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Paper N° 39 RAZONES ESPECTRALES H/V DE UNA RED TEMPORAL DE ESTACIONES SISMOLÓGICAS EN LA CUENCA DE SANTIAGO – RESULTADOS PRELIMINARES C. Pastén (1) , F. Lezana (2) , F. Leyton (3) , S. Ruiz (4) (1) Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile, [email protected] (2) Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile (3) Centro Sismológico Nacional, Universidad de Chile (4) Departamento de Geofísica, Universidad de Chile Resumen Una red temporal de estaciones sismológicas de banda ancha se desplegó en la cuenca de Santiago para registrar vibraciones ambientales y eventos sísmicos. Durante los nueve meses aproximados de operación, 33 estaciones dispuestas en diferentes tipos de suelo de la cuenca y alrededores registraron más de 100.000 horas de microvibraciones y múltiples eventos sísmicos de magnitud superior a 4.5. En este trabajo, se utilizaron los extensos registros de microvibraciones de 20 estaciones para calcular la razón espectral H/V (HVSR) más representativa de cada sitio y se analizó su estabilidad temporal. Las razones espectrales de las estaciones se clasificaron en cuatro grupos: planas, con peak de amplitud somero, con peak marcado y con peak muy marcado. Las estaciones ubicadas en la zona centro sur de la cuenca, sobre depósitos de grava y depósitos aluviales, exhiben razones espectrales planas y con peak de amplitud somero, mientras que las ubicadas en la zona centro norte, hacia los depósitos de pumacitas y suelos finos, muestran razones espectrales con peaks marcados y muy marcados. Se distingue el efecto de actividades humanas durante el día lo que podría dificultar la apropiada interpretación de las razones espectrales. Palabras Clave: razones espectrales H/V, estaciones sismológicas, cuenca de Santiago, Abstract A temporal broadband seismological network was deployed in the Santiago Basin in order to record ambient vibrations and seismic events. During nine months of operation, 33 stations installed in different soil types in the basin recorded more than 100,000 hours of ambient vibration and several seismic events with magnitudes larger than 4.5. In this manuscript, we used extended ambient vibrations recorded in 20 stations to calculate the most representative H/V spectral ratio (HVSR) at each site and to analyze their temporal stability. The computed HVSR in the stations can be classified in four groups: flat HVSR, HVSR with a subtle peak, HVSR with a clear peak, HVSR with a very clear peak. The stations located in the central-to-southern part of the basin, over gravel and alluvial soil deposits, show flat HVSR and HVSR with subtle peak, while stations located in the central-to-northern part, over fine-grained soil deposits, exhibit HVSRs with clear and very clear peaks. The influence of human activities in the spectral ratios can be identified during day time, which can impede a proper interpretation of the spectral ratios. Keywords: H/V spectral ratios, seismological stations, Santiago basin

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Paper N° 39

RAZONES ESPECTRALES H/V DE UNA RED TEMPORAL DE ESTACIONES SISMOLÓGICAS EN LA CUENCA DE SANTIAGO – RESULTADOS PRELIMINARES

C. Pastén(1), F. Lezana(2), F. Leyton(3), S. Ruiz(4)

(1) Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile, [email protected] (2) Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile (3) Centro Sismológico Nacional, Universidad de Chile (4) Departamento de Geofísica, Universidad de Chile

Resumen

Una red temporal de estaciones sismológicas de banda ancha se desplegó en la cuenca de Santiago para registrar vibraciones ambientales y eventos sísmicos. Durante los nueve meses aproximados de operación, 33 estaciones dispuestas en diferentes tipos de suelo de la cuenca y alrededores registraron más de 100.000 horas de microvibraciones y múltiples eventos sísmicos de magnitud superior a 4.5. En este trabajo, se utilizaron los extensos registros de microvibraciones de 20 estaciones para calcular la razón espectral H/V (HVSR) más representativa de cada sitio y se analizó su estabilidad temporal. Las razones espectrales de las estaciones se clasificaron en cuatro grupos: planas, con peak de amplitud somero, con peak marcado y con peak muy marcado. Las estaciones ubicadas en la zona centro sur de la cuenca, sobre depósitos de grava y depósitos aluviales, exhiben razones espectrales planas y con peak de amplitud somero, mientras que las ubicadas en la zona centro norte, hacia los depósitos de pumacitas y suelos finos, muestran razones espectrales con peaks marcados y muy marcados. Se distingue el efecto de actividades humanas durante el día lo que podría dificultar la apropiada interpretación de las razones espectrales.

Palabras Clave: razones espectrales H/V, estaciones sismológicas, cuenca de Santiago,

Abstract

A temporal broadband seismological network was deployed in the Santiago Basin in order to record ambient vibrations and seismic events. During nine months of operation, 33 stations installed in different soil types in the basin recorded more than 100,000 hours of ambient vibration and several seismic events with magnitudes larger than 4.5. In this manuscript, we used extended ambient vibrations recorded in 20 stations to calculate the most representative H/V spectral ratio (HVSR) at each site and to analyze their temporal stability. The computed HVSR in the stations can be classified in four groups: flat HVSR, HVSR with a subtle peak, HVSR with a clear peak, HVSR with a very clear peak. The stations located in the central-to-southern part of the basin, over gravel and alluvial soil deposits, show flat HVSR and HVSR with subtle peak, while stations located in the central-to-northern part, over fine-grained soil deposits, exhibit HVSRs with clear and very clear peaks. The influence of human activities in the spectral ratios can be identified during day time, which can impede a proper interpretation of the spectral ratios.

Keywords: H/V spectral ratios, seismological stations, Santiago basin

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1 Introducción

Determinar el comportamiento sísmico de la cuenca de Santiago es relevante por su alta densidad de población y concentración de infraestructura. Durante los terremotos de Valparaíso 1985 y el Maule 2010 se constataron diferentes respuestas sísmicas y patrones de daño asociados a distintos tipos de suelo [1-3]. La respuesta sísmica de un depósito de suelos depende de las condiciones locales del sitio, como por ejemplo, la rigidez del suelo y la profundidad donde se encuentra el contacto con el basamento rocoso. La geología superficial de la cuenca de Santiago da cuenta de depósitos de grava de origen fluvial de alta rigidez en la zona centro sur y suelos finos de menor rigidez en la zona centro norte [3]. La profundidad del basamento rocoso, por otro lado, presenta variaciones laterales, pudiendo alcanzar hasta 500 m de profundidad en algunos sectores de las comunas de Pudahuel, Ñuñoa y Quilicura [4]. La variabilidad de la respuesta sísmica observada y la geomorfología de la cuenca complican la determinación de una apropiada microzonificación sísmica que considere efectos locales de sitio y aquellos dados por la interacción de las distintas unidades geológicas.

Uno de los métodos más populares para evaluar efectos de sitio es el método de las razones espectrales (H/V), cociente de la combinación de los espectros de las componentes horizontales y la componente vertical de microvibraciones medidas en la superficie de un depósito de suelos. El método utiliza registros de típicamente 15 a 30 minutos para obtener la razón espectral H/V [5-7] y es apropiado para evaluar efectos de sitio si se asocia la frecuencia del máximo valor de la razón espectral (peak) a la frecuencia predominante del suelo en dicho sitio [8-10]. Además, se puede utilizar la forma de la razón espectral para estimar el contraste de impedancia entre los sedimentos y la roca basal [11]. El método pierde su capacidad predictiva en sitios con bajo contraste de impedancia entre el suelo y la roca basal, como ha sido demostrado en gran parte de los depósitos de gravas fluviales de alta rigidez de la cuenca [12].

Con el objetivo de determinar la estructura de la cuenca de Santiago y su respuesta sísmica, se instaló una red temporal de estaciones sismológicas de banda ancha en distintos sectores de la cuenca desde Julio de 2013 hasta Abril de 2014. Durante este período se midieron continuamente vibraciones ambientales y sismos de pequeña a mediana magnitud. Este trabajo emplea los registros de microvibraciones para determinar las razones espectrales más representativas de 20 de las estaciones sismológicas, analizar su estabilidad temporal y contrastar estos resultados con información geomorfológica disponible.

2 Red Temporal de Estaciones Sismológicas

El arreglo de estaciones sismológicas comprende un total de 33 estaciones distribuidas en toda la cuenca de Santiago y sus alrededores (Fig. 1). Cada estación está compuesta por un digitalizador Quanterra Q330, una unidad registradora de datos, un sismómetro de banda ancha Trillium Compacto 120s y una antena GPS y mide en tiempo continuo en tres componentes orientadas en las direcciones norte-sur (N-S), este-oeste (E-O) y vertical (Z), a una tasa de 100 muestras por segundo. La red comenzó a instalarse el 7 de Junio del 2013 y empezó a medir a partir de Julio del mismo año. En la Tabla 1 se detalla la ubicación y las fechas de inicio y término de operación de las 20 estaciones analizadas en este trabajo y en la Fig. 1 se detallan sus ubicaciones.

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Fig. 1 –Estaciones sismológicas temporales de banda ancha instaladas en la cuenca de Santiago (Google Earth). Los símbolos rojos indican las 20 estaciones analizadas en este trabajo.

Tabla 1 – Estaciones sismológicas temporales en la cuenca de Santiago analizadas en este trabajo

Estación Comuna Latitud Longitud Inicio de

Operación

Término de

Operación

DG01 Santiago 345.366 6.296.781 17-07-2013 En operación

DG03 Padre Hurtado 330.386 6.282.479 08-07-2014 01-04-2014

DG06 Peñalolén 358.113 6.294.593 31-07-2013 En operación

DG11 La Florida 351.476 6.287.299 12-09-2013 02-04-2014

DG12 Estación Central 342.119 6.297.639 04-10-2013 22-03-2014

DG13 Vitacura 354.245 6.303.995 22-10-2013 En operación

DG15 Pudahuel 336.175 6.297.324 04-10-2013 23-03-2014

DG16 Ñuñoa 352.982 6.295.521 15-11-2013 29-01-2014

DG19 La Pintana 347.368 6.285.398 25-10-2013 02-04-2014

DG20 San Bernardo 344.684 6.277.372 05-10-2013 02-04-2014

DG21 Quilicura 340.766 6.306.692 06-10-2013 21-03-2014

DG24 El Bosque 344.419 6.285.545 05-10-2014 20-03-2014

DG25 Huechuraba 348.512 6.305.725 27-10-2013 19-03-2014

DG26 Las Condes 356.294 6.300.837 06-10-2013 29-03-2014

DG27 Quinta Normal 340.775 6.301.915 25-10-2013 03-04-2014

DG29 Puente Alto 354.109 6.282.019 30-10-2014 02-04-2014

DG30 Maipú 336.615 6.292.476 25-10-2014 03-04-2014

DG31 Santiago 346.472 6.296.156 25-10-2014 02-04-2014

DG33 Calera de Tango 334.375 6.281.114 14-12-2013 23-03-2014

DG35 Peñalolén 358.865 6.296.113 27-10-2013 02-04-2014

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3 Registros y Procesamiento de Señales

Los registros de microvibraciones se corrigieron por línea base y se filtraron entre 0,1 y 20 Hz con un filtro Butterworth de cuarto orden. La Fig. 2 muestra un día de registro en la estación DG21, corregido y filtrado. La amplitud del registro disminuye considerablemente entre las 1:00 y las 4:00 am, probablemente debido a la disminución de actividad humana. Esta disminución es sistemática en todas las estaciones y días analizados. El registro en particular muestra dos eventos de amplitud mayor a las 5:30 am y a las 3:00 pm probablemente asociadas a eventos sísmicos.

Fig. 2 – Registro de un día de vibraciones ambientales típico en la estación DG21 Quilicura. La medición de 24 horas comienza el 8 de enero de 2014 y la componente vertical (Z) se muestra en el panel superior, la norte-sur

(N-S) en el intermedio y la este-oeste (E-O) en el inferior.

3.1 Cálculo de las Razones Espectrales H/V

Las razones espectrales se calcularon con el software Geopsy® (disponible libremente en www.geopsy.org) empleando ventanas temporales de 60 s y un criterio de selección automática de ventanas que elimina la influencia de fuentes transientes generadas en las cercanías de cada estación. El criterio de selección de ventanas se basa en el cociente de la amplitud promedio de la señal STA en una pequeña ventana móvil de largo tSTA [s] y la amplitud promedio de la señal LTA en una ventana móvil de largo tLTA [s] [7]. Una ventana temporal cuya amplitud es mayor que la razón (STA/LTA)min y menor que la razón (STA/LTA)max se considera como ruido estacionario libre de vibraciones transientes.

En el procesamiento señales se utilizó también el filtro propuesto por Konno y Ohmachi [13] con un coeficiente de ancho de banda b = 40 para suavizar los espectros de cada componente antes de calcular el cociente espectral de la componente horizontal y la vertical. Los parámetros utilizados en el cálculo de las razones espectrales se resumen en la Tabla 2.

Como el cálculo de las razones espectrales se hace en ventanas temporales de 60 s, es posible calcular el promedio geométrico de amplitud y su desviación estándar para cada frecuencia, considerando todas las ventanas de un registro extenso de microvibraciones. Así, mientras más extenso sea el registro de microvibraciones y más ventanas se seleccionen, se espera que la desviación estándar sea menor y que la razón espectral sea más representativa del sitio.

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Tabla 2 – Parámetros utilizados en el procesamiento de las razones espectrales H/V

Parámetro Símbolo Valor

Largo de ventanas LV 60 [s]

Tiempo de la ventana corta STA tSTA 1 [s]

Tiempo de la ventana larga LTA tLTA 60 [s]

Mínimo valor del cociente STA/LTA (STA/LTA)min 0.5

Máximo valor del cociente STA/LTA (STA/LTA)max 2.0

Coeficiente de ancho de banda b 40

4 Resultados

Las razones espectrales que se presentan en esta sección se calcularon en base a 24 horas de registro a partir de las 8:00 pm del 8 de Enero de 2014 (resultados similares se encontraron utilizando la base de datos completa). Del análisis de 20 estaciones, se identificaron cuatro tipos de razones espectrales:

H/V planas: razones espectrales con amplitudes menores a 2 y sin la presencia de un peak predominante (Fig. 3).

H/V con peak somero: razones espectrales con presencia de un peak predominante de amplitud cercana a 2 (Fig. 4).

H/V con peak marcado: razones espectrales con uno o más peaks predominantes de amplitud superior a 2 (Fig. 5).

H/V con peak muy marcado: razones espectrales con uno o más peaks predominantes de amplitud superior a 3 (Fig. 6).

Fig. 3 – Razones espectrales planas. La línea continua es el valor promedio de las razones espectrales durante el día de medición y la banda gris corresponde al rango definido por el promedio +/- una desviación estándar.

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Fig. 4 – Razones espectrales con peak somero. La flecha indica la ubicación de los peaks considerados

Fig. 5 – Razones espectrales con peak marcado. La flecha indica la ubicación de los peaks considerados

Fig. 6 – Razones espectrales con peaks muy marcados

El criterio de clasificación de las razones espectrales se adopta para compararlo con estudios previos en base a criterios similares. Otros criterios de clasificación se pueden adoptar siguiendo recomendaciones en [7]. El estricto criterio de selección de ventanas (Tabla 2) limita el valor promedio de las razones espectrales y la desviación estándar a bajas frecuencias. Como se verá a continuación, el análisis temporal de las razones espectrales demuestra que usar criterios menos restrictivos puede inducir a errores en la estimación de la frecuencia predominante.

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5 Análisis de Resultados

5.1 Variación Temporal de las Razones Espectrales

Para investigar la variación temporal de las razones espectrales, se analizó un día completo de medición. La Fig. 7 muestra la amplitud promedio y la desviación estándar de las razones espectrales de cuatro estaciones donde se observó un peak de tipo muy marcado (DG21 – Quilicura), dos peaks marcados (DG30 – Maipú), un peak somero (DG31 – Santiago Centro) y una razón espectral plana (DG06 – Peñalolén). Las razones espectrales se calcularon a lo largo de todo el registro en intervalos de una hora sin selección automática de ventanas y la desviación estándar es la correspondiente al promedio de ventanas temporales de un minuto.

La razón espectral de la estación DG21 tiene un peak muy marcado en f0 = 1.5 Hz, el cual se ensancha y tiene una baja desviación estándar entre las 11:00 pm y las 10:00 am del día siguiente. Por el contrario, durante el período del día con mayor tráfico después de las 10:00 am, la amplitud del registro aumenta, el peak de la razón espectral se limita a un rango más acotado de frecuencias con una desviación estándar mayor y tanto la amplitud de la razón espectral como la desviación estándar a bajas frecuencias (f < 0.3 Hz) aumentan. Un aumento similar de la razón espectral y la desviación estándar a bajas frecuencias se observa en la estación DG31. Incluso el peak somero detectado en esta estación en f0 = 0.9 Hz pierde notoriedad en comparación al aumento a bajas frecuencias.

Por otro lado, el peak de la razón espectral a bajas frecuencias (f0 = 0.5 Hz) que se observa en la estación DG30 pierde amplitud durante el día, al contrario del peak a f1 = 3.6 Hz que mantiene una amplitud estable. Finalmente, la estación DG06 mantiene la amplitud de la razón espectral y la desviación estándar relativamente constantes, a pesar de la variación de amplitud del registro de microvibraciones a lo largo del día. Además, exhibe valores máximos de baja amplitud en torno a 0.3 y 0.6 Hz que podrían estar asociados a la frecuencia predominante del depósito de suelos.

Los resultados del análisis temporal indican que la duración del registro de microvibraciones y el periodo del día donde se realicen pueden afectar la amplitud de la razón espectral y la frecuencia predominante estimada. Por ejemplo, si se realizan mediciones en las estaciones DG21 y DG31 durante las 11am y 6pm, se podría erróneamente inferir un peak en frecuencias menores a 0.3 Hz (Fig. 7) independiente del largo de la medición. Por lo tanto, se recomienda realizar mediciones durante períodos del día con escaso tráfico, preferiblemente durante la madrugada.

5.2 Comparación con Características Geomorfológicas de la Cuenca de Santiago

El relieve de la cuenca de Santiago tiene pendientes suaves con elevaciones que van desde los 450 hasta los 700 m.s.n.m. Además, presenta algunos afloramientos rocosos aislados como el cerro Santa Lucia, San Cristóbal, Renca y Chena, los que alcanzan elevaciones de hasta 900 m.s.n.m. La profundidad del basamento rocoso en la cuenca posee una geometría irregular con profundidades variables que van desde los 200 m en gran parte de la cuenca hasta 500 m en sectores de Pudahuel, Quilicura, Lampa y Peñalolén [4].

Los principales tipos de suelos que se encuentran en la Cuenca son gravas, depósitos de conos de deyección, depósitos de cenizas volcánicas pumicíticas (pumacitas) y depósitos de suelos finos [3, 14]. Los depósitos de gravas se conforman principalmente por aportes de los Ríos Maipo y Mapocho, se encuentran en la zona centro sur de la cuenca y se caracterizan por su alta rigidez. Por otro lado, los

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depósitos de suelos finos se ubican en la zona norte de la cuenca y tienen menor rigidez. El resto de los depósitos tienen rigideces variables.

H/V

σ

H/V

σ

H/V

σ

H/V

σ

Fig. 7 – Amplitud promedio y desviación estándar de las razones espectrales como función de la frecuencia y el tiempo durante un día de registro. Los paneles superiores para cada estación corresponden a la amplitud

promedio de la razón espectral (H/V), los intermedios a la desviación estándar de las razones espectrales (σ) y los inferiores a la componente norte-sur del registro de microvibraciones. Las razones espectrales se calculan en intervalos de una hora sin selección automática de ventanas y la desviación estándar es la correspondiente

al promedio de ventanas temporales de un minuto.

La información geomorfológica disponible permite contrastar los resultados de las razones espectrales con la profundidad del basamento rocoso (Fig. 8a) y la geología superficial (Fig. 8b) de la cuenca de Santiago. La Fig. 8b indica que las estaciones ubicadas en el sector centro y sur de la cuenca, sobre la grava de Santiago, tienen razones espectrales de tipo plano o con un peak somero. Por otro lado, las razones espectrales con un peak marcado y muy marcado están distribuidas desde el contacto entre la grava de Santiago y los depósitos de suelos finos hacia el norte de la cuenca. Este resultado es consistente con valores reportados en [12].

La estación DG15 se ubica sobre un depósito de pumacitas que tiene un espesor aproximado de H = 450 m (Fig. 8a). Combinando la profundidad H con la frecuencia predominante obtenida a partir de las

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razones espectrales, f0 = 0,4 Hz, se obtiene una velocidad de onda de corte promedio Vs = 4∙H∙f0 = 720 m/s. Este valor es consistente con valores entre 300 m/s y 900 m/s reportados en [15] en los 50 m más superficiales. El mismo cálculo se realizó para el resto de las estaciones con peaks marcados y muy marcados (Tabla 3). Los valores calculados son del orden de aquellos reportados en [16], excepto el de la estación DG21 – Quilicura, cuyo valor es alto si se considera que el tipo de razón espectral indica un fuerte contraste entre suelo y roca basal. Este resultado sugiere que la profundidad del basamento rocoso podría estar sobreestimada en el sector.

(a) (b)

Fig. 8 – Razones espectrales y geomorfología de la cuenca de Santiago. (a) Profundidad del basamento rocoso según Araneda et al. [4]. (b) Geología superficial según Leyton et al. [3]

Tabla 3 – Resultados de las razones espectrales H/V y estimación de velocidades de onda de corte Vs

Estación Comuna Tipo (H/V)max

[-]

f0

[Hz]

H

[m]

Vs = 4∙H∙f0

[m/s]

DG12 Estación Central Peak marcado 2.2 0.5 370 740

DG15 Pudahuel Peak muy marcado 3.5 0.4 450 720

DG21 Quilicura Peak muy marcado 6.8 1.5 150 900

DG25 Huechuraba Peak muy marcado 4.8 3.1 30 372

DG27 Quinta Normal Peak marcado 2.9 1.0 250 1000

DG30 Maipú Peak marcado 2.0 0.5 250 500

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3 Conclusiones y Recomendaciones

Se desplegó una red temporal de estaciones sismológicas en la cuenca de Santiago que midió continuamente microvibraciones por aproximadamente seis meses. La caracterización de los sitios de las estaciones se realizó con el método de las razones espectrales H/V.

Las razones espectrales calculadas en las 20 estaciones reportadas se pueden clasificar en cuatro tipos: razones espectrales planas, con peak somero, con peak marcado y con peak muy marcado. Las estaciones con razones espectrales planas y con peak somero se encuentran sobre depósitos de suelos rígidos de la zona centro sur de la cuenca, mientras que las estaciones con peak marcado y muy marcado se encuentran sobre depósitos de menor rigidez de la zona centro norte de la cuenca. Estos resultados corroboran lo observado en trabajos previos y son similares a lo observado en otras cuencas [3, 17].

El análisis temporal de las razones espectrales indica que la duración del registro de microvibraciones y el período del día en que se realicen pueden afectar la estimación de la razón espectral. Como se desconoce a priori el efecto del tráfico alrededor del sitio en el contenido de frecuencias de los registros, se recomienda realizar mediciones durante períodos del día donde el tráfico y la actividad humana sean reducidos. Los resultados indican que las razones espectrales más estables se obtienen durante la noche y la madrugada. Durante el resto del día, la amplitud y la desviación estándar de las razones espectrales aumentan a bajas frecuencias. Esta consideración puede ayudar a extender el uso del método a sitios con suelos rígidos cuya amplitud de la razón espectral dificulta la identificación de una frecuencia predominante y podría mejorar los resultados de métodos de ondas superficiales pasivos.

4 Agradecimientos

Agradecemos al Centro Sismológico Nacional (CSN) de la Universidad de Chile por apoyarnos en la instalación temporal de las estaciones banda ancha en la cuenca de Santiago y a J. Salomón por la ayuda en la elaboración de las figuras.

5 Referencias

[1] Astroza, M and Monge, J (1991): Seismic microzones in the city of Santiago. Relation damage-geological unit. Fourth International Conference on Seismic Zonation, Stanford, California, USA, 595-599.

[2] Molina, J (2011): Intensidades sísmicas del terremoto del 27 de Febrero del 2010 en las 34 comunas del Gran Santiago. Memoria para optar al título de ingeniero civil, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile.

[3] Leyton, F, Sepúlveda, S, Astroza, M, Rebolledo, S, González, L, Ruiz, S, Foncea, C, Herrera, M, and Lavado, J (2010): Zonificación Sísmica de la Cuenca de Santiago, Chile. Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica, X Jornadas, 22-27.

[4] Araneda, M, Avendaño, M, and Merlo, C (2000): Modelo gravimétrico de la cuenca de Santiago, etapa III final. IX Congreso Geológico de Chile, Puerto Varas, Chile, 404-408.

[5] Nogoshi, M and Igarashi, T (1970): On the propagation characteristics of microtremors. J. Seism. Soc. Japan, 23 264-280.

[6] Nakamura, Y (1989): A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface. Railway Technical Research Institute, Quarterly Reports, 30 (1), 25-33.

[7] Bard, P Y and Sesame-Team (2004): Guidelines for the implementation of the H/V spectral ratio technique on ambient vibrations-measurements, processing and interpretations. SESAME European research project EVG1-CT-2000-00026, Deliverable D23.12.

[8] Bonnefoy-Claudet, S, Köhler, A, Cornou, C, Wathelet, M, and Bard, P-Y (2008): Effects of Love waves on microtremor H/V ratio. Bulletin of the Seismological Society of America, 98 (1), 288-300.

Page 11: RAZONES ESPECTRALES H/V DE UNA RED TEMPORAL DE … · Paper N° 39 RAZONES ESPECTRALES H/V DE UNA RED TEMPORAL DE ESTACIONES SISMOLÓGICAS EN LA CUENCA DE SANTIAGO – RESULTADOS

XI Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Sísmica ACHISINA 2015 Santiago de Chile, 18-20 de Marzo, 2015

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[9] Lermo, J and Chávez-García, F J (1993): Site effect evaluation using spectral ratios with only one station. Bulletin of the Seismological Society of America, 83 (5), 1574-1594.

[10] Lachet, C, Hatzfeld, D, Bard, P-Y, Theodulidis, N, Papaioannou, C, and Savvaidis, A (1996): Site effects and microzonation in the city of Thessaloniki (Greece) comparison of different approaches. Bulletin of the Seismological Society of America, 86 (6), 1692-1703.

[11] Woolery, E W and Street, R (2002): 3D near-surface soil response from H/V ambient-noise ratios. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 22 (9), 865-876.

[12] Bonnefoy-Claudet, S, Baize, S, Bonilla, L F, Berge-Thierry, C, Pasten, C, Campos, J, Volant, P, and Verdugo, R (2009): Site effect evaluation in the basin of Santiago de Chile using ambient noise measurements. Geophysical Journal International, 176 (3), 925-937.

[13] Konno, K and Ohmachi, T (1998): Ground-motion characteristics estimated from spectral ratio between horizontal and vertical components of microtremor. Bulletin of the Seismological Society of America, 88 (1), 228-241.

[14] Valenzuela, G (1978): Suelo de fundación del gran Santiago. Instituto de Investigaciones Geológicas, Santiago, Chile. [15] Lagos, J (2003): Ignimbrita Pudahuel: caracterización geológica geotécnica orientada a su respuesta sísmica. Memoria

para optar al título de geólogo, Departamento de Geología, Universidad de Chile. [16] Pilz, M, Parolai, S, Picozzi, M, Wang, R, Leyton, F, Campos, J, and Zschau, J (2010): Shear wave velocity model of the

Santiago de Chile basin derived from ambient noise measurements: a comparison of proxies for seismic site conditions and amplification. Geophysical Journal International, 182 (1), 355-367.

[17] Pasten, C (2007): Respuesta sísmica de la cuenca de Santiago. Tesis para optar al grado de magister en ciencias de la ingeniería, mención ingeniería geotécnica, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile.