Terr. Atmos. Ocean. Sci., Vol. 19, No. 6, 671-682, December 2008 doi: 10.3319/TAO.2008.19.6.671(PT)

Mapeo de Vs30 en Taiwán

Chyi-Tyi Lee * y Bi-Ru Tsai

Instituto de Geología Aplicada, Universidad Nacional Central, Chung-Li, Taiwán, ROC

Recibido el 16 de enero de 2008, aceptado 26 de septiembre 2008

Resumen

La velocidad promedio de ondas de corte de los primeros 30 metros de un perfil de suelo (Vs30) es un indicador clave de la respuesta del sitio que domina la amplificación del movimiento del suelo. El propósito principal de este estudio es determinar la distribución de Vs30 en Taiwán a partir de datos disponibles y técnicas geoestadísticas multivariables. Los datos de 230 sondajes y ensayos de sonda de suspensión (PS logging) en suelos y roca blanda en emplazamientos de estaciones de movimiento fuerte se utiliza para establecer la relación espacial entre la velocidad de ondas de corte (Vs) y el valor N del ensayo de penetración estándar (SPT-N). Después, el modelo resultante se utilizó para estimar la velocidad de ondas de corte en cada profundidad de un pozo de sondeo de la base de datos Geo2005 del Servicio Geológico central de Taiwán. Finalmente, un método geo estadístico llamado "Krigeaje variando la media local" se aplicó para generar un mapa de distribución Vs30 de Taiwán. Los resultados de la clasificación de sitio se pueden actualizar para las estaciones de movimientos fuertes de Taiwán sobre la base de este nuevo mapa de Vs30 y las mediciones reales en el lugar.

Palabras clave: Vs30, velocidad de ondas de corte, movimiento fuerte de tierra, caracterización de sitio, la amplificación de movimiento de tierra, Geoestadísticas.

Introducción

La velocidad media de la onda de corte de los 30 m superiores de un perfil de suelo (Vs30) se utiliza como un parámetro importante para la mayoría de los estudios sísmicos de movimiento de tierra y efecto de sitio (Boore et al 1993; Anderson et al 1996; Castro et al. 1997; BSSC 1998, Park y Elrick 1998). Borcherdt (1994a, b) y Martin y Dobry (1994) recomienda que las estructuras sean diseñadas basándose en estas propiedades. La " “Next Generation Attenuation of Ground Motions Project" (NGA), del Centro de Investigación de Ingeniería Sísmica del Pacífico (PEER) ha utilizado directamente Vs30 para los modelos de atenuación en movimiento fuerte (Abrahamson y Silva 2007; Boore y Atkinson 2007; Campbell y Bozorgnia 2007; Chiou y Youngs 2007; Idriss 2007). Vs30 se ha convertido en muy importante en el campo de la predicción de movimiento de tierra y los estudios de efecto de sitio.

En base a la datos disponibles de geología, geomorfología, y algunos sondajes, y en referencia a las disposiciones del Código de construcción uniforme de 1997 (UBC), Lee et

al. (2001) clasificaron 708 emplazamientos para estaciones de movimiento fuerte de campo libre del Programa de Instrumentación de Movimiento Fuerte en Taiwán (TSMIP). También publicaron un mapa de la clasificación de sitio geológico para todo Taiwán. Después de esta publicación, la Oficina Central de Clima (CWB) de Taiwán completó 257 registros de sondajes y sonda de suspensión (PS logging) en sitios de movimiento fuerte al final de 2005. Aunque la clasificación de sitio de estas estaciones se ha vuelto clara, para las otras estaciones y los puntos intermedios sigue siendo desconocido. Para resolver este problema, se realizó el presente estudio, la utilización de los 230 datos de sondajes y sonda de suspensión (PS logging) en suelos y roca blanda, y la base de datos de Geo2005 del CGS (Servicio Geológico Central) de Taiwán para evaluar valores de Vs30 para cada punto de malla, y finalmente completar un mapa Vs30 de Taiwán. Este trabajo nos permite estimar Vs30 valor e identificar una clasificación de sitio para cada estación de movimiento fuerte, y para lugares entre las estaciones existentes. Estos datos se han utilizado en la evaluación de la atenuación en movimiento fuerte del doble sismo de Pingtung (Wu et . Al 2008).

Marco Geológico

Entorno tectónico

Taiwán es una isla montañosa con una superficie de 36.000 km2 y un pico más alto, Yushan, alcanzando una altura de 3.952 m. Tectónicamente, Taiwán se encuentra en la zona de colisión activa entre el continente asiático y el Arco de Luzón, donde la colisión arco-continente inició en el Mioceno tardío y todavía está sucediendo vigorosamente (Chai 1972, Teng 1990). La región se caracteriza por la deformación activa la corteza (Bonilla 1975, 1977, Yu et al. 1997), frecuentes terremotos (Hsu 1971; Tsai et al. 1977), numerosos tifones y las altas tasas de erosión (Dadson et al 2003).

Entorno Geológico

Geológicamente, la Cordillera Central, que domina el terreno montañoso de Taiwánconsiste en un complejo metamórfico y un cinturón pizarra del Paleoceno. Bordeando esto está la precordillera (estribaciones) oeste, constituidos por formaciones sedimentarias del Neoceno y la Cordillera de la Costa Este, que también se compone de estratos sedimentarios del Neoceno (Ho 1975) (Fig. 1).

La región de Taiwán tiene un clima subtropical, con una precipitación media anual de alrededor de 3.000 mm y una temperatura media de alrededor de 20ºC. La meteorización física y química es significativa y rápida, la acción fluvial (slope wash) y coluvial están muy extendidas en las laderas. El macizo rocoso existe a menos de 30 m de profundidad, especialmente en las zonas urbanizadas de la región.

En todas las provincias geológicas, hay sedimentos cuaternarios aluviales, depósitos de terraza y lavabo, y estratos sedimentarios no consolidados con una velocidad de ondas de corte de menos de 760 m/s. Estos son el principal objetivo con el que se evaluará Vs30. Estratos del mioceno o más antiguos son comúnmente rocas consolidadas con una velocidades de ondas de corte mucho mayores que 760 m/s Dado que los datos son limitados y en su mayoría no se encuentran en el área urbana, no es necesario incluirlas en esta evaluación geoestadística.

Figura 1: Mapa geológico generalizado de Taiwán (reducido del Mapa Geológico de escala 1:250000 de CGS)

Metodología

Procedimiento.

1. .Seleccionar datos de las perforaciones de las estaciones de movimiento fuerte, donde las mediciones Vs y la N-valor de los ensayos de penetración estándar (SPT-N) están disponibles.

2. Establecer un modelo de velocidad de ondas de corte en base a las mediciones Vs seleccionados y la SPT-N.

3. Calcular Vs en cada profundidad de cada pozo disponible utilizando el modelo de velocidad de ondas de corte.

4. Calcular Vs30 en cada estación de movimientos fuertes y cada Sondaje.5. Los valores Vs30 en las estaciones de movimientos fuertes se utilizan como la

variable primaria y los valores Vs30 derivados de los sondajes se utilizan como la variable auxiliar en el método de “Krigeaje variando la media local”; se realizan interpolaciones para cada ubicación de la grilla.

Geoestadísticas multivariable.

Cuando el número de variables auxiliares es grande, puede usarse la geoestadística multivariable para dar un mejor valor de interpolación en cada punto desconocido a partir de las variables primarias y auxiliares. Realizar un “Krigeo” tanto con una variable principal y una variable auxiliar (Co-Krigeaje) se utiliza comúnmente en este tipo de problema (por ejemplo, Krajewski 1987). Krigeaje variando la media local (Goovaerts 1997) es un método alternativo para Co-Krigeaje, algunas veces llamada Co-Krigeaje simple.

En el método de Krigeaje variando la media local, las variables auxiliares se utilizan para construir el rumbo para el sistema de Krigeaje. Primero se debe establecer una ecuación de regresión entre la variable primaria “u” y las variables auxiliares “vj”.

u=∑j

m

w j v j

Donde wj son coeficientes que pueden ser resueltos de un conjunto de ecuaciones normales, si hay solo una variable auxiliar, la ecuación se convierte en la siguiente.

uk=av k+b

A partir de los puntos co-localizados para la variable primaria y la variable auxiliar, las constantes “a” y “b” se pueden “derivar”. Usando esta ecuación, una variable auxiliar puede ser transformada a una variable con unidades similares a la variable primaria. El rumbo para la variable primaria se puede encontrar a partir de estas variables auxiliares utilizando un “análisis de superficie de tendencia”.

uk ( x , y )=∑j=0

n−1

∑i=0

n . j

a ji xn−i− j y i+ε

Donde “n” representa el orden de la superficie de tendencia y “ɛ” es un término de error

Para cada punto co-localizado el valor residual de la dirección o el rumbo es:

ur=u−ukTS=∑

i=1

n

λi [ui−uk ,iTS ]

Donde, ukTS es la dirección o el rumbo. Los residuos pueden entonces ser usados en el krigeaje ordinario para la interpolación. La ecuación de Krigeaje es:

∑i=1

n

λi γ (uri ,urj )+μ=γ (uri , ur0 )

∑i=1

n

λi=1

Donde γ representa la semivarianza de de los residuales.

Despejando λi, la estimación puntual para el residual se puede hacer para cada punto de la grilla. Por último, se añaden a la deriva de los residuos para obtener las estimaciones finales.

u0¿=uk

TS+∑i=1

n

λiur

Procesamiento de Datos y Análisis

Selección de Datos.

A finales de 2005, la oficina central de clima (CWB) ha terminado las perforaciones en cada uno de las 265 estaciones de movimiento fuerte, y terminó los ensayos de sonda de suspensión (PS Logging) en 257 de ellos (Fig. 2). Un ejemplo de un registro de perforación, el Nspt y un registro de PS se muestra en la figura. 3. La onda P y mediciones de la velocidad de las ondas S se llevaron a cabo para cada pozo, y cada 0,5m se realizó una medición mediante el uso de un registrado de suspensión OYO PS 170 de. Los rastros de tiempo de los datos de medición Vs primero se inspeccionaron visualmente y se eliminaron los registros anormales. A continuación, las dos trazas en una medición de la fuente de golpe en direcciones opuestas y se verificaron a través de análisis de correlación cruzada. De acuerdo con estos datos, que se pueden clasificar en 3 calidades diferentes. Calidad A representaba la mejor con claridad: primera llegada y los dos rastros de las huelgas opuestos se correlaciona bien (correlación> 0,7 y retardo <0,3 ms). Sólo los datos de calidad-A se usaron para estudios posteriores. Los ejemplos de las diferentes cualidades se muestran en la figura. 4.

A finales del año 2005, el CGS también terminó la recolección y la construcción de una base de datos de 19.154 datos de perforación exploratoria de ingeniería, incluyendo los registros geológicos, Nspt y resultados de pruebas de laboratorio de suelos (Geo2005) (Fig. 5). De estos, se seleccionaron 4.885 datos de perforación con agujeros en profundidades mayores o iguales a 30 metros del suelo y los sitios de roca suave para el cálculo de la Vs30.

Figura 2. Estaciones topográficas y de movimiento fuerte en Taiwan. (La topografía está a la sombra con una m Resolución de malla del modelo digital del terreno 40 de Taiwan).

Figura 3. Ejemplo de registro de perforación, SPT-N y los registros PS de la estación CHY049 en Taiwán

Figura 4. Ejemplos de 3 calidades diferentes de datos. Calidad A representa la mejor claridad de la primera llegada y los dos restos de los golpes opuestos están bien correlacionados (correlación> 0,7 y tiempo de espera <0,3 ms). En la clase B, la primera llegada no es clara y el tiempo de retardo entre las

vías opuestas es demasiado grande. Las pérdidas de correlación y una primera llegada aguda caracterizan la calidad C.