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Estudio de la Onda Rayleigh aplicando el Método de Refracción por microtremores
(ReMi) para caracterizacion de sitio
Ing. Paul Gálvez
Desde hace 50 años existen aplicaciones sismológicas para la caracterización de la corteza y estructura del manto superior, ondas ultrasónicas Rayleigh para la caracterización del material e ingeniería. Análisis Espectral de Ondas Superficiales (SASW) (Nazarian y Stokoe, (1989). Análisis Multicanal de Ondas Superficiales (MASW) (Park et al., 1999). Métodos pasivos usando microtremores (Kanai, 1954 y Horike, 1985). Métodos de Autocorrelación Espacial (SPAC) y FK para determinar las velocidades de las ondas de cizalla. El método Refraction Microtremor (ReMi) (Louie, 2001) ha sido empleado en diferentes aplicaciones en EEUU, Japón, Italia y España.
ANTECEDENTES
Ruido Señal = “Microtremors”
MicrotremoresMicrotembloresMicrovibracionesVibración ambiental Ruido cultural
MICROTREMORES
Períodos largos (<0,3-0,5 Hz)Períodos intermedios (0,3-0,5 y 1 Hz)Períodos cortos (1-30 Hz)
Tomado de Hayashi, 2005
Sísmica tradicional
CONCEPTOS BÁSICOS DE ONDAS
Tomado de Granda, 2005
Introducción a las Ondas Superficiales
• En los últimos años el análisis de las ondas de
corte, ha asumido un rol importante para la
caracterización de sitio.
• Elemento fundamental en estudios geotécnicos
aplicados a ingeniería civil y microzonificación
sísmica.
•Problemáticas de la investigación de propiedades
fisicas del subsuelo en áreas urbanas e industriales
(logistica, ruido cultural y geologico, limitaciones
ambientales y de seguridad, profundidad de
investigacion).
•Permite la optimización de los esquemas de
diseño de las edificaciones
Italia
España
Usa
Japón
Korea
VELOCIDAD FRECUENCIA AMPLITUD
ONDAS RAYLEIGH
ONDAS P Y SVGROUND ROLL
Tomado de Granda, 2005
Principales Características
Comportamiento dispersivo (en medios no Homogéneos)
Se transmiten en la superficie. Relación directa con Vs. Su amplitud disminuye con la profundidad. Se encuentran en el ruido sísmico ambiental.
Source
Long wave length
Short wave length
ONDAS RAYLEIGHPrincipales Características
Técnicas SASW y MASW
Fuente transitoria (4 a 100 Hz)
Técnica ReMi
Fuente de Microtremores (1 a 10Hz)MÉTODOS PASIVOS
HÍBRIDO
Fuente de ruido ambiental o inducido (2-30 Hz)
Técnica de Arreglo de Microtremores
MÉTODOS DE ONDAS SUPERFICIALES (SWM)
MÉTODOS ACTIVOS
REFRACCIÓN MICROTREMORES (ReMi)
Microtremores Fuente Sísmica
Se basa en dos ideas fundamentales:
1. Equipo común de refracción sísmica estándar para la adquisición.
De un registro distancia-tiempo (x-t) a un registro lentitud-frecuencia (p-f)
2. Una transformada lentitud - frecuencia (p- f).
Traza sísmica Transformada p-t Transformada de Fourier (t-f)
JOHN LOUIE (2001)
Transformación p-t o “Slant-stack” (Thorson y Claerbout, 1985)
PROCESAMIENTO REMI
ANÁLISIS ESPECTRAL DE VELOCIDAD
Transformada de Fourier p-f (McMechan y Yedlin, 1981)
Tomado de Pullammanappallil, 2004
Espectro de potencia
Picks de dispersión
PROCESAMIENTO REMI
ANÁLISIS ESPECTRAL DE VELOCIDAD
Tomado de Pullammanappallil, 2004
PROCESAMIENTO REMI
SELECCIÓN DE LA DISPERSIÓN DE LA VELOCIDAD DE FASE RAYLEIGH
Tomado de Pullammanappallil, 2004
MODELADO ITERATIVO DE VELOCIDAD DE ONDA DE CIZALLA
PROBLEMAS POSIBLES :Realizar “picks” en los modos más altos de onda Rayleigh.Falta de información de Vp o densidades Tomado de
Pullammanappallil, 2004
PROCESAMIENTO REFRACCIÓN MICROTREMORES (REMI)
Análisis Espectral
Modelo de Velocidad de onda S Vs30
Vs500
Rigidez (G)
Qa
Fa
para obtener
Aliasing
Dispersión de la Onda Rayleigh
REFRACCIÓN MICROTREMORES (REMI)
Arreglo lineal de geófonos verticales de onda P grabando ruido ambiental
Número de registros: 5 a 10 registros de ruido de fondo.Longitud de registros: 15 a 30 segundos de longitud. Número de canales: 12 ó 24 canales.Intervalo de muestreo recomendado: 2 milisegundos. Frecuencias de corte: Inferior (4 Hz o menos) Superior (mitad de la frecuencia de muestreo)
SWM: HÍBRIDO ENTRE ACTIVOS Y PASIVOSADQUISICIÓN (ReMi)
Ejemplos de curvas de dispersión
Argenta Calle LimacheSep Geófono: 4mFuente: Combo y plancha de acero
Phillipi, PlaceresSep Geófono: 3mFuente: Combo y plancha de acero
Copec CoquimboSep Geófono: 4mFuente: Combo y plancha de acero
Litorina ReñacaSep Geófono: 2mFuente: Combo y plancha de acero
Tomado de Gálvez, 2012
Tomado de Gálvez, 2012
Tomado de Gálvez, 2012
Tomado de Gálvez, 2013
Ejemplos de curvas de dispersión
Agua Santa, Viña del MarSep Geófono: 4mFuente: Combo y plancha de acero
Calle Progreso Villa AlemanaSep Geófono: 4mFuente: Combo y plancha de acero
Llay LlaySep Geófono: 4mFuente: Combo y plancha de acero
CaleraSep Geófono: 4mFuente: Combo y plancha de acero
Tomado de Gálvez, 2013
Tomado de Gálvez, 2013
Tomado de Gálvez, 2013
Tomado de Gálvez, 2013
Ejemplos de curvas de dispersión
OvalleSep Geófono: 8mFuente: Combo y plancha de acero
Rancagua Sep Geófono: 3mFuente: Combo y plancha de acero
1 Norte Viña del MarSep Geófono: 4mFuente: Combo y plancha de acero
CCTVAL USMSep Geófono: 4mFuente: Combo y plancha de acero
Tomado de Gálvez, 2013
Tomado de Gálvez, 2013
Tomado de Gálvez, 2013
Tomado de Gálvez, 2013
Page 19
Refraction Microtremor (ReMi)Características
Técnica híbrida
Equipo de refracción estándar
El modelo generado corresponde al punto central del tendido.
Permiten obtener modelos 1D y 2D
Mayor profundidad de penetración
Sencilla y fácil implementación
Funciona mejor en áreas muy ruidosas
Detecta inversiones
Ventajas
• Calidad Profesional en:
• Adquisición de datos
• Procesamiento
• Análisis espectral
• Obtención de la curva de dispersión
• Obtención de la distribución de Vs
00.05 0.1
0.15 0.20.25 0.3
0.35 0.40.45 0.5
0.55170220270320370
Curva de dispersión de las Ondas Rayleigh
Periodo [s]
Velo
cidad
[m/s
]
Aplicaciones
• Vs30-VsP & Vs500m/s
• Descripción estratigrafía sísmica
• Profundidad sustrato
• Detección de estructuras geológicas y
zonas de relleno
• Clasificación de suelos
• Caracterización de sitio y zonificación
• Rippabilidad - Excavabilidad
• Potencial de licuefacción
• Módulos elasto-dinámicos
• Cálculo del factor de amplificación
• Espectros de respuesta elástica
• Vs30
• Vs500
• VsP
• Capacidad de Carga Permisible (Qa) [kPa]
• Factor de Amplificacion (Fa)
Clasificación de Suelo según Vs 30
RippabilityVelocidad de Ondas
Sísmicas (m/s)(Rucker y
Fergason, 2006)
Excavadora/BulldozerTipo & Potencia(Cat,1984, 1993)
Erodabilidad/Indice de Excavabilidad
(Kristen, 1982, 1986:NRCS, 2001)
Flujo de Potencia del Umbral de Erosión,
KW/m2 (Annandale, 1995)
Onda S < 230Onda P < 460
Pala de Mano < 0.01 Muy Erosionable
Onda S (230 - 460)Onda P (460 - 910)
Pico & Pala 0.01 - 0.099 Muy Erosionable - 0.2
Onda S (460 - 550)Onda P (910 -1070)
Cat 325BL 168Hp 125KW Cat D6D 136Hp 101KW
0.1 - 0.99 0.2 - 1.0
Onda S (550 - 640)Onda P (1070 - 1280)
Cat 330BL 222Hp 165KWCat D7G 200Hp 149KW
1.0 - 9.99 1.0 - 5.0
Onda S (640 - 910) Onda P (1280 - 1800)
Cat 345BL 321Hp 239KWCat D8L 335Hp 249KW
10 - 99 5.0 - 30
Onda S (910 - 1100)Onda P (1800 - 2200)
Cat 375 428Hp 319KWCat D9L 460Hp 342KW
100 - 999 30 - 200