Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias, Mención Geología / En el caso de tsunamis generados por grandes terremotos de subducción, como es el principal caso chileno, éstos pueden arrasar con cientos o miles de vidas de personas, así como también causar una gran destrucción en infraestructura portuaria, afectando considerablemente la economía del país. Es entonces, de alto interés conocer el peligro de ocurrencia de un tsunami destructivo en una determinada región, el cual dependerá de diversos factores, como la historia sísmica, la batimetría y topografía local, entre otros. Para modelar un tsunami, se utilizan las ecuaciones de agua poco profundas (shallow water equations), en su versión no lineal, para la aproximación numérica, y en su versión lineal para la aproximación analítica. Se han encontrado varias soluciones analíticas referentes a la máxima altura de inundación (runup), dando nuevas pistas a la comprensión de este fenómeno como la influencia de la batimetría, la linealidad del proceso y la relación fuente sísmica - tsunami , en particular, relacionando la velocidad de ruptura de la fuente sísmica con las máximas amplitudes del tsunami. Todas estas soluciones analíticas se pueden calcular instantáneamente a un mínimo costo computacional. Algunas de estas soluciones, han sido utilizadas para modelar el pasado tsunami generado por el terremoto de Illapel (2015), las cuales muestran concordancia con las inundaciones medidas en terreno. Finalmente, su propone complementar el actual sistema de alerta temprana para incluir información en los tiempos ciegos ocasionado por el alto costo computacional que requiere una simulación de tsunami. Para esto, se ha implementado una solución lineal en el campo cercano, la que exhibe un excelente rendimiento en términos de exactitud y rapidez de cálculo.

Ingeniero Civil / El presente trabajo de título busca determinar los efectos de sitio ocurridos en la ciudad de Valdivia producto del terremoto del 22 de mayo de 1960. Los principales objetivos son: 1) recolectar antecedentes históricos de los daños ocurridos en el terremoto, 2) caracterizar geomorfológica y geotécnicamente la ciudad de Valdivia con antecedentes bibliográficos, y 3) estudiar la aplicabilidad del método de las razones espectrales H/V con registros de vibraciones ambientales para reconocer las zonas más dañadas durante el terremoto. El trabajo contempla la elaboración de un mapa geológico y de perfiles transversales dentro de la ciudad, asociándoles un modelo de velocidad de ondas de corte. Además, se elaboró un mapa de daños de la ciudad, relacionados a las diferentes estructuras existentes en esa época, y las causas principales de sus daños. Finalmente, se elaboró un mapa de los periodos obtenidos con la metodología H/V según su lugar de medición. Según lo anterior, los daños ocurridos durante el terremoto están concentrados, principalmente, en las zonas de relleno artificial, siendo los asentamientos excesivos de las fundaciones la principal causa de destrucción de las estructuras presentes. Además, gran parte de los daños menores estuvieron asociados a deficiencias en la estructuración o construcción de las viviendas, tales como materiales defectuosos, fundaciones en mal estado, o la combinación de albañilería no confinada con madera, entre otras cosas. Con respecto a los resultados obtenidos con el método de razones espectrales H/V, existe una variación en los periodos predominantes del suelo, obteniéndose periodos cercanos a 0,7 segundos en sectores donde la roca se encuentra a menor profundidad, y periodos de hasta 1,5 segundos en sectores donde la roca está más profunda. A pesar de esto, no es claro una relación directa entre el daño y los sectores de mayor periodo. Tampoco es evidente si ocurrió efecto de sitio en la zona, ya que, por la poca variedad de estructuras en Valdivia durante el sismo, no se pudo conocer el comportamiento de estructuras de mayores periodos. Se verifica que las estructuras pequeñas de madera y los edificios de hasta siete pisos de hormigón, como el edificio Prales, respondieron bien a las solicitaciones sísmicas.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / El presente trabajo busca caracterizar sismotectónicamente el efecto del terremoto Mw 8.4 de Illapel del 16 de septiembre de 2015 en su entorno, y el gatillamiento de sismicidad principalmente al interior de las placas de Nazca y Sudamericana. Para esto, se utilizaron registros sismológicos de las estaciones permanentes operadas por el Centro Sismológico Nacional de la Universidad de Chile para determinar parámetros hipocentrales y de la fuente sísmica de la sismicidad precursora, desde septiembre de 2013 hasta septiembre de 2015, y de las réplicas hasta tres meses después de ocurrido el terremoto principal. El análisis de la sismicidad constó de tres etapas principales. En primer lugar se tiene la localización hipocentral de la sismicidad, para la cual se obtuvo un total de 264 eventos (69 precursores y 199 réplicas) con magnitud local superior a Ml 4.5. Posteriormente, se llevó a cabo el cálculo del tensor de momento sísmico a través de la inversión, mediante búsqueda de grilla, de las formas de onda de 225 sismos, con el fin de obtener tanto una mejor estimación de la profundidad del centroide del evento como de los parámetros de la fuente. Por último, se realizó una clasificación de la sismicidad en función de la profundidad en la que ocurre cada evento y de los parámetros de la fuente sísmica asociada. La clasificación de sismicidad permitió identificar cuatro grupos principales de eventos, cuyo comportamiento antes y después del terremoto principal da cuenta de su efecto tanto en el contacto interplaca como al interior de cada placa involucrada. La sismicidad interplaca tipo thrust es la más abundante tanto antes como después del terremoto Mw 8.4, además, en ambos casos su distribución tiene lugar alrededor de un área de mayor acoplamiento sísmico, la que, a su vez, coincide con la zona de mayor deslizamiento cosísmico. Por otro lado, en la secuencia de réplicas no se observa un aumento sustancial de la sismicidad intraplaca cortical, no obstante esta no es nula, ya que se tiene registro de un evento con fallamiento transpresivo dextral en torno a la Zona de Falla de Atacama y un sismo con fallamiento normal en la bahía de Coquimbo. Por el contrario, tras el terremoto principal ocurre un aumento en la cantidad de sismicidad en el outer-rise respecto a la etapa precursora. Esta sismicidad de réplicas presenta mecanismos focales con profundidades de centroide entre 4 y 10 km de profundidad, y dan cuenta de fallamiento extensional paralelo a la fosa en la parte más superficial de la placa de Nazca. Además, se concluye que este desencadenamiento es una consecuencia directa del alto deslizamiento cosísmico que ocurrió cerca de la fosa oceánica, lo que ocasionó una transferencia de esfuerzos desde el contacto interplaca hacia la zona detrás de la fosa, en esta línea, y debido a la extensión de esta sismicidad, se proponen dos asperezas más cercanas a la fosa, una hacia el Norte y hacia el Sur de la aspereza principal. Más aún, se plantea la hipótesis de que la sismicidad outer-rise puede ser utilizada como un parámetro de restricción para el modelamiento de deslizamiento cosísmico de grandes terremotos interplaca tipo {\it thrust}.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / Chile continental se extiende a lo largo de 38º de latitud en dirección norte-sur, con una distancia aproximada de 4.200 km. lo que necesariamente determina diversas zonas con riesgo sísmico, variados climas, condiciones de habitabilidad y densidades poblacionales, con lo cual, un reporte homogéneo de la actividad sísmica es difícil de lograr. En consecuencia, si podemos cuantificar el movimiento del suelo a una cierta distancia de la región afectada que permita complementar el análisis de peligro sísmico constituye una herramienta valiosa, la cual podemos generar a través de la estimación de la intensidad de Mercalli (I) en función de la magnitud (Mw) y distancia hipocentral (Dh), que es el objetivo y motivación principal del presente estudio. Para estimar esta relación, se han utilizado correlaciones mediante el método de mínimos cuadrados, el cual presenta la dificultad de que la magnitud y la distancia tienen un grado de correlación, con lo que la estimación presenta sesgo. Hasta ahora, se ha supuesto que cada una de las variables independientes del método de regresión lineal estaba incorrelacionado con el término del error. En consecuencia, surge el problema cuando este supuesto no se cumple, generando dificultades en los modelos de ecuaciones simultáneas. Para los efectos del presente estudio, existe dependencia entre la Magnitud y la Distancia. La memoria a desarrollar aborda esta problemática a través de la utilización de un método de regresión de mínimos cuadrados en dos etapas, que permitirá estimar la intensidad de Mercalli (I), en función de la magnitud (Mw) y la distancia hipocentral (Dh).

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / En la siguiente tesis se presentan los estudios de dos perfiles de reflexión sísmica de alta resolución obtenidos de forma perpendicular a la fosa en el marco del proyecto CEVICHE (Crustal Experiment from Valdivia to Illapel to Characterize Huge Earthquakes), desarrollado frente a las costas de la Región del Maule en el sur de Chile. En este sector, la placa oceánica de Nazca subduce bajo la placa continental Sudamericana, produciendo acumulación y relajación de esfuerzos que dan origen a terremotos de gran magnitud. Por otra parte, el relleno sedimentario en la fosa de este sector varía entre los 1.5 y 3.3 km debido a procesos que generan un régimen de entrada de sedimentos, como por ejemplo la denudación de la Cordillera de los Andes durante sucesivos períodos de glaciación, la alta tasa de precipitaciones, las corrientes turbidíticas y los cañones submarinos. Los perfiles sísmicos estudiados fueron procesados mediante migraciones post-apilamiento de Kirchhoff en tiempo (Kirchhoff post-stack time migration) y pre-apilamiento de Kirchhoff en tiempo (Kirchhoff pre-stack time migration). En ambos casos, la migración pre-apilamiento reconstruye de una mejor manera las estructuras de la sub-superficie. Los perfiles sísmicos una vez migrados en tiempo fueron transformados a profundidad usando la ecuación de Dix y un modelo de velocidades conocido. Se observó que para la línea sísmica de reflexión MC37 el ancho del canal de subducción era variable, siendo de ~0.45 km en la zona más profunda observada. Así mismo, para la línea sísmica de reflexión MC39 el ancho del canal de subducción también era variable, siendo de ~0.87 km en la zona más profunda observada. En los perfiles sísmicos obtenidos es posible observar en forma detallada las características geológicas que existen bajo la superficie del suelo oceánico, por ejemplo, fallas inversas de bajo ángulo en el prisma de acreción frontal y un espesor de ~1.5 km de sedimentos en el frente de deformación, características que son coincidentes con márgenes convergentes y acrecionarios. Finalmente, se compararon perfiles de sísmica de reflexión obtenidos antes y después del terremoto del Maule del año 2010. Esta comparación no evidencia nuevas deformaciones dentro de la fosa y/o alrededor del frente de deformación (bajo las limitaciones que permite la resolución de los datos), lo cual podría deberse a que el prisma de acreción frontal posee características plásticas, lo que produce principalmente deslizamiento asísmico.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / En el presente trabajo se analiza la respuesta del agua al proceso temporal de ruptura de terremotos submarinos. Dicho comportamiento es estudiado por medio de la modelación de tsunamis generados por distintos tipos de fuentes sísmicas. Esto construyendo modelos de fallas finitas que permiten aislar los parámetros cinemáticos de las rupturas, para luego ser usados como entrada de la modelación de tsunamis. Los resultados muestran que desde el punto de vista cinemático las grandes amplitudes de tsunamis son una respuesta del agua a las bajas velocidades de ruptura, al tamaño de la columna de agua sobre la fuente y la ubicación del hipocentro en el plano de falla. Este estudio fue hecho considerando dos tipos de escenarios; se utilizó una batimetría simple, compuesta por un fondo plano y un talud que se eleva desde el fondo del mar hasta la costa y una batimetría realista del Norte de Chile, de iguar resolución espacial. Estas dos batimetrías contaron con dos superficies de falla asociadas; para el caso simple, se tuvo una superficie plana rectangular y para el caso del Norte de Chile, se construyeron muchos planos superpuestos sobre el slab en esa zona. Cada superficie de falla utilizó una distribución de slip uniforme y estocástica y para la simulación del terremoto se construyó un modelo cinemático de fuente que permitió controlar la velocidad de ruptura y el Rise Time. Entre los resultados obtenidos se destaca el hecho de que las bajas velocidades de ruptura pueden amplificar hasta 8 veces la altura del Run-Up, con respecto al caso de una fuente instantánea. También se observa que para velocidades lentas, el efecto de la directividad de la fuente controla la distribución espacial de las amplitudes del tsunami, haciendo que las mayores amplitudes del Run-Up se concentren en las costas más cercanas a la proyección horizontal de la dirección de propagación de la ruptura. También se observa que las amplitudes del tsunami dependen de la relación entre la velocidad de ruptura y la profundidad de la batimetría, por lo que se concluye que los terremotos tsunamigénicos de distintas partes del mundo logran excitar tsunamis que se propagan a diferentes velocidades de ruptura, dependiendo de la profundidad de la batimetría sobre la fuente. Finalmente, se observa que los terremotos tsunamigénicos que propagan sus rupturas con cambios abruptos de velocidad, de rápido a lento, logran amplificar la altura de los tsunamis más que las rupturas que se propagan a una velocidad constante.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / En este trabajo, utilizando los disparos del R/V M.G. Langseth se obtiene un modelo bidimensional (2D) de velocidad de onda P, en las líneas MC06 (perpendicular a la fosa) y MC32 (paralela a la fosa) del proyecto PICTURES (Pisagua/Iquique Crustal Tomography to Understand the Region of the Earthquake Source), por medio de una modelación directa de reflexiones y refracciones de ondas P, para caracterizar estructuras del margen convergente del norte de Chile. Con los modelos de velocidad se transforman los perfiles de reflexión en tiempo (Two Way Travel Time) a profundidad de reflectores, lo cual nos permite hacer interpretaciones del modelo de velocidad y correlacionar las zonas de cambios importantes de velocidad con estructuras geológicas observadas en los perfiles. Hasta la fecha no existen otros modelos detallados de velocidad en la zona de estudio de este proyecto, por lo que obtención de modelos de velocidad son un aporte para entender la estructura del margen en la zona de ruptura del terremoto de Iquique (Mw 8.1,2014). Este estudio permite también identificar la zona del prisma frontal y la cuña continental fracturada y determinar su extensión horizontal, determinar la geometría del contacto interplaca en la zona cercana a la fosa y estudiar las variaciones norte-sur de la cu na continental y la geometría del contacto, que pueden correlacionarse el patrón de ruptura del terremoto de Iquique 2014. Los resultados del modelo de velocidad y el perfil de reflexión muestran que, en la línea MC06 perpendicular a la fosa, existe un peque no prisma frontal con velocidades de 2-3 km/s, con un rápido aumento de velocidad hacia el continente. Hacia el continente observamos un basamento, del cual aumenta gradualmente su velocidad y que se encuentra cubierto por una capa delgada de sedimentos, la cual se engrosa notablemente en la parte superior del talud, donde se ubica la cuenca de Iquique con espesor sedimentario de unos 2 km. Se identifica además un extenso fallamiento normal, el cual abarca prácticamente la totalidad del talud. En la línea MC32 encontramos que las velocidades de la zona frontal son similares en general. En la zona norte se observa un reflector intermedio importante entre el fondo oceánico y el techo de la placa oceánica. Este reflector estaría asociado a una zona de basamento bajo una capa de sedimentos, producto de la disminución del tamaño del prisma y un leve alejamiento de la línea con respecto a la fosa. Como conclusión se obtienen resultados consistentes con otros trabajos y con la tectónica de la zona. Los resultados se interpretan como evidencia de erosión por subducción, que provoca el colapso de la placa cabalgante mediante gran cantidad de fallas normales y un fracturamiento de zona frontal de la cuña continental.. Se identifica también un pequeño prisma de acreción que podría estar actuando como una zona asímica, explicando la distribución del réplicas del terremoto de Iquique.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / El 1º de abril del 2014, a las 23:46:45 UTC ocurrió un gran terremoto Mw 8.2 cerca de la locali- dad de Pisagua, en el segmento de la zona de contacto inter-placa donde el mega terremoto de 1877 (Mw 8.8-9.0) definió una brecha sísmica, en la cual no ocurrió un proceso de ruptura significativo en 137 años. En las últimas dos décadas, redes de GPS instaladas en el norte de Chile y el sur de Perú, han proporcionado observaciones que son utilizadas para analizar la evolución espacial y temporal de la deformación de la corteza, particularmente antes, durante y después del terremoto de Pisagua 2014 (Mw 8.2). Dichas observaciones proveen una gran oportunidad de comprender los procesos de deformación inter-, co- y post-sísmica en una misma zona sismogénica, permitiendo mejorar el entendimiento del comportamiento mecánico del contacto sismogénico de subducción. En este trabajo se procesan los datos registrados por receptores GPS en la zona de estudio, obteniendo series de tiempo posicionales diarias y sub-diarias. A partir de estas series de tiempo, se estiman señales de desplazamiento co-sísmico del terremoto de Pisagua 2014 y de la réplica principal, desplazamientos post-sísmicos inducidos por dichos terremotos, y las tasas seculares para el período anterior al terremoto de Pisagua. Estas señales se obtienen utilizando un procedimiento de inversión robusto basado en la norma L1, para ajustar modelos de trayectorias de las series de tiempo posicionales. Una particularidad a destacar de este estudio es que, a diferencia de otros trabajos publicados, la estimación de desplazamientos post-sísmicos considera la superposición de funciones base que representan de mejor forma el comportamiento transiente de la deformación post-sísmica, y que son independientes de la física que normalmente se asume para estos procesos. Utilizando las señales de deformación obtenidas en este trabajo, se estiman modelos de disloca- ción co-sísmica del terremoto de Pisagua 2014 (Mw 8.2), de su principal réplica, y la dislocación post-sísmica asociada a este evento. Estos modelos se calculan mediante inversiones con regularización, en donde el operador de regularización está basado en la sensibilidad de las dislocaciones en el contacto interplaca a las observaciones obtenidas en superficie. Este método permite la obtención de modelos de dislocación robustos, estables y con un mayor nivel de detalle. Se analizan los resultados dentro del contexto sismo-tectónico de la región, comparando los modelos obtenidos con otros modelos de dislocación y acoplamiento para la zona. Se concluye que la interfaz interplaca de la zona tiene propiedades mecánicas bastante heterogéneas, lo que significa que es capaz de acumular grandes esfuerzos. Además, existen barreras sísmicas a los 19ºS y 21ºS, que son capaces de detener el frente de ruptura de sismos comparables al terremoto de Pisagua 2014. Finalmente, se concluye que la zona al sur de los 21ºS, hasta los 23ºS, muestra ser una región con un alto peligro sísmico asociado. / Fondecyt 11140904, CONICYT