Generación de registros sintéticos para la ciudad de Arequipa mediante el método de ajuste espectral en el dominio del tiempo

Abstract

En el presente estudio se ha generado registros sintéticos para la ciudad de Arequipa mediante el método de ajuste espectral en el dominio de tiempo. El espectro objetivo para el ajuste espectral fue obtenido del análisis de peligro sísmico probabilístico para la ciudad de Arequipa. Se ha evaluado el peligro sísmico probabilístico para la ciudad de Arequipa a nivel de roca, utilizando ecuaciones de predicción del movimiento del suelo (GMPE) como las propuestas por Youngs et al. (1997), Zhao et al. (2006), Abrahamson et al. (2016), Montalva et al. (2017) y Parker et al. (2020) para sismos de subducción, así como las de Chiou y Youngs (2014), Boore et al. (2014), Campbell y Bozorgnia (2014) para sismos corticales. El análisis de recurrencia sísmica se ha llevado a cabo mediante el modelo de Gutenberg y Richter truncado ajustado utilizando el método de máxima verosimilitud de Weichert. El análisis de peligro sísmico probabilístico realizado para el centro de la ciudad de Arequipa, sobre suelo tipo B (Vs=760 m/s), arrojó valores de aceleración para diferentes periodos de retorno. Para un periodo de retorno de 475 años, la aceleración máxima del suelo es de 0.44g, con una aceleración espectral de 1.08g para un periodo de T=0.15s y 0.27g para T=1.0s. En el caso de un periodo de retorno de 975 años, los valores incrementan a 0.58g, 1.47g y 0.35g, respectivamente. Para un periodo de retorno de 2475 años, la aceleración máxima del suelo es de 0.80g, mientras que las aceleraciones espectrales son de 2.15g para T=0.15s y 0.49g para T=1.0s. Se destaca que el método de ajuste espectral en el dominio del tiempo puede ser utilizado con fines ingenieriles sin desnaturalizar el carácter no estacionario del acelerograma original, siempre y cuando se tomen en cuenta consideraciones clave como el control del factor de escalamiento y la compatibilidad del periodo fundamental con el espectro objetivo. Además, se sugiere que el factor de escalamiento sea menor a 2 y que la variación en el periodo fundamental entre el espectro objetivo y el acelerograma original no exceda los ±0.08 segundos. Estos resultados garantizan que los acelerogramas generados mantengan la coherencia en el flujo de energía y las características de frecuencia, permitiendo su uso confiable en el diseño estructural.

In this study, synthetic records were generated for the city of Arequipa using the spectral matching method in the time domain. The target spectrum for the spectral matching was obtained from a probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) for the city of Arequipa. The PSHA was performed at the rock level using ground motion prediction equations (GMPEs) such as those proposed by Youngs et al. (1997), Zhao et al. (2006), Abrahamson et al. (2016), Montalva et al. (2017) and Parker et al. (2020) for subduction earthquakes, as well as those by Chiou and Youngs (2014), Boore et al. (2014), and Campbell and Bozorgnia (2014) for crustal earthquakes. The seismic recurrence analysis was conducted using a truncated Gutenberg-Richter model, calibrated through the maximum likelihood method by Weichert. The probabilistic seismic hazard analysis for the city center of Arequipa, on soil type B (Vs = 760 m/s), provided acceleration values for different return periods. For a return period of 475 years, the peak ground acceleration (PGA) is 0.44g, with a spectral acceleration of 1.08g for a period of T = 0.15s and 0.27g for T = 1.0s. For a return period of 975 years, the values increase to 0.58g, 1.47g, and 0.35g, respectively. For a return period of 2475 years, the PGA is 0.80g, while the spectral accelerations are 2.15g for T = 0.15s and 0.49g for T = 1.0s. The study highlights that the spectral matching method in the time domain can be applied for engineering purposes without significantly altering the non-stationary nature of the original accelerogram, provided that key considerations are taken into account, such as controlling the scaling factor and ensuring compatibility between the fundamental period and the target spectrum. It is suggested that the scaling factor remains below 2 and that the variation in the fundamental period between the target spectrum and the original accelerogram does not exceed ±0.08 seconds. These findings ensure that the generated synthetic accelerograms maintain consistency in energy flow and frequency characteristics, allowing their reliable use in structural design.