Tesis de Geofisica

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR INGENIERÍA GEOFÍSICA

APLICACIÓN DE TÉCNICAS DE VIBRACIONES AMBIENTALES: ANÁLISIS DE MICROTREMORES Y VIBRACIONES NATURALES, PARA LA CARACTERIZACIÓN CARACTERIZACI ÓN DE SITIO

Por: Pilar Elena Cuadra Monreal

Proyecto de Grado Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar Como requisito Parcial para optar al Título de Ingeniero Geofísico

Sartenejas, Abril de 2007.

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR INGENIERÍA GEOFÍSICA

APLICACIÓN DE DE TÉCNICAS DE VIBRACIONES VIBRACIONES AMBIENTALES: AMBIENTALES: ANÁLISIS DE MICROTREMORE MICROTREMORES SY VIBRACIONES NATURALES, PARA LA CARACTERIZACIÓN CARACTERIZACIÓN DE SITIO

Por: Pilar Elena Cuadra Monreal

Proyecto de Grado Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar Como requisito Parcial para optar al Título de Ingeniero Geofísico

Realizado con la Asesoría de: Dr. Aldo Cataldi. Prof. Carlos Izarra.

Sartenejas, Abril de 2007.

Este trabajo ha sido aprobado en nombre de la Universidad Simón Bolívar por el siguiente jurado calificador:

________________________________ Prof.: Milagrosa Aldana. Presidente.

_________________________________ Prof.: Carlos Izarra.

_________________________________ Dr. Aldo Cataldi.

APLICACIÓN DE TÉCNICAS DE VIBRACIONES AMBIENTALES: ANÁLISIS DE MICROTREMORES Y VIBRACIONES NATURALES, PARA LA CARACTERIZACIÓN DE SITIO Por: Pilar Elena Cuadra Monreal RESUMEN Las técnicas usadas generalmente para la caracterización de sitio y estimación del riesgo sísmico de un área son, a veces, técnicamente complicadas, costosas y de difícil aplicación especialmente en ambientes urbanos, además requieren fuentes de energía importantes para ser efectivas en entornos con altos niveles de ruido ambiental. Por esto se introducen técnicas modernas de análisis de vibraciones naturales que, al aplicarse pueden permitir la definición de características sísmicas de sitio, ya que proveen información sobre las condiciones locales de posible amplificación de las ondas sísmicas y características del subsuelo. Esta información, obtenida a través del uso combinado del método H/V – Nakamura y la técnica de Refracción de Microtremores (ReMi) para la caracterización del perfil de ondas de corte, puede integrar características geotécnicas clásicas a fin de permitir una optimización del diseño estructural de un edificio. Para el caso de la caracterización sísmica de un sitio, la aplicación del método H/V - Nakamura provee rápidamente información sobre el período natural del área mientras que la estimación de velocidades de ondas de corte superficiales permite realizar el cálculo de la Vs30 y de la profundidad del substrato geotécnico Covenin, lo que permite, en forma práctica y efectiva la clasificación de los suelos según normas tipo Covenin 2002 y IBC 2000. En este proyecto se presenta la teoría correspondiente a los métodos H/V y ReMi junto con una aplicación práctica enfocada al campo de la construcción. En esta experiencia se aplicaron ambos métodos en conjunto y los resultados a partir de ellos fueron correlacionados a fin de obtener mapas de Vs30, período fundamental y mapas de interpretación integrada que presentan parámetros como: espesor de sedimentos, definición de posibles estructuras geológicas y litologías inferidas. Esta experiencia también sirvió como base para la elaboración de un manual con los procedimientos recomendados para la puesta en práctica de la técnica H/V con la instrumentación empleada en este trabajo.

Pilar E. Cuadra M., 2007

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A mis padres, este logro es de ustedes y por ustedes... A mi Padrino, J.F.V.R. Desde donde estés me has iluminado los pasos y se que desde allá miras orgulloso el camino que seguí...


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AGRADECIMIENTOS

Son muchas las personas a quienes hay algo que agradecer por todo lo vivido estos últimos años... A mi familia, a mi Mamá, gracias por estar siempre allí, acompañándome, apoyándome y escuchándome, se que para ti no fue fácil y sin embargo siempre tuve una palabra de apoyo y de compañía cuando más la necesité; a mi Papá, gracias por enseñarme tanto, por demostrarme que si se puede, por siempre interesarte en mis cosas; con el apoyo de ustedes siempre todo se hizo más fácil. A mi hermana María Virginia por ser siempre mi amiga y apoyarme en mis decisiones. A mi Tía Nena, gracias por recibirme en tu casa durante estos años y hacerme sentir como una más de la familia. A María Alejandra y María Beatriz, por haberse convertido en más que mis primas, mis hermanas. A mi Abuela Luisa, por siempre preocuparte por mi. A toda la gente de TRX Consulting, en especial a mi tutor, Aldo Cataldi, jamás me cansaré de agradecerte por toda la confianza que depositaste en mi, por todo el apoyo, por abrirme un mundo de oportunidades que estoy segura definirán el rumbo que quiero seguir. Fuiste un gran maestro durante todo este tiempo y se que lo seguirás siendo a lo largo de muchos años. De verdad, no tengo palabras para agradecerte todo lo que has hecho por mi. A Frank Zambrano, gracias por estar siempre pendiente de mi, gracias por los buenos ratos y por la gran amistad que hemos compartido, son momentos que nunca olvidaré. A Héctor Rojas, por ayudarme siempre que lo necesité, por apoyarme y compartir conmigo tantas horas de trabajo, que con tu compañía siempre fueron más gratas. A Richard Galvis, por toda la ayuda brindada, por siempre estar dispuesto a aportar de tus conocimientos y así mejorar el trabajo. También a Eduard por la paciencia y la amistad, a Helmuth, Alexandra, Nayli, Ana y Patricia, por siempre colaborar y estar dispuestos a ayudar. A mis profesores, en especial al Profesor Carlos Izarra por su ayuda durante la realización de este trabajo, al Profesor Andrés Pilloud , por las enseñanzas, la paciencia y la dedicación, es el mejor aprendizaje que nos ha podido dejar, a la Profesora Milagrosa Aldana por la ayuda brindada y nunca negada y a la Profesora Crelia Padrón por su atención y apoyo. A Funvisis, es especial al Ing. Cecilio Morales por el interés y la ayuda brindada para la realización de este proyecto. A mis amigos a lo largo de la carrera, a Mario Rada, amigo, fuiste mi gran apoyo durante todos estos años, gracias por todos los excelentes momentos que vivimos juntos y por los que faltan, por acompañarme y ayudarme, gracias por la gran amistad que supiste brindarme. Se que siempre estarás cerca de mi. A Ruyman Gilbert, por brindarme tu amistad, apoyo y compañía en estos últimos meses, que aunque fueron los más difíciles se hicieron más gratos gracias a ti. A Julián Cuesta por todo el apoyo y los consejos dados. A Vicente Oropeza, por su compañía y su ayuda a lo largo de la carrera. A Ana Sofia Perez y a su familia, por la gran amistad que compartimos, por la ayuda y los mil momentos vividos. A Vicky Coll, porque a pesar de las dificultades a lo largo de todos estos años has sido mi gran amiga. A Daniel Rossell por tu amistad, las largas horas de estudio, por la ayuda y la paciencia que siempre me brindaste. A Cesar Romero por siempre estar dispuesto a Pilar E. Cuadra M., 2007

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ayudarme y por los gratos recuerdos que nos unen. A Roderick Pérez, por siempre tener una palabra de apoyo cuando más la he necesitado. Igualmente a todas las personas especiales durante mi paso por la USB, en especial a Erik G., Gustavo G., Alfredo P., José C. (Puerto), David S., Alegría H., Joan Marie B., Ana Karina S., Luis L., Débora P., Luis G. y Mario P. A mis grandes amigas del colegio, de toda la vida: Caterina, Anabella, Joana, Nelissa, María Fernanda, Armida, Paola y Mónica por siempre estar allí y por hacer que nuestra amistad perdure a pesar de la distancia. Y por último, pero más importante, a Dios y a la Virgen, gracias por poner en mi camino a todas estas personas especiales que han marcado mi vida, a través de ellos me han iluminado el camino por el cual andar y me han dado la fuerza y la fé con la que he sabido salir adelante... Mil Gracias a todos...


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Índice General

ÍNDICE GENERAL

Índice de Tablas y Figuras …………………………………………………………………. viii I. INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………...1

1.1. Planteamiento y Justificación del Problema …………………………………………... 1 1.2. Objetivos ………………………………………………………………………………. 2 1.2.1. Objetivos Específicos ……………………………………………………………... 2 1.3. Antecedentes …………………………………………………………………………... 2

II. MARCO TEÓRICO …………………………………………………………………….. 5

2.1. Teoría de Ondas………………………………………………………………………... 5 2.1.1. Ondas sísmicas superficiales ……………………………………………………… 5 2.2. Microtremores …………………………………………………………………………. 8 2.2.1. Origen y Características de los microtremores …………………………………… 8 2.2.2. Fuentes de los microtremores …………………………………………………….. 9 2.3. Métodos de ondas sísmicas superficiales …………………………………………….. 10 2.3.1. Métodos Pasivos ………………………………………………………………... 10 2.3.2. Métodos Activos ……………………………………………………………….. 11 2.3.3. Métodos Híbridos .……………………………………………………………… 12 2.4. Caracterización de Sitio ……………………………………………………………… 13 2.4.1. Microzonificación Sísmica …….……………………………………………….. 13 2.4.2. Efectos de Sitio ……………………………………………………………….... 13 2.4.3. Modelado de la respuesta del terreno …….…………………………………….. 15 2.4.4. Parámetros Geotécnicos ....……………………………………………………... 15

III. MÉTODOS APLICADOS ……………………………………………………………. 25

3.1. Refraction Microtremor (ReMi) ……….…………………………………………….. 25 3.1.1. Procesamiento ….………………………………………………………………. 27 3.1.1.1. Análisis Espectral de la Velocidad ……….………………………………... 28 3.1.1.2. Selección de la dispersión Fase-Velocidad Rayleigh ……..……………….. 31 3.1.1.3. Modelado de la velocidad de la onda de cizalla …………..……………….. 34 3.2. H/V Nakamura ……………………………………………………………………… 36 3.2.1. Función de Transferencia .……………………………………………………… 37 3.2.1.1 Aproximación a la función de transferencia..……………………………… 38 3.2.2. Metodología de H/V Nakamura ………………….…………………………….. 40

IV. METODOLOGÍA ……………………………………………………………………... 42

4.1. Selección del área de estudio ……………………………………………………….. 42 4.1.1. Área de Estudio ………………………………………………………………… 42 4.1.1.1. Particulares del área de estudio …………………………………………... 43 4.2. Metodología de adquisición para el método de Análisis de Microtremores (ReMi) .. 46 4.2.1. Adquisición de datos ………………………….………………………………... 47 4.2.3. Procesamiento de los datos …………………………………………………….. 50 4.3. Metodología del Análisis de Vibraciones …………………………………………... 58 4.3.1. Adquisición de los datos …….…………………………………………………. 58 4.3.2. Procesamiento de los datos ……….……………………………………………. 64 4.4. Normativas y procedimientos de referencia ..………………………………………. 69

V. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS ……………………………….. 70

5.1. Análisis espacial de la variación de Vs a lo largo de los tendidos …………………. 70 5.2. Análisis de Vibraciones (Nakamura H/V) ………………………………………….. 79 5.3. Interpretación Integrada ……………………………………………………………. 83

VI. CONCLUSIONES ..……….……………………………………………………………86


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Índice General

VII. RECOMENDACIONES ……………………………………………………………... 93 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS …………………………………………………… 95 ANEXO 1 ……………………………………………………………………….………… 101 APÉNDICE A …………………………………………………………………………….. 121 APÉNDICE B …………………………………………………………………………….. 132


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Índice de tablas y figuras

ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS Fig. #2.1. Modelo de Propagación de Ondas P y S ……………………...………………… 6 Fig. #2.2. Modelo de Propagación de Ondas Love y Rayleigh …………………………….. 6 Tabla #2.1. Clasificación de las fuentes de ondas sísmicas según su origen ………………. 7 Fig. #3.1. Esquema explicativo del procesamiento de los registros del Método ReMi ……. 27 Fig. #3.2. Trazas sísmicas posteriores al pre-procesamiento ……………………………… 28 Fig. #3.3. Espectro p-f con evidencia de Aliasing espacial …………………………………. 33 Fig. #3.4. Espectro p-f . Se observa Modo Fundamental y Superior Onda Rayleigh ……….. 33 Fig. #3.5. Modelo de Velocidad de Onda S y ajuste de la curva de dispersión …………….. 35 Fig. #4.1. Ubicación del proyecto – Visión Regional ………………………………………. 43 Fig. #4.2. Ubicación del proyecto – Visión Local ………………………………………….. 43 Fig. #4.3. Particulares del Área del Proyecto – Ubicación de las líneas …………………… 45 Tabla. #4.1. Coordenadas de Inicio y Fin de las líneas ……………………………………. 45 Fig. #4.4. Particulares del Área del Proyecto – Topografía ………………………………… 46 Fig. #4.5. Equipo utilizado en la adquisición del Método ReMi …………………………… 47 Fig. #4.6. Ubicación de las líneas para la adquisición del Método ReMi ………………….. 49 Fig. #4.7. Pasos de Procesamiento de la herramienta “Vspect Process” …………………… 50 Fig. #4.8. Ventana “Open Binary File” …………………………………………………….. 51 Fig. #4.9. Ventana “ p-f analysis” …………………………………………………………… 53 Fig. #4.10. Espectro p-f donde se observa la selección realizada …………………………... 54 Fig. #4.11. Ventana de control ……………………………………………………………… 56 Fig. #4.12. Ventana de la curva de dispersión ……………………………………………… 56 Fig. #4.13. Ventana del perfil a modelar …………………………………………………… 57 Fig. #4.14. Equipo utilizado para la adquisición de Registros de Vibraciones …………….. 58 Tabla #4.2. Ubicación de las medidas de Vibraciones ……………………………………... 59 Fig. #4.15. Ubicación de las medidas de Vibraciones ……………………………………… 60 Fig. #4.16. Orientación del sensor para registros de Vibraciones Naturales ……………….. 60 Tabla #4.3. Efectos de los filtros sobre los registros ……………………………………….. 61 Fig. #4.17. Ventana “General” del programa Wincom2002 ……………………………… 62 Fig. #4.18. Ventana “Recording” del programa Wincom2002 …………………………….. 63 Fig. #4.19. Ventana “Control Panel” del programa Wincom2002 …………………………. 64 Pilar E. Cuadra M., 2007

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Índice de tablas y figuras

Fig. #4.20. Ventana de Inicio del programa View2002 …………………………………….. 65 Fig, #4.21. Ventana principal del programa View2002 …………………………………….. 66 Fig. #4.22. Ventana de selección de parámetros del programa View2002 …………………. 66 Fig. #4.23 Ventana de selección entre el cociente Nakamura y Normal de View2002 ……. 67 Fig. #4.24. Ventana que muestra el espectro de amplitud ………………………………….. 67 Fig. #4.25. Ventana del análisis de Frecuencia posterior al cálculo del Radio H/V ………... 68 Fig. #5.1. Espectro p-f donde se observa la falta de cierto rango de frecuencias …………. 70 Fig. #5.2. Línea 1. Sección de ondas de corte ……………………………………………… 72 Fig. #5.3. Línea 2. Sección de ondas de corte ……………………………………………… 73 Fig. #5.4. Línea 3. Sección de ondas de corte ……………………………………………… 74 Fig. #5.5. Línea 4. Sección de ondas de corte ……………………………………………… 75 Fig. #5.6. Mapa de Vs30 ……………………………………………………………………. 76 Fig. #5.7. Mapa de profundidad de la línea de isovelocidad Vs=500m/s ………………….. 77 Tabla #5.1A. Valores de Vs30 y Prof. Substrato Covenin. Línea 1 ……………………….. 77 Tabla #5.1B. Valores de Vs30 y Prof. Substrato Covenin. Línea 2 …………………………78 Tabla #5.1C. Valores de Vs30 y Prof. Substrato Covenin. Línea 3 ………………………...78 Tabla #5.1D. Valores de Vs30 y Prof. Substrato Covenin. Línea 4 ……………………….. 79 Fig. #5.8. Visualización de las señales con el programa View2002 ………………………... 80 Fig. #5.9. Espectros de amplitud de las 3 componentes de un registro …………………….. 81 Fig. #5.10. Frecuencia Natural del sitio mediante la técnica de Nakamura ………………… 81 Tabla #5.2. Ubicación y valores de Período y Frecuencia Fundamental …………………... 82 Fig. #5.11. Distribución de los valores de Frecuencia Fundamental ……………………….. 82 Tabla #5.3. Tabla Interpretación integrada. Espesor de sedimentos ………………………. 83 Fig. #5.12. Mapa de espesor de sedimentos ……………………………………………….. 84 Fig. #5.13. Mapa de Interpretación integrada. Estructuras y Litologías ……………………. 85


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I Introducción

I.

INTRODUCCIÓN

1.1.) Planteamiento y Justificación del Problema Tradicionalmente, los métodos geofísicos aplicados a la geotecnia se han utilizado para la caracterización de sitio, permitiendo obtener los principales parámetros del subsuelo, como son: Los espesores de las primeras capas y la velocidad de la onda S en una determinada zona, con el fin de cumplir con los requisitos que se ajusten a la normativa vigente de construcción. Con el paso del tiempo la puesta en práctica de los métodos geofísicos tradicionales aplicados a la geotecnia, han presentado cada vez más complicaciones debido a la dificultad de su implementación en zonas densamente pobladas y con altos niveles de ruido cultural, así como el aumento en sus costos de ejecución y las exigencias propias de la complejidad en el campo de la construcción, esto hace necesario el uso y combinación de diferentes métodos, menos invasivos, más económicos y que además provean la mayor cantidad de información posible para la caracterización del suelo y el cálculo del riesgo sísmico en un área determinada.

El análisis de Microtremores (ReMi) y el análisis espectral de las Vibraciones Naturales (H/V) se caracterizan por la facilidad de su aplicación en zonas urbanas, permitiendo utilizar el ruido cultural como fuente de energía, disminuyendo ampliamente los costos de ejecución y obteniendo a partir de ellos gran parte de los parámetros requeridos para cumplir con las normativas vigentes de construcción, por lo que se propone combinar el uso de estas dos técnicas para la caracterización de sitio con el fin de reducir costos, facilitar la adquisición y acelerar el procesamiento de los datos adquiridos.


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I Introducción

1.2.) Objetivos El propósito de este proyecto de investigación consiste en el análisis y aplicación de dos diferentes métodos de sísmica superficial: El Análisis de Microtremores (ReMi) y el Análisis de Vibraciones Naturales (H/V) propuesto por Nakamura, con el fin de obtener y combinar la información correspondiente a la Frecuencia Fundamental del subsuelo y la Velocidad de la Onda S en los primeros 30 metros (V s30), respectivamente, para obtener como resultado una caracterización sísmica de sitio.

1.2.1.) Objetivos específicos - Diseñar un esquema de aplicación para ambos métodos, enfocado a la caracterización de sitio, para ser aplicada posteriormente en el campo de la construcción. - Obtención de parámetros relevantes para la caracterización de sitio a partir de la puesta en práctica del diseño de aplicación realizado para ambos métodos. - Elaboración de una lista de procedimientos recomendados para la puesta en práctica del método H/V enfocado a los programas desarrollados por SYSCOM, a partir de las experiencias realizadas.

1.3.) Antecedentes El interés por la utilización del ruido natural como fuente de energía en los registros sísmicos ha crecido vertiginosamente en los últimos años, aunque su aplicación se ha realizado desde aproximadamente 50 años. En 1989 Nakamura propone una definición teórica de la técnica H/V de refracciones múltiples de las ondas HS, numerosos autores han desarrollado sus investigaciones a partir de este trabajo con la finalidad de caracterizar el valor del Período Fundamental del suelo mediante esta técnica. Posteriormente, Field et al, 2001, relacionó este valor con la velocidad de la onda S y halló un estimado del espesor de los Pilar E. Cuadra M., 2007

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I Introducción

sedimentos a partir de dicha relación. También en 2001, Rosset et al demostraron que a partir del radio entre las componentes verticales y horizontales de los registros de ruido ambiental se puede obtener una buena aproximación de las frecuencias fundamentales de los depósitos superficiales. Además afirmó que al extender el uso de este método a mayor escala se pueden realizar perfiles de estas frecuencias dentro de áreas urbanas, para llegar a estas conclusiones Rosset et al (2001) realizaron un estudio específico en la ciudad de Montreal. Más

recientemente, en 2005, Parolai et al afirmó que un gran número de registros de ruido ambiental podrían ser útiles para la realización de un mapa de período fundamental más completo y preciso, herramienta que no estaba disponible previamente debido a lo costoso y complicado de su obtención con la instrumentación antigua. En el año 2005 Castellaro et al compilaron diferentes casos de estudio en los que se aplicó la sísmica pasiva, más específicamente la técnica HVSR (Radio Espectral H/V) obteniendo que esta técnica es: rápida, económica y no invasiva; capaz de resolver múltiples estratos, incluso cuando estos presentan contrastes de impedancia bajos; aplicable a capas no planas; capaz de realizar adquisiciones en 3 dimensiones y de permitir prospecciones profundas (mayores a 1 km); y si la estratigrafía es conocida puede proveer un estimado de la Velocidad de la Onda S en forma más rápida y económica. En el Año 2001 John Louie mostró en su trabajo sobre la refracción de microtremores que el registro de estos microtremores con líneas sísmicas de 200 metros puede estimar la velocidad de la onda S con una precisión del 20%. Veronesse y Garbari en 2004, relacionaron la adquisición con el método ReMi con otras técnicas como: Cross-Hole, con la que el valor de Vs30 obtenido a partir de ambos métodos difirió en apenas 15 m/s, Nakamura H/V con la que no se logró hacer una correlación directa debido a la naturaleza de los resultados obtenidos con cada método pero, sin embargo, se empleó el método ReMi como soporte interpretativo del H/V; y la técnica MASW con la que no se logró una buena correlación Pilar E. Cuadra M., 2007

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I Introducción

debido a los diferentes rangos de frecuencias con los que trabajan los métodos. En nuestro país en 2005, Linares identificó las ventajas de la aplicación del método ReMi sobre técnicas como MASW y SASW, relacionadas a la fuente, el tiempo de adquisición y la profundidad alcanzada.


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II Marco Teórico

II.

MARCO TEÓRICO

2.1) TEORIA DE ONDAS 2.1.1) Ondas Sísmicas Las ondas sísmicas son vibraciones que viajan a través de la Tierra, originadas súbitamente por el fracturamiento del material rocoso en el interior de la Tierra debido a diversas fuentes. Dichas ondas están compuestas por energía que viaja a través de la Tierra y son registradas por diversos aparatos, como por ejemplo: los sismógrafos. Las ondas sísmicas se pueden dividir en dos categorías: las ondas corporales que viajan por el interior de la Tierra y las ondas superficiales que viajan por la superficie de la Tierra.

2.1.1.1) Ondas Sísmicas Corporales: Las ondas de cuerpo viajan a través del interior de la Tierra. Siguen caminos curvos debido a la densidad y composición variada del interior de la Tierra. Las ondas de cuerpo se clasifican en dos grupos: Ondas Primarias (P) y Secundarias (S). •

Ondas P: También conocidas como ondas primarias o compresionales, se pueden propagar a través de medios sólidos o fluidos. Estas ondas se mueven longitudinalmente, comprimiendo y dilatando la roca a través de la cual viajan, de manera similar al movimiento que realizan las ondas de sonido cuando se propagan a través del aire. La onda P es la que viaja con mayor velocidad, alrededor de 5 Kms. por segundo.

•

Ondas S: También conocidas como ondas de cizalla, son ondas transversales o de corte, lo cual significa que el suelo es desplazado perpendicularmente a la dirección de propagación, alternadamente hacia un lado y hacia el otro. Las ondas S pueden viajar únicamente a través de sólidos debido a que los líquidos no pueden soportar esfuerzos de corte. Su velocidad para cualquier material sólido es alrededor del 58% la velocidad de una onda P.


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II Marco Teórico

Figura # 2.1: Modelo de propagación de ondas P y S. (Modificado de www.funvisis.com.ve).

2.1.1.2) Ondas Sísmicas Superficiales: Las ondas superficiales viajan sobre la superficie de la Tierra y se desplazan a menor velocidad que las ondas de cuerpo. Debido a su baja frecuencia provocan que las estructuras entren en resonancia con mayor facilidad que las ondas de cuerpo y son, por consiguiente, las ondas sísmicas más destructivas. Existen dos tipos de ondas superficiales, las Ondas Rayleigh y las Ondas Love. •

Ondas Love: Es la onda superficial que se propaga con mayor velocidad. Presenta un movimiento horizontal de cizalla, normal a la dirección de propagación.

•

Ondas Rayleigh: Son ondas sísmicas superficiales de amplitud decreciente y presentan tres características principales:

Figura # 2.2: Modelo de propagación de las ondas Love y Rayleigh. (Modificado de www.funvisis.com.ve).

-

Estas ondas se transmiten por la superficie del terreno, aunque afectan a un rango de profundidad que es proporcional a su longitud de onda.


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II Marco Teórico

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Su velocidad de propagación, que se define como velocidad de fase CR , es determinada principalmente por la velocidad VS de los materiales. La relación entre ambas se expresa como CR = 0.94 VS.

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Su amplitud vertical disminuye con la profundidad, y el movimiento de la partícula asociado a ellas es de tipo elipsoidal, con el eje mayor en disposición vertical y en el sentido de avance del frente de ondas.

Debido al movimiento elíptico retrogrado de las partículas que presentan las ondas Rayleigh, se consideran estas ondas como las principales causantes de las sacudidas sentidas durante un terremoto, en consecuencia, son las principales responsables de los daños causados a las estructuras durante el desarrollo de estos fenómenos.

2.1.1.2.1) Fuentes de Ondas Sísmicas Superficiales: Las ondas sísmicas superficiales provienen de diferentes fuentes, a continuación se presenta una tablas donde se clasifican estas fuentes según su origen con respecto a la Tierra.

INTERNAS

EXTERNAS

MIXTAS

Fallas Sísmicas.

Vientos, Presión Atmosférica.

Erupciones Volcánicas.

Explosiones Internas.

Oleaje y Mareas.

Deslizamientos.

Flujo Hidrológico.

Ruido Cultural (Tráfico y Trenes).

Avalanchas.

Movimientos del Agua.

Impacto de Meteoritos.

Explotación Minera Subterránea.

Exploración Minera Superficial. Lanzamiento de Cohetes. Aterrizaje y Decolaje de Aviones. Modificado de Lay y Wallace (1995)

Tabla 2.1: Clasificación de las fuentes de ondas sísmicas según su origen.


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II Marco Teórico

2.2.) Microtremores También son conocidos como microtrepidaciones, microsismos, ruido sísmico de fondo, campo natural, vibración o ruido ambiental, pueden definirse de varias maneras: a) vibraciones en la superficie debidas a la incidencia oblicua de ondas de cuerpo que se propagan en todas direcciones con la misma energía; b) una superposición de ondas superficiales, que constituyen un campo estacionario y homogéneo; c) el ruido ambiental generado por fuentes naturales y culturales, como el tráfico vehicular o la actividad humana (Flores-Estrella et al 2004) y d) ondas sísmica con energía relativamente baja, con amplitudes típicas dentro del rango de 10-3 a 10-4 mm. (Roberts y Asten, 2004).

2.2.1.) Origen y Características de los Microtremores La propagación y las características de las fuentes de los microtremores han sido estudiadas desde el siglo XIX, desde entonces se observó la complejidad de la propagación multimodal y multidireccional. Sin embargo, hasta mediados del siglo XX se comenzaron a utilizar registros de microtremores con el objetivo de estudiar los efectos locales; aunque la idea original de esos trabajos era errónea en cuanto al origen e interpretación de los microtremores, ya que se consideraba que su fuente era ruido blanco (El ruido blanco es una señal aleatoria, proceso estocástico, que se caracteriza porque sus valores de señal en dos instantes de tiempo diferentes no guardan correlación estadística, por lo que su densidad espectral de potencia es una constante, su gráfica es plana y la señal contiene todas las frecuencias y todas ellas tienen la misma potencia) y que contenían básicamente ondas de cuerpo (Flores-Estrella et al, 2004). Los microtremores sólo ocurren en el intervalo de frecuencias de 0.01 a 30 Hz., sin embargo, en la exploración geofísica superficial sólo interesa la banda de 0.1 a 10 Hz., ya que en esta banda parte de la energía se transmite como ondas Rayleigh, cuyos modos y Pilar E. Cuadra M., 2007

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II Marco Teórico

velocidades de propagación se pueden estimar y medir con arreglos instrumentales para obtener información sobre las características de los parámetros elásticos de la corteza terrestre hasta profundidades de 20 Kms. (Flores-Estrella, 2004).

2.2.2) Fuentes de los Microtremores Generalmente, los microtremores con frecuencias menores a 1 Hz. son el resultado de fenómenos naturales como la acción de las olas, viento y variaciones atmosféricas; mientras aquéllos con frecuencias mayores a 1 Hz. son producidos por fuentes culturales como trenes y el funcionamiento de maquinaria pesada. Detalladamente tenemos:

•

A bajas frecuencias (por debajo de 0.3 hasta 0.5 Hz.) son causados por las olas oceánicas que ocurren a grandes distancias, y es posible encontrar buena correlación de los microtremores con condiciones meteorológicas de gran escala en el océano.

•

A frecuencias intermedias (entre 0.3-0,5 Hz y 1 Hz.) los microtremores son generados por el oleaje que rompe en las costas, por lo que su estabilidad es significativamente menor.

•

Para altas frecuencias (mayores a 1 Hz.) las fuentes de los microtremores están ligadas a la actividad humana, por lo que reflejan los ciclos de esta actividad, y se manifiestan por cambios en la amplitud de éstos.

Siempre que se utilicen registros de microtremores en la estimación de efectos de sitio se debe recordar que se suponen trayectorias de las ondas simples y similares; esto implica, que no existe dispersión tridimensional, y que las trayectorias pueden ser aproximadas por la dispersión geométrica elemental y por la atenuación inelástica.


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II Marco Teórico

2.3) Métodos de ondas sísmicas superficiales 2.3.1) Métodos Pasivos: Son los métodos geofísicos basados en el análisis de los microtremores. No requieren que se genere ninguna señal, como por ejemplo las producidas por las explosiones en la prospección sísmica. (Castellaro et al, 2005) El objetivo de los métodos de Sísmica Pasiva es evaluar de forma indirecta y no destructiva la consistencia del terreno, registrando microtremores. Para ello se utiliza un arreglo instrumental bidimensional sobre la superficie o un sólo instrumento; puede registrarse sólo la componente vertical (Z) o las tres componentes de movimiento (X-Y-Z). El análisis de estos datos se puede realizar con métodos de dispersión de ondas superficiales o por medio de las características de las capas más superficiales como son: la frecuencia fundamental y la amplificación asociada (FloresEstrella et al, 2004). •

Nakamura (H/V) La metodología H/V, desarrollada por Nakamura en el año 1989, registra el ruido

natural en un sitio mediante el uso de sensores triaxiales de banda ancha. La interpretación de la medida de vibraciones naturales está basada en la suposición de que el cociente espectral entre las componentes horizontales y la componente vertical de las microtrepidaciones es una aproximación de la función de transferencia de los suelos. A partir de este procedimiento se pueden evaluar los efectos de sitio al obtenerse a partir de la aplicación de este método la frecuencia fundamental de resonancia (Rosales, 2001). •

Técnica F-K El método F-K es una aplicación de la técnica desarrollada para detectar explosiones

nucleares empleando redes sísmicas con diámetros de hasta 200 Kms. El parámetro estadístico llamado: densidad del espectro de potencia frecuencia-número de onda (espectro F-K) juega un rol principal en la detección de explosiones nucleares. Su principio de funcionamiento es detectar señales sísmicas fuertes dentro del ruido y separar las ondas Pilar E. Cuadra M., 2007

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II Marco Teórico

superficiales multimodales y las ondas corporales. La desventaja de la aplicación de este método es que, se requiere de un arreglo de sismómetros con varias estaciones distribuidas uniformemente de manera azimutal, con una gran variedad de distancias entre estaciones, para asegurar estimados de alta resolución del espectro de potencia F-K (Parvez, 2003). •

Técnica de Autocorrelación Espacial: SPAC Esta técnica de sísmica pasiva se basa en la suposición de que los microtremores están

formados por ondas superficiales, y tiene como objetivo calcular la velocidad de fase para cada frecuencia, a partir de registros simultáneos de microtremores obtenidos de un arreglo instrumental formado por siete a cuatro estaciones. Consiste de las siguientes etapas: •

Registro de ondas superficiales.

•

Cálculo de los coeficientes de autocorrelación.

•

Estimación de la velocidad de fase (Flores-Estrella, 2004).

2.3.2) Métodos Activos: Registran ondas Rayleigh inducidas por una fuente impulsiva o por una fuente oscilatoria con movimiento vertical armónico; en estos métodos los sensores verticales son ubicados en la superficie en línea con la fuente, y la velocidad de fase se calcula a partir del análisis espectral, son útiles para explorar profundidades de 10 a 20 m. aproximadamente. Para lograr caracterizar profundidades mayores se necesita de una fuente con mayor alcance. Los principales métodos activos son: •

Spectral Analysis of Surface Wave (SASW)

Este método emplea una fuente activa de energía sísmica que es registrada repetidas veces, por un par de receptores ubicados a distancias cortas y largas (1 metro y 500 metros, respectivamente). La fuente más comúnmente utilizada son martillos pesados o mandarrias. Los receptores son sismómetros sensores de velocidad vertical de las partículas, por lo que los perfiles de velocidad de onda S son analizados a partir de las velocidades de fase de las ondas Pilar E. Cuadra M., 2007

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II Marco Teórico

Rayleigh interpretadas de los registros. Las velocidades de fase son derivadas únicamente de la comparación de las amplitudes, el espectro de fase diferencial es calculado para cada par de sensores por cada activación de la fuente, dentro de un osciloscopio FFT (Louie, 2001). La desventaja en la aplicación de este método es que, debido a que las pruebas se deben repetir numerosas veces, usualmente lleva muchas horas completar el procedimiento en un mismo sitio (Park et al, 1999). •

Multi-Channel Analysis of Surface Wave (MASW)

Este método consiste en la utilización de un arreglo de, generalmente 12 o más receptores, con múltiples canales. Los receptores se colocan equiespaciados uno del otro. Se puede usar como receptor un geófono simple o un grupo de geófonos. Se han desarrollado dos tipos de método MASW, cada una de estas dos versiones presenta diferencias en el tipo de fuente utilizada así como en la técnica de procesamiento empleada para generar la curva de dispersión: Multi-Channel Analysis of Surface Wave utilizando Vibraseis (MASWV), en el cual las técnicas de procesamiento de los datos son una aproximación al dominio del tiempo y Multi-Channel Analysis of Surface Wave utilizando

una fuente impulsiva (MASWI), donde

las técnicas de procesamiento de los datos son una aproximación al dominio de la frecuencia (Park et al, 1997).

2.3.3) Métodos Híbridos: Resultan de una combinación entre los métodos activos y los métodos pasivos. •

Análisis de Microtremores; Refraction Microtremor (ReMi) Este método de la Sísmica Pasiva consiste básicamente en determinar la distribución

de los valores de la velocidad de transmisión de las ondas de cizalla (Vs) a través del terreno, a partir del análisis espectral del ruido sísmico ambiental (Granda et al, 2005). El importante significado geotécnico de los valores de VS del terreno hace que el método que se presenta sea Pilar E. Cuadra M., 2007

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II Marco Teórico

de indudable interés. La puesta en práctica de este método se realiza siguiendo tres pasos principales: •

Análisis Espectral de Velocidades

•

Selección de la Dispersión Fase-Velocidad de la onda Rayleigh.

•

Modelado de la velocidad de onda S.

2.4) Caracterización de sitio 2.4.1) Microzonificación Sísmica La microzonificación Sísmica es un procedimiento para la estimación del riesgo sísmico a partir del movimiento del suelo y algunos fenómenos relacionados, tomando en cuenta los efectos de las condiciones locales del sitio. El subsuelo y las condiciones topográficas pueden amplificar o reducir el pico de aceleración del suelo en un sitio con respecto a lo que podría esperarse para un substrato consolidado en ese mismo punto. Estos efectos locales de sitio son la base de lo que sería un mapa de microzonificación sísmica. Cuando se encuentran disponibles, los parámetros de microzonificación sísmica pueden utilizarse conjuntamente con otros datos científicos, integrándolos en un sistema adecuado de procesamiento e interpretación para realizar mapas de planificación urbana, preparados a partir de la interacción entre los sistemas de: tierra sólida, ambiental, social, económico y político, con el fin de proveer datos de entrada confiables a los ingenieros estructurales para el diseño de edificaciones sismorresistentes (Dasmohapatra, 2005).

2.4.2) Efectos de Sitio •

Efectos de capas superficiales blandas Como la experiencia ha demostrado, los efectos y daños causados debido a la

ocurrencia de terremotos son más fuertes sobre zonas donde los sedimentos superficiales se Pilar E. Cuadra M., 2007

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II Marco Teórico

encuentran hasta grandes profundidades que, sobre zonas donde el basamento rocoso aflora o se encuentra muy cercano a la superficie. Esto es de particular relevancia si tomamos en cuenta que los grandes asentamientos urbanos se encuentran, generalmente, ubicados a lo largo de valles atravesados por grandes ríos, lo que implica que están construidos sobre depósitos superficiales relativamente jóvenes y poco consolidados (Milutinovic, 2004). Algunas de estas ciudades, construidas sobre este tipo de depósitos, también se encuentran ubicadas en zonas de alta sismicidad, como por ejemplo: Los Ángeles, Kobe, Ciudad de México, Caracas, Manila, etc. A este factor se agrega el hecho de que estas ciudades han sufrido y seguirán sufriendo, a lo largo de la historia, algún tipo de amplificación local del movimiento del suelo debido a los efectos de sitio asociados a las características geológicas del subsuelo y a la presencia de estos sedimentos blandos cercanos a la superficie. Por otro lado, las características especiales que poseen estas ciudades, mencionadas previamente, le han otorgado a los sismólogos la oportunidad de estudiar estos fenómenos a escala macrosísmica, obteniéndose resultados que demuestran claramente que los efectos causados por los depósitos superficiales pueden llevar a incrementos locales de intensidad de hasta 2 y 3 grados en las escalas sísmicas más usadas.

•

Efectos de la Topografía La influencia de la topografía en la superficie ha sido tomada en cuenta en muchos

reportes de terremotos y sus efectos han sido demostrados en estudios instrumentales, pero no se cuenta con datos suficientes para derivar una correlación entre la topografía y la amplificación. Actualmente, no es posible desarrollar una relación estadística de cambios en la frecuencia y la amplitud de movimientos fuertes del suelo y la topografía. Algunos modelos numéricos indican que las ondas sísmicas son amplificadas en estructuras convexas como riscos (Rosset et al, 2001) Pilar E. Cuadra M., 2007

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II Marco Teórico

2.4.3) Modelado de la Respuesta del Terreno: Efectos del suelo. Las condiciones locales del sitio tienen una profunda influencia en la respuesta del terreno durante la ocurrencia de un terremoto. La topografía, la naturaleza del basamento y la naturaleza y geometría de los depósitos superficiales son los factores primarios que influyen en las modificaciones locales del movimiento subyacente. El problema fundamental que debe ser resuelto para la estimación del riesgo sísmico es evaluar la respuesta dinámica específica de los depósitos superficiales y es comúnmente referido a la estimación del factor de amplificación de dichos depósitos. Los objetivos básicos en el estudio de la respuesta de sitio son: -

Obtención del Período Fundamental.

-

Estimación de la amplificación del movimiento del terreno.

-

Evaluar el espectro de respuesta para el diseño y la seguridad de las estructuras.

-

Evaluación del potencial de licuefacción.

La respuesta del sitio puede variar dependiendo de las condiciones del subsuelo y las características geológicas locales. Algunos parámetros importantes, que influencian esta respuesta, son la extensión horizontal y la profundidad de los depósitos superficiales que suprayacen al basamento, topografía del basamento, sedimentos depositados y fallas presentes en las zonas (http://www.springerlink.com/content/pj85272h459165u7/).

2.4.4) Parámetros Geotécnicos A menudo, en especial en grandes ciudades, la información geotécnica está disponible en conjunto con algunos datos de geología superficial simple. Algunos autores han intentado derivar algunas relaciones entre parámetros geotécnicos sencillos, pero relevantes y la amplificación local. El parámetro más relevante es la velocidad de la onda S, pero ésta no es muy sencilla ni económica de obtener con los métodos geotécnicos tradicionales. Muchos Pilar E. Cuadra M., 2007

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II Marco Teórico

autores han propuesto relacionar el promedio ponderado de velocidad de onda S de los depósitos superficiales (conociendo su profundidad) y la amplificación relativa. Los parámetros geotécnicos son además datos de entrada importantes para la estimación del potencial de licuefacción y la amplificación de ondas sísmicas (Dastegül, 2004). Entre los principales parámetros que conforman una caracterización de sitio completa se encuentran:

•

Pruebas SPT Es un parámetro utilizado frecuentemente, cuya correlación con la velocidad de onda

S y la densidad ha sido propuesta numerosas veces, al menos para suelos blandos. Las pruebas SPT son un método estándar, que permite obtener información sobre la consolidación de los suelos. En la norma COVENIN sobre edificaciones sismorresistentes se expresa una correlación entre la velocidad de onda S y la resistencia a la penetración de los ensayos SPT que facilita la obtención de este parámetro, una vez que es conocida la estructura de la velocidad de la onda S en el subsuelo. Esta relación será empleada en este trabajo de investigación para obtener los valores SPT a partir de la velocidad de onda S, calculada con los métodos de sísmica pasiva, los resultados obtenidos a partir de esta relación serán discutidos posteriormente en la presentación de los resultados. (Dastegül, 2004) (COVENINMINDUR, 2002)

•

Cálculo de la Frecuencia Fundamental de Resonancia (Fo) La frecuencia fundamental de resonancia puede ser medida a partir de la observación

de microsismos y microtremores. Estos pueden ser registrados utilizando sismómetros de alta sensibilidad. Las características espectrales de los microtremores muestran una buena correlación con las condiciones geológicas del sitio, gracias al filtrado que es aplicado a las ondas debido Pilar E. Cuadra M., 2007

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II Marco Teórico

a su paso a través de los materiales superficiales. El método H/V propuesto por Nakamura (1989) ha demostrado, a través de numerosos estudios, ser una técnica conveniente para estimar la frecuencia fundamental de los depósitos blandos. El radio espectral entre los registros, en las componentes horizontales y verticales, exhibe un pico con características propias a la frecuencia fundamental de resonancia Fo, siempre y cuando el contraste de velocidades de onda S entre los sedimentos y el basamento sea mayor a 2.5. Además este contraste de velocidades tiene un efecto importante sobre la amplitud del radio H/V a la frecuencia fundamental de resonancia. En el caso que se conozca el espesor de los sedimentos blandos, ya sea por pruebas de BoreHole

o datos sísmicos, el radio espectral H/V puede ser utilizado para estimar la

velocidad de onda S promedio a partir de la fórmula:

Vsp

=

Fo * 4h

Conociendo la frecuencia fundamental de resonancia, también es posible estimar cualitativamente la amplificación esperada como función de la frecuencia (Dastegül, 2004).

o

Período natural de las estructuras

Para determinar el comportamiento dinámico de los edificios se utiliza el ruido ambiental como fuente de excitación (movimiento del terreno, viento, actividad en el edificio, etc.) En la azotea del edificio, el movimiento de translación, separado en sus componentes longitudinal y transversal es, por lo general, predominante en el movimiento del edificio debido a la excitación ambiental. Para el análisis de los datos se debe calcular el espectro de respuesta de la velocidad de desplazamiento en las componentes longitudinales y transversales. El cálculo del espectro de amplitud para cada componente permite determinar el período natural del movimiento para cada dirección y el coeficiente de amortiguamiento.


17

II Marco Teórico •

Factor de amortiguamiento El amortiguamiento tiene especial importancia en el cálculo sismorresistente, ya que

influye directamente sobre la modificación de la respuesta dinámica de la estructura y en el efecto producido por el terremoto. En general, las estructuras con un factor de amortiguamiento alto, es decir, las que tienen mayor capacidad de absorción de la energía, se comportan favorablemente durante movimientos sísmicos. El factor de amortiguamiento no es un parámetro intrínseco de la estructura, por lo que su obtención constituye un problema extremadamente complicado, tanto teórica como empíricamente, debido a que intervienen numerosos factores (tipo de estructura, característica del terreno, e interacción suelo-estructura). Los numerosos factores que determinan y modifican a lo largo del tiempo el factor de amortiguamiento de una estructura (deformaciones del terreno, disipación de calor, etc.), hacen que dicho valor sólo sea una información de carácter general. El amortiguamiento tiene un efecto tanto más importante sobre la reducción de la respuesta dinámica de un edificio ante un terremoto mientras más bajos sean sus períodos de vibración. El producto del factor de amortiguamiento y el período natural de los edificios es casi constante para diferentes tipos de vibraciones (modos y amplitud) de las estructuras, siendo, por tanto, el factor amortiguamiento-período relevante en la respuesta dinámica del edificio. O

Período Natural De Vibración y Factor De Amortiguamiento De Estructuras A Partir De Mediciones De Ruido Ambiental

Las estructuras construidas en zonas sísmicas están sometidas al movimiento del suelo originado durante sacudidas sísmicas, junto a otros tipos de cargas. El comportamiento dinámico de un edificio, sometido a un movimiento fuerte, depende de las características estructurales y de las características del movimiento del suelo en donde yace la estructura, Pilar E. Cuadra M., 2007

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II Marco Teórico

teniendo cada edificio un período natural de vibración que depende de las características de las estructuras. Cada emplazamiento, donde algunos edificios han sido construidos, tiene un período predominante que depende de las condiciones más superficiales, como la rigidez y la profundidad de la capa superior del suelo. Obtener una posible relación entre el período natural de los edificios y el periodo predominante de suelo es muy importante para evaluar el posible daño a ser producido por un futuro terremoto. La construcción de una estructura exige el estudio de las características del lugar en el que se va a ubicar, con el fin de que la edificación sea la apropiada. De esta forma, se obtiene información sobre cuáles son las variables y los valores correspondientes que definen ese contexto específico, tales como: temperatura, viento, orientación, acciones sísmicas, etc. Además de estas características, que influyen sobre todo en el diseño de la edificación, se debe realizar un estudio del suelo en el que se va asentar, pues éste determina notablemente la ejecución del proyecto y la elección del sistema constructivo. Son muchos los ejemplos donde la distribución de los daños producidos por un terremoto se explican por el hecho que la geología superficial amplifica el movimiento del suelo en un rango de período que coincide con el período de vibración de la estructura., lo que demuestra la íntima relación entre los fenómenos de amplificación local y el nivel de daños alcanzados en unas zonas con respecto a las otras. Observándose, como los materiales no consolidados fueron los responsables de importantes modificaciones en la amplitud y contenido espectral de la sacudida sísmica producida por los terremotos. Las normativas de construcción antisísmica, enriquecidas con la información obtenida en sucesivas investigaciones, mejoran día a día. Sin embargo, incluso en aquellos países con un alto nivel de desarrollo científico y tecnológico y con elevados índices de peligrosidad sísmica, en los que las investigaciones en el campo de la ingeniería sísmica constituyen una de sus áreas prioritarias, continúan ocurriendo pérdidas materiales y humanas a causa de los Pilar E. Cuadra M., 2007

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II Marco Teórico

terremotos. Por otra parte, las mejoras introducidas en los códigos de construcción y diseño de estructuras sólo son aplicadas a edificaciones de construcción nueva, cuyo número representa un ínfimo porcentaje del total. De aquí, nace la necesidad de conocer y mejorar el comportamiento sísmico de las estructuras existentes. El conocimiento de las características del suelo y su comportamiento ante un terremoto es la primera medida a tomar en la prevención-reducción de la vulnerabilidad sísmica de una ciudad expuesta a riesgo sísmico. Una estructura cimentada sobre un terreno deformable difiere, por efecto de la interacción suelo-estructura, de otra cimentada sobre un terreno rígido. El movimiento de la cimentación será diferente, así como los períodos naturales y los modos de vibración.

En el análisis del comportamiento dinámico de los edificios, el período natural de vibración y el coeficiente de amortiguamiento son parámetros esenciales, debido a que la respuesta de los edificios a una sacudida sísmica está dominada principalmente por estos parámetros. Por ello, para predecir el comportamiento dinámico y los daños potenciales en los edificios, durante un terremoto, es necesario medir dichos parámetros.

El período natural de vibración del edificio caracteriza la rigidez dinámica de su estructura, que define el modo de comportarse dicho edificio ante el movimiento producido por un sismo. El amortiguamiento influye directamente sobre la modificación de la respuesta dinámica de la estructura y en el efecto producido por el terremoto. La elaboración de un banco de datos de períodos y amortiguamientos de diferentes topologías es útil para evaluar las características generales de vibración en áreas urbanas y para evaluar cuantitativamente los daños producidos después de un terremoto, ya que la variación en el período natural del edificio, antes y después del sismo, esta relacionado con la degradación de la rigidez de los elementos estructurales del edificio. Pilar E. Cuadra M., 2007

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II Marco Teórico •

Cálculo de la velocidad de onda S La estructura de la velocidad de la onda S puede ser obtenida a través de mediciones

activas in-situ como por ejemplo: la sísmica de onda S, mediciones de ondas superficiales con estaciones simples o arreglos y mediante técnicas de DownHole o CrossHole. En los últimos años han sido de especial interés, como se mencionó en capítulos previos, los métodos pasivos basados en vibraciones ambientales o microtremores. Todos los métodos se caracterizan por un cierto grado de resolución que depende de las condiciones de su aplicación, y es de aclarar, que las velocidades obtenidas a partir de la aplicación de dos métodos diferentes no son necesariamente comparables. Por ejemplo, medidas obtenidas a partir de la aplicación de técnicas de DownHole, con una fuente superficial y un arreglo de geófonos tipo DownHole, presentan problemas a la hora de resolver capas delgadas. La técnica CrossHole resuelve el problema de falta de resolución, pero a expensas de elevar los costos, al ser necesaria la perforación de un segundo pozo. Los métodos de DownHole y CrossHole generalmente son muy costosos y su aplicación requiere de mucho tiempo. La sísmica exploratoria de onda S envuelve ondas corporales en un rango por encima de los 30 Hz, lo que por un lado permite graficar interfaces presentes en el subsuelo, pero por otro lado, opera en un rango de frecuencias por encima del rango de interés para la ingeniería sísmica. Ondas de alta frecuencia pueden ser afectadas por heterogeneidades laterales a pequeña escala, y las velocidades medidas no necesariamente coinciden con las velocidades de onda S medidas en bandas de frecuencias por debajo de los 10 Hz, que es la banda de frecuencia de interés primario para propósitos ingenieriles. Uno de los mayores problemas de la sísmica de onda S es el acoplamiento de la fuente de ondas S al suelo, lo que resulta en una limitación en la profundidad de penetración de las ondas S generadas, que es de aproximadamente 20 a 30 metros. Las técnicas de ondas Pilar E. Cuadra M., 2007

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superficiales ofrecen la ventaja de ser no invasivas, con la desventaja de una profundidad de resolución limitada. El método SASW (Spectral Analysis of Surface Waves), discutido previamente, involucra la medida de la velocidad de grupo y de fase de la onda Rayleigh para realizar una inversión de la estructura de la velocidad de onda S a partir de las curvas de dispersión generadas. Las ondas Rayleigh son generadas al aplicar cargas verticales al suelo. Con este método, la profundidad de penetración de las ondas superficiales es limitada a los primeros 20 o 30 metros y generalmente los sedimentos más profundos o el basamento rocoso no pueden ser resueltos. En estructuras unidimensionales, se puede considerar que el radio espectral H/V (discutido previamente) resulta como una medida de la elipticidad del modo fundamental de la onda Rayleigh. La elipticidad en cada frecuencia está definida como el radio entre las eigenfunciones de desplazamiento, horizontales y verticales en el caso P-SV, en una superficie libre. Por lo que la forma del radio H/V puede ser empleada para estimar el perfil de onda S, debido a que la elipticidad del modo fundamental de la onda Rayleigh está relacionada a la estructura de la velocidad de onda S.

•

Cálculo del potencial de licuefacción La licuefacción es un proceso mediante el cual, los sedimentos saturados de agua

pierden temporalmente su resistencia y rigidez procediendo a actuar como un fluido. La licuefacción toma lugar cuando los sedimentos saturados de agua, pobremente empaquetados en la superficie o cerca de ellos, pierden su resistencia debido a movimientos y sacudidas muy fuertes del suelo. Esta reducción de la resistencia es debida al hecho que, durante las excitaciones dinámicas la presión de poro en los sedimentos tiende a incrementarse. Este incremento de la presión de poro causa que el esfuerzo efectivo disminuya, lo que en


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II Marco Teórico

consecuencia afecta la resistencia del suelo. Las condiciones necesarias para la existencia del riesgo de licuefacción son: 1) El suelo debe consistir de materia granular, con al menos 1 metro de espesor. 2) El nivel freático de la zona debe encontrarse cercano a la superficie (profundidad menor a 15 metros), lo que resultaría en suelos saturados. El conocimiento detallado de las condiciones del suelo, en un sitio en específico es esencial para la predicción de la susceptibilidad a la licuefacción. Las investigaciones principales para la determinación del potencial de licuefacción son: pruebas de SPT (Standard Penetration Test), pruebas de CPT (Cone Penetration Test) y pruebas de laboratorio.

•

Factor de Amplificación

La amenaza sísmica en un lugar determinado puede ser evaluada a partir de información sobre las fuentes sísmicas que lo afectan y las características de atenuación de movimientos sísmicos en la región. Sin embargo, el movimiento sísmico durante un terremoto puede variar mucho de un lugar a otro, aún separados por distancias cortas, si las características geológicas son diferentes. En algunos casos, la influencia de la geología superficial puede dominar la amenaza sísmica en el lugar. Si en un lugar hay una capa de suelo encima del lecho rocoso, el comportamiento sísmico que experimenta un edificio construido en ese lugar dependerá de las características de la señal sísmica y de la capa del suelo. Normalmente, se puede suponer que cerca de la superficie las ondas sísmicas se propagan verticalmente. Cuando pasan de la roca al suelo, la velocidad de propagación es menor y el tren de ondas desacelera, pero para mantener el flujo de energía, se incrementa la amplitud de las ondas sísmicas. Este fenómeno se conoce como impedancia. Por otro lado, el suelo absorbe más energía que la roca y por tanto tiende a amortiguar el movimiento y a este mecanismo se da el nombre de: atenuación inelástica. La Pilar E. Cuadra M., 2007

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II Marco Teórico

amplificación del movimiento que resulta entonces, depende del balance entre estos dos factores, que dependen del espesor de la capa de suelo y el contraste entre la velocidad de propagación de ondas en roca y en suelo. En general, sólo se considera la contribución de los 30 metros más superficiales a la amplificación del movimiento. Capas de gran espesor (~ 100 m) de suelo blando pueden tener un efecto neto de amortiguación sobre el efecto de absorción anulando el efecto de amplificación. Existe también otro mecanismo de amplificación del movimiento, que ocurre en casos de alto contraste entre la velocidad de las ondas en roca y suelo. En este caso, la onda se refleja en la superficie y se propaga hacia abajo hasta que nuevamente rebota en la roca y así queda atrapada dentro de la capa de suelo. Este efecto, que se conoce como resonancia, puede aumentar la amplitud de las ondas y también prolongar la duración de la sacudida. El efecto de resonancia es máximo cuando el período de las ondas sísmicas coincide con el período de vibración de la capa de suelo. En este caso, la amplificación puede ser muy grande y el período natural del suelo llega a ser dominante en el movimiento.


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III Métodos Aplicados

III.

MÉTODOS APLICADOS En esta sección se presentará la teoría relacionada con los dos métodos de sísmica

pasiva desarrollados durante este proyecto de investigación: ReMi y Nakamura H/V.

3.1) Refraction Microtremor: ReMi Es un método de sísmica pasiva, empleado para modelar la estructura de la velocidad de la onda S y está basado en dos ideas fundamentales. La primera es: que los equipos utilizados para la sísmica de refracción, dispuestos de una manera casi idéntica a la usada para registrar refracción de onda P someras, pueden efectivamente grabar ondas superficiales a frecuencias tan bajas como 2 Hz. La segunda idea es que, una simple transformada en dos dimensiones, lentitud y frecuencia (p-f), de un registro de microtremores puede separar la llegada de las ondas Rayleigh de la llegada de otras ondas sísmicas, permitiendo reconocer su verdadera velocidad de fase y no su velocidad aparente (Pullammannappallil, 2001). Las ventajas de la aplicación de la técnica ReMi, desde el punto de vista de la adquisición sísmica, son muchas; la principal es que esta técnica sólo requiere equipo de refracción estándar, que generalmente poseen la mayoría de las empresas consultoras y las universidades, además no requiere de una fuente de energía activada y trabaja mejor cuando se realiza en ciudades muy ruidosas, sísmicamente hablando. El tráfico y posibles respuestas de árboles y edificios al viento proveen las ondas superficiales que este método analiza (Louie 2001) •

Equipo empleado

El equipo requerido incluye: un dispositivo de refracción digital de 12 ó 24 canales, con geófonos verticales individuales y cables de grabación. El grabador debe tener suficiente memoria como para almacenar registros de 12 ó 24 canales con una longitud de 4 segundos o más. Generalmente, se recomiendan registros de entre 15 a 30 segundos de duración. La Pilar E. Cuadra M., 2007

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longitud del arreglo total puede variar de 300 a 600 pies. Esta longitud tiene un efecto sobre la profundidad de muestreo, que representa la profundidad a la cual se pueden resolver y precisar las velocidades de las ondas de cizalla. Como una regla experimental, la máxima profundidad de resolución es de casi un tercio a un medio de la longitud del arreglo. Un arreglo con una longitud cercana a los 300 pies, asegura una precisión de 15% en las velocidades hasta una profundidad de 100 a 150 pies. Este método no requiere de calibración de la respuesta de amplitud o frecuencia de los geófonos (como sucede en la refracción), ReMi sólo emplea la información de fase en el campo de onda registrado (Louie, 2001). Los cables de los geófonos, generalmente, contienen 12, 24 ó 48 geófonos verticales separados cada 2, 4 u 8 metros. Estos cables se colocan en un sitio del suelo que sea plano y centrado en el objetivo deseado. Los geófonos pueden ser colocados en pavimentos finos, y ubicados de tal forma, que exista un buen acoplamiento con el suelo. Para los registros del ruido, una desviación en la línea de 5% de la longitud total no afectará la precisión de 15% en los valores de velocidad obtenidos a partir del método (Louie, 2001). •

Adquisición de datos

Se recomienda adquirir de 5 a 10 registros de ruido ambiental, cada uno de 15 a 30 segundos de longitud. El registro debe tener 12 ó 24 canales. Se recomienda un intervalo de muestreo de 2 milisegundos para estudios de ondas de cizalla superficiales. Los tiempos de muestreo típicos e intervalos para un evento pueden ser de: 6 seg. en 0.5 mseg., 12 seg. en 1 mseg., y 24 seg. en 2 mseg; para arreglos con longitudes de 60 pies, 120 pies y 240 pies, respectivamente. Se debe colocar una frecuencia de corte lo más bajo posible (4 Hz. o menos) y una alta frecuencia de corte, igual a la mitad de la frecuencia de muestreo, esto para evitar el fenómeno de aliasing o solapamiento. Los geófonos de alta frecuencia se usan para arreglos más cortos, con profundidades de investigación más someras, y los geófonos de baja frecuencia se usan para arreglos más largos, con profundidades de investigación más Pilar E. Cuadra M., 2007

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profundas. De acuerdo a Louie (2001), se puede lograr una profundidad de investigación de casi 100 metros o más, usando un arreglo de 200 metros, aunque en la práctica es difícil lograr tal profundidad con una buena resolución vertical. Para líneas más cortas, con una resolución mejorada cercana a la superficie, los espaciamientos de 10 pies entre geófonos con un arreglo de 120 pies, tienen una profundidad de investigación mínima de 30 a 40 pies. Se debe esperar por la presencia de una buena fuente de ruido como un tren, camiones pesados, o un avión de vuelo bajo. Si el sitio es tranquilo, se debe activar algún tipo de fuente durante cada registro, como por ejemplo mandarrias y martillos (Louie, 2001), convirtiendo el método en una combinación de sísmica pasiva y activa, aunque mucho menos invasiva y destructiva que la sísmica convencional.

3.1.1) Procesamiento El procesamiento ReMi involucra tres pasos principales: Análisis Espectral de Velocidad, Selección de la Dispersión Fase-Velocidad Rayleigh, y Modelado de la Velocidad de la Onda de Cizalla (Louie, 2000) que se esquematizan en la figura #3.1.

Figura #3.1: Esquema explicativo del procesamiento de los registros en el método ReMi. Tomado de Linares 2005. Pilar E. Cuadra M., 2007

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3.1.1.1)

Análisis Espectral de Velocidad

El análisis espectral de velocidad está basado en la transformación p-tau, o “slant-stack”, descrito por Thorson y Claerbout (1985). Esta transformación toma una sección de registro de múltiples sismogramas, con amplitudes relacionadas con la distancia y el tiempo (x-t) (ver figura #3.2), y las convierte en amplitudes relacionadas con el parámetro de rayo p (el inverso de la velocidad aparente), y un intercepto en el tiempo tau. Clayton y McMechan (1981) y Fuis et al (1984), usaron la transformación p-tau como un paso inicial para el análisis de velocidad de refracción en ondas P (Louie, 2000).

Figura #3.2: Trazas sísmicas posteriores al pre-procesamiento con evidencia de la onda superficial. (Modificado de Veronesse y Garbari, 2004)

La transformada p-tau es una integral lineal a lo largo de un registro sísmico A(x,t) en una distancia x y un tiempo t: A(p,tau) = ∫ x A(x,t=tau+p x) dx

3.1

donde la pendiente de la línea p= dt/dx es el inverso de la velocidad aparente V a en la dirección de x. En la práctica x está discretizada en intervalos nx en un espaciamiento finito dx (usualmente 8-20 metros), así que x=jdx, con j como un entero. Del mismo modo, el tiempo está discretizado con t=idt (con dt usualmente 0.001-0.01 seg.), dando una forma discreta de la transformada p-tau para positivos y negativos p=p0+ldp y tau=kdt llamado el slant-stack :


28


A(p=p0+l dp,tau=k dt) = ∑ j=0,nx-1 A(x=j dx,t=i dt=tau+p x)

3.2

comenzando con un p0=-pmax. pmax define el inverso de la velocidad mínima que se encontrará, usualmente se coloca en 200 m/s, pero se encuentra en 100 m/s o menos para sitios particularmente suaves. np está colocado efectivamente para que sea uno a dos veces nx. Aquí dp puede variar de 0,0001-0,0005 seg/m, y se coloca para cubrir el intervalo desde

–pmax a pmax en incrementos de lentitud de 2np. Esto analizará la energía que se propaga en ambas direcciones a lo largo de la línea receptora de refracción. Las amplitudes en tiempos t= tau+px, que varían entre los puntos de tiempo muestreados, son estimados por medio de un a

interpolación lineal. En el próximo paso, se toma cada traza p-tau en A(p,tau) Ec. 3.2 y se calcula su transformada de Fourier compleja F A(p,f) en la dirección de tau o tiempo de intercepción: F A(p,f) = ∫ A(p,τ )e

3.3

-i 2π f τ

τ

d τ

para el cual, la Transformada de Fourier discreta con f = m df es:

F A(p,f=m df) =

∑k=0,nt-1 A(p,τ =k dt)e-i 2

m df k dt

3.4

π

Para poder obtener una buena resolución en la frecuencia, se requieren tiempos más largos en los registros, a diferencia de los que típicamente se usan en los trabajos de refracción sísmica. El espectro de potencia S A(p,f) es la magnitud cuadrada de la Transformada de Fourier compleja: *

S A(p,f) = F A (p,f) F A(p,f)


29

3.5


en donde el * denota la conjugada compleja. Este método suma conjuntamente dos transformadas p-tau de un registro, a lo largo de la línea receptora, ya sea hacia delante o hacia atrás de la misma. Para sumar la energía en esas direcciones, en un eje de lentitud, que representa el valor absoluto de p, /p/, se suma alrededor de p=0 con S A(|p|,f) = [ S A(p,f) ] p≥ 0 + [ S A(-p,f) ] p<0

3.6

Esto completa la transformada de un registro desde el espacio distancia-tiempo (x-t) al de lentitud-frecuencia (p-f). El parámetro de rayo p, para estos registros, es el componente horizontal de lentitud (inverso de la velocidad) a lo largo del arreglo. Para analizar más de un registro, a partir de un despliegue de refracción de microtremores, las imágenes p-f de los registros individuales S An(|p|,f) son sumados punto por punto en un imagen de potencia: S total (|p|,f) = ∑nS An(|p|,f)

3.7

Por lo tanto, el análisis lentitud-frecuencia ha producido un registro de la potencia espectral total en todos los registros de un sitio, que se grafica en los ejes (p-f). Si se logran identificar tendencias en donde una fase coherente tiene una potencia significante, entonces, para el análisis de dispersión, se pueden graficar los “ picks” o puntos de selección en el dominio lentitud-frecuencia en un diagrama típico período-velocidad. La transformada p-tau actúa como un filtro pasa-bajo 1/frecuencia, sobre las amplitudes en los datos. Sin embargo, este filtro no distorsiona o influye en las frecuencias. La transformada apila cada tiempo de intercepto a lo largo de líneas paralelas, por lo que no ocurre ningún “ stretch” o distorsión de la frecuencia, como lo hay en el “normal-moveout ” o velocidad de apilamiento a lo largo de hipérbolas en la sísmica convencional (Thorson y Claerbout, 1985).


30


La pendiente distintiva de las ondas dispersivas es una real ventaja en los análisis p-f. Las llegadas restantes que aparecen en los registros de microtremores, como las ondas corporales y de aire, no pueden poseer tal pendiente. La imagen de potencia espectral p-f mostrará en dónde tales ondas tienen energía significante. Incluso, si en un registro sísmico, la mayoría de la energía tiene una fase distinta a la de las ondas Rayleigh, los análisis p-f separarán esa energía de las curvas de dispersión que esta técnica interpreta, en un gráfico lentitudfrecuencia. Este método puede analizar satisfactoriamente la dispersión Rayleigh, en donde la técnica SASW (discutida brevemente en el capítulo anterior) no puede, por medio del registro de varios canales, por la retención de sismogramas completos verticales y por el empleo de la transformada p-f (Louie, 2000).

3.1.1.2)

Selección de la Dispersión Fase-Velocidad Rayleigh

Este análisis sólo agrega un cálculo de la tasa de potencia a la técnica de McMechan y Yedlin (1981), para la normalización espectral de los registros de ruido (Louie, 2001). Ellos desarrollaron un enfoque alternativo para el análisis de las ondas superficiales, que consiste en transformar los campos de ondas de los datos, al dominio lentitud-frecuencia ( p-f ), en donde la curva de dispersión puede ser seleccionada directamente. El proceso envuelve dos transformaciones lineales: un slant-stack seguido por una transformada de Fourier en una dimensión (1-D) como se discutió anteriormente (McMechan y Yedlin, 1981). La potencia promedio sobre todas las lentitudes puede ser diferente en órdenes de magnitudes de una frecuencia a otra (Louie, 2001). Este método toma la tasa espectral R(|p|,f) de la potencia en cada combinación lentitud-frecuencia en contra de la potencia promedio alrededor de todas las lentitudes, en frecuencias con imágenes p-f individuales SA(|p|,f), o en una imagen total Stotal(|p|,f). R(|p|,f) = S(|p|,f) np / [ ∑l=0,np-1S(|p|=l dp, f) ] Pilar E. Cuadra M., 2007

31

3.8


(con np siendo la mitad del número original de pasos de lentitud 2np). La escogencia de las velocidades de fase en las frecuencias en donde hay una pendiente o un pico en la tasa espectral, claramente localiza la curva de dispersión. Los escogimientos o “picks” no se hacen en frecuencias sin un pico definido en la tasa espectral, o en puntos donde no se observe la onda superficial dispersiva, generalmente por debajo de 4 Hz, y por encima de 14 Hz. (Louie, 2001). La selección se hace a lo largo de una “envolvente de baja velocidad”, bordeando el espectro de energía que se observa en la imagen p-f . Para limitar dicha envolvente en las velocidades de fase, es necesario seleccionar tres puntos o “ picks” en cada frecuencia: primero, en una velocidad de fase baja, donde la tasa espectral comienza a separarse de las tasas bajas de ruido incoherente; segundo, en una velocidad que se escoge a criterio del intérprete, donde la tasa incremente abruptamente o donde este nivelada; y tercero, en una zona de alta velocidad en el tope de un pico de la tasa espectral, que puede estar centrado en una velocidad aparente por encima de una velocidad de fase verdadera (Louie, 2001). Como el modo más alto de las ondas Rayleigh tiene velocidades de fase por encima de las que tienen modo fundamental, la técnica de refracción de microtremores produce las velocidades con modos fundamentales. Los modos más grandes pueden aparecer como tendencias de dispersión separadas en las imágenes p-f , si son lo cercanamente energéticas como las fundamentales (Louie, 2001). El aliasing espacial (Fig. # 3.3) contribuirá a la aparición de “artefactos” en las imágenes de tasa espectral lentitud-frecuencia. La pendiente de los artefactos en las imágenes p-f , está en una dirección opuesta a la dispersión del modo normal (Louie, 2001). Este punto

es clave a la hora de realizar una correcta selección de la curva de dispersión.


32


Al ias in g Espacial

Ruido Incoherente

Figura 3.3: Ejemplo de espectro p-f donde se observa claramente el fenómeno de Aliasing Espacial y la aparición del ruido incoherente proveniente de los registros.

Figura 3.4: Ejemplo de espectro p-f donde se observa claramente la presencia del modo fundamental y el modo superior de la onda Rayleigh.


33


3.1.1.3)

Modelado de la Velocidad de la Onda de Cizalla

El método de refracción de microtremores sigue modelos interactivos a partir de los datos de dispersión de modo normal, escogidos de las imágenes p-f , con un código adaptado de Saito (1979,1988) por Yuehua Zeng, en 1992. El modelo itera sobre la velocidad de fase en cada período (o frecuencia), reporta cuándo una solución no ha sido encontrada dentro de los parámetros de iteración, y puede modelar inversiones de velocidad con la profundidad (Louie, 2001). Un intérprete puede interactivamente estimar, además, la máxima profundidad de la velocidad, y si los datos pueden excluir las transiciones de las grandes velocidades justo por debajo de esta profundidad. Debido a que el método de refracción de microtremores no depende de una inversión de las dispersiones escogidas para la estructura de la velocidad, el procedimiento de la realización del modelo, es el más dependiente de las habilidades y experiencias del intérprete (Louie, 2001), por lo que generalmente se emplea algún otro método que pueda guiar al intérprete sobre la veracidad de los resultados que se estén obteniendo. El modelo, seguido interactivamente de una curva de dispersión, realizado por una persona experta puede producir más información de la velocidad en una zona específica, que un procedimiento de inversión automatizada, tal como el de Xia et al. (1999). El modelado interactivo puede evitar el mínimo local en la función de error objetiva, que frecuentemente resulta en inversiones de velocidades falsas con la profundidad, debido al problema equivalente que es inherente a la naturaleza integradora de las velocidades de ondas superficiales. Las inversiones automáticas pueden ser muy efectivas para mostrar las variaciones laterales a lo largo de un perfil, como en Millar et al. (2000), pero frecuentemente muestran anomalías de velocidades oscilatorias que tienen grandes magnitudes artificiales (Louie, 2001). Pilar E. Cuadra M., 2007

34


Un método sencillo, que es más independiente del observador que el desarrollo de una serie de modelos canónicos, es ajustar los modelos a las velocidades altas y bajas de los “ picks” o puntos seleccionados de la dispersión. Este procedimiento producirá perfiles de velocidades extremas en los límites de velocidad permitida por los datos de dispersión (Louie, 2001). Si se realizaron “ picks” de dispersión en los modos más altos de onda Rayleigh, entonces éstos se pueden modelar con los códigos empleados. Otro posible problema para modelar las curvas de dispersión Rayleigh, es la falta de información de las velocidades de la onda P o las densidades. Sin embargo, los experimentos que se han realizado utilizando la herramienta de modelado interactiva, muestran que aunque hayan grandes cambios en el módulo de Poisson o en la densidad, las velocidades de cizalla modeladas sólo cambiarán en menos de un 10 % en el proceso de ajuste del espectro de velocidad de la onda Rayleigh (Louie, 2001).

Figura #3.5: Ejemplo de modelo de velocidad de onda S y de la curva de dispersión ajustada a los Picks realizados.

Estos factores sugieren, que las curvas de dispersión Rayleigh son buenas indicadoras de


35


la estructuración de la velocidad de la onda de cizalla (Figura #3.5) y pobres indicadoras de la estructura superficial de la velocidad de la onda P. Como el método de refracción de microtremores emplea esencialmente información de fase de los registros sísmicos multicanales para estimar las velocidades de fase de las ondas superficiales, la determinación de las velocidades de las ondas de cizalla en lugares cercanos a la superficie es una meta alcanzable (Louie, 2001).

3.2) H/V Nakamura El método desarrollado por Nakamura en 1989, propone estimar: el período fundamental y, en algunos casos, una buena aproximación del factor de amplificación de un depósito de suelos, a partir de mediciones de vibraciones ambientales, verticales y horizontales, en superficie. Es posible señalar que los depósitos de suelo están generalmente expuestos a vibraciones inducidas por fuerzas naturales, como mareas y vientos, y a fuerzas antropogénicas provenientes de maquinaria en funcionamiento, automóviles, trenes, etc. Puede considerarse que, en suma, estas fuentes generadoras de vibraciones producen una excitación dinámica aleatoria, que permite a un depósito de suelos vibrar preponderantemente de acuerdo a su período fundamental. Teniendo en consideración, que al realizar mediciones de vibraciones en afloramientos rocosos o en suelos muy rígidos se presentan respuestas similares en las componentes horizontal y vertical, se puede decir que no existe una dirección predominante de movimiento en estos casos, y que cualquier amplificación del movimiento en la superficie de suelos más blandos debe ser producida por las capas de depósitos de sedimentos blandos. Como hipótesis se acepta que la componente horizontal de los microtemblores es amplificada por la multi-reflexión de las ondas S (de corte), mientras que la componente Pilar E. Cuadra M., 2007

36


vertical es amplificada por la multi-reflexión de las ondas P (de compresión). Por otro lado, el efecto de las ondas Rayleigh aparece, de forma más marcada, en la componente vertical y su efecto puede ser cuantificado calculando la razón entre la componente vertical en superficie y la base del substrato.

•

Relación entre el espectro H/V de microtremores y H/V de ondas Rayleigh Nakamura (1989), da una definición teórica de la técnica H/V de refracciones

múltiples de la las ondas HS. Por otro lado, otros investigadores han tratado de explicar el “pico” resultante en la obtención de la relación H/V mediante ondas Rayleigh. Un microtremor consiste de muchos tipos de ondas. Bajo esta afirmación, Brad (1999) explica que muchos investigadores comparten las siguientes dos aseveraciones: en primer lugar, la relación H/V está básicamente relacionada a la elipticidad de las ondas Rayleigh debido a la predominancia de estas ondas en la componente vertical. En segundo lugar, esta elipticidad es dependiente de la frecuencia y exhibe una forma de pico alrededor de la frecuencia fundamental para sitios que contienen un alto contraste de impedancia entre la superficie y los materiales más profundos. Esta aproximación, proviene simplemente de la similitud de las figuras de la relación H/V de microtremores y la relación H/V del modo fundamental de ondas Rayleigh.

3.2.1) Función de Transferencia En las últimas décadas, se ha establecido como útil un formalismo originado en la teoría matemática de los sistemas: el concepto de “función de transferencia”, que define el comportamiento de un sistema transmisor, considerado como “caja negra”, mediante un modelo o fórmula matemática. En este concepto, la función de salida de un sistema se define como la operación de la “función de transferencia” sobre una función de entrada. Pilar E. Cuadra M., 2007

37


En sismología, el movimiento de las vibraciones en un sitio de observación, u(t ), puede ser expresado como la función de generación de las ondas s(t ) afectada por la función de transferencia debida la propagación de las ondas a través de las estructuras geológicas g (t ). En la práctica, la observación de las vibraciones se hace a través de instrumentos especializados, que se pueden caracterizar formalmente mediante su función de transferencia, es decir, por su modelo matemático entrada/salida, en el que la entrada sería el movimiento real del terreno, u(t ) y la salida la lectura en el instrumento. Así, la señal de salida del instrumento, o(t ) , puede ser expresada como resultado de la función de generación s(t ) en combinación (matemáticamente una convolución) con la función de transferencia de la geología, g (t ) y la función de transferencia del instrumento i(t ) así (Rosales 2001):

o(t ) = s(t ) * g (t ) *i(t )

3.9

3.2.1.1) Aproximación a la Función de Transferencia La función de transferencia ST de las capas de suelo se puede definir como: S T

=

S HS S HB

3.10

Donde SHS y SHB corresponden a los espectros de amplitud de Fourier de las componentes horizontales del movimiento en superficie y en la base del estrato de suelos respectivamente. Como el ruido ambiental se propaga principalmente como ondas Rayleigh, es esperable que el espectro SHS sea afectado por este tipo de ondas, así como también el espectro de amplitudes de la componente vertical del movimiento en la superficie SVS. Además, es posible esperar que el ruido ambiental no afecte significativamente el espectro de la componente vertical del movimiento en la base SVB. Pilar E. Cuadra M., 2007

38


Por otra parte, suponiendo que la componente vertical del movimiento no es amplificada por las capas de suelo, la función de transferencia, ES, definida en la Ec. 3.11, representaría principalmente el efecto de la onda Rayleigh en la componente vertical del movimiento. Es =

S VS

3.11

S VB

Suponiendo además, que el efecto de las ondas Rayleigh es aproximadamente similar en la componente horizontal que en la vertical, resulta útil definir la función de transferencia, STT, como: S TT

=

S T

3.12

E S

Esta función de transferencia, se considera, elimina el efecto de las ondas Rayleigh. Definiendo: RS

=

S HS

y

S VS

R B

=

S HB S VB

3.13

La función de transferencia STT se puede reescribir como la Ec 3.14. S TT

=

RS R B

3.14

Considerando, que en la base el movimiento es igual en todas las direcciones, entonces el espectro de la componente horizontal del movimiento y el espectro de la componente vertical del movimiento son aproximadamente iguales, por lo que R B alcanza valores en torno a la unidad. Por lo tanto: S TT = RS

3.15

Esto significa que la función de transferencia asociada a la propagación vertical de ondas de corte de un depósito de suelos, puede ser estimada, simplemente, a partir del movimiento medido en superficie (Verdugo et al, 2005). Pilar E. Cuadra M., 2007

39


El método de Nakamura descrito permitiría obtener la función de transferencia completa del suelo en período y amplificación. Sin embargo, se ha comprobado empíricamente que la principal utilidad está en la determinación del período fundamental del suelo (Bonilla et al, 1997; Lachet y Bard, 1994).

3.2.2) Metodología de H/V Nakamura: La metodología de H/V Nakamura ha ganado popularidad en los últimos años por ser un procedimiento económico y fácil de aplicar, obteniéndose a partir de éste los valores de frecuencia y período fundamental de un sitio, parámetros claves a la hora realizar una caracterización de sitio. Este procedimiento emplea mediciones de ruido ambiental (compuesto de ondas superficiales tipo Rayleigh) producido por la interacción viento – estructuras, tráfico y varias formas de actividad humana (Lermo y Chavez-Garcia, 1994). Se ha demostrado que el cociente espectral entre las componentes horizontales y verticales de estas mediciones ofrece un buen estimado de la frecuencia fundamental de depósitos sedimentarios sueltos y, en cierta forma, el factor de amplificación. El uso extensivo del método permite el mapeo rápido y detallado de estas frecuencias en áreas urbanas. Combinando informaciones sobre la respuesta de suelo y vulnerabilidad, se pueden anticipar los efectos potenciales de un sismo a edificios y estructuras civiles. La teoría y las hipótesis del método no han sido aceptadas unánimemente por la comunidad científica, pero las comparaciones con otras técnicas han comprobado en diversos estudios recientes la validez y la eficiencia del método (Lermo y Chavez-Garcia, 1994).

Nakamura (1989) desarrolló la técnica basado en tres hipótesis principales: 1. El ruido ambiental es generado por la reflexión y refracción de ondas de corte al interior de capas de suelo superficiales y por ondas de superficie. Pilar E. Cuadra M., 2007

40


2. Fuentes superficiales locales de ruido no afectan el ruido ambiental en la base de la estructura no consolidada. 3. Capas de suelo blando no amplifican la componente vertical del ruido ambiental.

Las funciones SE y AS que representan la respuesta sísmica intrínseca del sitio y el efecto singular de la onda Rayleigh pueden ser definidos como:

3.16 Donde H y V representan, respectivamente, los espectros de las componentes horizontales y verticales del ruido ambiental en superficie (S) o en el basamento (B). La respuesta sísmica del sitio que no incluye la contribución de la fuente son definidas por SM como:

3.17 Nakamura (1989) y Theodulidis et al. (1996) demostraron que el espectro de las componentes vertical (VB) y horizontal (HB) son equivalentes a la base de la estructura. Si

H B V B

≅

1

entonces

S M

=

H S V S

3.18

Por lo tanto, la respuesta sísmica del sitio S M puede ser expresada como el cociente espectral de las componentes horizontal y vertical del ruido ambiental en superficie. Resumiendo, esta descripción teórica implica que, un estimado práctico de la respuesta del sitio puede ser obtenido registrando el ruido ambiental con un sismógrafo sencillo de 3 componentes (X-Y-Z).

La teoría correspondiente al método electromagnético se encuentra en el Apéndice A. Pilar E. Cuadra M., 2007

41

I V Metodología

IV.

METODOLOGÍA

4.1) Selección del Área de Estudio Posterior a la revisión bibliográfica realizada fue necesaria la selección de una zona de estudio que cumpliera con las condiciones necesarias para la aplicación de ambos métodos investigados. Estas condiciones debieron englobar las siguientes características: •

Necesidad de un estudio completo de caracterización de sitio, es decir, interés particular en una caracterización de sitio completa del área, para su posterior aplicación en el campo de la geotecnia. Principalmente, necesidad de reconocer la profundidad del substrato geotécnico, la estructura de la Vs30 y la distribución del valor del período fundamental en el área.

•

Presencia de características geológicas que representen potenciales peligros para la construcción de obras civiles, como por ejemplo: fallas, zonas fracturadas y litologías poco competentes, entre otras.

•

Condiciones ambientales óptimas para la aplicación de ambos métodos, refiriéndose principalmente a la presencia de ruido sísmico constante y proveniente de todas las direcciones.

4.1.1) Área de estudio Una vez analizadas las condiciones que el área de investigación debía poseer, se planificó un estudio en correspondencia al área de construcción de un estribo para la ampliación de una represa, ésta se encuentra ubicada al sur de la población de El Guapo, Municipio Páez, Estado Miranda. Ya identificada la necesidad de una caracterización de sitio fue necesario estudiar las condiciones geológicas y ambientales de la zona para, posteriormente, evaluar la factibilidad de aplicación de ambos métodos.


42

I V Metodología

4.1.1.1) Particulares del Área de Estudio o

Ubicación del Área de Estudio: La zona de estudio se encuentra localizada al sur del poblado de El Guapo, Municipio

Páez, Estado Miranda, Venezuela (Figuras #4.1 y #4.2). En los alrededores de la Represa El Guapo y en las cercanías del Río El Guapo.

N

Figura #4.1.: Ubicación del Proyecto – Visión regional.

N

Figura #4.2: Ubicación del Proyecto – Visión Local Pilar E. Cuadra M., 2007

43

I V Metodología o

Geología del Área de Estudio La geología del área de estudio se encuentra dominada por la presencia de la

Formación El Guapo (antiguamente conocida como Lutitas de El Guapo) de edad Paleoceno. La localidad tipo se encuentra en la carretera El Guapo-Dos Bocas y aflora a lo largo del Río Guapo, al sur del pueblo de El Guapo. Según el Léxico Estratigráfico de Venezuela, en su tercera edición (L.E.V., 1997), se define como una unidad dominantemente lutácea, con ocasionales níveles rítmicos de areniscas y/o limolitas en capas delgadas intercaladas con lutitas. Las lutitas son negras o grises, casi siempre micáceas y en su mayor parte poseen abundante microfauna. Las areniscas representan menos del 10% de la unidad, son de color gris verdoso, blanco o negro, con marcas de carga, silíceas y algunas presentan ichnofósiles.

Aparece cubierta, discordantemente, por terrazas aluvionales y aluviones recientes y se encuentra en contacto con otras unidades. En la localidad tipo, y debido a problemas tectónicos se interpreta un espesor aproximado de 2.650 m. La unidad se correlaciona tanto por el contenido faunal como por la litología con la Formación Vidoño, de la región oriental, y con la Formación La Soledad (L.E.V., 1997).

Ambientalmente, en la zona, la presencia de maquinaria (Tractores y Perforadoras) en los alrededores del área de estudio, introdujo las frecuencias necesarias a los registros para garantizar la calidad de los mismos.

Los particulares de la zona de proyecto se presentan en la figura #4.3, junto con las coordenadas y las estructuras presentes en el área, este plano fue entregado por la empresa encargada de la realización de la obra.


44

I V Metodología

Figura #4.3. Particulares del Área del Proyecto – Ubicación Líneas

LS LS LS LS

Linea 2 - Linea 3 - Linea 4 - Linea 5 - Linea

Prog 4 3 2 1

E inicio

N inicio

Prog

E fin

N fin

0

173104.9

1119029.9

-100

173171.8

1118955.6

0

173119.8

1119043.3

-100

173186.7

1118969.0

0

173134.6

1119056.7

-100

173201.6

1118982.4

0

173149.8

1119069.6

-100

173216.7

1118995.3

Tabla #4.1: Coordenadas Líneas (fuente dibujo CAD entregado por CCCB)

La topografía de la zona se presenta en la figura #4.4, además se presenta correlacionada a la ubicación de las líneas habilitadas para la adquisición de los datos. Las coordenadas de inicio y fin de cada línea se presentan en la tabla #4.1


45

I V Metodología

Figura #4.4: Particulares del Área del Proyecto – Ubicación líneas y topografía.

4.2.) Metodología de adquisición para el método de Análisis de Microtremores (ReMi) Al implementar este método, utilizando un arreglo multicanal de geófonos, se lograron registrar los datos suficientes para permitir el cálculo de la velocidad de propagación de la energía de los microtremores (producidos por fuentes naturales y humanas), a partir de lo cual fue posible estimar el perfil de velocidades de ondas de corte, el espesor de los sedimentos no consolidados y la profundidad de la roca. Mediante este sistema, se lograron evaluar parámetros relevantes para las normativas nacionales e internacionales, como la Vs30 y VsP (IBC2000 y COVENIN, 2002).


46

I V Metodología

4.2.1.) Adquisición de los datos El trabajo de adquisición fue realizado durante una salida de campo al poblado de El Guapo, ubicado en el Municipio Paéz, Estado Miranda. Al sur de este poblado se encuentra localizada el área de estudio. Esta s alida se llevó a cabo durante los días 6, 7 y 8 de octubre de 2006.

o

•

Equipo Utilizado Sismografo DAQLink II: La unidad utilizada para la realización de este trabajo de investigación fue un

sismógrafo multicanal

DAQ Link II. Fue adquirido por la empresa

TRX Consulting en Mayo

de 2004.

Fig. #4.5: Equipo utilizado para la adquisición del método ReMi.

- Especificaciones del equipo: 

Resolución: 24 Bits.



Canales: 24 (Muestreo simultáneo)



Tasa de muestreo: 8, 4, 2, 1 mseg. 500, 250, 125, 62.5 useg.



Ancho de Banda: DC al 0.82 de la frecuencia de Nyquist.



Sistema Dinámico: Sistema de 144 dB. 115 dB medidos.



Common Mode Rejection >100 dB.


47

I V Metodología 

Capacidad pre-trigger : más de 32.000 muestras.



Longitud de registros largos: > 100 seg. hasta 3600 seg.



Capacidad interna de almacenamiento: Tarjeta CF 32 MB hasta 1GB.

•

Geofonos Geo-Space de 4.5 Hz.

o

Software de Adquisición Se utilizó el software Vscope de Seismic Source, que es utilizado para operar uno o

múltiples sismógrafos DAQlink. Este programa proporciona las herramientas completas para un óptimo funcionamiento del equipo, ya sea a tiempo real o autónomamente. Se operó desde un computador portátil, el mismo donde se almacenaron todos los datos durante la adquisición en campo.

o

Diseño de la Adquisición Para la adquisición de los datos en campo se realizaron 7 tendidos de 50 metros cada

uno, a lo largo de las 4 líneas cuya distribución se muestra en la figura #4.6. Se realizaron 2 tendidos por cada línea con el fin de cubrir toda su longitud, a excepción de la línea #1 (LS 5) donde no se pudo realizar el segundo tendido debido a que la zona S-E de la misma, se encontraba llena de escombros (material proveniente de la habilitación de las líneas adyacentes) y lodo, lo que no permitió la correcta instalación de los geófonos. Los geófonos se distribuyeron de manera que fuera posible realizar un empalme de los datos obtenidos entre cada secuencia. La fuente de señal utilizada fue una combinación entre ruido natural, aprovechando el que se ocasionaba por la presencia de maquinaria pesada en los alrededores de la zona de estudio, y golpes con martillos y mandarrias con el fin de incrementar la componente de alta Pilar E. Cuadra M., 2007

48

I V Metodología

frecuencia en la señal. Esto implica que el método fue aplicado de forma híbrida con el fin de poder registrar todo el rango de frecuencias necesarias para realizar la selección de la dispersión de la velocidad de la onda Rayleigh.

Figura #4.6: Ubicación de las líneas utilizadas para la adquisición de la sísmica de microtremores. o

Parámetros de adquisición A continuación se presentan los parámetros establecidos para la adquisición de los

datos en campo durante la realización de este proyecto: 

Número de canales Activos: 24.



Separación entre geófonos: 2 m.



Tiempo de Grabación: 30 – 40 seg. por grabación.



Número de grabaciones por sitio: 12.


49

I V Metodología

4.2.3.) Procesamiento de los Datos El procesamiento de todos los datos adquiridos en campo se llevó a cabo mediante el uso del programa SeisOpt® ReMi™. Este software consiste en dos módulos. El primer módulo, ReMi Vspect®, transformó los datos a un espectro de energía (Frecuencia vs. Lentitud de la onda de cizalla) para cada registro adquirido y permitió la selección de los puntos a los cuales se ajustó la curva de dispersión, ésta luego fue modelada utilizando el segundo módulo, ReMi Disper®, a partir de la variación de parámetros como la profundidad y la velocidad de onda S de múltiples capas, hasta obtener un modelo que presentara el menor error posible. A continuación se presenta la secuencia utilizada para procesar los datos de manera detallada: •

Módulo SeisOpt® ReMi™ Vspect

En el módulo Vspect se importaron los registros de microtremores adquiridos en campo, y se realizó una transformada del campo de onda, creando un espectro de velocidad en el dominio lentitud-frecuencia ( p-f ). Este procedimiento se realizó siguiendo 6 pasos que ofrece la herramienta “Vspect Process” , que puede ser observada en la figura #4.7 y que se explican a continuación

Figura #4.7: Pasos de procesamiento de la herramienta “Vspect Process” . Pilar E. Cuadra M., 2007

50

I V Metodología o

Conversión, importación y visualización de datos Este primer paso permite convertir los datos de microtremores a un formato SEG-Y,

que es el formato bajo el cual trabaja este módulo, esta opción sólo se utiliza en c aso de que el programa de adquisición almacene los datos en un formato diferente al .SGY. No fue necesaria la realización de este paso durante el procesamiento, ya que el software de adquisición Vscope permite el almacenamiento de los datos directamente en el formato requerido. Posteriormente se procedió a seleccionar los archivos y abrirlos, estableciendo en la ventana open binary file el número de trazas a analizar tomando en cuenta el número de canales utilizados en campo, como se observa en la figura #4.9. Una vez abiertos, se verificó el número y el tiempo total de los registros.

Fig #4.8: Ventana “ open binary file” donde se muestran las opciones a establecer antes de realizar el procesamiento, se resalta la opción de escogencia de las trazas a analizar.


51

I V Metodología o

Pre-procesamiento de datos Siguiendo con los paso de procesamiento se procedió a seleccionar la opción de

procesamiento, esta opción ejecuta una función de ganancia de ecualización de trazas y una centralización de todas ellas en los registros. La función de ganancia aplica un control de ganancia automático, cuya longitud permitió igualar el número de muestras en el tiempo por traza sobre todas ellas. La función de centralización promedia todas las desviaciones y picos presentes en los registros. Ambas funciones lograron evitar el efecto de campo cercano en las trazas, en donde se observan grandes amplitudes dominando el espectro.

o

Eliminación o aplicación de geometría Este paso consistió en introducir la geometría usada en las mediciones de campo o

eliminarla de los encabezados de las trazas de los registros que se procesaron. Para las mediciones típicas de ReMi, en donde las separaciones de los geófonos son aproximadamente iguales, y en donde las líneas están colocadas relativamente rectas, con cambios graduales de elevación (desviaciones máximas de 5% de la longitud total de la línea), se recomienda eliminar toda la información de geometría presente en los encabezados de las trazas. Por el contrario, si las líneas no están del todo rectas y hay cambios abruptos de elevación, entonces, es necesario aplicar la geometría correcta contenida en el encabezado. En este trabajo de investigación cabe destacar que a todos los registros adquiridos se les eliminó la geometría presente.

o

Cálculo del espectro de velocidad para cada registro Este paso consistió en calcular la transformada p-f de todos los datos. Este proceso

calcula una imagen de tasa espectral de la dispersión fase-velocidad de una onda superficial,


52

I V Metodología

mediante las transformadas p-tau y Fourier a lo largo de todos los vectores. Las imágenes resultantes se obtienen en el dominio lentitud-frecuencia ( p-f ). En esta etapa se introdujeron parámetros, como: intervalo de muestreo ( dt ), separación entre geófonos ( dx), frecuencia máxima a analizar ( Fmax), velocidad mínima esperada en el área de investigación ( Vmin), número de diferentes lentitudes que se incluyen en el análisis ( Np) y las direcciones de propagación del ruido ambiental e inducido, la ventana que se despliega al realizar este paso se observa en la figura #4.9.

Figura #4.9: Ventana “P-f Análisis” , donde se presentan los parámetros que deben ser establecidos para realizar el análisis.

o

Combinación de los registros individuales p-f en una sola imagen Este paso permitió seleccionar y combinar las imágenes p-f, calculadas para cada

registro, en una sola imagen. Con esta opción se logró excluir los registros que contenían respuestas de dispersión incoherentes, o aquéllos que mostraron demasiados artefactos, enmascarando la continuidad de la dispersión de energía.


53

I V Metodología

Luego de la selección, el programa apiló y sumó todos los espectros de velocidad individuales en una sola imagen p-f. Las tendencias que se obtuvieron fueron tasas espectrales altas, cuyas pendientes disminuían hacia la derecha, dando las velocidades de fase más bajas en las frecuencias más altas, tal como ocurre para la dispersión de las ondas superficiales.

o

Selección de la curva de dispersión Este constituyó el último paso, el cual es fundamental para el procesamiento de datos.

Consistió en seleccionar una curva de dispersión que se usó posteriormente para modelar la velocidad de la onda de cizalla en el módulo SeisOpt® ReMi™ Disper. Para comenzar con esta selección, fue necesario en primer lugar identicar en la imagen espectral, la tendencia de dispersión del modo normal. Se siguió la tendencia de la tasa espectral más alta, la cual tenía la mayor lentitud. Una vez identificada esta tendencia se procedió a seleccionar pares de frecuencia-velocidad a lo largo de la misma y que se fueron ajustando lo más exacto posible como se observa en la figura #4.10. Estos pares fueron almacenados para su posterior interpretación en el segundo módulo.

Figura # 4.10: Espectro p-f donde se observan la selección realizada, ajustada a la tendencia que se presenta. Pilar E. Cuadra M., 2007

54

I V Metodología •

Módulo SeisOpt ReMi Disper®

Este módulo usa un algoritmo iterativo de modelado de dispersión, basado en el método descrito por Saito (1979), para modelar los pares de dispersión seleccionados en el módulo SeisOpt® Remi™ Vspect. El módulo consiste de tres ventanas separadas: la ventana de control, la ventana de la curva de dispersión y la ventana del perfil modelado. El principal objetivo de este módulo es tratar de ajustar los pares de dispersión, seleccionados en el módulo anterior, a una curva de dispersión, mediante la variación de parámetros de velocidad y profundidad.

o

Ventana de Control Esta ventana contiene funciones que controlan el resto de las otras ventanas, así como

la convergencia y criterio de muestreo del algoritmo de modelado. Estos parámetros pueden observarse en la figura #4.12, e incluyen: el período, la velocidad, la profundidad máxima, las unidades a usar, el cálculo de la dispersión Rayleigh y el modo del modelo. Este último parámetro presenta dos opciones. La primera es el modo estándar, el cual muestra solamente la velocidad de la onda de cizalla y asume la relación de Poisson (las velocidades de las ondas P son aproximadamente 1.73 veces las velocidades de las ondas S). La segunda es la opción avanzada, la cual muestra las velocidades de las ondas P, y debe ser usada cuando éstas se conozcan previamente, ya sea por estudios de refracción o por pozos de perforación. Todos estos parámetros fueron introducidos de acuerdo a los valores que se ajustaran a las condiciones presentes en la zona de estudio y los objetivos de la investigación.


55

I V Metodología

Figura# 4.11: Ventana de Control, se observan los parámetros a modificar previo al modelado.

o

Ventana de la Curva de Dispersión Esta ventana muestra un gráfico de Velocidad vs. Período, a diferencia de los gráficos

de imagen espectral que muestra Lentitud vs. Frecuencia. Mediante esta ventana, se abren los archivos que contienen los pares frecuencia - lentitud que habían sido salvados durante la dispersión en el módulo anterior. Estos puntos aparecen representados en el gráfico en forma de círculos rojos que se sobreponen a una curva de dispersión como podemos observar en la figura #4.13. Para realizar el modelado de los puntos, automáticamente, se debe activar la opción “Automatic Dispersión Inversion” . En este trabajo se decidió utilizar una combinación entre la inversión automática y el ajuste de los modelos, a criterio del interpretador.

Figura #4.12: Ventana de la curva de dispersión en ReMi® Disper™ donde se observan los puntos seleccionados en el módulo anterior.


56

I V Metodología o

Ventana del perfil a modelar Esta ventana contiene una serie de líneas de colores horizontales y verticales que

representan parámetros de velocidad de onda S para cada capa, las profundidades de las interfaces de las capas y las densidades de cada una de ellas. Estos valores son fácilmente modificables a criterio del interpretador, aumentando o disminuyendo manualmente el ancho de las capas. A medida que se modifican estos valores también se va modificando la curva de dispersión que se muestra en la ventana discutida anteriormente, variando el error en la velocidad RMS, y se recomienda que nunca sobrepase los 10 m/s. A partir de este modelo se obtuvo la velocidad promedio de la onda de cizalla a los 30 m. de profundidad. Esto constituye la base para la clasificación de los suelos según la norma

IBC 2000. Por lo que de

esta sección también se obtuvo la clasificación de los suelos de acuerdo a esta normativa.

Figura #4.13: Ventana del perfil a modelar, se observa la profundidad, la velocidad y la densidad de las capas del modelo.

o

Creación de las pseudo-secciones Para crear las pseudos-secciones se exportó cada modelo obtenido en el módulo ReMi

Disper®, explicado en la sección anterior. Estos modelos se exportan en formato ASCII, y a


57

I V Metodología

cada archivo le fue colocado el valor de la progresiva relativa a su ubicación dentro de la línea. Cada archivo fue cargado en la opción Create 2D models y exportados en formato ASCII, para posteriormente interpolarlos por el método Kriging que ofrece el programa Surfer 8.

4.3.) Metodología del Análisis de Vibraciones Naturales 4.3.1.) Adquisición de los datos o

Instrumentación La unidad principal utilizada para la realización de este trabajo de investigación es el

Syscom MR2002-CE Vibration Recorder , ésta es una unidad compacta, utilizable como sismógrafo principal, o como unidad adicional cuando se requiere de un monitoreo múltiple. Es un equipo de última generación, certificada, adquirida por la empresa TRX Consulting en Junio 2006. Además de este equipo se utilizaron:



Geófono Triaxial SYSCOM MS-2003 (velocímetro amplificado)



PC Laptop Toshiba Satellite Pro

Figura #4.14: Equipo utilizado para la adquisición de los registros de vibraciones.


58

I V Metodología o

Diseño de la Adquisición Los puntos de medición fueron distribuidos de manera uniforme sobre las 4 líneas

utilizadas durante la adquisición, se realizaron mediciones sobre un total de 11 puntos, ver figura #4.15. Las coordenadas relativas y las coordenadas GPS UTM de estos puntos se encuentran resumidas en la tabla #4.2 y esquematizado en la Figura #4.15.

Línea

Punto

Progresiva

X (UTM)

Y (UTM)

1

20

173163.2

1119054.8

2

60

173190.0

1119025.1

3

0

173134.6

1119056.7

4

40

173161.4

1119027.0

5

80

173188.1

1118997.2

6

20

173133.1

1119028.5

7

60

173159.9

1118998.7

8

100

173186.7

1118969.0

9

0

173104.9

1119029.9

10

40

173131.7

1119000.2

11

80

173158.4

1118970.5

Línea 1

Línea 2

Línea 3

Línea 4

Tabla #4.2. Ubicaciones medidas de vibración. o

Parámetros de adquisición A continuación se presentan los valores introducidos al equipo como parámetros de

adquisición: 

Configuración del Sensor: GAIN (sensitivity 19.5 V/ cm/s)



Unidad de medida: µ m / s



Filtro Pasobajo 50Hz.



Frecuencia de muestreo: 200 Hz y 400 Hz.



Tiempo de medición: 60 seg. por grabación.





Numero de grabaciones por estación: 10 Duración total registro por estación: 10 minutos


59


Tipo de medición: Vibración Natural.



Orientación del sensor. (ver figura #4.16)



Número de Estaciones: 3 por línea.

Figura #4.15. Ubicación de mediciones de vibración.

Figura #4.16: Orientación del sensor para el registro de vibraciones naturales. Pilar E. Cuadra M., 2007

60

I V Metodología

Software de Adquisición

o

Para poder introducir los parámetros de adquisición en el equipo se utilizó el programa WINCOM. Este software provee un acceso sencillo al equipo Syscom MR2002 y a los datos que éste almacena.

Montaje del Equipo: Una vez seleccionados los puntos para la realización de las mediciones, se procedió a nivelar la base del sensor y a encender del MR2002. Se inició el Programa WINCOM 2002 y se selecciono la opción

File y Direct Link para tener acceso al equipo MR2002. Se borraron

los registros anteriores ( Operate, Erase) y se realizó la corrección por línea base ( Tests,

Set

Baseline). Se desplegó el menú

Parameter, MR General con el objetivo de:

- Activar la función Ganancia ( Gain) en la ventana General (Figura #4.17). Esta opción activa un amplificador en el sensor MS2003+, lo que da como resultado un registro amplificado en una relación 1:50, por lo que el límite inferior de la medida se expresó ahora en

m/seg. - Seleccionar un filtro conveniente de los que se encuentran disponibles:

No. Filtro

s/s

Aplicaciones Típicas

1

Paso Bajo de 50 Hz.

200

Torres y Puentes

5

Paso Bajo de 156 Hz.

400

Edificios de Concreto

6

Pasa Banda de 4 a 80 Hz. (=KB(t)).

400

Acorde a DIN 4150/2

7

Filtro-KB con valor efectivo (=KB F(t)).

400

Acorde a DIN 4150/2

8


800

Estructuras Metálicas

Tabla #4.3: Muestra los efectos de los filtros sobre el registro. Los filtros 1, 5 y 8 truncan la señal en las altas frecuencias y no alteran las bajas frecuencias. El filtro 6 trunca la señal en las 2 frecuencias establecidas y el filtro 7 aplica un “ moving average” como se define en DIN 4150/2. Pilar E. Cuadra M., 2007

61

I V Metodología

Figura #4.17: Ventana General del programa Wincom2002.

Posteriormente se desplegó la ventana de grabación “Recording Window” (Figura #4.18) (Parameter, MR Recording ), para establecer los siguientes parámetros y opciones: - Trigger desactivado. (Sólo para el Software). - Limitar la longitud del archivo. El máximo es de 60 segundos, que es la longitud recomendada. - Seleccionar el tiempo pre y post evento mínimo (1 segundo). Posteriormente, se abrió la ventana Recording Mode y se seleccionó la opción requerida de las 3 disponibles: VM (Vibration Mode), KB mode (Time Averaged Window) y Blasting Mode. En nuestro caso se utilizó VM Mode. Finalmente se abrió el

Panel de Control (Figura #4.19) y se inició de la grabación en

Recording.


62

I V Metodología

Figura #4.18: Ventana Recording del programa Wincom2002.

o

Descarga de los Datos: Al finalizar las mediciones se descargaron los registros adquiridos. Para esta acción

se seleccionó la opción

Transfer, All Events . Y a continuación se almacenaron en un

directorio apropiado. Es importante destacar, que no es necesario interrumpir la operación del MR2002 para realizar la transferencia de los datos.


63

I V Metodología

Figura #4.19 Ventana Control Panel del programa Wincom2002.

4.3.2.) Procesamiento de los Datos o

Software de procesamiento Para el procesamiento de los datos de vibraciones se utilizó software VIEW 2002. Este

programa provee un análisis comprensible y una presentación profesional de los datos adquiridos con el MR2002-CE. La licencia incluye análisis en el dominio del tiempo y de la frecuencia, análisis estadístico y además análisis específicos de acuerdo a la diferente normativa establecida internacionalmente.

o

Secuencia de Procesamiento El procesamiento de los registros, utilizando este programa, se realizó siguiendo los

siguientes pasos: Carga de los datos y selección de los registros: 

Iniciación del programa, utilizando luego las opciones



En la sección

View, Signal (Figura #4.20).

File se seleccionó Open VMR-File (Formato en el que se descargan los

archivos). Se escogió posteriormente, el directorio donde se habían almacenado los datos y se seleccionó el registro a analizar.


64


En la pantalla se desplegaron los registros correspondientes a cada canal del geófono. Se revisaron las escalas de los registros que debían estar dentro del rango apropiado, adaptado al tipo de medición que se había realizado.



Una vez revisadas las escalas, se procedió a seleccionar el registro que presentaba el menor rango de variación vertical. Se evitaron grandes eventos puntuales o fuentes de ruido repetitivo. Lo ideal, durante el procesamiento, sería poder trabajar con toda la longitud del registro y poderlo dividir en ventanas que nos eliminen los “spikes”. En el programa VIEW2002 esta opción no está disponible, la selección de las ventanas “limpias” debe hacerse escogiendo un intervalo que por lo general representa de 10 a 20 segundos del registro, pero no se consideró que este intervalo sea representativo de la medición realizada, ya que algunas frecuencias podían estarse perdiendo. Lo ideal es realizar registros con la mayor longitud posible para tratar de obtener “ventanas limpias” más amplias y así perder la menor cantidad de frecuencias.



A partir de este punto se pudo realizar el procesamiento de dos formas diferentes: analizando cada archivo, o concatenando todos los archivos para analizar toda la longitud del archivo. Estas dos formas se aplicaron indistintamente de acuerdo a la calidad de los registros obtenidos.

Figura #4.20: Ventana de inicio del programa View2002.


65

I V Metodología

Figura #4.21: Ventana Principal del programa View2002. Se observan las 3 señales correspondientes a cada uno de los ejes.

Análisis de Frecuencias 

En el menú, se seleccionó el comando

Frequency Domain y la opción

Amplitude Spectrum. En este caso es necesario visualizar el espectro de amplitud que es lo que permite el análisis de H/V. Las otras opciones a seleccionar son: Ajuste de la Señal o

Signal Adjustment, aquí se escoge entre

Truncate o Stuff with Zero y el tipo de ventana o

Window donde las opciones

son: No Window o Hanning Window.

Figura #4.22: Ventana para la selección de parámetros en el análisis de frecuencias. Pilar E. Cuadra M., 2007

66


El resultado que se obtiene representa el espectro de amplitud (=Raiz Cuadrada del Espectro de Potencia) para cada una de las 3 componentes, pero para todo un amplio rango de frecuencias. Como el rango de interés está entre 0 y 10 Hz (por ser el rango de frecuencias de los microtremores), se seleccionó en

Zoom el rango 0 a 10 Hz.

Posteriormente se pulsó Smooth 1-2 veces para obtener un espectro suavizado. 

Ahora el programa nos muestra las tres componentes, una vertical y dos horizontales, que son necesarias para calcular el H/V. El comando que realiza esta operación es

Evaluate, que se encuentra en la barra de herramientas y en el menú

que ella despliega se debe escoger la opción Ratio.

Figura #4.23: Ventana de selección entre cociente Normal y Nakamura.

Figura #4.24: Ventana con el espectro de amplitud. Ya se muestra suavizado y con zoom aplicado. Pilar E. Cuadra M., 2007

67


En la nueva ventana que se muestra, aparecerá el espectro de amplitud vs.

frecuencia, correspondiente a la relación seleccionada (Nakamura, Ch1/Ch3, Ch2/Ch3). A continuación se selecciona el mayor de los picos. No siempre este pico se observa muy claramente, por lo general, según la calidad de los registros aparecen varios picos. La finalidad de realizar la concatenación de los archivos es observar más claramente el pico real, ya que esta opción representa la totalidad de respuesta y cubre todos los registros, arrojando como resultado un pico más claro. A partir del valor de frecuencia de este pico, observado en la concatenación se puede realizar más claramente la escogencia del pico representativo de cada archivo. Luego, se procedió a seleccionar estadísticamente el valor final del punto a partir del valor promedio de los resultados para cada archivo. Los valores obtenidos del promedio de todos los archivos y los archivos concatenados deben ser bastante similares. La única diferencia entre las dos opciones, es que para el análisis de cada archivo por separado pueden eliminarse parte de los archivos que presenten variaciones verticales no muy amplias (con la opción

Zoom explicada previamente), que podrían afectar al espectro de respuesta del sitio. Sin embargo, las diferencias no deben ser muy grandes. En ciertos casos, se llegaron a observar diferencias en los valores de hasta 0.5 Hz en los picos de frecuencias, cuando no se eliminaron los eventos puntuales en el concatenado y luego no se tomaron en cuenta en el análisis de los registros individuales.

Figura #4.25 Ventana correspondiente al análisis de frecuencias posterior al cálculo del radio de H/V.


68

I V Metodología

4.4.) Normativa y Procedimientos de Referencia 

ASTM D5777-00 Guide for Using the Seismic Refraction Method for Subsurface Investigation



ASTM D6429 Guide for Selecting Surface Geophysical Methods



ASTM D420 Guide to site characterization for Engineering, Design, and construction purposes



NEHRP RECOMMENDED PROVISIONS FOR SEISMIC REGULATIONS FOR NEW BUILDINGS AND OTHER STRUCTURES Part 1: Provisions (FEMA 302) 1997 Edition of Building Seismic Safety Council (BSSC)



ICC-IBC 2000 Seismic Design Category Provisions



SESAME – GUIDELINES FOR THE IMPLEMENTATION OF THE H/V SPECTRAL

RATIO

TECHNIQUE

ON

AMBIENT

VIBRATIONS

MEASUREMENTS, PROCESSING AND INTERPRETATION. European research project WP12 – Deliverable D23.12 

COVENIN 1756 (2002) Edificaciones Sismo Resistentes (Venezuela)



FUNVISIS – Recomendaciones (Venezuela).


69

SESAME

Aplicación de técnicas de vibraciones ambientales para la caracterización de sitio. V Resultados

V.

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

5.1.) Análisis Espacial de la variación de Vs a lo largo de los Tendidos Para cada línea se generaron modelos 1D cada 5 ó 6 metros según la calidad de cada registro. Cuando se habla de calidad de los registros se refiere, principalmente, al contenido de frecuencias que se presenta en el espectro de dispersión de la velocidad de fase de la onda Rayleigh, sobre éste se realiza el “picking” a través de la envolvente de baja velocidad, este paso explicado en la sección previa. En la figura #5.1 se muestran ejemplos de espectros de velocidad de fase de onda Rayleigh donde se observa que, en los registros no se cuenta con la totalidad del rango de frecuencias sobre el que se trabaja, lo que puede generar problemas a la hora de la selección de la dispersión de la velocidad de onda Rayleigh. En este caso esta falta de frecuencias no afectó el resultado de manera crítica. Se solucionó visualizando todos los registros obtenidos por línea.

Rango de Frecuencias Incompleto

Figura #5.1: Ejemplo de espectro p-f donde se observa la falta de cierto rango de frecuencias, generalmente entre 10 y 15 Hz.

Posterior a la selección de la dispersión se generaron los modelos correspondientes a cada grupo de 6 o 7 geófonos, estos fueron generados en el módulo ReMi Disper®, Pilar E. Cuadra M. 2007

70


almacenados en formato ASCII y se modificados de acuerdo a la progresiva de ubicación del modelo. Una vez que se cuenta con 2 o más modelos 1D, el módulo ReMi Disper® ofrece la herramienta para la realización de pseudo-secciones 2D a partir ellos. Esta pseudosección 2D fue exportada al programa Surfer 8, en el que fue posible diseñar una escala adecuada y uniforme para la presentación de las secciones correspondientes a cada una de las líneas. Una vez realizadas las pseudo-secciones 2D fue posible evidenciar la variación espacial y en profundidad de la estructura de la onda de corte en el subsuelo. Ya identificadas estas variaciones se lograron correlacionar los valores con la clasificación de suelo según la norma IBC (Internacional Building Code) 2000. En los modelos obtenidos se identificó además la línea de isovelocidad de onda S correspondiente a 500 m/s. Este valor pertenece al nivel a partir del cual la norma Covenin para la construcción de edificaciones sismorresistentes identifica la transición a un basamento geotécnico más competente, también es llamado Substrato Geotécnico Covenin. En la figura #5.2 se presenta la pseudo-sección correspondiente a la Línea de adquisición #1.

Esta línea no pudo ser adquirida completamente debido a la existencia de escombros, en la parte S-E de la línea. Estos escombros se relacionaron al acondicionamiento de picas superiores topográficamente correspondientes al resto de las líneas de adquisición. Se ponen en evidencia dos elementos importantes al observar y analizar este modelo 1.5 D, en la zona N-O se observa un área superficial de bajas velocidades asociadas a material blando, poco consolidado. Además se observa una transición morfológica en el substrato competente que, entre la progresiva -30 y -40, parece levantarse con una posible indicación de una discontinuidad estructural.

Pilar E. Cuadra M. 2007

71


Figura #5.2: Línea 1 (LS-5). Sección de ondas de cortes Vs.

En la figura #5.3 se presenta la pseudo-sección correspondiente a la línea de adquisición #2. Esta línea confirmó la existencia de una lámina de material de más baja velocidad, asociado a material blando o poco consolidado, localizado por encima de un substrato más competente y es detectado hasta la zona comprendida entre las progresivas -40 y -50. En este último nivel, que se encuentra caracterizado por una posible alteración superficial en el área N-O, se observa como las velocidades se hacen mayores hacia la zona S-E de la línea de adquisición, localizándose la línea de isovelocidad 500 m/s a muy poca profundidad en el subsuelo.


72


Figura #5.3. Línea 2 (LS-4). Sección de ondas de cortes Vs.

En la figura #5.4 se muestra la estructura de la velocidad de onda S correspondiente a la línea de adquisición #3.

En esta línea, morfológicamente más elevada que las líneas #1 y #2 (es observable en el mapa de topografía de la figura #4.4), se observa la presencia de un nivel muy delgado y blando, localizado por encima de un substrato alterado en superficie. En la parte central (progresivas -40 y -50) se observa una zona de relativa menor velocidad posiblemente asociada a una discontinuidad estructural.


73



En la figura #5.5 se observa el modelo correspondiente a la línea de adquisición #4, ubicada morfológicamente por encima del resto de las líneas. En esta línea la roca es identificada muy superficialmente, esto es claramente evidenciado a partir de la línea de isovelocidad correspondiente al substrato geotécnico (Vs=500 m/s), ésta no se observa a profundidades mayores de 6 metros. La lámina de material de baja velocidad identificado en las líneas #1, #2 y #3 ya no es identificado en esta sección correspondiente a la línea #4.


74



En la Figura #5.6 se presenta el mapa de Vs30, el promedio ponderado de las ondas de corte Vs en los primero 30 m, correlacionado a la topografía. En la parte norte del mapa, se observa claramente un núcleo de bajas velocidades asociado a material blando. Es interesante notar como, en la parte central del estudio se observa un lineamento asociable espacialmente a una discontinuidad estructural.


75


Figura #5.6. Mapa de Vs30. La isolínea Vs=500 m/s representa la t ransición a un nivel que puede ser considerado un substrato geotécnico (Covenin).

En la Figura #5.7 se presenta la profundidad de la isolínea Vs=500 m/s identificada como el tope del substrato geotécnico según Covenin. Se observa una depresión en el lado norte del mapa en correspondencia de la zona de baja velocidad identificada en el mapa anterior.


76


Figura #5.7: Mapa de profundidad de la iso velocidad Vs=500 m/s (Substrato geotécnico según Covenin). Los valores a partir de los cuales se generaron los siguientes mapas se encuentran resumidos en la tabla #5.1 Línea 1

Progresiva Prof. SGC (-m) -6 19,775 -12 20,083 -18 17,356 -24 17,923 -33 12,278 -40 5,710 -44 3,4468

Vs30 (m/s) 339,019 312,619 338,450 310,526 342,543 521,257 511,877

Tabla #5.1 A: Valores correspondientes a la profundidad del Substrato Geotécnico Covenin y Vs30 de la Línea 1. Pilar E. Cuadra M. 2007

77


Línea 2

Progresiva -5 -11 -17 -23 -24 -29 -35 -41 -47 -53 -59 -65 -66 -71 -77 -83

Prof . SGC (m) 11,80 14,01 14,47 12,41 12,18 10,00 9,43 8,40 4,96 4,85 2,90 3,01 3,47 3,70 1,87 1,64

Vs30 (m/s) 366,82 379,30 300,26 331,01 331,23 406,27 521,00 328,24 647,47 480,50 611,90 634,33 531,80 550,68 601,52 568,06

Tabla #5.1 B: Valores correspondientes a la profundidad del Substrato Geotécnico Covenin y Vs30 de la Línea 2.

Línea 3

Progresiva -7 -11 -15 -19 -23 -24 -27 -31 -36 -40 -42 -50 -53 -57 -61 -65 -69 -73 -77 -81 -85 -87

Prof. SGC (-m) 3,94 4,46 4,56 4,25 4,14 3,73 4,14 4,56 5,08 4,87 4,45 4,35 4,66 5,39 5,18 4,04 3,41 2,27 2,58 2,75 2,90 3,00

Vs30 (m/s) 537,10 521,76 516,28 498,52 546,48 516,41 518,27 540,95 531,00 519,17 525,17 519,28 513,90 458,07 495,06 588,43 628,45 556,53 629,72 656,01 503,33 620,23

Tabla #5.1 C: Valores correspondientes a la profundidad del Substrato Geotécnico Covenin y Vs30 de la Línea 3.


78

Aplicación de técnicas de vibraciones ambientales para la caracterización de sitio. V Resultados Línea 4

Prog resi va -6 -10 -14 -20 -25 -35 -43 -55 -60 -66 -71 -77 -83 -87 -92

Prof . SGC (-m) 4,32 3,15 2,20 0,50 0,75 1,83 0,85 0,59 0,43 2,54 6,68 4,32 1,47 1,13 1,35

Vs30 (m/s) 523,27 617,07 567,72 563,41 571,55 534,37 614,45 543,45 656,48 592,51 516,05 542,40 612,64 531,22 471,63

Tabla #5.1 D: Valores correspondientes a la profundidad del Substrato Geotécnico Covenin y Vs30 de la Línea 4.

5.2.) Análisis de Vibraciones (Nakamura H/V) El parámetro de interés para evaluar la respuesta del sitio, es el período natural (fundamental) del sitio (o frecuencia natural). Este se determina a través de las mediciones de las vibraciones naturales en el sitio, estas mediciones corresponden a la variación de la velocidad de las partículas (en µm/s) que constituyen el terreno. La frecuencia natural / período fundamental permiten aportar informaciones relativas a la micro-zonificación en término del comportamiento dinámico de los suelos. Para la ejecución de la adquisición y procesamiento de los datos se siguieron los procedimientos establecidos por Sesame 2005 y los explicados en el capítulo anterior. Con la finalidad de obtener una evaluación del sitio y un análisis espacial de la variación del parámetro de interés, se realizaron un total de 110 mediciones distribuidas en 11 lugares diferentes del terreno (10 mediciones por estación). Un ejemplo de uno de los grupos de grabaciones es mostrado en la figura #5.8.


79


El nivel de vibraciones naturales observadas en los sitios de medición fue generalmente muy baja (< de 10 µm/s) indicando la ausencia de ruido ambiental externo causado por intensa actividad humana, lo que indica que la maquinaria de construcción activa en los alrededores no alteró la calidad de los datos obtenidos.

Figura #5.8. Visualización de las señales obtenidas a partir de l a medición de vibración con el programa de procesamiento VIEW 2002. A cada uno de los grupos de medidas ejecutadas, se procedió inicialmente a la selección de los registros representativos, considerado como lo no afectado por vibraciones repetidas y ruidosas. Una vez seleccionados los registros, por cada componente de cada grabación, se procedió al cálculo de la transformada de Fourier para obtener los espectros de frecuencia de las componentes X, Y & Z (V x, V y & Vz). La medición de la vibración natural permite obtener la frecuencia natural del sitio mediante la técnica de Nakamura (o método H/V) a través del cociente de las componentes espectrales horizontales y verticales, mediante la siguiente relación: Pilar E. Cuadra M. 2007

80


Cociente espectral =

V x2

+

V y2

V z2

Figura #5.9: Espectros de Amplitud de las tres componentes de uno de los registros analizados.

A partir de este cociente espectral se determina el valor de la frecuencia natural del sitio, como aquella asociada al valor pico del cociente espectral, en el rango de frecuencias 010 Hz.

Figura #5.10. Obtención de la frecuencia natural del sitio mediante la técnica de Nakamura.


81

Aplicación de técnicas de vibraciones ambientales para la caracterización de sitio. V Resultados Línea

Punto

Progresiva

X (UTM)

Y (UTM)

Fr ec uen ci a (Hz )

Per ío do (s )

1

20

173163.2

1119054.8

1.86

0.54

2

60

173190.0

1119025.1

2.22

0.45

3

0

173134.6

1119056.7

1.76

0.57

4

40

173161.4

1119027.0

1.98

0.51

5

80

173188.1

1118997.2

2.43

0.41

6

20

173133.1

1119028.5

1.86

0.54

7

60

173159.9

1118998.7

2.44

0.41

8

100

173186.7

1118969.0

2.51

0.40

9

0

173104.9

1119029.9

2.43

0.41

10

40

173131.7

1119000.2

2.2

0.45

11

80

173158.4

1118970.5

2.43

0.41

Línea 1

Línea 2

Línea 3

Línea 4

Tabla #5.2: Ubicación de los puntos de vibraciones y los valores de Período Fundamental y Frecuencia Fundamental correspondientes

Figura #5.11: Distribución de los valores correspondientes a la Frecuencia Fundamental.


82


Los resultados de la Tabla #5.2 relativos a las frecuencias fundamentales son representados gráficamente en Figura #5.11. Frecuencias más bajas (períodos más altos) son observadas en la zona norte del estudio. Esto corresponde a la zona de bajas velocidades observada con la sísmica. Se observa también como la parte sur y sur este corresponden a valores más altos de frecuencia y a unidades geológicas más competentes.

5.3.) Interpretación Integrada Combinando los resultados obtenidos a partir de la aplicación de ambos métodos se cálculo el espesor de la capa resonante o espesor de sedimentos. Este procedimiento se realizó empleando la relación:

H = VsP * T / 4 Donde: H = espesor unidad sísmica resonante (aluviones) en metros T = Período Natural de Vibración (Fundamental) en segundos (con syscom) VsP= Promedio Ponderado de la Vs, puede ser calculado a partir de la estructura de la velocidad de onda S obtenida a partir del método ReMi.

La tabla con los resultados y el mapa obtenido para el cálculo de espesor de sedimentos se muestra a continuación:

Punto 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

X (UTM)

Y (UTM)

173163.2 173190.0 173134.6 173161.4 173188.1 173133.1 173159.9 173186.7 173104.9 173131.7 173158.4

1119054.8 1119025.1 1119056.7 1119027.0 1118997.2 1119028.5 1118998.7 1118969.0 1119029.9 1119000.2 1118970.5

Fo H/V (Hz) 1.86 2.22 1.76 1.98 2.43 1.86 2.44 2.51 2.43 2.20 2.43

H de Vsp (m) 47.37 33.45 30.82 38.16 26.34 34.41 26.23 25.50 31.19 34.22 45.58

Vsp (m/s) 352.43 297.00 217.60 302.22 256.18 450.00 450.00 240.38 303.166 301.143 443.084

Tipo de Suelo Suelos duros o densos Suelos duros o densos Suelos firmes / Medio densos

Suelos duros o densos Suelos duros o densos Suelos duros o densos Suelos duros o densos Suelos duros o densos Suelos duros o densos Suelos duros o densos Suelos duros o densos

Tabla #5.3: Resultados correspondientes a la interpretación integrada de ambos métodos aplicados.


83


Figura #5.12: Mapa correspondiente a la interpretación integrada de los resultados obtenidos con la aplicación de ambos métodos. En este mapa se observa que, hacia la zona norte del área de estudio los espesores de sedimento son mayores, correspondiendo a la zona de baja velocidad de onda S observada en las secciones presentadas previamente y a los períodos relativamente más altos, observados en el mapa realizado en base a los resultados de la aplicación del método Nakamura H/V, en esta área. En la zona ESTE se observan los menores espesores con un mínimo de 25 m. En la figura #5.13 se presenta otro mapa de interpretación integrada pero asociado a las estructuras inferidas y a la litología más probable asociada a la zona de baja velocidad. En este caso se definió como Lutita.


84


Zona a Baja Velocidad de Ondas de Corte

L S 5

Discontinuidad (Falla) L S 4 L S 3 L S 2

L i n e a 1 L i n e a 2 L i n e a 3 L i n e a 4

Figura #5.13: Mapa correspondiente a la interpretación integrada, donde se observa la estructura inferida a partir de los resultados presentados previamente y la litología más probable asociada a la zona de baja velocidad.


85

VI Conclusiones

VI.

CONCLUSIONES

•

Sobre la experiencia práctica realizada en El Guapo El análisis integrado de los datos ha permitido definir lo siguiente: o

El la parte norte de la zona de estudio se observa un área con los siguientes elementos: - Condiciones de alta conductividad en los primeros 15-30 m (los datos de conductividad se encuentran en el apéndice A). - Bajas velocidades de ondas de corte superficiales que indican terrenos blandos. Según la norma IBC 2000 estos corresponden (según la tabla IBC representada en Apéndice B) a clases: 

D 183≤Vs≤366

m/s [Suelo Consolidado 15 < Nspt < 50 y 1000 pfs 2

(0.5 Kg./cm2) ≤ Su ≤ 2000 pfs (1 Kg./cm )], y 

o

F

2

1Vs<183 m/s [Nspt < 15 y Su < 1000 pfs (0.5 Kg./cm )].

Valores de frecuencia fundamental relativamente mas bajos 1.8

≤

F

≤

2 Hz

respecto a la otra área donde la frecuencia esta en 2 y 2.5 Hz. Esto confirma que la zona de baja velocidad corresponde a períodos relativamente mayores. o

Estas observaciones corresponden a un área donde se observa en superficie un afloramiento de lutita. Esta área se observa en un bajo morfológico. Las secciones de conductividad y Velocidad de ondas de corte Vs evidencian que esta formación de Lutita es un lente por encima de un horizonte de mayores velocidades y relativa a una formación dura y compacta donde las velocidades de 600-800m/s indican una roca alterada hasta dura.

o

El resto del área investigada parece corresponder a los afloramientos de arenisca


86

VI Conclusiones

con velocidades desde 600 a 800-900 m/s. Las velocidades de 500-700 son correspondientes a una roca suave (alterada) mientras Vs > 800 m/s pueden ser considerados asociados a roca dura. o

Según la normativa Covenin – Mindur 1756-1-2001, se puede observar como la isovelocidad de onda de corte Vs=500m/s define esta área como anómala.

o

Desde el punto de vista estructural se observa una clara transición interpretada como una discontinuidad estructural. La posición de esta estructura es representada en el mapa sintético de Figura #5.13.

La discontinuidad es evidenciada por

transiciones laterales de velocidades en las primeras dos picas y por velocidades relativamente menores al interior de la zona de mas alta velocidad asociada a la areniscas.

A partir de la experiencia realizada con la aplicación de cada uno de los métodos se puede concluir que: •

Sobre Nakamura - H/V o

Actualmente las tecnologías e innovaciones disponibles para la aplicación de este método permiten un mayor aprovechamiento de los resultados y parámetros que este permite evaluar. Antiguamente la aplicación y procesamiento de este método se realizaba de forma poco precisa, tomaba mucho tiempo realizar unas pocas mediciones en un punto específico y los resultados eran poco confiables.

o

La cantidad de puntos de adquisición y su distribución espacial sobre la zona a estudiar juega un papel de vital importancia en la caracterización mediante la técnica H/V. Una gran cantidad de puntos distribuidos sobre el área de estudio


87

VI Conclusiones

resultó de gran utilidad, al permitir inferir acerca de la presencia de discontinuidades estructurales en las que se aprecian variaciones en el espesor de los sedimentos. o

Durante la adquisición se deben analizar los resultados espacialmente, lo que garantiza la calidad y confiabilidad de mapa de Período Fundamental que se espera obtener y permite tomar mayor provecho de las ventajas tecnológicas que ofrece este método para realización de la microzonificación. Además permite relacionar los resultados obtenidos con la presencia de estructuras y lineamientos en el entorno geológico.

o

Al utilizar las herramientas ofrecidas por el programa de procesamiento VIEW2002 se debe tomar en cuenta que la obtención del espectro no es una función automática, es una función interpretativa que depende del interpretador y de los parámetros que este tome en cuenta para el análisis. No se debe abusar del uso de estas herramientas, la idea es emplearlas de forma moderada y realizar un análisis y una correlación estadística de los valores y no un análisis automático proveniente de la utilización del programa.

o

La selección del valor de la Frecuencia Fundamental del sitio de manera estadística (media aritmética de los valores del pico para cada registro individual) resulta de gran utilidad, y éste debe correlacionarse con el valor de la Frecuencia Fundamental obtenida para la totalidad del registro. Valores inconsistentes entre estos dos resultados indican la presencia de eventos no asociados a las vibraciones naturales en los registros o diferencias en la utilización de las herramientas ofrecidas por el software.

o

La identificación e interpretación de los picos ubicados a bajas frecuencias (< 1 Hz.)

resultan


generalmente

más 88

complejas

que

la

identificación

e

VI Conclusiones

interpretación de picos localizados a frecuencias por encima de 1 Hz. Para estos casos se debe aumentar la densidad de los puntos en los alrededores de los picos de interés para lograr identificar un pico consistente. o

Los registros que presenten valores anómalos de amplitud, es decir, picos atribuibles a eventos puntuales que incrementan abruptamente la amplitud en segmentos del registro y que se identifican observando los máximos de amplitud para cada canal, no deben ser tomados en cuenta durante la fase de procesamiento. Estos eventos causan variaciones entre los valores del pico de frecuencia obtenidos para cada registro, observándose variaciones de hasta 0.3 Hz. entre ellos.

o

El criterio de selección del pico de Frecuencia Fundamental es clave durante el procesamiento de los datos obtenidos mediante la aplicación de esta técnica, éste se basa en la geomorfología de la zona, el rango de espesor de sedimentos esperados, la ubicación de posibles discontinuidades estructurales y los parámetros establecidos por Sesame (2006) para la selección del pico de frecuencia entre otros y debe ser mantenido durante toda esta fase a fin de evitar inconsistencias en los resultados obtenidos.

o

La utilización de nuevas tecnologías en la aplicación de Nakamura H/V contribuye a la creación de mapas de período fundamental más detallados, ya que simplifica los pasos de procesamiento e interpretación de los resultados, lográndose emplear mayor densidad de puntos de medición permitiendo el establecimiento de la técnica como una herramienta clave para la caracterización sísmica.

o

El método H/V debe ser complementado con la aplicación de alguna técnica que permita obtener la distribución de los valores de Velocidad de Onda S en


89

VI Conclusiones

la zona. Aplicar el método H/V sin su respectiva correlación con los valores de Velocidad de Onda S en el área no permite explicar con certeza las causas de las posibles variaciones en la distribución espacial de los períodos fundamentales sobre el sitio, lo que a pesar de dar una idea sobre la estructura del subsuelo, no resulta concluyente como parámetro único para realizar una caracterización. •

Sobre ReMi: o

El conocimiento del entorno geológico y geomorfológico del área de estudio y de los objetivos de la exploración son las herramientas clave para l a realización del diseño de adquisición.

o

La utilización de una fuente externa de energía para la aplicación de este método resultó de gran utilidad, al permitir introducir en los registros frecuencias altas y medias que son difícilmente registrables en zonas sísmicamente silenciosas (por ejemplo zonas extra-urbanas). De las fuentes externas utilizadas (mandarrias, martillos, pasos, entre otras), los mejores resultados fueron arrojados mediante la utilización de la mandarria. Sin embargo, también se deben obtener registros con influencia únicamente proveniente del ruido ambiental (sin utilización de fuente externa) para realizar la comparación entre ambos diseños de adquisición. A partir de este diseño de adquisición el método empieza a considerarse como híbrido entre pasivo y activo.

o

La longitud de los registros, establecida en 30 seg. resultó la más apropiada para el análisis de la refracción de los microtremores. Registros con menos longitud no mostraron calidad suficiente para permitir el procesamiento de los datos.


90

VI Conclusiones

o

La utilización de por lo menos 3 registros por tendido de adquisición resultó de gran utilidad al permitir comparar, seleccionar y apilar los registros que presentaran mejor distribución de frecuencias y velocidades en el espectro. Este procedimiento optimizó el proceso de selección de la curva de dispersión Fase-Velocidad Rayleigh.

o

El control de calidad de los datos durante la adquisición es clave para facilitar y acelerar el trabajo de procesamiento de la información. Esto se realiza mediante el pre-procesamiento de los datos en campo para observar la calidad de los registros y verificar los contenidos de frecuencia de los mismos.

o

Los criterios para la selección de la dispersión Fase-Velocidad Rayleigh deben ser mantenidos por el interpretador durante el procesamiento, siempre que la calidad de lo registros lo permita. En esto se establece la separación entre cada punto de selección, los puntos de inicio y fin de la curva de dispersión, entre otros.

o

De los rangos de frecuencias utilizables, la más baja corresponde a la frecuencia fundamental del sitio y la más alta corresponde a la mayor de las frecuencias que se logre introducir en los registros.

o

Los criterios para la realización del modelo 1D de la velocidad de onda S deben ser mantenidos e introducidos de forma similar al módulo ReMi Disper durante toda la fase de modelado. Estos criterios se refieren al número de capas a modelar, el número de iteraciones a partir de las cuales se realiza el modelo y la profundidad de investigación entre otros. Esto garantiza la consistencia de los resultados arrojados por el programa.

o

Manteniendo un rango de valores de error bajo (0-10 m/s) para la realización del modelo 1D de la velocidad de onda S, que depende del ajuste de la curva


91

VI Conclusiones

de dispersión práctica a la curva de dispersión teórica del modelo, a partir de la herramienta ofrecida por el software, se mantuvo la consistencia de los resultados optimizando la interpretación de los mismos. Esto se logra mediante la interacción entre el interpretador y el software de modelado. o

La técnica resultó ser de gran utilidad y de relativa sencillez en el establecimiento de la profundidad del substrato geoténico Covenin (Vs>500 m/s) y en el mapeo de la Vs30 (Promedio pesado de la velocidad de la onda S en los primeros 30 metros de profundidad) a partir del modelo 1D de la velocidad de la onda S. Estos parámetros resultan indispensables para

la

realización de una caracterización de sitio. o

La utilización de esta técnica, en base a estudios geomorfológios y geológicos previos, puede arrojar resultados complementarios a la técnica H/V debido al tipo de resultados que se obtienen a partir de ella (Estructura de la Velocidad de onda S en modelos 1D, pseudosecciones 2D). En este caso uno de los principales parámetros que se pueden obtener a partir de esta combinación es el espesor de sedimentos presentes en una zona.

•

En General: o

El valor de Período Fundamental de una zona se encuentra estrechamente relacionado con el espesor de los sedimentos, la profundidad del substrato rocoso y la naturaleza de los sedimentos (Velocidad de Onda S). Por lo que al aplicar ambos métodos en conjunto (Nakamura H/V y ReMi), éstos se complementan y permiten la obtención de los principales parámetros para la caracterización de sitio, Vs30, Período Fundamental de Resonancia, Potencial de licuefacción, entre otros de manera más precisa.


92

VI Conclusiones

o

Es necesario, antes de la aplicación de cualquiera de los métodos, realizar un estudio geomorfológico previo del área, donde se tome en cuenta la ubicación de la zona de estudio (Urbano, Costera, Extra-urbano, etc.) la topografía, la sismicidad del área y la geología entre otros aspectos, para tener una idea sobre los resultados esperados y orientar la adquisición y el procesamiento en esa dirección.

o

Es de vital importancia verificar la coherencia de los resultados a medida que éstos se obtienen. Esto se realiza correlacionándolos y validándolos con el resto de los datos geológicos y geofísicos con los que se cuente. El intérprete debe ser conciente de la relación entre los valores esperados y los valores obtenidos.


93

VII Recomendaciones

VII.

•

RECOMENDACIONES

Iniciar una nueva línea de investigación enfocada a la búsqueda de una fuente de energía adecuada, que permita introducir a los registros todos los valores de frecuencias correspondientes al rango de profundidad que se desee investigar.

•

Introducir la aplicación de estos métodos en otras áreas e industrias, como por ejemplo, la industria petrolera.

•

Combinar la aplicación de estas técnicas con otros métodos geofísicos y con información geológica disponible para aumentar la confiabilidad y efectividad de los resultados.


94

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100

Anexo 1

ANEXO 1

Lineamientos para la aplicación del Método de Nakamura H/V a partir del equipo y programa desarrollado por Syscom

Guía del Usuario

El propósito de esta guía es el ofrecerle al usuario ciertos lineamientos donde se incluyan las principales características y consideraciones a tener en cuenta al momento de realizar estudios basados en el análisis de Vibraciones Naturales. Este trabajo está fundamentado en algunos estudios previos pero principalmente en los estudios llevados a cabo, previos a la realización de esta guía. El resumen de la técnica, se presenta en base a 4 diferentes puntos relevantes para la realización del estudio. Primero se presenta una resumida base teórica de la técnica que se está aplicando, cuyo principal objetivo es hacer entender al usuario la naturaleza y las implicaciones de las Vibraciones Naturales. Posteriormente, se presenta una descripción del equipo empleado en la realización de los estudios y se explica su funcionamiento. La idea es acercar al usuario con los equipos, partiendo de lo sencillo de su funcionamiento. En tercer lugar se ofrece una guía completa para el momento de la adquisición de los datos, ésta asesora al usuario en diversos aspectos que van desde la selección del sitio más adecuado para la aplicación de la técnica, hasta el montaje del equipo. Por último se presenta la secuencia de procesamiento para los datos adquiridos previamente que concluye con un resumen de diferentes estudios realizados en diversos entornos junto con los resultados obtenidos para cada una de las experiencias. Estos trabajos son presentados con el fin de guiar al usuario sobre que valores esperar en su análisis y los posibles problemas que pueden presentarse de acuerdo al entorno de la zona. Bases Teóricas:

- Vibraciones La diversidad de fuentes primarias de ondas sísmicas sugiere que tanto los depósitos de suelos superficiales como las rocas están sujetos permanentemente a la acción de las vibraciones.


101

Anexo 1

- Tipos de Vibraciones: Existen diversos tipos de vibraciones que pueden ser clasificadas en dos grupos según su origen: Naturales: Agrupas las vibraciones inducidas por cambios de presión atmosférica, tormentas, oleajes y fuentes naturales en general. Presentan períodos relativamente largos, de entre 2 y 3 segundos. Artificiales: Agrupas las vibraciones generadas debido al funcionamiento de maquinaria como por ejemplo trenes, tractores, plantas de energía, etc. Éstas generan ondas de períodos cortos. - Naturaleza de las Vibraciones:

Diversos autores han afirmado que las Vibraciones Ambientales están compuestas principalmente de ondas Rayleigh y que de esta manera el pico de frecuencia en H/V puede ser explicado con el modo fundamental de las ondas Rayleigh, pero en Nakamura (2000) el autor demuestra que en los picos de frecuencia de H/V la energía de las ondas Rayleigh es muy baja, muy cercana a cero por lo que la naturaleza de las Vibraciones Naturales no puede ser explicada bajo ese concepto. En Nakamura (1989) se explica que el origen del pico de frecuencia en H/V resulta de la presencia de las ondas SH, afirmando que éstas son las principales componentes de estas Vibraciones. - Registro de las Vibraciones

Existen diversos métodos para la observación y registro de las vibraciones ambientales. Entre ellos están, el estudio de la Relación Espectral a partir de un sitio de referencia, arreglos de múltiples sensores y arreglos simples de un sólo sensor tri-axial o de tres componentes, siendo este último el más económico, no sólo porque utiliza un único sensor, sino porque no necesita de un sitio de referencia que no siempre se encuentra disponible debido a la ubicación de la zona de estudio. - Metodología de Nakamura: El estudio de campo para caracterización sísmica de un sitio es enfatizado como un método rápido y económico para estudios en áreas urbanas. Este estudio se basa sobre el método descrito por Nakamura (1989) (o H/V) y emplea mediciones de ruido ambiental Pilar E. Cuadra M., 2007

102

Anexo 1

(compuesto de ondas superficiales tipo Rayleigh) producido por la interacción viento – estructuras, tráfico y varias formas de actividad humana (Lermo and Chavez-Garcia, 1994). Se ha demostrado que el cociente espectral entre las componentes horizontales y verticales de estas mediciones ofrece un buen estimado de la frecuencia fundamental de depósitos sedimentarios sueltos y, en cierta forma, al factor de amplificación. El uso extensivo del método permite el mapeo rápido y detallado de estas frecuencias en áreas urbanas. Combinando informaciones sobre la respuesta de suelo y vulnerabilidad, se puede anticipar los efectos potenciales de un sismo a diferentes estructuras como edificios, puentes, etc. La teoría y las hipótesis del método no son aceptadas unánimemente por la comunidad científica, pero las comparaciones con otras técnicas han mostrado y probado la validez y la eficiencia de la técnica presentada por Nakamura (Lermo and Chavez-Garcia, 1994). Nakamura (1989) desarrolló la técnica basándose sobre tres hipótesis: 1. El ruido ambiental es generado por la reflexión y refracción de ondas de corte al interior de capas de suelo superficiales y por ondas de superficie. 2. Fuentes superficiales locales de ruido , no afectan el ruido ambiental en la base de la estructura no consolidada. 3. Capas de suelo suave no amplifican la componente vertical del ruido ambiental. Las funciones SE y AS que representan la respuesta sísmica intrínseca del sitio y el efecto singular de la onda Rayleigh puede ser definido como:

Donde H y V representan respectivamente los espectros de las componentes horizontales y verticales del ruido ambiental en superficie (S) o en el basamento (B). La respuesta sísmica del sitio que no incluye la contribución de la fuente son definidas por SM como:

Nakamura (1989) y Theodulidis et al. (1996) demuestran que el espectro de las componentes vertical (VB) y horizontal (HB) son equivalentes a la base de la estructura. Pilar E. Cuadra M., 2007

103

Anexo 1

Por lo tanto la respuesta sísmica del sitio SM puede ser expresada como el cociente espectral de las componentes horizontal y vertical del ruido ambiental en superficie. Resumiendo, esto implica que un estimado práctico de la respuesta del sitio puede ser obtenido grabando ruido ambiental con un sismógrafo sencillo a 3 componentes. Descripción del Equipo:

El equipo utilizado para registrar los datos de las vibraciones naturales, y al que está enfocado este manual, está compuesto principalmente por dos elementos fundamentales: Unidad de Grabación: Mr2002-CE.

Unidad compacta utilizable como sismógrafo principal o como unidad adicional, cuando se requiere de un monitoreo múltiple. Contiene una batería recargable con una posible duración de hasta 10 días. Los sensores utilizados pueden ser fácilmente reconfigurados en campo, previo a la adquisición, de acuerdo al tipo de aplicación.

Equipo Utilizado

Características Principales: Tasa de muestreo de frecuencia: 1024

muestras por canal por segundo, todos los

canales y todos los tiempos de registro. Respuesta: Todos

los canales: 1 a 300Hz (-3dB), independiente de los tiempos de

registro. Pilar E. Cuadra M., 2007

104

Anexo 1

Modos de Registro: Manual,

disparo sencillo, continuo y automático. Posibilidad de

adquisición simultánea de transientes activados por trigger y vibraciones naturales , determinados según intervalos de tiempo. Opciones de Registro: - VM Vibration Mode: Vmáx seleccionadas por duraciones de los períodos. - KB Mode (Time Averaged Window): es análoga al VM recording , pero contiene los

valores KB como se definen en la norma DIN 4150/, éstos sirven para evaluar la molestia causada por la acción de las vibraciones a los humanos, generalmente se evalúan en entornos de trabajo y habitacionales a fin de cumplir con las normas establecidas para estos casos.

- Blasting Mode: De acuerdo a la

norma DIN 4150/3.

Fig 1: Esquema de funcionamiento de los diferentes modos de registro.

Tiempo fijo de Registro: 1 a 10 seg. con incrementos de 1 segundo. Tiempo de auto registro: 1 a 20 seg. Almacenamiento de Eventos:

40 - 100 eventos de un segundo de duración,

incluyendo todos los parámetros de grabación. Funciones Especiales: Temporizador de Operaciones : Tiempos de inicio y Documentación de Eventos: Documentación

finalización programables.

a texto completo de eventos cuando se

programa con un computador de campo. Documentación numérica cuando se programa sólo con el sismógrafo. Reportes imprimibles en el campo.


105

Anexo 1

Cumplimiento con Estándares y Regulaciones: Principio de medición

DIN 4150 part I, II y III DIN 45669 meets class 1

Seguridad Eléctrica

EN 61010

RMI/RFI

RN 50081 y EN 50082

Ambiente

IEC 68-2

Conformidad

CE

Transductor Tri-axial Amplificado: MS 2003+

Mide vibraciones verticales, transversales y longitudinales. Incluye tres tipos de puntas para la instalación en superficies delicadas. El transductor también puede ser acoplado a superficies duras como paredes, pisos e instalaciones en techos. Características Principales: Principio de operación: Geófono activo compensado electrónicamente. Medición: En 3 direcciones ortogonales de

medición. (Tri-axial).

Rango de medición: Hasta 0.0035 a 115 mm/s de

autorange con opción de alta

sensibilidad para medidas de rangos comprendidos entre 0.00001 – 2.3 mm/s. Rango de frecuencia: De 1 a 315 Hz. Eficacia: alrededor del 1%, calibrada a 15

Hz.

Este sensor de altísima sensibilidad es ampliamente capaz de caracterizar vibraciones dentro de los rangos especificados por el usuario y según toda la normativa establecida internacionalmente.


106

Anexo 1

Fig 2: Campos de aplicación según sus rangos de

frecuencia.

Adquisición de los Datos:

Selección del Sitio de Medición

La versatilidad del equipo permite realizar los registros en diversos sitios de la ciudad, siendo ideales debido a su amplia distribución: parques, jardines, separadores viales en pasto y canchas deportivas. En ambientes extra urbanos deben seleccionarse locaciones en las cuales sea posible acoplar el sensor y que cumplan con un cierto número de criterios de selección que son listados a continuación para la selección del sitio de registro de vibraciones: 1.

La superficie donde se acoplará el sensor debe estar libre de Asfalto o Concreto. El instrumento debe estar en contacto con el terreno.

2.

No se deben realizar mediciones en terrenos cercanos a maquinarias en funcionamiento que generen ondas de bajas frecuencias.

3.

No se deben realizar mediciones en las cercanías a edificios altos, los vientos fuertes pueden inducir vibraciones de bajas frecuencias en las bases de la construcción, capaces de alterar la calidad de los registros.

4.

Al realizar mediciones en la cercanía de vías, éstas deben ser planas.

5.

Si se realizan mediciones en las cercanías a vías el tráfico en ellas debe ser lo más continuo posible, de tal forma que los registros no contengan señales transitorias.


107

Anexo 1

6.

Al realizar mediciones en la cercanía de vías transitadas, procurar hacerlas cercanos a una intersección, de tal forma que la fuente de ruido provenga de varias direcciones azimutales.

7.

Se deben realizar las mediciones lejos de tuberías y bombas de agua, éstas frecuentemente crean ondas transitorias que pueden mezclarse con los registros de vibraciones.

Una vez seleccionado el sitio para realizar las mediciones se deben tomar en cuenta: Condiciones Climáticas:

Los principales factores ambientales que pueden alterar las

mediciones son: Viento: Se debe proteger el sensor de vientos mayores a 5 Km./hora. El viento

sólo ayudará a mejorar los registros si no se encuentran estructuras de tamaño considerable en las cercanías del sitio escogido. Lluvia: Se deben evitar mediciones bajo lluvia muy fuerte. Se ha observado

que la lluvia leve no altera los registros por lo tanto mientras se mantenga la protección adecuada a los equipos, es posible realizar mediciones en ambientes con lluvias leves. Perturbaciones Meteorológicas: Indicar en la hoja de campo si las

mediciones se realizaron durante un evento de Baja Presión. Espaciamiento de las Mediciones:

este parámetro dependerá del tipo de estudio que

se desea realizar: Microzonificación:

Para estudios de microzonificación se recomienda realizar

mallados en la zona, realizando mediciones en líneas transversales y ortogonales siempre que sea posible. La separación entre cada punto de medición se recomienda en un principio de aproximadamente 100 metros, siempre y cuando las condiciones del terreno lo permitan. En caso de apreciar variaciones abruptas entre dos puntos de medición continuos se recomienda repetir las mediciones cada 50 metros en las áreas problemáticas. Esto a fin de poder inferir discontinuidades estructurales presentes en la zona. Como se sabe, el valor de Período Fundamental arroja una idea del posible espesor de sedimentos relacionado con la velocidad de onda de corte en el sitio. Por lo que se recomienda complementar las mediciones con algún método de caracterización de la estructura de la onda S. Pilar E. Cuadra M., 2007

108

Anexo 1

Respuesta individual del sitio: Para obtener la respuesta individual de un

área nunca se

debe usar una sola medida para obtener un f o, se deben realizar mínimo 3 mediciones con cierto espaciamiento entre ellas para posteriormente ser promediadas, esto siempre y cuando la variación entre los valores encontrados no se esté dentro de un rango muy amplio. Hora del día:

Dependiendo del sitio donde se realizarán las mediciones se debe

escoger la hora del día apropiada. Si el lugar seleccionado presenta flujo constante de vehículos, es preferible realizar la medición durante las horas de mayor tráfico, para que los registros no contengan señales transitorias. Si por el contrario se trata de una zona con poco flujo de vehículos es preferible realizar la grabación en las horas de la madrugada, con el fin de evitar los efectos del tráfico inconstante. Lo mismo se aplica a zonas cercanas a maquinarias en funcionamiento. Acoplamiento del sensor:

In situ:

- Es recomendable colocar el sensor directamente en el suelo cuando esto sea posible. - Se debe evitar colocar el sensor sobre suelos blandos como: lodo, gramas muy altas o suelos saturados después de la lluvia. Artificial:

- Se deben evitar bases de materiales blandos como goma espuma o similares. - En zonas con altas pendientes no será posible lograr la nivelación del sensor, se debe colocar el sensor sobre un contenedor lleno de arena que no refleje la inclinación del terreno. - En nieve o hielo instalar el sensor en una base metálica o de madera, o en un contenedor lleno de arena para evitar la desnivelación debido al derretimiento del hielo. o

Montaje del Equipo:

Lo primero es colocar el equipo en un lugar apropiado como se discutió en la sección Sitio de medición. Posteriormente se debe nivelar la base del sensor y encender el MR2002. Iniciar el Programa WINCOM20002 en el computador portátil que se este utilizando en campo y seleccionar la opción File y Direct Link para tener


109

Anexo 1

acceso al equipo MR2002. Usualmente se borran los registros anteriores ( Operate, Erase) y se realiza la corrección de línea base (Tests, Set Baseline ).

Abrir el menú Parameter, MR General: - Activar la función Ganancia (Gain) en la ventana General (Fig. 3). Esta opción activa un amplificador en el sensor MS2003+, lo que da como resultado un registro amplificado en una relación 1:50, por lo que el límite inferior de la medida ahora se expresa en m/seg. - Seleccionar la opción sync now from PC, yes . Esta opción establece el reloj del MR2002 de acuerdo a la hora de la computadora a la que esta conectada el aparato esto a fin de llevar un control exacto de las horas de adquisición de los equipos que después es utilizada al momento de concatenar los archivos en el programa de procesamiento. - Seleccionar un filtro conveniente entre los que se encuentran disponibles:

No. Filtro

s/s

Aplicaciones Típicas

1

Paso Bajo de 50 Hz.

200

Torres y Puentes

5


400

Edificios de Concreto

6

Pasa Banda de 4 a 80 Hz. (=KB(t)).

400

Acorde a DIN 4150/2

7

Filtro-KB con valor efectivo (=KB F(t)).

400

Acorde a DIN 4150/2

8


800

Estructuras Metálicas

Tabla 1:

Muestra los efectos de los filtros sobre el registro. Los filtros 1, 5 y 8 truncan la señal en las

altas frecuencias y no alteran las bajas frecuencias. El filtro 6 trunca la señal en las 2 frecuencias establecidas y el filtro 7 aplica un moving average como se define en DIN 4150/2.


110

Anexo 1

Fig 3: Ventana General

del programa Wincom2002.

Después se despliega la ventana de grabación “Recording Window” (Fig. 4) (Parameter, MR Recording) y se deben introducir los parámetros:

- Trigger desactivado. (Sólo el Software). - Limitar la longitud del archivo. El máximo es de 60 segundos y es la longitud recomendada. - Seleccionar el tiempo pre y post evento mínimo (1 segundo), este es el valor de tiempo entre cada uno de los registros de un minuto que conforman la medición total de la respuesta en un sólo punto. - Presionar Download para registrar los parámetros en el equipo MR2002. Posteriormente se abre la ventana Recording Mode y se selecciona la opción requerida de las 3 disponibles (explicadas anteriormente) que son: VM (Vibration Mode), KB mode (Time Averaged Window) y Blasting Mode. En el caso del registro de vibraciones naturales se utilizó VM Mode. Finalmente se debe abrir el Panel de Control (Fig. 5) y se realizan los siguientes pasos: - Eliminar todos los archivos previos. - Inicia la grabación en Recording.


111

Anexo 1

Fig 4: Ventana Recording del programa Wincom2002.

o

Duración de los Registros:

La longitud recomendada de grabación es de 10 minutos, divididos en 10 archivos de un minuto cada uno. Se considera que esta longitud es suficiente para obtener un registro representativo del sitio de medición. o

Descarga de los Datos:

Al finalizar las mediciones se deben descargar los registros adquiridos. Para esto se selecciona la opción Transfer, All Events. Se guardan en el directorio apropiado y se selecciona el nombre con el que se almacenarán los datos, por lo general según en grupo adquirido. Es importante destacar que no es necesario interrumpir la operación del MR2002 para realizar la transferencia de los datos.


112

Anexo 1

Fig. 5: Ventana Control Panel del programa

Wincom2002.

¿Qué esperar de las mediciones?

En base a experiencias previas, es posible ofrecer un resumen de los resultados obtenidos con la aplicación de este método bajo diferentes condiciones. El objetivo es ofrecerle al usuario una idea de los resultados que debería obtener, según la ubicación y el entorno del sitio escogido para realizar el estudio. Se presenta a continuación un breve resumen de las diferentes zonas de estudio y de los valores de Fo obtenidos para cada uno. Siempre es importante que antes de realizar la mediciones se estudie del entorno geológico de la zona y si se cuenta con ello, tomar en cuenta experiencias previas de caracterización, donde se haya incluido algún estudio sobre el cálculo de la velocidad de onda de corte o del espesor de sedimentos que arroje un estimado de los valores de Frecuencia Fundamental esperar. Esto es de gran ayuda para el interpretador cuando los picos del espectro H/V no son muy claros o de fácil reconocimiento. Extra-Urbano: La experiencia fue realizada en El Guapo, Municipio Páez, Edo. Miranda,

Venezuela. Esta zona se encuentra a aproximadamente 200 Kms. de la ciudad de Caracas. El estudio se realizó en el marco de la construcción de un estribo para la ampliación de la represa El Guapo. Se realizaron 11 puntos de medición, distribuidos en 4 líneas con una longitud de 100 metros cada una. A pesar de la presencia de maquinaria funcionando en los alrededores Pilar E. Cuadra M., 2007

113

Anexo 1

de la zona de estudio, se pudieron obtener datos de alta calidad que conllevaron a la obtención de resultados claros que fueron correlacionados y corroborados en base a otro tipo de estudios recomendados, como lo son EM34 y ReMi. Las frecuencias obtenidas y esperadas por lo general para este tipo de entornos están en el orden de los 1.5 Hz. y 2 Hz., que corresponden a Períodos de 0.66 seg. y 0.5 seg., respectivamente. Urbano: Esta experiencia fue realizada en un entorno urbano dentro de la ciudad de Caracas,

en la urbanización El Silencio y fue realizado con la finalidad de zonificar el área de estudio sísmicamente. En este caso se realizaron 3 mediciones y los resultados correspondientes a cada uno fueron promediados para poder asignar el valor de Período Fundamental del área. El valor de Frecuencia Fundamental obtenido en este caso fue de 2.25 Hz que equivale a un Período Fundamental de 0.45 s. Éste corresponde a una zona con moderado espesor de sedimentos, lo que también dependerá de la estructura de la velocidad de onda S obtenida en base a la aplicación del método ReMi en conjunto con el estudio de vibraciones naturales. Zonas Costeras: Esta experiencia se realizó en el pueblo de Chuao, Municipio Santiago

Mariño en el estado Miranda. Y se realizaron 5 mediciones distribuidas sobre el área de estudio con el fin de caracterizar sísmicamente la zona. El valor de Frecuencia Fundamental obtenido fue de 2.95 Hz., lo que se traduce en un Período Fundamental de 0.33 seg. Esto se traduce, en conjunto con los datos correspondientes a la estructura de la velocidad de onda S, en un espesor de sedimentos relativamente reducidos y suelos firmes medio densos hasta densos.

Procesamiento de los Datos:

Secuencia de Procesamiento: •

View 2002:

El procesamiento de los registros se realizó en este programa que es el recomendado por la empresa Syscom creadora del equipo empleado en la adquisición y se realiza siguiendo los pasos que se explican a continuación. Durante la explicación de cada paso, se darán Pilar E. Cuadra M., 2007

114

Anexo 1

recomendaciones para su puesta en práctica basadas en la experiencia en el manejo del programa. El procesamiento y la interpretación de los datos de Vibraciones Naturales dependen mucho de la habilidad de procesador y el intérprete por lo que los criterios de selección y procesamiento deben ser establecidos previamente. Carga de los datos y selección de los registros: 

Iniciar el programa, presionar View (Fig. 6) y seleccionar Signal File.



En la sección File seleccionar Open VMR-File. Seleccionar el directorio donde se encuentran los datos, seleccionar el registro que se quiera observar.



En la pantalla se verán los registros correspondientes a cada canal del geófono ya que se activó la opción View en un principio. Una vez visualizadas las señales se deben revisar las escalas verticales de los registros, éstas deben estar dentro del rango apropiado, adaptado al tipo de medición que se esté realizando, en el caso de los microtremores esta escala debe estar dentro del rango de 0 a 10 µm/s. Todos lo registros de un minuto correspondientes a cada sitio de medición deben tener la escala dentro del mismo rango, si alguno sale del rango establecido implica que durante el momento de su grabación se registró algún evento puntual que lo alteró. Se debe visualizar ese registro anómalo seleccionándolo y presionando Signal. Si la variación es muy amplia se recomienda eliminar ese registro de la secuencia antes del procesamiento.

Fig. 6: Ventana de inicio


del programa View2002.

115

Anexo 1



Para obtener un valor general de Frecuencia para cada sitio se debe, primero realizar una concatenación de todos los archivos, una vez que estos fueron revisados durante el paso previo. Para esto se debe seleccionar la opción Concatenate, Concatenate All que se encuentra en la barra de herramientas principal. A esta opción se le puede aplicar la secuencia de procesamiento completa que se explica en los próximos pasos.



Una vez revisadas las escalas y que se visualizaron las señales concatenadas se debe seleccionar cada registro (siempre que presente rangos moderados de variación vertical). Se deben evitar grandes eventos puntuales o fuentes de ruido repetitivo, como por ejemplo la causada por maquinaria pesada. Lo ideal durante el procesamiento sería poder trabajar con toda la longitud del registro sin necesidad de eliminar ninguno de los archivos y poderlo dividir en ventanas que puedan ser seleccionadas por el usuario, que permitan eliminar los “spikes” o pulsos anómalos, causados por la presencia de eventos puntuales en los registros. En el programa View2002 esta opción no se encuentra encuentra disponible, la selección selección de las ventanas “limpias” debe hacerse escogiendo un intervalo que por lo general representa de 10 a 20 segundos del registro total de un minuto, pero no se considera que este intervalo sea siempre representativo de la medición realizada, ya que algunas frecuencias pueden estarse perdiendo. Lo ideal es realizar registros con la mayor longitud posible, para tratar de obtener “ventanas limpias” más amplias y así perder la menor cantidad del contenido de frecuencias.


116

Anexo 1

Fig. 7: Ventana Principal del programa View2002. Se observan las 3 señales correspondientes a cada

uno de los ejes.

A partir de este punto, los pasos listados a continuación son equivalentes para realizar



el procesamiento a las señales por separado o concatenadas. Análisis de Frecuencias Frecuencias 

En el menú principal, se debe desplegar el comando Frequency Domain y seleccionar la opción Amplitude Spectrum. Seleccionar las opciones de preferencia según la aplicación que se este usando. En este caso es necesario visualizar el espectro de amplitud que es el que conlleva al análisis de H/V. El resto de las opciones a seleccionar son Ajuste de la Señal o Signal Adjustment donde se escoge entre Truncate o Stuff with Zero y el tipo de ventana o Window donde las opciones son No Windows o Hanning Window, opción que corrige por medio de ventanas la no periodicidad de la señal.


117

Anexo 1

Fig. 7: Ventana para la selección de parámetros en



el análisis de frecuencias.

El resultado que se obtiene representa el espectro de amplitud (=Raíz Cuadrada del

Espectro de Potencia) para cada una de las 3 componentes, pero para todo un amplio rango de frecuencias. Como nuestro rango de interés está entre 0 y 10 Hz. (ya que este es el rango de acción de los microtremores) seleccionamos en la opción Zoom el rango entre 0 y 10 Hz. Posteriormente se realiza un suavizado del espectro visualizado (el objetivo de esta opción es el obtener curvas más limpias y libres de frecuencias superpuestas), de esta manera se eliminan los picos transitorios y que no representan la verdadera respuesta del sitio que se está evaluando. Esto se realiza pulsando Smooth 1 a 2 veces. Para las señales concatenadas se debe realizar un suavizado mayor, colocando el valor del Smooth en 100 o 200. 

Ahora el programa nos muestra las tres componentes, una vertical y dos horizontales, que son necesarias para calcular el H/V. El comando que realiza esta operación es Evaluate que se encuentra en la barra de herramientas, en el menú que ésta despliega se debe escoger la opción Ratio.


118

Anexo 1

Fig. 8: Ventana con el espectro de amplitud. Ya se

muestra suavizado y con zoom aplicado

Fig. 9: Ventana de selección entre cociente Normal y Nakamura.



En la nueva ventana que se muestra, aparecerá el espectro de amplitud vs.

Frecuencia correspondiente a la relación seleccionada (Nakamura, Ch1/Ch3, Ch2/Ch3). A continuación se selecciona el mayor de los picos. Éste no siempre se observa muy claramente, por lo general, según la calidad de los registros aparecen varios picos que pueden tener por lo general origen industrial o pueden ser originados por la aparición de otros modos de la onda Rayleigh. La finalidad de realizar la concatenación de los archivos, es observar más claramente el pico real ya que esta opción representa la Pilar E. Cuadra M., 2007

119

Anexo 1

totalidad de respuesta y cubre la totalidad de los registros arrojando como resultado un pico más claro. A partir del valor de frecuencia de este pico observado en la concatenación se puede realizar más claramente su escogencia en cada archivo. Luego se procede a seleccionar el valor final del punto estadísticamente a partir del valor de la media aritmética de los resultados para cada archivo. Los valores obtenidos del promedio de cada registro por separado y los archivos concatenados deben ser bastante similares. La única diferencia entre las dos opciones es que para el análisis de cada registro por separado pueden eliminarse parte de los archivos que presenten variaciones verticales no muy amplias (con la opción Zoom explicada previamente), que podrían afectar al espectro de respuesta del sitio. Sin embargo, las diferencias no deben ser muy grandes. En ciertos casos se observan variaciones en los valores de la frecuencia fundamental de hasta 0.5 Hz cuando se dejan los eventos puntuales en el concatenado y luego se eliminan en los registros por separado.

Fig. 10: Ventana correspondiente al análisis de frecuencias posterior al cálculo del radio de H/V.

Problemática del Programa y Sugerencias:

o

El programa VIEW2002 no permite la selección de ventanas de tiempo dentro de los registros. Esto ocasiona que registros que contienen eventos puntuales de gran amplitud deban ser eliminados, con lo que se pierde un cierto contenido de


120

Anexo 1

frecuencia, esta pérdida puede incidir en la obtención del valor real del pico de Frecuencia Fundamental. En este caso se sugiere agregar al programa una rutina que permita la selección, manual o automática, de ventanas de tiempo dentro de la señal, éstas permitirían excluir del análisis los eventos cuyas amplitudes sean muy superiores al resto de la señal y concatenar estas ventanas seleccionadas para realizar el Signal Processing con ventanas estables. o

En algunos casos, al concatenar los 10 archivos, con longitud de un minuto, correspondientes al registro de un sitio, el programa muestra un mensaje de error informando al usuario que el registro es muy largo y que debe cerrarse. En estos casos inevitablemente se debe cerrar el programa porque no existe ninguna opción adicional que permita corregir el error. Se sugiere revisar y corregir la rutina de concatenado, colocando especial atención a la subrutina que emplee la longitud de los registros.

Espesor Resonante (Profundidad substrato en caso de cobertura aluvial)

Los períodos determinados en conjunto con la velocidad medida permiten estimar el espesor resonante (H) de los depósitos sedimentarios, el cual relaciona VS30 con el período natural de vibración (T) mediante la relación (Field et al, 2001): H = VsP * T / 4

ó T = 4*H/VsP

(Conociendo la profundidad del substrato podemos definir el Período Fundamental) Donde: H = espesor unidad sísmica resonante (aluviones) en metros T = Período Natural de Vibración (Fundamental) en segundos (con syscom) VsP= Promedio Ponderado de la Vs, puede ser calculado a partir de la estructura de la velocidad de onda S obtenida a partir del método ReMi.


121

Apéndice A

APÉNDICE A

MÉTODO ELECTROMAGNÉTICO (EM-34)

El electromagnetismo en el dominio de la frecuencia, es una técnica efectiva y ampliamente usada por investigaciones ambientales, hidrológicas y geotécnicas por su capacidad de medir en forma rápida y robusta la conductividad del subsuelo. En el caso de esta investigación, el método electromagnético (EM-34) ha sido seleccionado al fin de caracterizar la presencia de potenciales cuerpos de lutitas alternadas a formaciones de areniscas presentes en la zona de estudio.

En la aplicación de la técnica bobinas, llamadas dipolos magnéticos, son usadas como transmisoras y receptoras. En la primera se genera un campo magnético, primario que induce en el subsuelo un campo magnético secundario que es medido por la bobina receptora. Varias configuraciones son usadas para diferentes aplicaciones. Pares de bobinas pueden ser usadas en configuración co-planar vertical y/o horizontal con posibilidad de variar tanto la distancia entre las bobinas, como las frecuencias. En el caso de la configuración empleada en este proyecto, la separación entre bobinas (dipolos) y las frecuencias utilizadas permitió operar en condiciones de bajo número de inducción, factor que permite medir directamente la conductividad del subsuelo. Los principios de funcionamiento se encuentran esquematizados en la figura #A.1 que se presenta a continuación:

Metodología de adquisición de Electromagnético EM34: Este método fue realizado con el objetivo de realizar el enlace de los datos obtenidos de la sísmica. Al aplicarlo, este arroja valores de conductividad de los suelos a diferentes Pilar E. Cuadra M. 2007

121

Apéndice A

profundidades según el tipo de configuración que se utilice, lo que otorga al interpretador una idea del tipo de litología que pudiera estar presente.

Figura # A.1: Método Electromagnetico (EM-34), principios de funcionamiento.

Instrumentación 

Geonics EM-34 XL

Software de Procesamiento 

EMIX34Plus

Parámetros de adquisición 

Configuración Medidas: HMD (Horizontal Magnetic Dipole) y VMD (Vertical Magnetic Dipole)


122

Apéndice A 

Cantidades Medidas: Conductividad en milisiemens milisiemens por metro (mS/m)



Separación entre dipolos Tx y Rx y frecuencias: 10m (6.4 Hz) y 20m (1.6 Hz)



Intervalos entre medidas: 10m

Ubicación Medidas Las medidas fueron tomadas igualmente sobre las líneas construidas para tal fin, con este método si fue posible adquirir en la zona N-E de la línea 1 (LS5) ya que las características del EM34 lo hacen adaptable a este tipo de terrenos. La ubicación de las medidas puede observarse en la figura #A .2.

Figura #A.2. Método Electromagnetico (Geonics EM-34), líneas de adquisición.


123

Apéndice A

Resultados del método electromagnético (em34): Las Figuras #5.12 A-D representan los datos de conductividad representados en secciones en función de una profundidad teórica relativa a las varias separaciones entre dipolos y frecuencias relativas (ver Fi gura #3.6). Las Figuras #5.13 A-D representan los datos de conductividad representados en mapas iso configuración / profundidad de investigación. La Figura #5.14 muestra los mapas precedentemente descritos en forma apilada (stacked ) al fin de permitir una visualización espacial correlacionada de las anomalías.

Figura #A.3a. Metodo Electromagnetico Electromagnetico (Geonics EM-34), Linea 1 Pseudosecciones HMD y VMD. Esta línea pone en evidencia una zona, en el lado N-O, caracterizada por alta conductividad. Esto corresponde corresponde a material material blando poco compactado rico en agua asociado posiblemente a lutita o material arcilloso presente en el área. Esta zona corresponde perfectamente con el área de baja velocidades de ondas de corte observadas a partir de la Pilar E. Cuadra M. 2007

124

Apéndice A

sísmica. Valores bajos de conductividad (alta resistividad) son observados en el lado sur este de la línea.

Figura #A.3b: Método Electromagnetico Electromagnetico (Geonics EM-34), Linea 2 Pseudosecciones HMD y VMD.

Similarmente a la pseudosección anterior y a la sísmica, se evidencia la presencia de un material conductivo / blando en la parte N-O de la pica.


125

Apéndice A

Figura #A.3c. Método Electromagnetico (Geonics EM-34), Linea 3 Pseudosecciones HMD y VMD.

Esta línea, especialmente en la configuración VMD, muestra conductividades más bajas lo que indica la presencia de una unidad geológica más competente.

Figura #A.3d. Metodo Electromagnetico (Geonics EM-34), Linea 4 Pseudosecciones HMD y VMD.


126

Apéndice A

También esta línea, especialmente en la configuración VMD, muestra conductividades mas bajas por debajo de los 15m, a indicación de una unidad geológica más competente. Este mapa, correspondiente a una profundidad de investigación de -7.5m, muestra claramente una diferenciación entre el lado N-O y S-E del área de estudio. Dos dominios son claramente identificados en superficie. Uno mas conductivo en el lado N-O y uno mas resistivo en el lado S-E.

Figura #A.4a. Mapa de conductividad HMD10 correspondiente a aproximadamente -7.5m de profundidad.


127

Apéndice A

Figura #A.4b. Mapa de conductividad HMD20 correspondiente a aproximadamente -15m de profundidad.

A profundidad de -15 m, en configuración HMD, se refleja la imagen del mapa correspondiente a la figura #5.13 B.


128

Apéndice A

Figura #A.4c. Mapa de conductividad VMD10 correspondiente a aproximadamente -15m de profundidad.

A profundidad de -15 m, en configuración VMD, se refleja la imagen de los mapas sísmicos y de vibración donde una anomalía de conductividad corresponde a una zona con bajas velocidades de ondas de corte.


129

Apéndice A

Figura #A.4d. Mapa de conductividad VMD20 correspondiente a aproximadamente -30m de profundidad.

A profundidad de -30 m, en configuración VMD, se refleja la misma imagen del mapa anterior, e iso líneas de conductividad parecen marcar discontinuidades estructurales en la parte central del área de estudio.


130

Apéndice A

Figura #A.5: Mapas de conductividad y topografía apilados.


131

Tesis de Geofisica

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