Physics-based numerical simulations to study the seismic response of the Mexico City basin

Mexico City is one of the cities with the highest seismic risk worldwide. This is mainly because of the complicated seismotectonic environment of Mexico and the well-known large amplification of ground motion caused by the basin. The primary purpose of this thesis is to investigate the possibility to generate realistic synthetic ground motions in the low-frequency range for the Mexico City basin, using 3D physics-based numerical simulations with a seismic point source representing a local crustal earthquake. A 3D numerical model for Mexico City was constructed considering the main features of the basin's lacustrine sediments. The 3D model was employed to carry out numerical simulations using the high-performance spectral element code SPEED. Results were validated against available records from a Mw3.0 local earthquake. In general, a good fit with records was obtained using a hysteretic damping model. The numerical results suggest that higher-mode surface waves dominate the wavefield in the lake zone of Mexico City, as evident from the computed vertical displacements along vertical arrays.

Città del Messico è una delle città al mondo con il più alto rischio sismico. Questo è principalmente dovuto all’ambiente sismotettonico del Messico, così come alla nota grande amplificazione del moto del suolo provocata dal bacino. Lo scopo primario di questa tesi è indagare la possibilità di generare di modo realistici moti del terreno sintetici nel range delle basse frequenze per il bacino di Città del Messico, tramite l’utilizzo di simulazioni numeriche 3D basata sulla fisica con una sorgente puntiforme sismica che rappresenta un terremoto crostale locale. Un modello numerico 3D per Città del Messico è stato costruito avendo in considerazione le caratteristiche principali dei sedimenti lacustri del bacino. Per tanto, il modello 3D è stato poi utilizzato per eseguire simulazioni numeriche attraverso l’utilizzo del codice dell’elemento spettrale ad alte prestazioni SPEED. I risultati sono stati validati rispetto ai record disponibili di un terremoto locale di Mw3.0. In generale, è stato ottenuta una buona corrispondenza con i record utilizzando un modello di smorzamento isteretico. I risultati numerici suggeriscono che le onde superficiali di modo superiore governano il campo d’onda nella zona lacustre di Città di Messico, come risulta evidente dagli spostamenti verticali calcolati lungo array verticali.