estudio de ondas rayleigh

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

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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