Efecto del stacking en mediciones MASW

La determinación del perfil de ondas de corte en los suelos, es una tarea no siempre facil, especialmente en terrenos arenosos y con presencia de napa, por lo que no siempre es suficiente la realización de un ensayo MASW para su determinación.

Sin embargo, es factible mejorar la calidad de las mediciones tipo MASW, mediante algunas técnicas como el Stacking o apilamiento.

El stacking se puede realizar en tiempo o en frecuencia, es decir, se puede apilar el sismograma o bien apilar las curvas de dispersión.

Así, el alumno de Ingeniería Civil de la Universidad del Biobío, José Valdez,  como parte de su trabajo para obtener el título de Inheniero Civil está estudiando el efecto del stacking en suelos arenosos. 

Por eso, hace algunos días se hizo una medición de ondas superficiales, en un terreno ubicado en el sector San Vicente de la comuna de Talcahuano, en que aparte de las mediciones Masw, necesarias para el estudio, se ejecutaron ensayos tipo REMI y ESAC.

Para el stacking de tiempo, se consideraron, en este sitio, seis (6) mediciones tipo MASW, para poder hacer varios apilamientos. el análisis preliminar de las curvas de dispersión entrega los siguientes resultados preliminares:

Curva expermiental obtenida con el apilamiento de dos archivos MASW:

Curva experimental obtenida con el apilamiento de tres archivos MASW:

Curva experimental obtenida con el apilamiento de cuatro archivos MASW:

Curva experimental obtenida con el apilamiento de cinco archivos MASW:

Curva experimental obtenida con el apilamiento de seis archivos MASW:

De la simple observación de los gráficos, se puede ver que la resolución aumenta al ir agregando mas archivos al análisis, esto porque se produce una limpieza en la onda principal, eliminándose el ruido ambiental.

Sin embargo, también, se puede ver que el rango de resolución para el método MASW, está sobre los 8 a 10 Hz, y que al asociar está frecuencia a la velocidad de fase obtenida, entrega una profundidad aproximada de la exploración del orden de 20 m, por lo que nuevamente se hace necesario el incluir mediciones como REMI o ESAC.

Nota: Los datos de terreno fueron tomados con el dispositivo DOREMI de SARA Electronics Instruments (www.sara.pg.it), utilizando 18 geófonos espaciados cada 3 m, con un arreglo de 51 m en total. El análisis, fue realizado con el software de Vitantonio Roma (www.masw.it).

Disposición de Geófonos en Método ESAC

El método ESAC, es una derivación del método SPAC, el cual está desarrollado en base a una matriz circular de geófonos.

La ejecución del arreglo circular de geófonos en terreno, no siempre es facil de realizar e implica tiempo de ejecución del cual no siempre se dispone. ESAC, por su parte, permite utilizar configuraciones variadas de geófonos en planta, esta situación llevó al desarrollo de una investigación en la Universidad del Biobio, como parte del proceso de titulación de la Alumna Cristina San Martín.

La investigación considera como base (patrón) la matriz circular, y luego, se desarrollan matrices de geófonos con forma de L, C y CA, derivadas de la matriz lineal utilizada previamente en los ensayos Remi y Masw. Las matrices utilizadas, se muestran en la siguiente imagen:

En el arreglo circular, se utilizaron 16 geófonos y en el resto de los arreglos, se utilizaron 18 geófonos. Se tomaron al menos tres registros de datos, cuya recolección fue realizada con el equipo DOREMI de SARAelectronics instruments. Los archivos fueron procesados con el paquete de Software Geopsy.

Por lo general, en una curva de dispersión, la zona entre los 5 y los 12 Hz, es una zona de incertidumbre en la determinación de la curva aparente., lo que se puede visualizar en el siguiente gráfico:

La zona de frecuencias bajas, queda cubierta por REMI y la zona de frecuencias sobre 10 a 12 Hz, queda cubierta por MASW.

Los resultados obtenidos en la investigación, muestran claramente que la matriz circular (Patrón SPAC) entrega resultados muy definidos en la zona de 4 a 12 Hz,  lo que se pierde, en la matriz con forma de L. Las matrices C y corchete (CA), entregan resultados con mejor resolución.

Considerando el tiempo invertido en la generación de la matriz en terreno (a partir de la  matriz lineal) y la variación de los resultados obtenidos con Geopsy, al compararlos con el patrón circular,  se concluye que la matriz C es la que entrega los resultados más optimos,

En la exposición realizada por la alumna, quedaron planteadas una serie de inquietudes tendientes a mejorar la resolución de las configuraciones más básicas, esto es, aumentar el espaciamiento entre los geófonos, aumentar el tiempo de medición, etc.

Determinación de ondas de Vs30 en Negrete

Uno de nuestros ultimos trabajos, fue la realización de ensayos Masw, Remi y Esac, para medir las ondas superficiales y determinar el Vs30 en un sitio ubicado en la comuna de Negrete y en donde se instalará un parque de aerogeneradores eléctricos.

La construcción del parque, está a nivel de proyecto y se necesitaban algunos antecedentes básicos para continuar con el estudio, como es la clasificación sísmica del terreno.

El lugar elegido, corresponde a un punto en que se instalará una de la torres y allí se realizaron dos arreglos lineales de geófonos (MASW - REMI) como se ve en la fotografía  y un arreglo bidimensional (ESAC) en forma de L, que toma parte del arreglo lineal 1 y del arreglo lineal 2.

Para los arreglos lineales se utilizaron 18 geófonos  de sensibilidad vertical y 4.5 Hz, en el caso del arreglo tipo L, se utilizan 15 geófonos. El equipo utilizado es un DOREMI de Sara, con capacidad hasta de 64 canales.

Para el ensayo Remi, se utilizó una alta sensibilidad en los geófonos, ya que el ruido ambiental en el sector es muy bajo y en con la "ganancia" formateada en el equipo, las amplitud de mediciones era muy bajas.

Uno de los archivos utilizados tiene el siguiente registro gráfico:

En el caso de la medición Masw, el registro gráfico es el siguiente y se puede ver, que practicamente no existe dispersión en los resultados.

Con estos dos ensayos y la medición ESAC, se realiza el análisis combinado, es decir, en una misma curva de dispersión se inserta el tramo Masw, que en general entrega información confiable sobre los 12 Hz, el ensayo Remi, que entrega información en la zona entre los 4 y los 8 Hz y el ensayo ESAC, que permite el enlace entre los dos ensayos, con información entre los 4 Hz y los 15 hz de frecuencia.

La curva de dispersión combinada se puede ver en la siguiente gráfica, en que los puntos rojos representan la respuesta obtenida con el ensayo Masw, la zona de colores amarillos y rojos, muestra la respuesta en baja frecuencia de Remi.

Los puntos verde oliva, son la respuesta MASW y los puntos verde oscuro, permite hacer el "picking" y obtener la curva experimental, con la cual se realiza la inversión y luego, la determinación de la estratigrafía del subsuelo.

La inversión, realizada con el software Masw, entrega el siguiente perfil estratigráfico de velocidades y el análisis ponderado de las velocidades, versus el espesor de los estratos, entrega una Vs30 de 452m/s.

En el otro sentido (arreglo perpendicular), los resultados, fueron muy similares, lo que muestra un suelo homogeneo.

Los resultados del ensayo SPT, muestran un primer estrato de arena suelta y luego estratos con rigidez creciente.

El impacto de las mediciones ESAC en la determinación de Vs30

Con la alumna tesista de la Universidad del Biobio, Cristina San Martín, estamos analizando el impacto del ensayo ESAC en la determinación de la curva de dispersión y luego de la Vs30, para la clasificación sísmica del suelo, de acuerdo al Ds 61.

La idea es evaluar la disposición en planta de geófonos, que entregue una mejor aproximación al enlace entre la respuesta MASW y REMI, esto es, entre los 8 Hz y los 15 Hz.

Se están utilizando distintas formas como "L", "C", "CA", tomando como base el círculo, que es como se derivó el método. En los ensayos, se están utilizando 18 geófonos de sensibilidad vertical y 4.5 Hz.

Hasta el momento, se han realizado, dos ensayos, los que están siendo procesados. Está pendiente la realización de un tercer ensayo, para empezar a ver las conclusiones.

Los datos, están siendo tomados con el equipo DOREMI de Sara electronics y el análisis está siendo realizado con el software Geospy y paralelamente con el software MASW.