Miércoles, 25 Marzo 2020 08:24

Sanchez Sesma

El Ruido Sísmico Ambiental y sus aplicaciones en Sismología, Ingeniería Sísmica y Geotecnia

Parte 3 de 3: Impacto de la Innovación HVSR + DFC

*Dr. Francisco J Sánchez-Sesma Erika M. Berstein y Casandra Rodríguez López

Miembro del Comité de Tecnología y Diseño Comité



En las primeras dos partes de este artículo se abordó el ruido sísmico ambiental (RSA) que son las pequeñas vibraciones a las que está sometida la superficie de la Tierra, las cuales son detectadas con sismómetros y mediante las correlaciones de las fluctuaciones se pueden recuperar las principales características de las ondas superficiales. En la práctica se usan fuentes virtuales para construir imágenes del subsuelo y la geología local.

Además, se describió el concepto de Densidad de Energía Direccional (DED) de un Campo Difuso que permite establecer una relación conceptual entre la energía asociada al ruido sísmico con la función de Green, que es la repuesta del sistema a una fuerza unitaria impulsiva. Así, con cocientes espectrales H/V de RSA y el Concepto de Campo Difuso (DFC) esas medidas se pueden interpretar mediante procedimientos de optimación y obtener descripciones del subsuelo, a partir de las cuales es posible inferir la respuesta sísmica en escenarios preestablecidos. Esto es trascendental porque millones de humanos viven en zonas sísmicas y, en la mayoría de los casos, los más pobres son más vulnerables a los desastres porque están alejados de los entornos de ingeniería.

Por ello, actualmente, la innovación HVSR + DFC consiste en la realización de campañas de medición que no afectan el medio ambiente, son por ello ecológicas y de bajo costo, lo que las hace sostenibles. Sólo en la industria geotécnica la innovación está ahorrando recursos considerables. Algunos de los principales problemas de la ingeniería sismológica que se benefician con la sísmica pasiva son:

Determinación de la estructura del subsuelo en sitios de interés mediante mediciones de ruido sísmico ambiental.

Estos sitios podrían tener construcciones importantes en el futuro y se podrían, con base en análisis de la propagación de ondas, anticipar los potenciales efectos de sitio durante terremotos.

Las técnicas de sísmica pasiva son prácticas de rutina en la industria de exploración que emplea a miles de personas. La estructura de velocidad de los sitios del suelo se determina actualmente utilizando estas ideas (por ejemplo, MHVSR, SPAC, MASW, REMI). Las extensas mediciones y análisis realizados hasta ahora han contribuido considerablemente al avance de las técnicas de exploración geofísica.

Dada la complejidad inherente de los campos de ondas sísmicas de ruido ambiental y de los terremotos en las estructuras sedimentarias superficiales, los cocientes espectrales MHVSR son una herramienta robusta que se usa con frecuencia para la microzonificación.

La innovación (HVSR+DFC) implica costos bajos, promoviendo una mejor identificación de la estructura del subsuelo, mejores códigos y prácticas de construcción. Esto contribuye a la seguridad y potencialmente a salvar vidas en países propensos a terremotos.

Además, miles de profesionales e investigadores en ingeniería geotécnica, sismológica y geofísica de todo el mundo son actualmente usuarios de softwares para análisis de los cocientes MHVSR (Geopsy, HV-Inv incluye el DFC). Los planes gubernamentales a gran escala, para la reducción del riesgo sísmico, han aprovechado el enfoque HVSR + DFC y otros métodos pasivos de ruido ambiental. Un ejemplo notable de estas buenas prácticas son los amplios estudios de microzonificación sísmica en Italia, que comprenden 140 municipios en cuatro regiones del centro de Italia. Esto ha sido promovido por el Estado italiano después del terremoto M6.0 de 2016. Está en curso un ambicioso proyecto en España para la reevaluación avanzada de riesgos sísmicos en infraestructuras críticas.

Además de una larga lista de aplicaciones para la microzonificación sísmica de áreas urbanas ubicadas en ambientes sedimentarios, el HVSR+DFC se ha utilizado para explorar una variedad de formaciones geológicas, como las estudiadas por Mathieu Perton, Zack Spica y otros.

La lista de aplicaciones de HVSR+DFA incluye la exploración de recursos naturales o algunos relacionados con el monitoreo de los efectos del cambio climático. Por ejemplo, se ha demostrado que es una herramienta confiable y robusta para estimar las condiciones de permafrost y el grosor de la capa de hielo en la Antártida y de otros glaciares, como lo han demostrado Steffano Picotti, José M. Carcione y otros. Los resultados de estos estudios serán cruciales para comprender los diversos problemas del cambio climático.

Capa de hielo Antártica. Los cocientes MHVSR y EHVSR en conjunción con DFC podrían usarse para estudios en entornos marinos destinados a descubrir las propiedades mecánicas de los sedimentos. Esto puede tener un impacto significativo en el desarrollo de la ingeniería geotécnica en altamar con procedimientos amigables con el medio ambiente. El uso de un sensor sísmico de tres componentes puede proporcionar un campo de ondas de ruido de alta calidad sin precedentes, lo que permite, a través de una operación automatizada, obtener el HVSR en un amplio rango de frecuencias.

Algunos nuevos desarrollos teóricos pueden mejorar la resolución. La interpretación rigurosa de HVSR + DFC en sitios con irregularidad lateral es costosa porque la función de Green en casos 3D en general es mucho más difícil. La investigación puede proporcionar una interpretación de bajo costo de los estudios de MHVSR baja heterogeneidad lateral. Se puede generar un banco de datos y usar estrategias de aprendizaje automático, formas efectivas de inferir y calcular usando el esquema HVSR + DFC.

La determinación mejorada y más rápida de la estructura de velocidad 3D con sedimentos complejos puede conducir a un cálculo confiable de respuesta sísmica y, en consecuencia, a una mejor evaluación del peligro y el riesgo. HVSR + DFC proporciona herramientas avanzadas para reconocer las características sobresalientes de la geología de la superficie y esto puede ser de gran utilidad en la construcción de modelos que representen adecuadamente las irregularidades, los estratos y la topografía, por no hablar de los efectos de origen y trayectoria, de tal manera que la simulación numérica de los efectos de un fuerte movimiento del suelo puede producir escenarios sísmicos para ciudades y grandes infraestructuras como presas, puentes, etc.

Deben investigarse en profundidad las condiciones de aplicabilidad de las mediciones de ruido sísmico y el concepto teórico de la naturaleza difusa del campo de ondas sísmicas. Se puede generar un nuevo tipo de sensores (para aplicaciones que van desde el control de calidad en diversas industrias, hasta la ingeniería biomédica) basado en la estimulación controlada de campos difusos y la medición de respuesta. Estos sensores pueden ser muy importantes para las próximas misiones lunares y la exploración de Marte, por ejemplo.



*Miembro del Consejo Consultivo de Ciencias

**Profesor Emérito

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