Estudio y optimización de técnicas basadas en ruido ambiente para la caracterización del terrenoAplicación en el SE de la península ibérica

Résumé

La presente tesis doctoral, realizada por compendio de publicaciones, se centra en el estudio y optimización de técnicas de sísmica pasiva basadas en el registro de ruido ambiente. Con ello se pretende mejorar el procedimiento que comienza con la adquisición de los datos, continúa con el procesado y el análisis de los mismos y finaliza con la utilización de los resultados para la caracterización del terreno y de la propia señal registrada. Las técnicas sísmicas basadas en el registro de ruido sísmico o ruido ambiente se han vuelto muy populares en los últimos diez años para el estudio de la respuesta local del terreno frente al paso de las ondas sísmicas, lo que se conoce como efecto local o de sitio (ej. Mundepi et al., 2010). La mayor ventaja de este tipo de técnicas, frente a los métodos geotécnicos tradicionales, es que sin ser invasivas proporcionan resultados fiables de una forma fácil, rápida y a bajo coste (Bonnefoy-Claudet et al., 2006). La técnica más conocida y usada para analizar ruido ambiente es la razón espectral horizontal-vertical H/V (Nakamura, 1989). Dicha técnica proporciona una estimación fiable sobre la frecuencia de resonancia del terreno (Bonnefoy-Claudet et al., 2008). Sin embargo, existe un debate abierto en la comunidad sismológica sobre los aspectos prácticos y teóricos del método (ej. Herak, 2008; Albarello y Lunedei, 2010). Otro tipo de técnicas, denominadas en array, requieren de un conjunto de estaciones registrando simultáneamente en una geometría conocida. Dichas técnicas en array permiten estimar la curva de dispersión de velocidades para ondas superficiales (frecuencia-velocidad) (Richwalski et al., 2007). Luego, es posible inferir una estructura de velocidades local o modelo de capas de terreno con distintas velocidades de onda S, a partir de la inversión de dicha curva de dispersión, obteniendo lo que se conoce como perfil de velocidades de onda S o Vs (Kind et al., 2005). En cuanto a la disponibilidad de material (artículo 1) se ha puesto de manifiesto la viabilidad de geófonos verticales de frecuencia natural 10 Hz para la realización de estudios en array registrando ruido ambiente. Los estudios realizados en torno al diseño de campañas de campo en array (artículo 2) muestran que geometrías como la triangular de 7 estaciones o la circular de 9 estaciones, con una en el centro, son claramente preferibles a configuraciones poligonales equivalentes, cuando se analiza su respuesta teórica y su rango de validez en número de ondas. Así mismo, para un número reducido de estaciones, es conveniente mantener la continuidad espacial de los sensores ya que los arrays pequeños, pero bien configurados, pueden extender ampliamente su capacidad de análisis en el rango de las bajas frecuencias. Para el procesado del ruido registrado, se ha desarrollado un programa informático (artículo 3) que permite realizar el análisis wavelet y el filtrado de señales sísmicas multicanal de forma simultánea y en un entorno de fácil manejo y comprensión. Del estudio sobre cómo influye la polarización del campo de ondas (Galiana-Merino et al., 2011) en la aplicación de la técnica H/V (artículo 4) se deduce que aunque la contribución de las ondas linealmente polarizadas es suficiente para proporcionar el pico H/V en frecuencia según SESAME (2000), su papel no basta para obtener la amplitud original del mismo. Por tanto, la contribución de las ondas Rayleigh, elípticamente polarizadas, no puede ser desestimada. Además, se presentan dos estudios de aplicación en la cuenca del Bajo Segura (artículo 5) y en la zona de deformación de Alfahuara-Botardo (artículo 6). Con la aplicación de la técnica H/V, de técnicas en array y la obtención de perfiles de velocidad de ondas S, para estudiar la geología local en cada caso. Utilizando también otras técnicas geofísicas complementarias como la gravimetría.