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).

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

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.

Charla Tècnica. Ingenieria en Construcción. UBB

Hace algunos días, fui invitado por la profesora Lorena Larrea, para exponer frente a sus alumnos de Ingeniería en Construcción de la Universidad de BioBio, acerca de lás ténicas para la determinación de los parámetros para la clasificación sísmica del suelo mediante el DS 61.

La exposición se realizó el día de ayer, 18 de marzo, frente a una veintena de alumnos que manifestaron un real interés por la exposición de los distintos métodos (Remi, Masw, Esac, Crosshole y Downhole).

En la oportunidad, los alumnos pudieron revisar los distintos elementos que componen el equipamiento y realizar un tendido lineal de demostración.

Posteriormente en la sala, se realizó una toma de muestras por los métodos Remi y Masw.

Se agradece la invitación de la profesora Larrea y el gran interés y participación de los alumnos, tanto en la exposición teórica como en las demostraciones prácticas.

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.

Mediciones MASW

Las mediciones MASW, son aquellas en que se emite una onda, m
ediante un golpe en la superficie del suelo y está va siendo registrada en el arreglo lineal de geófonos.

La forma en que las ondas quedan registradas en el geófono, permite en terreno obtener algunos parámetros del mismo.

La imagen siguiente corresponde a la medición MASW de un terreno en MOLINA. Se puede ver que la onda no se dispersa, e incluso, se podría establecer la existencia de al menos dos estratos claramente definidos.

Entre los geófonos 1 al 8, se podría establecer una pendiente, lo que indica un primer estrato con una velocidad menor al que se podría establecer entre los geófonos sucesivos.

El hecho de que la onda, no se disperse, muestra la alta rigidez del suelo. También se puede ver que el registro no se contamina con ruido ambiental.

En la imagen de la derecha, se puede ver que la onda es mas lenta y que existe una mayor dispersión, lo que es propio de terrenos sueltos o de menor rigidez.

También se puede ver que existe contaminación dada por el ruido ambiental, lo que si bien podría representar un problema para la MASW, no lo es para el ensayo REMI.

Medición de Ondas de Corte

Medición en Molina, VII Región.

En los ultimos días dias realizamos mediciones de ondas de corte en la ciudad de Molina, en un sector en que se levantará un condominio de 128 viviendas, para una inmobiliaria local.
Los ensayos mostraron que el suelo tiene una gran rigidez, con valores de velocidad de onda de corte, cercanas a los 500 m/s.

Para la medición se utilizaron 24 geófonos espaciados cada 2.0 m, con un arreglo total de 48 m.

Se realizaron mediciones de tipo MASW y REMI. Para el ensayo MASW, se hicieron muestras con energización al inicio del arreglo y al final del mismo.







Medición en Puente Alto.

En la comuna de Puente Alto, región metropolitana, hicimos una medición de onda de corte, utilizando los métodos REMI y MASW.

En esta oportunidad, se utilizaron 16 geófonos espaciados cada 3,0 m, con un arreglo total de 45 m. Ejecutándose en cada dirección al menos tres mediciones MASW y tres REMI, para poder luego, analizarlas por separado y en conjunto.

Los resultados obtenidos indican una velocidad de onda de corte superior a los 500 m/s, un terreno de muy alta calidad.

Medición de Periodo Fundamental

La tecnica de medición de periodo fundamental, se realiza con un sismografo triaxial, es decir, que mide vibraciones en tres ejes, dos horizontales perpendiculares y uno vertical.

La relación H/V, contempla obtener una relación entre las dos componentes horizontales (N-S) y (E-O), combinarlas y luego dividirlas por la componente vertical.

Esta relación se conoce como el método de Nakamura, en honor a quien lo desarrolló. Hace algunos días, realizamos esta medición en un terreno de Concepción, Chile, con el dispositivo Geobox SR04 de Sara Electronics instruments (www.sara.pg.it).

El registro obtenido es el siguiente:

 La visualización se logra mediante el programa Geopsy. Un programa bastante potente, gratuito, disponible en www.geosy.org y que permite también hacer análisis tipo MASW, ESAC y REMI.

El método de verificación de frecuencia natural, se realiza en distintas ventanas (tramos de tiempo del registro total).

La selección de ventanas, puede ser automatica o manual, dependiendo del software que se utilice. En el mercado, existen varios programas disponibles. En Chile, no existe un procedimiento para este análisis, que incluso aun no está incluído en la norma, pero existe, en Europa, el criterio SESAME, que entrega pautas e indicaciones para obtener resultados que puedan ser comparables.

El resultado gráfico del análisis es del siguiente tipo y se obtuvo mediante Geopsy:

Lo que se muestra es el punto de mayor relación entre las componentes horizontales y la vertical. El criterio SESAME, exige que el punto obtenido (frecuencia) cumpla con una serie de controles, para poder definirlo como el periodo fundamental.

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.

Mediciones en San Pedro de la Paz

Hace algunos días se realizaron dos mediciones de ondas superficiales, aplicando los Métodos MASW y REMI,  para determinar Vs30, en dos predios de la comuna de San Pedro de la Paz.

El primero se realizó en un predio ubicado antes del Megacentro y donde prontó se comenzará con la construcción de viviendas. 

El terreno es principalmente arenoso y los resultados obtenidos indican una velocidad (Vs30) superior a los 250 m/s.

La estratigrafía obtenida en el análisis de velocidades coincide con la obtenida en el sondaje.

El otro ensayo, se realizó en el sector de Boca sur, en donde luego comenzará la construcción de viviendas de carácter social. 

El terreno presenta las mismas características estratigráficas y la velocidad Vs30 obtenida es de aproximadamente 230 m/s.

En ambos casos, la velocidad de onda de corte es monotamente creciente.

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.

Formación Contínua

A través del sitio www.geocorsi.it, participe en el curso de Caracterización del suelo y problemas de estabilidad, que me permitió complementar muchos conceptos de Mecánica de Suelos, algo olvidados y seguir comprendiendo la Norma sísmica Italiana en lo referente a la clasificación del suelo y que en mi opinión tiene aspectos que pronto serán considerados por nuestra normativa.