Determinación de periodos fundamentales del suelo mediante vibraciones ambientales en el Municipio de Humacao, Puerto Rico

Abstract

The Nakamura’s technique has been used worldwide to determine site fundamental periods. The technique is to calculate and plot H/V spectral ratios from ambient vibrations recorded over the ground. Ambient vibration measurements were taken at 151 sites within the municipality of Humacao, eastern Puerto Rico. The records were processed using both Fourier spectra and power spectra. The technique was validated by comparing with the results of H/V spectral ratios from weak seismic events and also with numerical modeling performed with downhole test data. The H/V spectral ratio plots were divided into cases and groups, which depend on the ease of identifying the peak fundamental period and amplitudes at frequencies below 1 Hz, respectively. The results obtained with both spectra were compared and it is concluded that they complement each other to provide more reliable results. Maps were created displaying site fundamental periods, amplitude factors, isoperiods and seismic classification. Isoperiods maps were performed in the most populated zones over soil deposits. The map of soil fundamental periods showed good correlation with local geology. The seismic site classification map derived from site periods was compared with the site classification map derived from geotechnical test borings. The seismic classification map obtained from soil periods may overestimate slightly some site classifications. However, this map can provide a rough estimate of the subsurface average shear wave velocity to a depth of 100 feet (30 meters).

La técnica de Nakamura ha sido utilizada a nivel mundial para determinar periodos fundamentales del suelo. La técnica consiste en calcular y graficar cocientes espectrales H/V de vibraciones ambientales registradas sobre el suelo. Mediciones de vibraciones ambientales fueron tomadas en 151 lugares dentro del municipio de Humacao, localizado al este de Puerto Rico. Los datos se procesaron utilizando espectros de Fourier y espectros de potencia. La técnica fue validada al compararla con los resultados de cocientes espectrales H/V de registros de sismos débiles y también con una modelación numérica realizada con datos de un ensayo “downhole”. Las gráficas de los cocientes espectrales H/V fueron divididas en casos y grupos, los cuales dependen de la facilidad para identificar el periodo fundamental pico y amplitudes en frecuencias menores de 1 Hz, respectivamente. Los resultados obtenidos con ambos espectros fueron comparados y se concluye que los mismos se complementan para proveer resultados más confiables. Se crearon mapas de periodos fundamentales, factores de amplitud, isoperiodos y clasificación sísmica de sitio. Los mapas de isoperiodos fueron realizados en las zonas más pobladas sobre depósitos de suelo. El mapa de periodos fundamentales del suelo mostró buena correlación con la geología local. El mapa de clasificación sísmica derivado de periodos de sitio fue comparado con el mapa de clasificación sísmica derivado de barrenos geotécnicos. El mapa de clasificación obtenido de periodos puede sobreestimar un poco algunas clasificaciones del suelo. Sin embargo, este mapa puede proveer un estimado aproximado de la velocidad de onda de corte promedio del suelo hasta una profundidad de 100 pies (30 metros).