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.

Capacitación

El sábado 29 de noviembre, estuve en Santiago de Chile, con INDICA Ingenieros, haciendo la capacitación en el uso del equipo DOREMI de la empresa italiana SARA Electronics Instruments y que permite realizar los ensayos para la determinación de la velocidad de onda de corte y luego, realizar la clasificación del suelo, de qcuerdo a lo indicado en el DS61.

En la ocasión pudimos ver las características y capacidades del equipo DOREMI, su forma de uso y lo principal, realizar algunos ejercicios en terreno para ensayos Remi, Masw y Esac.

Las pruebas se ejecutaron en un terreno ampli, en la comuna de Quinta Normal, lo  que permitió extender los arreglos lineales para Masw y Remi.

Se analizó el esquema de disposición de geófonos, algunos tips, para la realizacíón más rápida de los ensayos y la detección de los errores típicos que suceden en terreno y que pueden malograr una medición.

Posteriormente, analizamos los resultados obtenidos en terreno, con distintos programas (Masw, Geopsy, EasyMasw), de manera que la empresa pueda tomar la decisión de compra del software mas adecuado a sus gustos.

También pudimos ver en funcionamiento el equipo Geobox SR04 de Sara Electronics Instruments, que permite la medición de vibraciones en tres direcciones, lo que posibilita, mediante el método de Nakamura, medir el periodo del suelo, discutir acerca del procesamiento de estas señales, los distintos softwares que existen para este fin y el criterio SESAME, que se utiliza en Europa para esta medición.

Nuevas Mediciones

Los ultimos días han sido bastante movidos. Nos ha tocado hacer mediciones en distintos lugares como Chimbarongo, Lontué, Curicó, Concepción, etc,

En todos los casos se han realizado mediciones de tipo MASW y mediciones de tipo REMI. Está claro que los suelos del valle central son mucho mejores que los suelos de la zona costera de concepción y luego, la velocidad de onda de corte es mayor.

En chimbarongo, encontramos un suelo muy rígido, lo que quedó en evidencia desde la primera medición tipo MASW, ya que el sismograma no presentó ningun tipo de dispersión, tal como se puede ver en la siguiente imagen.

Este resultado de terreno, da luces acerca de la claridad con que se podrá hacer posteriormente la determinación de la Vs30 y el perfil estratigráfico.

Ahora bien, en otros terrenos, como el mostrado en la imagen y que corresponde a un sector dentro de la ciudad de Concepción, la situación no es tan clara ya que el fenómeno de dispersión se presenta en conjunto con el ruido ambiental.

La observación  de este comportamiento en terreno, permite definir la necesidad de realizar nuevas mediciones u otro tipo de ensayos que permitan un análisis menos engorroso.

La sola observación de los sismogramas, muestra cual terreno, tiene mayor velocidad de onda de corte, ya que las pendientes que se pueden trazar en las lecturas, son totalmente distintas

Capacitación

Este fin de semana, estuve en Santiago de Chile, con VS Ingeniería Limitada, haciendo la capacitación en el uso del equipo DOREMI de la empresa italiana SARA Electronics Instruments y que permite realizar los ensayos para la determinación de la velocidad de onda de corte y luego, realizar la clasificación del suelo.

En la ocasión pudimos ver las características y capacidades del equipo DOREMI, su forma de uso y lo principal, realizar algunos ejercicios en terreno para ensayos Remi, Masw y Esac.

Las pruebas se ejecutaron en un terreno amplio que permitió extender los arreglos lineales para Masw y Remi, además de un arreglo bidimensional para ESAC. Se analizó el esquema de disposición de geófonos, algunos tips, para la realizacíón más rápida de los ensayos y la detección de lops errores típicos que suceden en terreno. 

Posteriormente, analizamos los resultados obtenidos en terreno, con distintos programas, de manera que la empresa pueda tomar la decisión de compra del mas adecuado.

Nuevas Mediciones

En el ultimo tiempo hemos estado desarrollando una serie de mediciones en distintas partes del sur de Chile y asesorando a algunos clientes que han comprado equipos SARA.

En cada una de las mediciones, hemos mantenido el esquema de realización de ensayos MASW, Remi y eventualmente ESAC, dependiendo de las condiciones del sitio.

Ensayo en Machalí

En la ciudad de Machalí, se construirà prontamente un loteo de 120 viviendas sociales, para familias del sector, por lo que tuvimos que realizamos las mediciones tendientes a obtener la Vs30 y luego la clasificación del suelo.

Los arreglos utilizados son lineales, con 18 geófonos espaciados cada 3.0 m

En general, estos terrenos presentan una muy buena calidad, por lo que no es necesario hacer ensayos adicionales, lo que se puede leer directamente del sismograma y su poca variabilidad y dispersión.

La lectura adecuada del sismograma recién obtenido, permite tomar decisiones sobre la necesidad de aumentar la cantidad de ensayos o aplicar otras técnicas, como ESAC, mediciones MASW de retorno o de mayor tiempo de exposición, lo que se traducirá en una mejor interpretación de los resultados de la curva de dispersión.

En el caso de este sitio, la respuesta es bastante clara. El enlace entre la lectura de frecuencias altas obtenidas del ensayo MASW y las lecturas de frecuencias bajas, obtenida en el ensayo Remi, es bastante clara.

El valor de la Vs30 obtenida es de 409 m/s y está de acuerdo a otros valores obtenidos en las cercanías y con los resultados de las exploraciones geotécnicas y la geología del sector.

Representación en Chile

El ultimo viaje a Perugia, fue bastante productivo, pues, además de volver con la certificación para realizar el training de los dispositivos DOREMI, para la medición de ondas de corte utilizando las ondas superciales y el dispositivo GEOBOX, para la medición del periodo fundamental, mediante el método de Nakamura, logramos obtener la representación de todos los equipos que diseña y fabrica la empresa Sara Electronics Instruments.

La gama de equipos sismológicos que SARA diseña y distribuye es bastante amplia, los equipos y están diseñados en base a las exigencias de la comunidad europea y con una fuerte interacción con los usuarios finales en Italia.

Los equipos con mayor potencial de uso en nuestro pais son los siguientes:

DOREMI: Se utiliza para la medición de ondas superficiales. Permite la utilización de geófonos de sensibilidad vertical y horizontal. 

En el cable, se distribuyen, de manera equidistantes los sismografos que se conectan a cada geófono. Una vez realizada la medición, se transfieren directamente al computador para luego ser procesados.

El equipo puede ser configurado con la cantidad de geófonos que se requiera, dependiendo del tipo de medición que se desee realizar y la profundidad a la que se quiera alcanzar.

Mas antecedentes en esta pagina

Geobox SR 04: Este equipo, permite obtener los datos de vibración en tres direcciones, es decir, norte, sur y vertical, con lo cual, realizar la relación H/V establecida por Nakamura, para la determinación del periodo fundamental del suelo en el sector de análisis.

Mas antecedentes acerca de este equipo, se puede obtener en este link.

Downhole: En sensor de aforo, es un equipo diseñado para ser utilizado en las prueba Downhole. Su diseño, contempla cuatro sensores que permiten la lectura de las vibraciones de manera precisa dentro del agujero. Además, su estanqueidad le permite operar sin problemas en presencia de napa freática.

Mas información acerca de este equipo en este link.

It's Official. 

I have the recognition of Sara Electronic Instruments, for the training of their devices in Chile.

Medición de Periodo Fundamental del suelo y Criterio SESAME

Como parte de las actividades acádemicas relacionadas a la docencia en la Universidad del Biobio, es que patrocinamos la memoria de título del Alumno Juan Carlos Saldívia Pantanalli, "Determinación del Periodo de Vibración Fundamental del Suelo aplicando el criterio SESAME".

La aplicación de la normativa Europea en la determinación del periodo del suelo, criterio SESAME, desarrollado en el año 2003, permite obtener resultados que puedan ser comparables entre las mediciones realizadas por uno u otro usuario y con distintos equipos, mediante la aplicación de una serie de criterios en la toma de las muestras y luego en el procesamiento de datos.

La investigación se desarrolló durante seis meses, tiempo en el cual el ahora ingeniero Juan Carlos Saldivia, realizó mediciones en distintas partes del sur de Chile y especialmente en la ciudad de Concepción. Los valores obtenidos se enmarcan en los resultados obtenidos en otras mediciones y con otros equipos, lo que valida los resultados obtenidos en esta investigación.

Un punto interesante obtenido en la investigación es que los valores de To, no corresponden a los que el DS61 asigna a los distintos tipos de suelos, lo que abre una nueva línea de investigación en el efecto que esto pudiera tener en el análisis estructural.

Medición de Ondas de Corte

Hace algunas semanas tuvimos que realizar medición de ondas de corte, para determinarción de la Vs30,  en la localidad de Rio Puelo, capital de la comuna de Cochamó.

Aún cuando desde Concepción el viaje es larguísimo y cansador (alrededor de 10 horas), el hecho de visitar esta zona, en que los paisajes son increíbles, hace que el cansancio sea lo de menos.

Los arboles, los rios, el bosque, el verde de la vegetación, el mar, llega a ser en algunos lugares sobrecogedor e impactante. dan ganas de quedarse o devolver de visita.

En cuanto a las mediciones, en esta ocasión, se realizaron dos arreglos lineales para ensayos MASW y REMI, en dos direcciones ortogonales, además de un ensayo bidimensional para medición de tipo ESAC.

Se utilizaron 16 geófonos verticales de 4.5 hz y el espaciamiento considerado fue de 3.0 m.

Curso de Geofisica Aplicada. Perugia. Italia

Los dias 20 y 21 de septiembre, se realizó en la ciudad de Perugia, Italia, el curso de Geofisica Aplicada organizado por la empresa Sara Electronics Instruments y dictado por los Geólogos Francesco Stragapede y Lando Umberto Pacini.

En la ocasión se revisaron los conceptos asociados a las distintas ondas superficiales (Ondas S, Love, rauyleigh, etc.) y la forma en que éstas muestran lo que sucede en los estratos inferiores, mediante la frecuencias que son registradas en los geófonos.

Posteriormente se realizaron tomas de muestras para REMI, Masw, Refracción y ESAC, para luego ser procesadas con programas de uso específico.

Workshop en Geofisica Aplicada

El viernes 6 de septiembre de 2013, se realizó exitosamente el Taller de Geofísica Aplicada organizado por el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad del Biobio y la empresa italiana SARA Electronics Instruments.

La exposición de Mauro Mariotti abarcó numerosos tópicos como las características de los distintos instrumentos para mediciones de Geofisica Aplicada, los parámetros de clasificación de suelos (Vs, fo, etc), las distintas mediciones de ondas superficiales existentes, las características de cada una de ellas, le metodología de interpretación, etc.

Además, se realizó una demostración práctica de toma de datos para los métodos MASW, REMI y H/V, utilizando los equipos SARA.

El muestreo se realizó en las canchas de la universidad del Biobió y luego los datos fueron analizados con distintos programas como Geopsy, Geoexplorer, Masw, etc.

La totalidad de las presentaciones power point mostradas en el taller se pueden obtener siguiendo las siguienes instrucciones.

O siguiendo el este link (http://www.sara.pg.it/documents/workshop.pdf).

Medición de Ondas Superficiales en Machalí

Hace algunos días recibimos el encargo de realizar mediciones de ondas superficiales en la localidad de Machalí, al oriente de la ciudad de Rancagua.

En el predio se va a construir un loteo, por lo que se necesitaba la determinación del perfil de velocidades de ondas de Corte y luego, la determinación de la Vs30, de acuerdo a lo exigido por el DS61.

El terreno resultó tener una superficie plana y el suelo estaba lo suficientemente humedo para instalar los geófonos de manera directa en el suelo.

Se realizaron dos arreglos perpendiculares y en cada uno de ellos se hicieron mediciones de tipo Ruido ambiental (REMI) y de Onda Superficial (MASW).

Con los resultados de terreno, se elaboró el perfil de velocidades y luego se determinó la velocidad Vs30, requerida para la clasificación.

Medición de Vs en la Universidad de Concepción, Concepción, Chile

Durante los meses de Marzo y Abril realizamos una serie de cinco mediciones de ondas de corte en diversos lugares de la Universidad de Concepción.

Los lugares medidos fueron el Laboratorio de Ingeniería Civil, al costado oeste de la Biblioteca, en el sector de Ciencias Físicas (Laguna de los Patos), frente a la casa del deporte y en el sector de Aulas.

En cada caso, se realizaron dos arreglos ortogonales con 16 geófonos, para hacer mediciones de tipo REMI y MASW.

Los resultados luego fueron cotejados con los distintos ensayos SPT con que se cuenta en la Unviersidad, lográndose excelentes correlaciones entre el perfil Vs y el perfil SPT.

Arreglo lineal en sector Ciencias Fisicas y Matemáticas.

Arreglo lineal en sector poniente de Biblioteca.

Arreglo lineal de geófonos en el sector Estacionamiento frente a la Casa del Deporte (calle Chacabuco).

Curso: Caracterízación Dinámica del Suelo y de Edificios

 

Acaba de llegarme el certificado de participación en el curso de Caracterización dinámica de suelos y edificios usando Ruido Ambiental, realizado en la ciudad de Perugia (Italia)  los días 3 y 4 de mayo de 2013.

El curso estaba destinado a Geologos Italianos, que necesitan constantemente estar en perfeccionamiento.

El curso abordó las aplicaciones en suelos y estructuras del ruido ambiental, oportunidad en la que se aprovecho de mostrar criterios para la ejecución del análisis HVSR (nakamura) y la aplicación del ruido en la determinación del modo de vibrar de las estructuras.

Los ultimos terremotos en Italia, dejaron muchos edificios patrimoniales dañados (principalmente iglesias). Mediante técnicas de modelación por elementos finitos y aplicaciones de ruido ambiental, se ha logrado determinar las características dinámicas de la estructura, de forma de abordar la estrategia de reparación. La correlación obtenida entre el modelo de Elementos Finitos (FEM) y los resultados del ruido ambiental, son increíbles.

Mas antecedentes, aquí.

Mediciones, Junio 2013

Medición en Teno.

Esta medición se realizó en la localidad de Teno, al norte de Curicó en la VI Región,  en un terreno ubicado al lado oeste de la línea del tren en el acceso a Teno.

En el lugar se construirá un loteo habitacional, por lo que se requería la caracterización sísmica del terreno, por lo que se realizaron dos arreglos lineales en direcciones perpendiculares, en los cuales se realizaron mediciones de ruido ambiental (REMI) y mediciones de ondas superficiales (MASW).

El suelo, presentó una respuesta de velocidad de onda de corte creciente en profundidad.

Algunas Mediciones

En el ultimo tiempo, hemos realizado mediciones en distintos sectores de la octava región.

Cañete, VIII Región.

Esta Medición se realizó el día 14 de mayo, en la ciudad de Cañete, VIII Región, Chile.

Se realizaron mediciones MASW y REMI, en dos direcciones perpendiculares.

En el lugar se realizará la reposición del actual cuartel de Bomberos de Cañete






Avenida Inglesa, Concepción.

Medición realizada el día 6 de junio en el sector de Avenida Inglesa en la ciudad de Concepción.

Las mediciones fueron REMI y MASW en dos direcciones perpendiculares.

En el sector se realizará la construcción de un edificio.




Pedro de Valdivia, Concepción.

Esta medición fue realizada el día 14 de junio en un sitio eriazo del sector Pedro de Valdivia bajo en la ciudad de Concepción.

Las mediciones realizadas fueron REMI y MASW en dos arreglos "perpendiculares", que se ajustaron a la geometría del sitio.

En el lugar se realizarán obras de implementación municipal.

Curso de Geofisica.