Ground motion prediction equations for Puerto Rico

Abstract

The main objective of seismic engineering is to reduce the uncertainty regarding the impact of earthquakes on structures (Baker, 2008). Seismic hazard analysis is one of the main tools that allow establishing a quantitative estimate of the seismic hazard, which requires the Ground Motion Prediction Equation (GMPE), to estimate the level of ground shaking (Kramer, 1996 and Reiter, 1990). Most seismic databases are relatively recent compared to the times involved in tectonic processes. For this reason, it is appropriate to update the Ground Motion Models (GMM) to the extent that relevant information associated with these processes is available. The last seismic hazard study was conducted in 2003 for Puerto Rico (Mueller et al. 2003), which included a specific relationship for the Caribbean developed under a stochastic finite failure approach, i.e., the data were not directly used to obtain ground motion ratios (Motazedian and Atkinson, 2005). This study presents the results of a crustal and non-crustal GMPE obtained empirically by regression (the first of this class at the local level), which compiles the seismic information of the last 20 years.

Once the parameters for the unification of magnitudes and soil classification were established, two regression matrices were consolidated with 2805 records for the crustal model and 3449 records for the non-crustal model. From a regression analysis in three methodologies, the best fit models were found with an average coefficient of determination of 0.90 for crustal GMPE and 0.62 for non-crustal GMPE, for Intensity Measures (IM) PGA, PGV, and 21 periods of PSA

El principal objetivo de la ingeniería sísmica es reducir la incertidumbre sobre el impacto de los terremotos en las estructuras (Baker, 2008). Una de las principales herramientas que permiten establecer una estimación cuantitativa de la amenaza sísmica es el estudio de amenaza sísmica, que requiere de la Ecuación de Predicción del Movimiento del Suelo (GMPE por su sigla en inglés), para estimar el nivel de sacudida del suelo (Kramer, 1996 y Reiter, 1990). La mayoría de las bases de datos sísmicas son relativamente recientes en comparación con los tiempos involucrados en los procesos tectónicos. Por este motivo, conviene actualizar los modelos de movimiento de suelo, en la medida en que se disponga de información relevante asociada a estos procesos. El último estudio de amenaza sísmica para Puerto Rico se realizó en 2003 (Mueller et al. 2003), que incluyó una relación específica para el Caribe desarrollada bajo un enfoque estocástico de falla finita, es decir, los datos no se utilizaron directamente para obtener las relaciones de movimiento del suelo (Motazedian y Atkinson, 2005). Este estudio presenta los resultados de una GMPE cortical y no cortical obtenido empíricamente por regresión (la primera de esta clase a nivel local), que recopila la información sísmica de los últimos 20 años.

Una vez establecido los parámetros de unificación de magnitudes y clasificación del suelo, se consolidaron dos matrices de regresión con 2805 registros para el modelo cortical y 3449 para el modelo no cortical. A partir de un análisis de regresión en tres metodologías, se encontraron los modelos de mejor ajuste con un coeficiente de determinación promedio de 0.90 para la GMPE cortical y 0.62 para GMPE no cortical, de las medidas de intensidad PGA, PGV y 21 periodos de PSA