Caracterización del subsuelo de la zona lacustre de Bogotá, usando técnicas de análisis de microtremores

Abstract

La estimación del movimiento del suelo para la cuantificación de la amenaza sísmica a escala local requiere del conocimiento de la respuesta del subsuelo a las excitaciones sísmicas y su estructura. Este conocimiento se puede obtener usando métodos con fuentes activas como la sísmica de reflexión o de refracción, pero este tipo de procedimientos en áreas urbanas pueden causar daños a la infraestructura y en muchas ocasiones resultar costosos. Otra metodología es obtener información a partir de la ocurrencia de grandes sismos; no obstante, en muchas ciudades esta información es escasa o nula. Sin embargo existen varios métodos pasivos donde se usa ruido ambiental o microtremores, que son más económicos y poco invasivos. La principal técnica pasiva usando una sola estación con tres componentes es la de la relación H/V, la cual fue propuesta a partir de observaciones en Japón por Nogoshi en 1971 y teóricamente fundamentada por Nakamura en 1989. Como técnicas pasivas de arreglos se desarrolló la técnica del espectro frecuencia-número de onda o análisis f-k planteada por Capon en 1967 y Lacoss en 1969, y la técnica de autocorrelación espacial de señales, SPAC, desarrollada en 1957 por Aki. En este trabajo se compararon distintas técnicas de microtremores usando equipos para la caracterización de la estructura del subsuelo en la zona lacustre de Bogotá a partir de registros con instrumentos de banda ancha. Se compararon, entre otras, las técnicas de un solo instrumento como la relación espectral entre la componente horizontal y la componente vertical del ruido ambiental (H/V) de Nakamura con las técnicas de arreglos instrumentales lineales y circulares usando el método de autocorrelación espacial, SPAC, planteateado por Aki, y el análisis f-k. El arreglo instrumental se instaló en el campus de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. De acuerdo al método H/V se encontró una frecuencia de resonancia del suelo en el sitio de estudio de 0.40 Hz, valor característico de la zona lacustre de Bogotá. Los perfiles de onda S encontrados tanto por el método SPAC como por el f-k alcanzaron profundidades entre 160 y 180m. En estas profundidades se observó el contraste entre las capas blandas y la roca consolidada, al observarse un fuerte cambio en el perfil de velocidad de onda S. Además de estos resultados, se demostró la importancia de utilizar equipos de adquisición banda ancha dado que la frecuencia de resonancia de los suelos estudiados está por debajo de 1 Hz, la cual no alcanza a resolverse con acelerómetros convencionales. También se probaron parámetros para los diferentes métodos con el fin de que este trabajo sirva de guía metodológica para futuros estudios en este campo en la ciudad.