad que caracteriza las metodologías de suma estocástica de EGF basadas en la propuesta por Hartzell (1978). En la formulación propuesta se parte de la hipótesis de fuente puntual y mediante el uso de un factor de directividad definido como el cociente de caída de esfuerzos aparente y los conceptos de fuente puntual equivalente y distancia efectiva, se modifica una de las formulaciones de suma estocástica existentes. La formulación propuesta se valida a través de procesos de simulación sísmica considerando eventos de gran magnitud, comparándolos con registros de sismos reales en sitios cercanos a la fuente que han mostrado efectos de directividad, entre los que se encuentran: el sismo del 10 de mayo de 2014 en Tecpán, Guerrero y el del 19 de septiembre de 2017 en Puebla. Adicionalmente, se comparan los registros con los obtenidos a través de otro método de simulación estocástica, ampliamente aceptado, que requiere una gran cantidad de parámetros de entrada, lo cual lo hace poco práctico para fines ingenieriles. Los resultados obtenidos muestran un ajuste adecuado entre los registros sintéticos y los de los sismos registrados, esto en términos de espectros de respuesta elástica, espectros de Fourier, duración de los acelerogramas y aceleración máxima del suelo (PGA). Se concluye que las mejoras realizadas para tomar en cuenta los efectos de fuente extendida en el método de simulación sísmica, son un avance para mejorar la caracterización de la amenaza sísmica mediante el uso de registros sísmicos sintéticos orientada hacia el diseño o evaluación sismorresistente de estructuras.