Ingeniero Civil Eléctrico / En la actualidad, el estudio de los sismos se basa en la interpretación correcta de la señales que ellos emiten y que los humanos somos instrumentalmente capaces de medir. La señal que se obtiene de un sismo es conocida como traza sísmica y cuantifica la respuesta en velocidad que generan las ondas sísmicas en la superficie terrestre. La correcta caracterización de una señal sísmica entrega amplia información sobre el mismo, pudiéndose determinar cosas tales como su magnitud, lugar de ocurrencia, entre otros. Una de las principales características de una traza son la llegada de las ondas P y S, con las cuales se puede iniciar un primer análisis en la caracterización de una señal sísmica. La identificación de la aparición de estas dos ondas dentro de la traza sigue siendo un problema abierto en la sismología y que ha seguido siendo investigado con diversas técnicas de análisis de señales e inteligencia computacional. En este trabajo de título se proponen tres métodos para la identificación de las ondas P dentro de una traza sísmica: Método de los Espectrogramas, Método de los Fractales y Métodos de los Fractales modificado. El primer método utiliza técnicas en el dominio de la frecuencia, identificando las alzas energéticas que muestra el espectrograma para la identificación de la llegada de una onda, el segundo es un método que determina la ``dimensión fractal'' de cada punto del sismograma, logrando detectar en base a un cambio brusco de la dimensión generado por la llegada de la onda y, finalmente, el tercer método es un método mixto entre los dos anteriores, que mezcla sus características para una mejor identificación. Para la identificación de la onda S, se usó el algortimo Matching Basic Pursuit que es capaz de descomponer la señal en funciones wavelets. Usando esa metodología, la señal era descompuesta y era posible analizar sólo la onda S presente en la traza, pudiendo de esta forma identificar el tiempo de llegada de ésta. Los resultados de los métodos fueron positivos, el Método de los Espectrogramas y el Método de los Fractales obtuvieron cerca del 80% y 83% de detecciones correctas a menos de un segundo del tiempo real de la aparición de la onda P. El Método de los Fractales Modificado, que mezclaba características de ambos, elevó la cantidad detecciones al 88%. Por otro lado el método de reconocimiento de onda S obtuvo cerca del 83% de detecciones correctas en el mismo intervalo. En conclusión, los métodos propuestos en esta investigación mostraron ser eficaces, y se proyectan como una excelente solución a este problema de la sismología.

Ingeniera Civil / El presente trabajo corresponde a una actualización al 2015 de la base de datos necesarios para la generación de curvas de predicción de movimiento para sismos chilenos. Las curvas son una relación entre la intensidad del evento con diversos parámetros de la fuente sísmica, tales como magnitud, caracterización geotécnica del suelo y distancia entre el sitio y fuente sísmica. La base de datos comprende los factores del evento siguientes: magnitud de momento (Mw); ubicación del hipocentro para las fuentes CSN, USGS, ISC y CMT; fuente sismogénica; clasificación geotécnica del sitio de estación según el Decreto Supremo N°61 con parámetros de velocidad de onda de corte promedio en los primeros 30 metros de profundidad (Vs30) y periodo predominante (T*); área de ruptura para sismos de magnitud de momento mayor o igual a seis con la metodología de Strasser 2010, réplicas o publicaciones dependiendo de la magnitud del evento; distancia hipocentral (Rhip) para todos los registros y distancia más cercana al área de ruptura (Rrup) para los con Mw≥6.0. Los datos obtenidos se comparan con relaciones de atenuación (GMPE) actuales. Se consideran los datos de registros de aceleraciones pertenecientes al rango: de tiempo entre junio del 2008 a septiembre del 2015; de magnitudes Mw ≥ 5.5; de aceleración máxima horizontal del suelo (PGA) mayor o igual a 1% de g; de orientación de sensores definidos por RotD50 y RotD100; de banda de periodos entre cero y diez segundos con 5% de amortiguamiento crítico para aceleraciones espectrales máximas. Se genera una base de datos con los parámetros necesarios para la obtención de curvas de predicción de movimiento para sismos chilenos para redes RENADIC y ONEMI. Se recogen los datos de eventos entre los años 2008 y 2015 para diferentes redes (RENADIC, ONEMI) y fuentes en línea. Como indican estudios previos: los eventos intraplaca de profundidad intermedia presentan aceleraciones (PGA) mayores para distancias cercanas a la fuente. No es posible determinar con certeza el plano de ruptura para eventos intraplaca a partir de réplicas, tampoco el plano de falla característico sin argumentos geológicos adicionales.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / La zona Central de Chile se ha caracterizado por una persistente presencia de enjambres sísmicos. Existe enjambres sísmicos precursores de grandes terremotos, como por ejemplo el enjambre sísmico previo al terremoto de Valparaíso 1985 (Mw 8.0). Y también existe la presencia de enjambres no precursores, como los enjambres sísmicos ocurridos en Copiapó en 1973 y 2006. De éstos últimos se ha observado una persistencia en el tiempo de enjambres sísmicos distribuidos en una misma zona, característica que ha sido preponderante para la motivación de este estudio. En este trabajo se caracteriza la distribución espacio-temporal de enjambres sísmicos identificados en la zona Central de Chile, situados entre los 30°S y 36°S y los 71°W y 74°W, entre los años 2000 y 2015, a partir de localizaciones del catálogo del Centro Sismológico Nacional (CSN). La distribución espacial de la sismicidad en la zona de estudio presenta rasgos que perduran en el tiempo. Se observa que existen zonas con mayor y menor actividad sísmica, y zonas con altas tasas de actividad sísmica caracterizadas por clusters que se generan persistentemente en la misma zona. Estas zonas con mayor tasa de sismicidad perduran en el tiempo independiente de la eventualidad de un gran terremoto. En este estudio se caracteriza particularmente la distribución espacio-temporal de enjambres sísmicos identificados en la zona de Navidad, situados aproximadamente en los 34°S y los 72.3°W, utilizando los datos entre los años 2000 y 2015. Se localizan y se realiza una inversión de tensor de momento sísmico de cada sismo perteneciente a los enjambres sísmicos identificados. La actividad de enjambre sísmico en la zona de Navidad tiene una periodicidad de aproximadamente 2.7 ± 0,7 años. Estos enjambres ocurren en una zona de bajo acoplamiento en relación a la zona Central de Chile. la distribución espacial de los enjambres siguen una distribución preferentemente Este-Oeste, esta característica se podría correlacionar con las estructuras observadas hoy en la placa de Nazca. Se propone que existe una alta presencia de zonas de fallas en la placa oceánica que generan alta presión de poros.Las regiones ricas en fluido con bajo acoplamiento actúan como barreras para grandes eventos. Los enjambres se relacionan a características de sismicidad con extensiones de fluidos y regiones geológicas complejas,es probable que sea impulsado por eventos de deslizamiento lento. A pesar de que se necesitan más estudios, se postula que en esta zona ha ocurrido, en la última década, un movimiento lento caracterizado por estos enjambres con sismicidad tipo tremor y que los enjambres se encuentran en la frontera de una gran aspereza o zona de falla.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / En esta tesis se propone una nueva técnica de simulación de acelerogramas usando un método estocástico de falla finita para ser aplicada a terremotos de subducción Chilenos. Para este propósito se modela una falla subdividiéndola en una grilla de subfuentes, tratando a cada una de ellas como una fuente puntual. La técnica simula las aceleraciones (en componentes Este-Oeste, Norte-Sur y Vertical) que experimenta un punto en la superficie de la Tierra debido al arribo de ondas P, SV y SH, considerando que los rayos sísmicos asociados a estas ondas llegan con diferentes ángulos de incidencia y azimut. Esta metodología es probada generando acelerogramas sintéticos para los terremotos del 14 de Noviembre de 2007 en Tocopilla (Mw 7,7), 1 de Abril de 2014 en Iquique (Mw 8,1) y 27 de Febrero de 2010 en la región del Maule (Mw 8,8), comparando los registros reales con los simulados. En particular, se elige el terremoto de Tocopilla (2007) para hacer pruebas y análisis más acabados de la metodología propuesta. Primero se realizan simulaciones de acelerogramas considerando formulaciones previas, y luego simulaciones considerando la metodología propuesta en esta tesis. Además se comparan dos modelos de propagación de rayos sísmicos directos: uno por un medio homogéneo y otro por un medio de capas planas horizontales homogéneas sobre un semi-espacio homogéneo, con el objeto de evaluar qué modelo es más idóneo. Al realizar la simulación de acelerogramas para el terremoto de Tocopilla 2007 (Mw 7,7) considerando distintos m\étodos y modelos, los resultados muestran que la metodología propuesta en esta tesis consigue simular de mejor manera los espectros de amplitud de Fourier de los registros observados. En particular, incorporar ondas P a la simulación permite que la forma de los acelerogramas sintéticos se asemeje más a la observada para estaciones más retiradas de la fuente sísmica, pudiéndose simular de buena manera la diferencia de llegada de ondas P y S. Además, la consideración de rayos sísmicos directos arribando en superficie con distintos ángulos de incidencia y azimut, y la descomposición de las ondas S en SV y SH han permitido simular razonablemente las aceleraciones del suelo en dos componentes horizontales (Este-Oeste y Norte-Sur) y una Vertical, obteniéndose un buen ajuste entre los PGA simulados y observados para las tres componentes en estaciones sobre roca dura. Finalmente, se simulan las aceleraciones que experimenta el suelo para un potencial megaterremoto (Mw 9,0) asociado al gap sísmico del Norte de Chile. Se consideran dos escenarios hipotéticos de ruptura los cuales fueron inferidos relacionando las asperezas o zonas de mayor deslizamiento con las zonas de mayor acoplamiento sísmico. La simulación de acelerogramas muestra que se pueden alcanzar valores de PGA cerca de un 1 [g].

Magíster en Ciencias, Mención Geología / La historia geológica del Norte Grande de Chile presenta dos escenarios geomorfológicos, estructurales y sísmicos, que han mostrado ser propicios para la formación de remociones en masa a distintas escalas: el primero corresponde a una extensa región caracterizada por la morfología del acantilado costero, bajo cuyo contexto se generan remociones en masa asociadas, principalmente, a terremotos de subducción; el segundo, está dominado por profundos cañones de orientación E-W, cuya incisión en la Precordillera y Depresión Central permitió la formación de mega-remociones en masa desde el Pleistoceno tardío al Holoceno. Se realizó un mapa cualitativo de susceptibilidad a remociones en masa gatilladas por sismicidad, asociadas a la morfología del Acantilado Costero entre las ciudades de Iquique y Antofagasta. El Índice de Susceptibilidad (IS) fue estimado por medio de una metodología cualitativa de ponderación de factores, considerando cuatro factores relevantes: pendiente promedio, cercanía a estructuras geológicas, litología y evidencia de inestabilidad. El IS fue separado en 4 categorías relativas entre sí: muy alta, alta, media y baja. La zona desde Iquique a Tocopilla resultó ser la más susceptible, y además justamente contiene un segmento sísmico que aún no se ha activado y se esperaría que ocurriera un sismo de Mw > 8. A lo largo de la Depresión Central y la parte más occidental de la Precordillera, entre las quebradas de Camarones y Tarapacá se preservan al menos 407 deslizamientos con área superior a 2,4∗10^3 km^2, de los cuales 351 tienen volumen superior a 10^6 m^3 y son de falla profunda. Estas se distribuyen tanto en el bloque occidental como oriental del pliegue monoclinal alzado por las fallas ciegas asociadas a las Flexuras Humayani, Moquella, Calacala, Soga y Aroma. La mayoría de estas remociones en masa fueron clasificadas como deslizamientos rotacionales coherentes de roca, que pueden ser secuenciales o múltiples, señalando multiplicidad de eventos de remoción en masa. Se caracterizaron por encontrarse en rocas volcánicas y sedimentarias del Cenozoico, que a nivel mundial es reconocida su alta susceptibilidad a los deslizamientos. Si se acepta un gatillante sísmico, se favorece la opción de que estas remociones en masa fueron detonadas por ∼ 1000 terremotos corticales de MW ∼ 7, cuyas aceleraciones fueron amplificadas por efectos de sitio por sobre los valores teóricos de PGA hasta alcanzar ∼ 1 g . Versus que hayan sido todas generadas de una sola vez por al menos un terremoto (uno sería suficiente) de interplaca de magnitud MW > 9. Por otro lado, si se estima el comienzo de la generación de remociones en masa junto al inicio de la erosión (∼ 5,5 Ma), es posible calcular la recurrencia sísmica de 1 terremoto de MW ∼ 7 cada 5.500 años para el conjunto de fallas sismogénicas de la Depresión Central y Cordillera.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / El terremoto de Iquique ocurrió el 1 de Abril de 2014 en la zona norte de Chile, donde no se ha producido un evento de magnitud mayor a 8.5 desde el megaterremoto de 1877. El terremoto Mw 8.1 de Iquique 2014 fue precedido por una fuerte actividad precursora, la cual mostró su máximo de actividad el 16 de Marzo con un sismo superficial de magnitud Mw 6.7. Posteriormente, entre los meses de Abril y Julio de 2014, se observaron más de 3000 réplicas con diversas profundidades y mecanismos focales, que ocurrieron tanto en el contacto sismogénico como en la placa Sudamericana, indicando la complejidad de la secuencia sísmica. El norte de Chile presenta una buena cobertura con estaciones sismológicas instaladas por el Centro Sismológico Nacional (CSN) y la red de colaboración internacional IPOC. Con los datos registrados producto de los sismos de Iquique es posible estudiar la distribución espacial de la sismicidad registrada, así como analizar y comprender la relación entre el proceso de ruptura de un gran terremoto y la sismotectónica de la zona. Para cumplir con este objetivo se localizaron 210 eventos del catálogo del CSN, con magnitud local mayor o igual a 4.5, observados entre los meses de Marzo y Julio de 2014, y luego a través de la inversión del tensor de momento sísmico se obtuvo la solución de mecanismo focal para un subconjunto de 150 sismos. A partir del catálogo de mecanismos focales obtenidos se clasificó la sismicidad observada, identificando eventos de tipo inverso, normales y algunos con mecanismos focales atípicos para la zona de estudio. Estos se clasifican, además, en sismos de contacto interplaca e intraplaca superficiales. Luego, se discutió la naturaleza de la sismicidad de contacto de tipo inversa registrada en las cercanías de la fosa, identificando eventos de alto dip, los que se podrían asociar a la subducción de altos batimétricos de la placa de Nazca. Por otra parte, la generación eventos de tipo normal, se puede asociar al outer rise previo a la subducción de la placa de Nazca, mientras que los sismos atípicos y superficiales son generados, probablemente, por la transferencia de esfuerzos del proceso de subducción hacia la placa Sudamericana. Por último, se analizó la distribución en torno al acoplamiento intersísmico y al deslizamiento cosísmico generado por el terremoto de Iquique de 2014. Se observó como los eventos, posteriores al terremoto de Iquique, rodearon una zona de bajo acoplamiento que podría estar deslizando asísmicamente, y además se concentraron en el límite Oeste del área con mayor deslizamiento cosísmico, mostrando un comportamiento similar a lo observado en otros terremotos de subducción.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / En este trabajo se estudia la fuente sísmica de tres terremotos de profundidad intermedia en la zona de subducción Nazca-Sudamérica, lo cual se realiza mediante inversiones cinemáticas y dinámicas en bajas frecuencias. La zona de ruptura es modelada como un parche elíptico ubicado dentro de un plano de falla fijo. Las inversiones se realizan usando datos banda ancha. Para encontrar los mejores modelos de ruptura se usa el método del Neighborhood Algorithm, donde sus niveles de error (X²) son calculados mediante una norma L² entre los registros aboservados y sintéticos. De los tres sismos analizados, el sismo Mw 6.7 que ocurrió el 11 de febrero de 2015 en la provincia de Jujuy es analizado con mayor detalle mediante las inversiones cinemática y dinámica, debido a su mayor tamaño y buena cobertura azimutal. La geometría elíptica de la zona de ruptura, la velocidad de ruptura y el deslizamiento máximo son calculados en la inversión cinemática. Por otra parte, además de la geometría de la zona de ruptura, la inversión dinámica permite obtener los esfuerzos y los parámetros de fricción involucrados en el proceso de fallamiento. Ambas inversiones convergen con bajos errores a modelos de ruptura cuyas geometrías elípticas son muy similares en términos de tamaño y posición dentro del plano de falla. Ambos modelos sugieren una propagación de la ruptura hacia el sur y hacia arriba del hipocentro, presentando coherencia con las ubicaciones de las réplicas. El modelo cinemático sugiere una velocidad de ruptura sub-shear, mientras que el modelo dinámico sugiere una caída de esfuerzos del orden de 30 MPa y una alta tasa de energía de fracturamiento cercana a los 21 MJ/m². Por otra parte, se analizan mediante inversiones cinemáticas otros dos sismos intraplaca de profundidad intermedia que ocurrieron el 20 de junio de 2011 (Mw 6.5) y el 30 de mayo de 2014 (Mw 5.6). La modelación se hace en ambos planos de falla para cada sismo, donde se encuentra que no es posible determinar el plano de falla que rompió a partir de las inversiones cinemáticas. Las soluciones óptimas encontradas en estos eventos tienen errores X² entre 0,2 y 0,4. Para ambos eventos las mejores soluciones sugieren velocidades de ruptura sub-shear. Finalmente, se concluye que la metodología permite modelar las características generales de la fuente sísmica en campo regional a bajas frecuencias, pero presenta algunas limitaciones para modelar los sismogramas observados cuando las distancias epicentrales de las estaciones usadas se incrementan. Además, al comparar las caídas de esfuerzos estimadas a partir de los resultados de las inversiones cinemáticas de estos tres sismos con los resultados de otros sismos interplaca tipo thrust ocurridos en la misma región estudiada, se vuelve a observar que los sismos intraplaca en general tienen caídas de esfuerzos mayores que los interplaca.

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Ingeniero Civil / En este trabajo se ha realizado un estudio de Peligro Sísmico para Chile considerando como parámetros de intensidad sísmica la aceleración máxima del suelo y, por primera vez a nivel nacional, utilizando parámetros de aceleración espectral. Esto último tiene como ventaja que permite generar espectros de aceleraciones de peligro uniforme. Como primera etapa se recopilaron datos sismológicos necesarios para la caracterización de las zonas sismogénicas. Para ello se consideró una base de datos de sismos de contacto entre placas o interplaca y sismos intraplaca de profundidad intermedia. Luego se definieron y caracterizaron nuevas zonas sismogénicas a lo largo del territorio nacional diferenciando por sismos interplaca e intraplaca profundidad intermedia. Posteriormente se definieron las leyes de Gutenberg-Richter que caracterizan a cada una de las zonas y se establecieron los parámetros a y b asociados a este tipo de curvas con dos metodologías distintas: mínimos cuadrados y máxima verosimilitud. También, se modeló la geometría de cada fuente sismogénica estimando la geometría de la zona de contacto entre la placa de Nazca y la placa Sudamericana, y se comparó con el modelo de Tassara et al. (2006). Se generaron 3 modelos distintos tomando la geometría superior como base. Se utilizaron curvas de atenuación espectrales modernas aplicables a zonas de subducción, incluyendo curvas generadas con datos globales y también el modelo de atenuación local desarrollado por Contreras y Boroschek (2009, 2012). Aplicando la metodología probabilística de Cornell (1968) y Esteva (1970), se determinaron las probabilidades de excedencia de las aceleraciones en roca, generando mapas de isoaceleraciones espectrales para distintos períodos de retorno y también espectros de peligro uniforme. La incertidumbre propia del proceso se consideró mediante el uso de árboles lógicos de decisión. Los resultados se presentan en mapas de aceleración con distinta probabilidad de ser excedidas en un período de tiempo dado (2% y 10% en 50 años de vida útil) y para distintos períodos estructurales (T= 0, 0.2 y 1 segundo). Finalmente, se efectúa una comparación entre los espectros obtenidos y el nivel de amenaza sísmica establecido en la normativa sísmica nacional. Se observa que en la gran mayoría de las ciudades el espectro del DS61 predice aceleraciones mayores para períodos entre 0.1 y 0.4s aproximadamente, siendo superado por los espectros obtenidos en este estudio para períodos mayores que 0.4 s.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / La teoría clásica en sismología que explica la transmisión de ondas en un medio elástico se sustenta sobre las bases de la ley de Hooke, la cual relaciona linealmente los esfuerzos aplicados a un cierto sólido con la deformación que éste sufre. Si bien ésta es válida en la mayoría de los casos, es posible que no explique todos los fenómenos ondulatorios en medios elásticos. Para algunos casos es necesaria una relación constitutiva que incluya términos de mayor orden, o términos nolineales. Esto es posible debido a la existencia de una relación entre la Energía Interna de Deformación y los invariantes del tensor de deformación. El trabajo teórico desarrollado en este estudio incorpora la transmisión de ondas dispersivas en un medio nolineal, la cual entrega ecuaciones diferenciales nolineales. Éstas, bajo ciertas condiciones, presentan soluciones de Ondas Solitarias, es decir, son ondas viajeras que no pierden su forma de onda a medida que se propagan. Las soluciones a los modelos presentan velocidades de fase levemente mayores a la velocidad de la onda S, periodos cercanos a los 150 s, deformaciones permanentes y amplitudes de onda inversamente proporcionales a la raíz de los coeficientes de nolinealidad. Estas ondas se observan principalmente en zonas cercanas al hipocentro de sismos de magnitud moderada y donde las rocas se comporten nolinealmente con endurecimiento, esto significa que a medida que los esfuerzos aplicados sean mayores, la roca será más dificil de deformar. Estos resultados se comparan con observaciones de sismos registrados en Estados Unidos: un sismo Mw 5.1 ocurrido el 29 de Septiembre del 2004 y otro Mw 4.8 que ocurrió el 8 de octubre del 2006. El análisis de señales comprende: pruebas de ruido que muestran que las señales son parte del sismo y no ruido sísmico ambiente, gráficos distancia vs tiempo que muestran una velocidad de fase relativamente constante para la onda y estudios de polarización y amplitudes esperadas en cada estación que muestran movimientos de partícula concordante con el 50% de los datos. En las réplicas estudiadas del terremoto de Chile del 27 de Febrero del 2010, de los registros estudiados, no se observaron las señales de periodo largo, lo cual muestra que la geología de Chile no cumple las condiciones necesarias para la propagación de ondas solitarias. Por otro lado, al revisar la literatura se puede establecer que sismos de profundidad intermedia y mayor no generan estas ondas de baja frecuencia, sólo se observan en sismos superficiales (intraplaca). Es por esto que no se espera observar estas señales en las réplicas del terremoto de Chile. Si bien estos resultados muestran que hay observaciones que cumplen con las condiciones del modelo, no es una conclusión definitiva. Se deben realizar más pruebas para demostrar que la totalidad de los datos sean consistentes con la teoría, éstas deben incluír: estudios de la reología de la zona y estudios de otros procesos nolineales en la zona de ruptura del terremoto.