Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / En esta tesis se simulan los acelerogramas del terremoto de Iquique MW8.1 y su réplica principal MW7.6, usando funciones de Green empíricas obtenidas de réplicas del evento principal. El área de ruptura de los terremotos se subdivide en subfallas, y para cada una de ellas se considera una réplica como función de Green. Los acelerogramas de los sismos son sumados considerando leyes de escalamiento de terremotos, la distribución de desplazamiento y la velocidad de ruptura de los terremotos a simular. Se analiza el efecto de modelar la forma de onda de cuerpo corrigiendo los valores de patrón de radiación de los eventos considerados como funciones de Green empíricas. Del análisis de esta corrección se concluye que es mejor usar la forma de onda original sin modificarla por estos valores. Luego se valida el método de funciones de Green empíricas simulando un evento MW6.2 a partir de una réplica cercana MW5.1. Además, para analizar la sensibilidad espacial, se modela un evento MW6.3 usando una Semilla MW5.2 ubicada al norte y luego otro evento MW6.3 usando una Semilla ubicada al Sur. Los registros simulados muestran una diferencia significativa en los arribos de las ondas de cuerpo y superficiales pero a pesar de esto, se reproducen amplitudes y formas de onda de los registros modelados. La réplica principal MW7.6 presenta dos asperezas principales. En las zonas de máximo deslizamiento se observa una ausencia de réplicas de gran magnitud lo que dificulta la elección de los eventos a utilizar como funciones de Green empíricas. Finalmente se usan los dos eventos más cercanos a cada aspereza de magnitudes MW6.1 y MW3.5. Los registros simulados no presentan similitudes en forma de onda, pero si en la duración del evento y los valores de aceleración máxima. Finalmente se modela el evento principal MW8.1 el cual presenta una zona de alto deslizamiento hacia el suroriente de la ruptura según diversos autores. Para esto primero se modelan sus registros usando una única Semilla MW4.8 la que se encuentra en la zona de mayor deslizamiento y luego, usando un set de Semillas ubicadas en el plano de falla del evento principal. Comparando los resultados obtenidos se concluye que usando un set de Semillas se obtiene una mejora importante en las formas de onda, espectros y valores de aceleración.

En este trabajo se establecen relaciones de atenuación para los sismos chilenos considerando la aceleración máxima horizontal del suelo (PGA) como parámetro característico. Además, se incorpora por primera vez en Chile, el desarrollo de curvas de atenuación para aceleraciones espectrales horizontales. Como primera etapa se recopilaron datos de aceleraciones desde 1945 hasta Junio de 2008. Para ello se consideró una base de datos sólo de acelerogramas chilenos de sismos Interplaca e Intraplaca de Profundidad Intermedia. Con el fin de estimar la distancia más cercana desde las estaciones de registro hasta la ruptura se realizó la modelación de las superficies de ruptura para sismos de magnitud Mw≥6.0 a partir del estudio de réplicas. Las curvas de atenuación fueron desarrolladas de acuerdo al procedimiento descrito por Atkinson y Boore (2003) utilizando una regresión de tipo bayesiana. Las fórmulas propuestas consideran diferencias entre mecanismo focal; Sismos Interplaca e Intraplaca de Profundidad Intermedia, y tipo de suelo; Roca o Suelo. La clasificación de Suelo utilizada en este trabajo considera las definiciones de Tipo II y III de las normas nacionales. Por otra parte, la base de datos fue dividida de acuerdo a la magnitud de los sismos. Para ello, se realizaron regresiones independientes separando los eventos con magnitud Mw≥6.5 de los eventos menores. A partir de los registros y estudios sismológicos adicionales se logró la modelación de la superficie de ruptura de la mayoría de los sismos Interplaca estudiados, en cambio, esto fue posible sólo para una cantidad muy limitada de sismos Intraplaca de Profundidad Intermedia, principalmente porque éstos últimos presentan una escasa cantidad de réplicas. Este resultado permitió obtener una relación empírica entre superficie de ruptura (Arup) y magnitud (Mw) para sismos Interplaca. La base de datos de sismos chilenos estudiada, dada la distribución por magnitud y distancia existente, permitió una estimación de curvas de atenuación espectrales y de aceleraciones máximas. Las desviaciones estándar de los errores, en escala logarítmica, se encuentran dentro del rango de 0.2-0.35, donde se observa que la dispersión de los datos con magnitudes mayores (Mw≥6.5) es más baja. Las curvas obtenidas indican que las aceleraciones registradas en estaciones ubicadas en suelo son más elevadas que las registradas en estaciones ubicadas en roca. Las aceleraciones espectrales máximas se producen en general para períodos entre los 0.2 y 0.4 segundos. Además, se evidencia que los sismos chilenos poseen una baja componente de aceleración para períodos largos, especialmente para eventos del tipo Intraplaca de Profundidad Intermedia. Se confirman resultados anteriores que los sismos Intraplaca de Profundidad Intermedia presentan mayores aceleraciones para distancias cercanas a la fuente y se atenúan más rápidamente que los sismos Interplaca. Se aprecia que para el caso chileno, las aceleraciones horizontales máximas y espectrales en general son mayores que las estimadas en trabajos donde se mezclan registros de zonas de subducción de distintas partes del mundo, lo que evidencia la importancia de realizar estos análisis en zonas de subducción específicas. Al comparar los resultados de este estudio, para aceleraciones máximas de terreno, con datos chilenos, por otros autores, se observan valores menores para distancias cercanas a la ruptura, lo que se explica debido a la incorporación del término de saturación y a la definición de distancia utilizada.

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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].

El Viaducto Quebrada El Salto tiene 210 m de longitud y se encuentra sobre la Quebrada El Salto y el mirador al poniente de la Rotonda La Pirámide. Es curvo y continuo en tres tramos, con vano principal de 95 m y tramos sur y norte de 55 m y 60 m respectivamente. Se apoya en estribos y 2 cepas cuyo suelo de fundación es roca. El objetivo principal del presente trabajo de título es hacer un análisis sísmico del Viaducto Quebrada El Salto, estudiando en forma especial el comportamiento de los aisladores sísmicos para determinar los requerimientos de las placas de apoyo. Según el lugar de emplazamiento del puente, se determinó que los acelerogramas más apropiados para realizar el análisis sísmico eran el sintético elaborado en la tesis de Andrés Larraín C. y el de Pica para el terremoto de Tarapacá 2005. Ambos registrados en suelo duro por lo que con ellos se obtienen resultados más conservadores. Se elaboró un modelo lineal y no lineal del puente a través del programa SAP2000, y se ingresaron a los modelos los registros mencionados, sus respectivos espectros y el espectro del Manual de Carreteras del MOP. Los resultados de los análisis, considerando como suelo de fundación suelo duro, indican que se producen rótulas plásticas en los extremos de las cepas. Éstas superan el punto de fluencia, pero lo hacen sólo hasta un punto de ocupación inmediata, es decir, no fallan. Los apoyos de neopreno cumplen con los requerimientos impuestos por las solicitaciones sísmicas de los distintos análisis. En el único caso en que no todos los requerimientos se cumplen es para los análisis con el registro sintético. Finalmente, se recomienda realizar siempre análisis no lineales en el tiempo.

En este trabajo se estudia la respuesta sísmica real de edificios instrumentados, ubicados en zona epicentral de terremotos de gran magnitud, a través del análisis de los acelerogramas registrados en diversos niveles de las estructuras. Se usaron prácticamente los únicos registros sísmicos que cumplían con estas características, que son los datos obtenidos en los edificios Holiday Inn (terremotos de San Fernando 1971 y Northridge 1994) y Bank of California (terremoto de San Fernando 1971), ubicados en Los Ángeles, CA, EEUU; y la estructura soportante de la caldera colgante de la C.T. Ventanas II (terremoto de Chile Central 1985) ubicada en Ventanas, Chile. Del análisis realizado a los registros sísmicos obtenidos en los edificios no se pudieron apreciar los períodos modales de las estructuras, supuesto fundamental en que se basa el método modal espectral considerado en las normas de diseño sísmico actuales, aún en los casos en que la respuesta de los edificios fue prácticamente lineal. Aplicando la técnica del odograma se identificó que los períodos presentes en los registros sísmicos eran producto de la propagación de ondas sísmicas al interior de los edificios, las cuales le imponían sus períodos y trayectorias a la estructura. Estas ondas corresponden a tres tipos: las tipo Rayleigh, las cuales se caracterizan por tener una trayectoria elíptica (retrógrada o prógrada) polarizada en un plano vertical y por propagarse verticalmente con una velocidad similar a la velocidad de onda de corte (Vs ) del suelo de fundación, las de Suelo, que tienen un movimiento acoplado en el plano horizontal y que representan liberación de energía mediante vibración libre del suelo y las de Rocking, que inducen un giro de cuerpo rígido en los edificios, y la magnitud de su efecto depende principalmente de la calidad del suelo y de la altura del edificio. Estos dos últimos tipos de ondas no inducen desplazamientos relativos importantes en las estructuras, por lo tanto no generan tensiones internas en los elementos estructurales, pero si son capaces de generar altas aceleraciones en los niveles de los edificios, las cuales influyen directamente en los elementos no estructurales sensibles a fuerzas inerciales. Además, se comprueba que las ondas tipo Rayleigh de baja frecuencia son capaces de generar desplazamientos relativos horizontales y verticales de manera acoplada, lo cual es especialmente crítico para las uniones de estructuras de marcos, mientras que las ondas tipo Rayleigh de alta frecuencia, al igual que las ondas de Suelo y de Rocking, generan altas aceleraciones en los niveles de los edificios. A partir de las características de las ondas identificadas, se proponen métodos para estimar las solicitaciones sísmicas sobre los edificios y sus elementos no estructurales. Para la estructura se presenta un método simple para calcular los desplazamientos relativos de entrepiso producidos por la propagación vertical de una onda tipo Rayleigh de baja frecuencia en función de las características de la onda (período, polaridad, amplitud máxima horizontal, amplitud máxima vertical y velocidad de propagación en la estructura), de las características de rigidez de la estructura y de la altura de entrepiso, para lo cual se asume que la onda tipo Rayleigh posee una trayectoria elíptica. Con respecto a las aceleraciones de piso se observa que para los edificios estudiados se cumple que la ubicación de los peaks de los espectros de respuesta de piso, al igual que para el nivel del suelo, coinciden con el período fundamental del suelo y de los períodos característicos de las ondas Rayleigh, es decir, no coinciden con los periodos modales de la estructura como debería esperarse si la respuesta fuera vibratoria. Se determinaron los espectros de respuesta en la base de los edificios y en los niveles superiores, en función de las propiedades de las ondas identificadas (tipo Rayleigh, de Suelo y de Rocking), las cuales se propagan en los edificios sólo variando su amplitud. A partir de este resultado y del estudio de la variación de las amplitudes de las ondas, se obtuvieron los espectros de respuesta de piso de los niveles superiores de la estructura en función del espectro de respuesta de la base de los edificios.

Ingeniero Civil / El objetivo de este trabajo de título es reproducir los acelerogramas observados en superficie sobre distintos tipos de suelo durante el terremoto de Tohoku de 2011. Primero, se implementa la metodología estocástica de falla finita propuesta por Otárola y Ruiz (2016) para generar registros de aceleración en el basamento rocoso de los sitios a partir del modelo de ruptura del terremoto propuesto por Kurahashi e Irikura (2011). Este método genera acelerogramas sintéticos en dos componentes horizontales ortogonales y en la vertical, considerando ondas sísmicas compresionales y de corte, polarizadas en la horizontal SH y en la vertical SV. Posteriormente, estas ondas sísmicas se propagan a través del suelo mediante el uso de funciones de transferencia que se deducen a partir del Método de Rigidez desarrollado por Kausel (1981). Los registros sintéticos de aceleración obtenidos en este trabajo capturan los impulsos asociados a las asperezas del modelo de ruptura. Además, se logran simular apropiadamente los espectros de respuesta observados en la base de las estaciones y se verifica la proporcionalidad de la amplificación respecto a su rigidez. Al incorporar el efecto de sitio a través de las funciones de transferencia, se verifica que las componentes horizontales se amplifican en las mismas frecuencias que el registro observado y con la misma amplitud. Sin embargo, aunque la componente vertical captura razonablemente la magnitud de las aceleraciones, no ajusta las frecuencias donde ocurren los peaks de energía. La metodología propuesta en este trabajo contempla fundamentos físicos de la propagación de ondas sísmicas, tanto en la corteza terrestre como en su superficie, logrando reproducir la evolución temporal del registro sísmico, lo que es fundamental en problemas como el análisis no lineal de estructuras.

Se propone un nuevo método de generación de acelerogramas sintéticos no estacionario, que considera el acoplamiento tridimensional de las ondas sísmicas, la respuesta dinámica del suelo y la influencia de la fuente sísmica. El método se basa en la caracterización de las ondas sísmicas provenientes desde las asperezas dominantes y subasperezas presentes en la placa y la cinemática de ruptura de estas, además de la caracterización de las ondas de suelo asociadas a la respuesta del suelo ante la llegada de ondas forzantes. El método propuesto permite para un terremoto simular simultáneamente diferentes acelerogramas en distintos sitios. Las ondas sísmicas asociadas a la ruptura de asperezas dominanteA ha sido estudiada ampliamente por la sismología, lo cual ha facilitado su incorporación en el método de simulación propuesto. Sin embargo, además de las ondas relacionadas con las asperezas dominantes en esta tesis se incorporan las ondas asociadas a subasperezas que corresponden a liberación de energía producto de heterogeneidades en la ruptura y que principalmente inducen ondas de alta frecuencia (> 1Hz). También se ha incorporado la respuesta del suelo ante el movimiento forzante de las ondas sísmicas. Las ondas que controlan el movimiento del suelo cuando este responde en forma libre, .se han denominado ondas de suelo. Las ondas de suelo presentan la particularidad de que se encuentran fuertemente acoplada entre sus componentes horizontales. Otro tipo de ondas que es posible observar en acelerogramas cercanos a la fuente sísmica, son ondas con un fuerte acoplamiento tipo Rayleigh. Los diferentes acoplamientos de las ondas, que han sido identificados en esta tesis, han motivado la necesidad de generar acelerogramas acoplados en sus tres componentes. A partir del estudio de acelerogramas de terremotos se ha propuesto una metodología de caracterización de estas ondas, con lo que es posible obtener el periodo fundamental de vibrar del suelo y su amortiguamiento, además del período característico en alta frecuencia de las ondas con acoplamiento tipo Rayleigh. La generación considera estas características básicas de las ondas, las cuales posteriormente son utilizadas para la generación de los acelerogramas. Estas ondas viajan desde la ruptura de las asperezas dominantes y subaserezas hacia el sitio de interés para el cual se requiere el acelero grama, de esta forma los acelerogramas presentan una no estacionaridad en el tiempo, que depende de la ubicación de las asperezas. Se ha simulado dos terremotos para validar el método, se ha escogido el sismo del 9 de abril de 1985 y el terremoto del 3 de marzo de 1985, reproduciendo simultáneamente acelerogramas en múlti_les estaciones, para validar el comportamiento cinemático de la ruptura de asperezas propuestas. Los acelerogramas sintéticos obtenidos permiten validar el método propuesto, recomendándose continuar investigando sobre la ruptura de terremotos en alta frecuencia o caracterizando nuevos acelerogramas de terremotos, esto permitirá ir mejorando la información básica que necesita el método para su mejor simulación. La caracterización de acelerogramas en alta frecuencia desarrollada en esta tesis ha dejado de manifiesto la naturaleza heurística de cualquier método de generación de acelerogramas, siendo necesario ampliar la red de acelerógrafos, para mejorar la caracterización en alta frecuencia de acelerogramas.

Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre análises no domínio do tempo e análises espectrais, como forma de sugerir uma abordagem alternativa para o projeto de pontes de seção celular submetidas à ação de terremotos. Com esse propósito, desenvolveu-se um programa em linguagem JAVA para a geração de sismos artificiais, usando como base o Eurocode 8. A saída do programa foi utilizada para o desenvolvimento de um estudo de caso, que consiste em uma modelagem simplificada no software ADINA, de um vão de 21 m da Ponte Alverca, em Portugal. Após a extração e comparação de resultados dos dois métodos, é possível perceber que o método alternativo proposto - no domínio do tempo, que consiste na aplicação de acelerogramas artificiais ao modelo - possui resultados bastante coerentes com a análise espectral, além de ser mais recomendado se efeitos geométricos ou fisicamente não lineares forem considerados na modelagem. / This work presents a comparative study between time-domain analysis and spectral analysis, as a way of suggesting an alternative approach for treating cell section bridges subjected to earthquakes. To reach this goal, it was developed a program in JAVA language for the artificial earthquakes generation, using the Eurocode 8 as a basis. The program output was used for a case study that consists in a simplified modeling using ADINA software, of a twenty-one-meter-long span of Alverca Bridge, in Portugal. After the results extraction of both methods, it is possible to notice that the alternative method - in the time-domain, which consists of the application of artificial accelerograms to the model - has fairly consistent results with spectral analysis, not to mention that it is the most suitable one, in case geometrical or physical non-linearities are considered in the modelling.

Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre análises no domínio do tempo e análises espectrais, como forma de sugerir uma abordagem alternativa para o projeto de pontes de seção celular submetidas à ação de terremotos. Com esse propósito, desenvolveu-se um programa em linguagem JAVA para a geração de sismos artificiais, usando como base o Eurocode 8. A saída do programa foi utilizada para o desenvolvimento de um estudo de caso, que consiste em uma modelagem simplificada no software ADINA, de um vão de 21 m da Ponte Alverca, em Portugal. Após a extração e comparação de resultados dos dois métodos, é possível perceber que o método alternativo proposto - no domínio do tempo, que consiste na aplicação de acelerogramas artificiais ao modelo - possui resultados bastante coerentes com a análise espectral, além de ser mais recomendado se efeitos geométricos ou fisicamente não lineares forem considerados na modelagem. / This work presents a comparative study between time-domain analysis and spectral analysis, as a way of suggesting an alternative approach for treating cell section bridges subjected to earthquakes. To reach this goal, it was developed a program in JAVA language for the artificial earthquakes generation, using the Eurocode 8 as a basis. The program output was used for a case study that consists in a simplified modeling using ADINA software, of a twenty-one-meter-long span of Alverca Bridge, in Portugal. After the results extraction of both methods, it is possible to notice that the alternative method - in the time-domain, which consists of the application of artificial accelerograms to the model - has fairly consistent results with spectral analysis, not to mention that it is the most suitable one, in case geometrical or physical non-linearities are considered in the modelling.