tesis sismica

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIN DE INGENIERA GEOFSICA

SSMICA DE REFRACCIN Y DE MICROTREMORES PARA

CARACTERIZACIN DE PARMETROS DINMICOS SUPERFICIALES EN

CARACAS

Por:

Simn Antonio Rojas Vivas

INFORME DE PASANTA Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero Geofsico

Sartenejas, Diciembre de 2008

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIN DE INGENIERA GEOFSICA

SSMICA DE REFRACCIN Y DE MICROTREMORES PARA

CARACTERIZACIN DE PARMETROS DINMICOS SUPERFICIALES EN

CARACAS

Por:


Realizado con la asesora de:

Tutor Acadmico: Dra. Milagrosa Aldana Tutor Industrial: M. Sc. Aldo Cataldi

INFORME DE PASANTA Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero Geofsico

Sartenejas, Diciembre de 2008

iv

SSMICA DE REFRACCIN Y DE MICROTREMORES PARA CARACTERIZACIN DE PARMETROS DINMICOS SUPERFICIALES EN

CARACAS

Por:


RESUMEN

Los valores de las velocidades de ondas compresionales (P) y ondas de cizalla (S)

medidos mediante mtodos geofsicos superficiales pueden ser empleados para el

clculo directo de los parmetros dinmicos del subsuelo. Estos ltimos son

fundamentales para la caracterizacin de sitios con miras a la optimizacin del diseo de

edificaciones y a la minimizacin del riesgo ssmico en las mismas. Con este fin, se

llevaron a cabo campaas de adquisicin de ssmica de refraccin tradicional y de

ssmica pasiva de microtremores en varios sitios de la ciudad de Caracas, que

permitieron obtener los perfiles de velocidades ssmicas (P y S) necesarios para lograr

dicha caracterizacin. En la adquisicin de datos ssmicos de refraccin para la

investigacin de ondas compresionales (P) se aplicaron diferentes arreglos y mtodos de

procesamiento que permitieron evaluar tanto el potencial como la aplicabilidad del

mtodo en reas urbanas. En esta evaluacin se evidenciaron algunas limitaciones

importantes respecto a la geometra y resultados del estudio, principalmente

relacionadas a la profundidad de investigacin y al elevado nivel de ruido ssmico del

ambiente urbano. Los datos ssmicos de microtremores, que usan como fuente de la

seal el mismo ruido ambiental ssmico y ninguna fuente activa (en contraste con el

mtodo de refraccin), resultaron ser apropiados para el ambiente investigado en cuanto

a la definicin de perfiles de ondas de corte. Los perfiles y valores de velocidad

obtenidos, as como los coeficientes de Poisson calculados, se encuentran en el rango

correspondiente a secuencias sedimentarias aluviales, lo cual concuerda bien con la

geologa superficial del valle de Caracas. De igual manera, dichos perfiles probaron ser

un medio prctico y relativamente rpido para calcular los parmetros dinmicos de un

rea, lo cual permite ampliar los alcances de la geofsica en ambientes urbanos.

v

AGRADECIMIENTOS

A Dios, por estar conmigo siempre, por darme tantas cosas buenas, por ayudarme

y guiarme siempre en este proyecto y, ms aun, en mi vida entera.

A mis padres, por su amor ilimitado y bueno, por su apoyo incondicional en todo

momento, por impulsarme siempre a lograr mis metas y acompaarme en el camino

hacia ellas, en fin, por ser quien soy y por darme lo que tengo.

A mi Ta Mireya, por su gran amor y cario hacia m, por estar siempre pendiente,

por sus consejos, por apoyarme. A toda mi familia, a mi abuela Yolanda, por preocuparse

siempre por m y por todo su cario; a mis hermanas, por ayudarme siempre en todo lo

posible. A mi sobrino y a mis primos Pedro Miguel y Estefana y a mi To Pedro, por

apoyarme y brindarme su amistad sincera.

A Kari, por estar siempre conmigo, por todo tu amor y cario, por haberme

ayudado siempre en todo lo que te haya sido posible y seguir hacindolo, por darme

tantas cosas bonitas que me ayudan a seguir adelante.

A Aldo Cataldi, por haberme guiado en este camino, por sus ideas, por sus

consejos, por querer y desear tantas cosas buenas para m, por su amistad.

A Milagrosa Aldana, por preocuparse por m y mi proyecto, por aconsejarme, por

ser una excelente tutora y una maravillosa profesora.

A Hctor Rojas, por estar dispuesto a ayudarme siempre que lo necesit y ser un

buen amigo. A todo el personal de TRX Consulting, por recibirme con cario y hacerme

uno ms del equipo.

A Alberto, por ser un gran amigo y compaero siempre. A Wanda, Vero, Vera,

ngel y Carlos por ser excelentes amigos y estar siempre ah cuando necesit ayuda. A

todos mis amigos y colegas geofsicos, por acompaarme en esta etapa tan bonita y

buena como lo ha sido la vida universitaria.

A todos mis amigos del colegio, y a todos los que han estado de una y otra forma

conmigo, sinceramente

Gracias

vi

NDICE GENERAL

AGRADECIMIENTOS v

NDICE DE FIGURAS viii

NDICE DE TABLAS xi

LISTA DE SMBOLOS xii

INTRODUCCIN 1

CAPITULO I. MARCO TERICO 3

1.1 Ssmica de refraccin 3

1.2 Ssmica de microtremores 9

1.3 Parmetros dinmicos del subsuelo 17

CAPITULO II. MARCO METODOLGICO 23

2.1 Ubicacin y descripcin geolgica de las reas de estudio 23

2.2 Ssmica de refraccin 26

2.3 Ssmica de microtremores 29

2.4 Clculo de parmetros dinmicos 31

CAPTULO III. RESULTADOS 32

3.1 Chacato 32

3.2 Campo Alegre 38

3.3 Country Club 46

3.4 Los Prceres 51

vii

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 60

REFERENCIAS 62

APNDICE A 63

viii

NDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Diagrama esquemtico con las trayectorias de onda de inters en el mtodo

ssmico de refraccin (V2>V1) y los componentes bsicos de un arreglo de adquisicin.

Tomado de www.state.nj.us 5

Figura 1.2. Curvas camino-tiempo tericas para dos capas planas con velocidades

homogneas. Modificado de Redpath, 1973 7

Figura 1.3. Curvas camino-tiempo para interfaz buzante, mostrando la curva para

disparo (buzamiento abajo) y contradisparo (buzamiento arriba). Modificado de

Redpath, 1973 8

Figura 1.4. Movimiento de las partculas y relacin con la direccin de propagacin en

las ondas Rayleigh. Tomado de www.ua.es 10

Figura 1.5. Imagen espectral resultante al aplicar la transformada p-f. Se observa la

tendencia tpica de la curva de dispersin de las ondas Rayleigh (puntos seleccionados)

15

Figura 1.6. Mdulo de modelado del software de procesamiento ReMi 4.0 para la ssmica

de microtremores 17

Figura 2.1. Ubicacin de las reas de estudio en la ciudad de Caracas 24

Figura 2.2. Sismgrafo (DAQ Link II) y equipo de adquisicin empleado 27

Figura 2.3. Gefonos y segmento del tendido de adquisicin (rea de Campo Alegre)

28

Figura 3.1. Registro ssmico de refraccin (disparo) (Chacato) 33

Figura 3.2. Registro ssmico de refraccin (contradisparo) (Chacato) 34

Figura 3.3. Transformada p-f y seleccin de la curva de dispersin (Chacato) 35

Figura 3.4. Perfil de velocidades de ondas P y S (Chacato) 36

Figura 3.5. Seccin ssmica de refraccin y perfil de velocidades de ondas S (Chacato)

36

ix

Figura 3.6 Coeficientes de Poisson calculados segn velocidades de ondas P y S

(Chacato) 37

Figura 3.7. Registro ssmico de refraccin (disparo) (Campo Alegre) 39

Figura 3.8. Registro ssmico de refraccin (contradisparo) (Campo Alegre) 40

Figura 3.9. Registro ssmico de refraccin (disparo central) (Campo Alegre) 41

Figura 3.10. Transformada p-f (Campo Alegre) 42

Figura 3.11. Perfiles de velocidades de ondas S (izquierda) y P (derecha) (Campo Alegre)

43

Figura 3.12. Seccin ssmica de refraccin y perfil de velocidades de ondas S (Campo

Alegre) 44

Figura 3.13. Coeficientes de Poisson calculados segn velocidades de ondas S y P (Campo

Alegre) 45

Figura 3.14. Registro ssmico de refraccin (disparo) (Country Club) 47

Figura 3.15. Registro ssmico de refraccin (contradisparo) (Country Club) 48

Figura 3.16. Transformada p-f y seleccin de la curva de dispersin (Country Club)

48

Figura 3.17. Perfil de velocidades de ondas P y S (Country Club) 49

Figura 3.18. Seccin ssmica de refraccin y perfil de velocidades de ondas S (Country

Club) 50

Figura 3.19. Coeficientes de Poisson calculados segn velocidades de ondas S y P

(Country Club) 50

Figura 3.20. Registro ssmico de refraccin (disparo) (Los Prceres) 52

Figura 3.21. Registro ssmico de refraccin (contradisparo) (Los Prceres) 53

Figura 3.22. Registro ssmico de refraccin (disparo central) (Los Prceres) 54

Figura 3.23. Transformada p-f y seleccin de la curva de dispersin (Los Prceres)

54

Figura 3.24. Perfil de velocidades de ondas P y S (Los Prceres) 55

x

Figura 3.25. Perfil de velocidades de ondas S (Los Prceres) 56

Figura 3.26. Seccin ssmica de refraccin y perfil de velocidades de ondas S (Los

Prceres) 56

Figura 3.27. Coeficientes de Poisson calculados segn velocidades de ondas S y P (Los

Prceres) 57

Figura 3.28. Corte donde se observa el esquisto meteorizado de la Fm. Las Mercedes

(Los Prceres) 58

Figura A.1. Modelos de velocidades de ondas S por capas (imagen superior) y gradiente

(imagen inferior) (Chacato) 63


(imagen inferior) (Campo Alegre) 64

Figura A.3. Modelo de velocidades de ondas S (Country Club) 65

Figura A.4. Modelo de velocidades de ondas S (Los Prceres) 65

xi

NDICE DE TABLAS

Tabla 3.1. Velocidades de ondas P y S y parmetros dinmicos por capas (Chacato)

38

Tabla 3.2. Velocidades de ondas P y S y parmetros dinmicos metro a metro (Chacato)

38

Tabla 3.3. Velocidades de ondas P y S y parmetros dinmicos por capas (Campo Alegre)

45

Tabla 3.4. Velocidades de ondas P y S y parmetros dinmicos metro a metro (Campo

Alegre) 46

Tabla 3.5. Velocidades de ondas P y S y parmetros dinmicos por capas (Country Club)

51

Tabla 3.6. Velocidades de ondas P y S y parmetros dinmicos por capas (Los Prceres)

58

xii

LISTA DE SMBOLOS

ngulo del rayo de onda con respecto a la vertical

ngulo de buzamiento

Tensor de deformaciones

trans Deformacin transversal (negativa para tensin, positiva para compresin)

axial Deformacin axial (positiva para tensin, negativa para compresin)

Primera constante de Lam

Densidad del medio [kg/m3, g/cm3]

Tensor de esfuerzos

Coeficiente de Poisson

E Mdulo de Young [MPa]

G Modulo de cizalla (rigidez) [MPa]

K Mdulo de volumen (incompresibilidad volumtrica) [MPa]

qa Capacidad de carga [kPa]

Vp Velocidad de las ondas P [m/s]

Vs Velocidad de las ondas S [m/s]

x Distancia horizontal fuente-receptor en superficie [m]

zn

Profundidad hasta la n-sima capa [m]

1

INTRODUCCIN

La investigacin y la cuantificacin de los parmetros dinmicos superficiales del

subsuelo representa un elemento fundamental en estudios geotcnicos aplicados a

ingeniera civil y en estudios de microzonificacin ssmica, con base en la determinacin

de las caractersticas y respuestas locales del suelo ante la propagacin de las ondas

ssmicas. Los resultados de dichos estudios permiten la optimizacin de los esquemas de

diseo de las edificaciones, lo cual redunda en mejores relaciones de costos y en una

minimizacin de los factores de riesgo asociados a la sismicidad de la zona investigada

(Cetraro, 2007).

Los desarrollos tericos logrados en el rea de la geofsica y de la geotecnia han

demostrado la aplicabilidad de los perfiles de velocidades de ondas ssmicas

compresionales (P) y de corte (S) para la cuantificacin y caracterizacin de tales

mdulos dinmicos. En la Universidad Simn Bolvar, Linares (2005) evalu diferentes

mtodos de anlisis de ondas superficiales como medios para la obtencin de perfiles de

ondas S. Cuadra (2007) emple tcnicas de anlisis de ondas superficiales y vibraciones

naturales para lograr la caracterizacin ssmica de sitios.

Se vislumbra entonces como los ensayos geotcnicos, que tradicionalmente se han

empleado para este tipo de investigaciones, se ven complementados en la actualidad por

un conjunto de estudios geofsicos cuya rapidez y sencillez de adquisicin, as como su

carcter no invasivo y sus alcances en cuanto a profundidad de investigacin, los

convierten en herramientas idneas para esta clase de proyectos. Adicionalmente, stos

cuentan con la ventaja de que sus resultados son atribuibles a un rea amplia, es decir, la

cuantificacin de la respuesta del subsuelo corresponde a un volumen relativamente

grande de material en comparacin con, por ejemplo, ensayos de laboratorio.

En base a todo lo anterior, se utiliza en el presente trabajo el mtodo ssmico de

refraccin tradicional, con su potencial para derivar perfiles de ondas compresionales

(P), en conjunto con el mtodo ssmico de microtremores, que permite la investigacin

de las ondas de corte (S), con el objetivo de obtener un set de datos completo cuya

correlacin permitir la derivacin de los parmetros dinmicos superficiales del

subsuelo en varios sitios de la ciudad de Caracas, Venezuela. Por otra parte, en el caso de

2

la ssmica de refraccin se emplearn diferentes paquetes de software, para tener una

mejor perspectiva de los beneficios y las limitaciones de cada uno de ellos. En virtud de

lo anterior, el estudio tambin proporcionar importantes conclusiones acerca del

potencial y la viabilidad de la aplicacin de campaas de ssmica de refraccin y de

microtremores en un ambiente urbano, con elevado nivel de ruido ssmico.

El proyecto fue realizado en el Departamento Tcnico de TRX Consulting C.A.,

una empresa dedicada a proporcionar servicios de consultora profesional en el rea de

las geociencias, en todos los aspectos cientfico-tecnolgicos relacionados a las mismas,

con una visin integradora que permite la generacin de soluciones ptimas para sus

clientes, apoyados en el uso de las ltimas tecnologas, con el propsito de lograr una

mejor comprensin de las condiciones terrestres.

CAPTULO I

MARCO TERICO

1.1 SSMICA DE REFRACCIN

1.1.1 Fundamentos generales

La ssmica de refraccin constituye uno de los mtodos de prospeccin ms

tradicionales de la geofsica. Su principio fundamental se basa en la medicin de los

tiempos de viaje de ondas ssmicas generadas por una fuente impulsiva en la superficie

del subsuelo (o cercana a ella) y que son refractadas en las interfaces entre medios

(refractores) con propiedades fsicas (i.e. impedancias acsticas) diferentes. El anlisis

de dichos tiempos de viaje, bajo ciertas hiptesis definidas y siguiendo las leyes de la

propagacin de ondas, permite en principio obtener un perfil en profundidad de la

distribucin geomtrica de los diferentes refractores, con las correspondientes

velocidades a las cuales la onda ssmica se propaga a travs de ellos (Redpath, 1973).

La fuente a emplear puede ser un martillo, una fuente de cada de peso o cargas

explosivas. El objetivo en todos los casos es generar un pulso de ondas compresionales

que ser detectado en la superficie, luego de viajar en profundidad y refractarse en los

diferentes estratos del subsuelo, por un arreglo lineal de receptores (gefonos) ubicados

a distancias conocidas que transmitirn la seal elctrica generada por las vibraciones

del subsuelo hasta un equipo de grabacin (sismgrafo), donde sta ser digitalizada y

guardada para su posterior anlisis e interpretacin (Figura 1.1). Los datos adquiridos

sern entonces sismogramas de los cuales pueden interpretarse los tiempos de trnsito

(de las ondas compresionales) en funcin de la distancia entre los receptores. Esta

informacin luego debe ser procesada e interpretada para poder obtener la seccin de

4

velocidades del subsuelo (que es el producto final que se desea lograr, vase Inversin de

los datos).

Es importante destacar que una de las limitaciones del mtodo ssmico de

refraccin es su incapacidad para modelar inversiones de velocidad en el subsuelo,

puesto que la presencia de tal caracterstica anula la posibilidad de que se produzca la

refraccin a ngulo crtico (paralela a la interfaz entre los dos medios) que es

fundamental para que la onda pueda ser detectada de nuevo en la superficie (Redpath,

1973). Por tanto, una de las condiciones para la aplicacin de la refraccin ssmica es que

exista un aumento montono de la velocidad con la profundidad en el subsuelo.

Asimismo, la existencia de una capa delgada (0 varias) tambin representa un

problema en este mtodo, puesto que la refraccin correspondiente a la misma no

alcanzar la superficie como una primera llegada, ya que ser enmascarada por la

refraccin de la capa infrayacente (la cual, aunque ms profunda, se ve compensada por

su mayor velocidad). La existencia de este problema no puede conocerse a priori: se

necesitara informacin complementaria a partir de otros mtodos o tcnicas (e.g.

perforaciones en el rea). Adems, el mismo no puede ser evitado mediante ningn

ajuste o cambio en la geometra de los receptores (Redpath, 1973).

Si la seccin interpretada muestra contrastes de velocidades muy fuertes entre

dos capas, puede sospecharse la presencia de una capa delgada que no ha sido detectada.

El error resultante consistir en que la profundidad calculada hasta el refractor ser

menor que la profundidad verdadera (Redpath, 1973).

5

Figura 1.1. Diagrama esquemtico con las trayectorias de onda de inters en el mtodo

ssmico de refraccin (V2>V1) y los componentes bsicos de un arreglo de adquisicin.

Tomado de www.state.nj.us.

1.1.2 Inversin de los datos

Los tiempos de viajes de las ondas compresionales (P) seleccionados a partir de

los registros de campo deben ser procesados y transformados (invertidos) para poder

obtener los perfiles de velocidades ssmicas en funcin de la posicin en el subsuelo, los

cuales constituyen el producto final de la ssmica de refraccin. Para lograr esto se han

desarrollado varios mtodos que se basan en las leyes fsicas que rigen la propagacin

del movimiento ondulatorio a travs del subsuelo y que adems estn supeditados a

diferentes hiptesis tericas y suposiciones en cuanto a las geometras de los diferentes

estratos y a sus caractersticas fsicas (Palmer, 1981; Redpath, 1973). A continuacin se

presenta una breve revisin de los fundamentos de cada una de dichas tcnicas de

inversin.

1.1.2.1 Mtodo del tiempo de intercepto

El mtodo del tiempo de intercepto es el ms sencillo conceptualmente y el ms

tradicionalmente empleado desde los inicios de la ssmica de refraccin. En su forma

6

ms simple se considera una geometra de capas planas sin inclinacin (buzamiento),

con velocidades ssmicas homogneas a lo largo de las mismas (V1 y V2

21

1 cos2VX

VZT +=

) (Figura 1.1). El

tiempo de viaje de la onda refractada (a ngulo crtico) en funcin de la distancia fuente-

receptor est dado por (Redpath, 1973):

(1.1)

con

21sin

VV

= (1.2)

Un grfico del tiempo de viaje en funcin de la distancia fuente-receptor ser

como el que se muestra en la Figura 1.2. Las velocidades de cada capa corresponden al

inverso de las pendientes de cada una de las rectas (esto se cumple tambin para

modelos con ms capas). Haciendo x = 0 en 1.1 se obtiene la expresin para la

profundidad hasta el tope de la segunda capa:

)cos(sin2

2

11

11

VV

VTZ i

= (1.3)

Las ecuaciones para la profundidad hasta el tope de la tercera y de la cuarta capa

pueden encontrarse en Redpath (1973). En todo caso, la derivacin de las mismas es

similar a la de la ecuacin 1.3. El mtodo del tiempo de intercepto se encuentra limitado

por la suposicin de capas planas. En caso en que esta hiptesis no se cumpla, las

velocidades y las profundidades calculadas resultarn errneas. En dicho caso se deben

emplear tcnicas de inversin un poco ms sofisticadas, como las que se muestran en las

secciones siguientes.

7

Figura 1.2. Curvas camino-tiempo tericas para dos capas planas con velocidades

homogneas. Modificado de Redpath, 1973.

1.1.2.2 Mtodo del tiempo de intercepto (capas buzantes)

En caso de que los estratos presenten un cierto ngulo de buzamiento se deben

hacer algunas modificaciones a las consideraciones tomadas en la seccin anterior. En

primer lugar, para poder calcular las velocidades correctas para cada capa se necesitarn

hacer al menos dos disparos (disparo y contradisparo), uno en cada extremo de la lnea

ssmica. Esto ltimo es as ya que las velocidades obtenidas a partir de las pendientes de

las rectas generadas en un solo disparo son velocidades aparentes (excepto para la

primera capa, cuya velocidad verdadera se puede leer directamente como el inverso de la

pendiente de la primera recta, Figura 1.3). Las rectas producen velocidades aparentes

debido a la geometra del recorrido en cada una de las direcciones de viaje de la onda

(buzamiento arriba y buzamiento abajo) (Redpath, 1973).

8

Figura 1.3. Curvas camino-tiempo para interfaz buzante, mostrando la curva para

disparo (buzamiento abajo) y contradisparo (buzamiento arriba). Modificado de

Redpath, 1973.

Para obtener la velocidad verdadera de la segunda capa se tiene, aplicando la ley

de Snell:

cos

2

22

222

DU

DU

VVVVV+

=

(1.4)

Redpath (1973) provee una frmula para el clculo del ngulo de buzamiento en

base a las velocidades aparentes y la velocidad de la primera capa. Sin embargo, en la

mayora de los casos se puede eliminar el cos de 1.4 y tener todava una aproximacin

suficientemente precisa de la velocidad real de la segunda capa.

La profundidad (normal al contacto entre las capas, i.e. no vertical en caso de

capas buzantes) puede ser ahora calculada debajo de cada punto de disparo empleando

1.3. En consecuencia, este mtodo no permite el modelado de refractores irregulares.

9

1.1.2.3 Mtodo de inversin de frentes de ondas

Este mtodo se basa en una aproximacin por diferencias finitas a la ecuacin

eikonal. El refractor se coloca en aquellos puntos donde la suma de los tiempos de viaje

hacia abajo sea igual al tiempo de viaje recproco (total). La velocidad del refractor se

determina a partir del promedio de las pendientes de los frentes de ondas frontales y

reversos en los nuevos puntos calculados del refractor.

Para aplicar esta tcnica se necesita la existencia de dos curvas camino-tiempo:

normal y reversa. Esto representa una ventaja con respecto a otras tcnicas de inversin

(e.g. Mtodo de los retardos (delays)) que necesitan un mayor nmero de disparos para

poder aplicarse correctamente (i.e. disparos centrales y disparos lejanos).

1.2 SSMICA DE MICROTREMORES (ReMi)

El mtodo ssmico de anlisis de microtremores ReMi (microtrepidaciones) fue

propuesto por Louie (2001) y constituye uno de los ms recientes avances entre los

mtodos geofsicos aplicados a la caracterizacin de sitios y evaluacin de terrenos para

ingeniera civil. Se basa en el anlisis e inversin de la curva de dispersin de las ondas

Rayleigh para un sitio determinado, obtenida a partir de registros de ruido ambiental

(i.e. microtremores, a los cuales el mtodo debe su nombre). Dichos registros son

grabados en campo utilizando equipo estndar de refraccin ssmica y el producto final

del mtodo es un perfil unidimensional de las velocidades de ondas S para el rea en

estudio. Sin embargo, se pueden combinar varios tendidos para la generacin de perfiles

2D (tomografas) que muestren tambin las variaciones laterales en dichas velocidades.

1.2.1 Ondas Rayleigh

Las ondas Rayleigh, tambin conocidas como ground roll, son un tipo de onda

ssmica superficial. Estn asociadas a terremotos y a movimiento subterrneo de

10

magma, as como a cualquier otra fuente de energa ssmica, como explosiones, impactos

de martillos en el suelo, movimiento de vehculos, respuesta de la vegetacin y

estructuras civiles al viento, mareas, etc., las cuales constituyen las vibraciones naturales

que constantemente se propagan por el subsuelo de nuestro planeta.

Las ondas Rayleigh generan un movimiento elptico retrgrado en el plano

vertical del medio de propagacin (Figura 1.4). La amplitud de dicho movimiento

disminuye exponencialmente con la profundidad en el medio. Asimismo, el sentido de

rotacin de las partculas se invierte con la profundidad, hasta alcanzar nodos donde no

se presenta movimiento, seguidos por oscilaciones correspondientes a modos superiores

de las ondas Rayleigh (Lay y Wallace, 1995).

Debidos a que son ondas superficiales, su propagacin se produce sobre un rea

bidimensional cilndrica, con una amplitud que disminuye proporcionalmente a 1/r,

donde r es el radio desde la fuente.

Figura 1.4. Movimiento de las partculas y relacin con la direccin de propagacin en

las ondas Rayleigh. Tomado de www.ua.es.

Por la naturaleza de su propagacin, las ondas Rayleigh presentan un

comportamiento dispersivo, es decir, diferentes frecuencias (o longitudes de onda)

viajan a diferentes velocidades dentro de un mismo tren de ondas. Ese comportamiento

11

puede ser cuantificado en forma de una curva de dispersin, que presenta la velocidad de

propagacin en funcin de la frecuencia de la onda. Las curvas de dispersin para un

sitio en particular contienen informacin acerca de la distribucin de velocidades del

subsuelo en profundidad, ya que es justamente esta heterogeneidad de las velocidades la

que permite la existencia del comportamiento dispersivo (Lay y Wallace, 1995). En el

mtodo ReMi, se realiza un modelado interactivo para obtener un modelo de velocidades

de ondas S del subsuelo (vase Modelado de las ondas S).

1.2.2. Adquisicin de los datos

Una de las ideas fundamentales del mtodo de microtremores ReMi es que la

adquisicin de los datos puede hacerse empleando equipo de refraccin ssmica

tradicional, el cual es uno de los ms comnmente disponibles en cualquier institucin,

universidad o empresa dedicada o relacionada a la geofsica. De esa forma, pueden

grabarse registros de ruido natural (microtremores) que incluyan ondas superficiales

con frecuencias tan bajas como 2 Hz (Louie, 2001).

Para poder grabar la dispersin de las ondas superficiales se usan arreglos de un

gefono nico por canal, los cuales van dispuestos en forma lineal con un total de 12 o

ms canales. Las frecuencias de los gefonos normalmente pueden ser de 8-10 Hz; no

obstante, se pueden emplear gefonos de frecuencias menores (e.g. 4.5 Hz) para

estudios de mayor profundidad. Los espaciamientos (y longitudes de los tendidos) a

emplear dependern de la profundidad de investigacin y nivel de resolucin deseados y

normalmente se encuentran desde 1 m (estudios someros de alta resolucin) hasta 10+

m para estudios profundos.

Todo lo anterior, desde el punto de vista de la adquisicin en campo, constituye

una de las ventajas ms importantes del mtodo, puesto que los registros pueden

adquirirse de forma rpida y relativamente econmica, al requerirse nicamente equipo

estndar de refraccin. Adems, no se requiere necesariamente una fuente de energa

ssmica activada por el usuario y todo funciona mejor en ambientes urbanos muy

ruidosos ssmicamente (puesto que, justamente, se graban registros de ruido natural).

Como se ha mencionado, el trfico, la respuesta al viento de los rboles y de los edificios,

12

y cualquier otra perturbacin urbana proveen las ondas superficiales que este mtodo

analiza (Louie, 2001).

1.2.3 Procesamiento de los datos

1.2.3.1 Anlisis espectral (p-f) de velocidades

El primer paso del mtodo ReMi, en cuanto al procesamiento de los datos,

consiste en aplicar una transformada bidimensional lentitud-frecuencia (p-f) a los

registros de campo, que permitir la separacin, identificacin y seleccin de la curva de

dispersin de las ondas Rayleigh (con velocidades de fase verdaderas), de entre todos los

eventos registrados. Esta es la segunda idea fundamental del mtodo (Louie, 2001).

La base de este anlisis espectral es la transformada p-tau. Esta transformada

toma un registro de campo, con las amplitudes relativas a la distancia y al tiempo (x-t), y

las convierte a amplitudes relativas al parmetro de rayo p (el inverso de la velocidad

aparente, tambin conocido como lentitud) y un tiempo intercepto tau (Louie, 2001).

La transformada p-tau es una simple integral de lnea sobre una traza ssmica

A(x, t) en distancia x y tiempo t:

(, ) = (, = + ) (1.5)

donde la pendiente de la lnea p = dt/dx es el inverso de la velocidad aparente Va

en la direccin x.

En la prctica, x es discretizada en nx intervalos a espaciamiento finito dx

(separacin entre receptores) as que x = j dx, con j entero. De forma similar, el tiempo

es discretizado con t = i dt (donde dt es el intervalo de muestreo), lo cual permite

obtener una forma discreta de la transformada p-tau, para p = p0 + l dp positivas y

negativas y tau = k dt:

13

( = 0 + , = ) = ( = , = = + )1=0 (1.6)

comenzando con p0 = -pmax.

El valor pmax define el inverso de la velocidad mnima que se encontrar, que

usualmente se coloca en 100 m/s para sedimentos sueltos. El parmetro np se supone

generalmente como dos veces nx. Aqu dp puede abarcar un rango entre 0.0001-0.0005

s/m, y se establece que recorra el intervalo entre pmax y pmax a 2np pasos. Esta

transformada analizar la energa propagndose en ambas direcciones a largo del

tendido. Los tiempos de intercepto despus de aplicar la transformada son simplemente

tiempo de llegada a uno de los extremos del tendido.

El paso siguiente es aplicar una transformada de Fourier discreta unidimensional

en el eje del tiempo de intercepto tau. De esta forma se pasa del espacio p-tau al espacio

p-f. Para tener una buena resolucin en la frecuencia se requieren tiempos de grabacin

superiores a los normalmente usados en la ssmica de refraccin. Por esta razn, se

emplean normalmente registros de 20-30 s.

El espectro de potencias SA (p, f) es la magnitud al cuadrado de la transformada

compleja de Fourier (Louie, 2001):

(,) = (,).(,) (1.7)

Este mtodo suma juntas dos transformadas p-f de un registro, en ambas

direcciones a lo largo del tendido de receptores. Para sumar la energa de las ondas en

ambas direcciones a un nico eje de lentitud que represente el valor absoluto de p, el eje

de lentitud es simtricamente rotado en p=0 con:

= (||,) = [(, )]0 + [(,)]

14

Esto completa la transformada de un registro de distancia-tiempo (x-t) a lentitud-

frecuencia (p-f).

De esta forma, el anlisis lentitud-frecuencia ha producido un registro de la

energa espectral total en todos los registros de un sitio, el cual es graficado en ejes

lentitud-frecuencia (p-f). Si se identifican tendencias dentro de esos ejes donde una fase

coherente (ondas Rayleigh) tenga una energa significativa, entonces se puede

seleccionar, en base a esas tendencias, una curva de dispersin que se podr analizar

posteriormente (Louie, 2001).

En la imagen resultante al aplicar la transformada, las fases dispersivas muestran

la curva tpica de los modos normales en capas superficiales de baja velocidad: bajando

desde altas velocidades de fase (baja lentitud) a frecuencias bajas, hasta velocidades de

fase menores (alta lentitud) a frecuencias ms altas (Figura 1.5). Esta pendiente

distintiva representa la ventaja real del anlisis p-f. Otros eventos que son grabados en

los registros de microtremores, como ondas de cuerpo o de aire, no pueden tener tal

pendiente. Incluso, si la mayora de la energa en un registro ssmico es otra fase

diferente a las ondas Rayleigh, el anlisis p-f mostrar dicha energa (en la imagen

lentitud-frecuencia) lejos de las curvas de dispersin que con esta tcnica se interpretan

(Louie, 2001). Al grabar con muchos canales, con sismogramas verticales completos, y

empleando la transformada p-f, este mtodo puede analizar exitosamente la dispersin

de las ondas Rayleigh en situaciones donde otros mtodos de anlisis de ondas

superficiales (como el SASW, Spectral Analysis of Surface Waves, Anlisis Espectral de

Ondas Superficiales) no pueden.

15

Figura 1.5. Imagen espectral resultante al aplicar la transformada p-f. Se observa la

tendencia tpica de la curva de dispersin de las ondas Rayleigh (puntos seleccionados).

1.2.3.2 Seleccin de la curva de dispersin de las ondas Rayleigh

Para lograr una normalizacin de las imgenes p-f, se calcula un cociente

espectral de energa. El cociente se calcula en cada combinacin lentitud-frecuencia

tomando el valor de la energa en ese punto y dividindolo entre la suma de la energa

para todos los valores de lentitud en esa frecuencia. Entonces, la seleccin de

velocidades de fase en las frecuencias donde se observa claramente una pendiente

pronunciada en el cociente espectral (cambio de color rojo-verde a color azul en la

Figura 1.5) permite identificar la curva de dispersin deseada (Louie, 2001). Esta forma

de seleccionar las velocidades de fase ms bajas (en las pendientes inferiores y no en los

picos de los cocientes espectrales) cuenta adicionalmente con la ventaja de que evita que

se escojan velocidades de fase aparentes elevadas, causadas por ondas que llegan

oblicuamente al tendido lineal (Figura 1.5).

Adems, la seleccin de las velocidades de fase ms bajas para la curva de

dispersin tiene otro efecto deseable: debido al hecho de que los modos superiores de las

ondas Rayleigh tienen velocidades de fase superiores a las del modo fundamental, la

tcnica ReMi proporciona preferencialmente las velocidades de dicho modo (Louie,

16

2001). Los modos superiores aparecern como tendencias de dispersin separadas en las

imgenes p-f, si es que son tan energticos como el modo fundamental.

1.2.3.3 Modelado de las ondas S

El mtodo ReMi realiza un modelado interactivo hacia delante de la curva de

dispersin (en modo fundamental), seleccionada a partir de las imgenes p-f, haciendo

uso de un cdigo adaptado de Saito (1979, 1988) por Yuehua Zeng (1992) en Louie

(2001). El modelado itera en la velocidad de fase a cada periodo (o frecuencia), reporta

cundo no se ha encontrado una solucin con los parmetros de iteracin y puede

modelar inversiones de velocidad (Louie, 2001).

Se ha implementado tambin en el software la capacidad de realizar el modelado

a travs de un modelo grfico por capas ajustable por el usuario (Figura 1.6). Dicha parte

del procesamiento es la ms dependiente de la experiencia y habilidades del intrprete

debido al hecho de que el mtodo ReMi no depende de una inversin de las selecciones

de la curva de dispersin para calcular la estructura de velocidades. Pero por otro lado,

esto presenta la ventaja de que se pueden obtener resultados ms realistas que con un

mtodo de inversin automatizado, si se cuenta con un intrprete experimentado.

17

Figura 1.6. Mdulo de modelado del software de procesamiento ReMi 4.0 para la ssmica

de microtremores.

Los problemas con las inversiones automatizadas (que tienden a exagerar

anomalas) en otras reas de la prospeccin geofsica, como la gravimetra,

magnetometra y mtodos elctricos, han llevado a la popularizacin de los modelados

interactivos en esos campos (Louie, 2001).

1.3 PARMETROS DINMICOS DEL SUBSUELO (CONSTANTES ELSTICAS)

Las constantes elsticas, tambin conocidas como mdulos elsticos, son un

conjunto de parmetros que definen las propiedades y comportamiento de un material

18

que se somete a esfuerzos, sufre deformaciones, y luego recupera su forma original

despus de que los esfuerzos cesan (i.e. material elstico). Estas constantes son

importantes en la sismologa debido a que la velocidad de las ondas ssmicas depende de

las mismas y de la densidad de las rocas. Asimismo, son empleadas para la

caracterizacin de sitios en la geotecnia aplicada a ingeniera civil, por lo cual su

investigacin y cuantificacin a travs de mtodos geofsicos resulta un rea de

aplicacin interesante y permite ampliar los alcances de la geofsica de ambientes

urbanos (Cetraro, 2007).

Las constantes elsticas tienen un papel fundamental en la teora de la

elasticidad, especficamente en la teora de la elasticidad lineal. Esta ltima comprende

el estudio de los materiales slidos elsticos lineales sometidos a pequeas

deformaciones, de tal manera que los esfuerzos y deformaciones se relacionen

linealmente entre s. En general un slido elstico lineal sometido a grandes esfuerzos no

cumplir esta condicin. Por lo tanto, la teora de la elasticidad lineal slo es aplicable a

slidos elsticos lineales sometidos a deformaciones pequeas.

Un material elstico lineal est constitutivamente descrito por la Ley de Hooke, la

cual, en el caso de un slido elstico, homogneo e istropo, tiene la siguiente forma

(Mendoza, 1998):

= + 2 (1.9)

Cuando el material cumple dichas condiciones (es linealmente elstico,

homogneo e istropo) su comportamiento y propiedades elsticas quedarn

completamente determinadas por slo dos constantes elsticas y, dado un par cualquiera

de ellas, todas las otras pueden ser calculadas de acuerdo a varias formulas existentes.

Las 5 constantes elsticas ms comunes son las siguientes:

Mdulo de volumen (incompresibilidad volumtrica) (K)

Mdulo de Young (E)

Primera constante de Lam ()

19

Mdulo de cizalla (rigidez) (G)

Coeficiente de Poisson ()

1.3.1 Mdulo de volumen (de incompresibilidad, K)

El mdulo de volumen de un material o sustancia mide la resistencia del mismo a

una compresin uniforme. Se define como el incremento de presin necesario para

causar una cierta disminucin relativa de volumen. El inverso del mdulo de volumen

indica la compresibilidad del material. El mdulo de volumen puede definirse

formalmente como (Mendoza, 1998):

=

(1.10)

En funcin de las velocidades de las ondas ssmicas, el mdulo de volumen se

puede expresar como:

= 3(12) (1.11)

1.3.2 Mdulo de Young (E)

Proporciona una medida de la rigidez de un material elstico istropo. Se define

como el cociente entre el esfuerzo uniaxial sobre la deformacin uniaxial (en un mismo

eje) sufrida por el material, en el rango de esfuerzos en los que la Ley de Hooke es vlida

(Mendoza, 1998). Puede determinarse experimentalmente a partir de la pendiente de

una curva esfuerzo-deformacin obtenida a partir pruebas tensionales llevadas a cabo en

una muestra del material.

20

El mdulo de Young permite, por ejemplo, cuantificar la deformacin de una

barra hecha de un material elstico istropo sometida a regmenes compresionales o

extensionales.

El mdulo de Young puede ser expresado como:

= 2(1 + ) (1.12)

1.3.3 Primera constante de Lam ()

Este parmetro no tiene una interpretacin fsica, pero sirve para simplificar la

matriz de rigidez en la Ley de Hooke. Esta constante, junto con la segunda constante de

Lam (Mdulo de cizalla), constituye una parametrizacin de las constantes elsticas

para medios istropos homogneos y, por tanto, est relacionada a ellas.

1.3.4 Mdulo de cizalla (rigidez) (G)

Se define como la tasa de esfuerzo cortante (de cizalla) a deformacin cortante

para un material dado, es decir, describe el comportamiento del mismo ante un esfuerzo

de cizalla. En slidos homogneos e istropos, la velocidad de las ondas de corte (S) est

controlada por el modulo de cizalla (Mendoza, 1998):

= (1.13)

En forma equivalente:

= 2 (1.14)

21

1.3.5 Coeficiente de Poisson ()

Es la tasa de deformacin compresiva o transversal (normal a la carga aplicada) a

la deformacin extensiva o axial (paralela a la carga aplicada) para un material en

particular. Cuando un material es estirado en una direccin, el mismo tiende a

expandirse (o, en casos raros, a contraerse) en las otras dos direcciones, y viceversa

(efecto de Poisson). El coeficiente de Poisson es una medida de esta tendencia

(Mendoza, 1998).

Suponiendo que el material es comprimido a lo largo de la direccin axial:

=

=

(1.15)

En funcin de las velocidades ssmicas:

= 222

22 (1.16)

El coeficiente de Poisson de un material estable no puede ser menos de -1.o ni

mayor de 0.5 debido al requerimiento de que los mdulos de cizalla y de volumen tengan

valores positivos. Un material perfectamente incompresible deformado elsticamente a

deformaciones pequeas tendra un coeficiente de Poisson de exactamente 0.5.

Una de las reas de aplicacin del efecto de Poisson es en la geologa estructural.

La presin de soterramiento hace que las rocas exhiban el efecto de Poisson. En el

tiempo geolgico, la erosin o sedimentacin excesiva en la corteza puede crear o

eliminar grandes esfuerzos verticales sobre la roca soterrada. Dichos esfuerzos verticales

crean esfuerzos horizontales que pueden afectar o formar juntas y resultar en cambios

estructurales (wikipedia.org).

22

1.3.6 Capacidad de carga (Bearing capacity)

La capacidad de carga es la capacidad del terreno de soportar los esfuerzos

(cargas) aplicados al mismo. De forma ms especfica, es la presin de contacto

promedio mxima entre el cimiento y el suelo que no debe producir fallas de corte en

este ltimo. Es un parmetro ampliamente utilizado en la ingeniera geotcnica para la

caracterizacin geotcnica de sitios, previa a la construccin de una estructura.

La capacidad de carga para cimientos someros puede ser descrita en funcin de la

velocidad de las ondas de corte medidas en sitio mediante mtodos geofsicos, de

acuerdo con una expresin emprica propuesta por Tezcan et al. (2006), basada en una

variedad de casos de estudio, que incluyen datos de pozo, pruebas de laboratorio y

prospeccin geofsica. Dicha expresin concuerda consistentemente con los resultados

de la teora clsica empleada en la investigacin de dicho parmetro (capacidad de

carga), y ha probado ser confiable y segura (Tezcan et al., 2006).

Dicha expresin tiene la forma siguiente:

= 2.4(104) (1.17)

Sin embargo, segn recomendacin de Tezcan et al. (2006), dicha expresin debe

usarse con precaucin. En el caso de edificios relativamente importantes, este parmetro

tambin debe ser calculado por los mtodos clsicos, al menos mientras dicha expresin

no haya sido ampliamente calibrada y probada (con pruebas adicionales a las que ya se

le han realizado).

CAPTULO II

MARCO METODOLGICO

Para cada rea de estudio el proyecto const de las siguientes fases:

1. Adquisicin de los datos de refraccin ssmica

2. Adquisicin de los datos de ssmica de microtremores

3. Procesamiento de los datos de ssmica de refraccin y ssmica de microtremores

4. Clculo de los perfiles de velocidades de ondas S y P

5. Clculo de los parmetros dinmicos (constantes elsticas)

2.1 UBICACIN Y DESCRIPCIN GEOLGICA DE LAS REAS DE ESTUDIO

El estudio se llev a cabo en varias localidades de la ciudad de Caracas,

identificadas por conveniencia de acuerdo con el rea o sector donde se encuentran:

Chacato, Country Club, Campo Alegre y Los Prceres. La ubicacin de estos sitios se

muestra en la Figura 2.1.

Cada rea de estudio est claramente afectada, en mayor o menor grado, por las

condiciones normales inherentes a un ambiente urbano, tales como circulacin de

vehculos, paso de peatones, presencia de maquinarias y trabajos viales y de

construccin. Estos elementos constituyen una fuente permanente de ruido ssmico que

resulta positivo para la aplicacin del mtodo ssmico de microtremores, ya que la

grabacin de dicho ruido es el fundamento prctico del mtodo (ver Marco Terico). No

obstante, ese mismo ruido, como es bien sabido, limita severamente el potencial del

mtodo de refraccin ssmica. En tales condiciones, se dificulta notablemente la

24

identificacin de la seal (primeras llegadas de las ondas compresionales) para tendidos

largos (y en algunos casos se hace completamente imposible), lo cual adems trae como

consecuencia que las profundidades de investigacin alcanzables tambin se vean

afectadas y limitadas. A esto ltimo se agrega la imposibilidad de usar fuentes explosivas

(por motivos legales) para tratar de lograr una mejor relacin seal/ruido y poder

alcanzar profundidades mayores.

Figura 2.1. Ubicacin de las reas de estudio en la ciudad de Caracas.

2.1.2 Geologa general de las reas de estudio

La geologa del valle de Caracas ha sido descrita por Kantak et al. (2005). El rasgo

ms resaltante es la presencia de un relleno sedimentario de espesor variable que

alcanza los 300 m de profundidad en la zona de Los Palos Grandes/Santa Eduvigis y 140

25

m en San Bernardino, siendo stas las dos depresiones ms importantes del valle

(Kantak et al., 2005), mientras que en el resto del mismo el espesor de sedimentos no

excede los 80 m (Kantak et al., 2005).

Los sedimentos depositados en el valle de Caracas consisten de depsitos

aluviales (abanicos) originados en la Sierra del vila (ubicada al norte), depsitos

fluviales del Rio Guaire y sus tributarios y sedimentos de origen lacustre de extensin

muy local (Kantak et al., 2005). Los depsitos aluviales consisten de una facies proximal

catica y una distal fina. La facies proximal catica, que domina el noreste del valle,

consiste de sedimentos de grano grueso a muy grueso (grava en matriz arenosa,

guijarros, peas y peones). En esta regin las areniscas y limos juegan un papel

secundario (Kantak et al., 2005). Ms hacia el sur, las facies ms finas sustituyen

gradualmente a las litologas descritas para la parte norte, con sedimentos de grano fino

y ausencia casi total de peones (Kantak et al., 2005). La mayora de estos depsitos

estn formados por arenas. Limos y arcillas son ms frecuentes pero an secundarios.

La parte sur del valle est dominada por los depsitos fluviales del Ro Guaire y

sus tributarios, con litologas fundamentalmente compuestas de limos arenosos y lodos

en capas interestratificadas. Dichas capas corresponden a depsitos de llanuras de

inundacin del Guaire y estn a su vez intercaladas con las facies distales de los abanicos

aluviales originados al norte (Kantak et al., 2005).

En algunas reas aisladas del valle se han encontrado depsitos lacustres (pre-

Holoceno). Los mismos estn conformados por dos facies, una arcillosa-limosa y otra de

arcillas limosas y arenas finas o limos. Dichos sedimentos tienen espesores de 6-15 m.

Una seccin geolgica generada a travs de datos de pozo a lo largo de Lnea 1 del

Metro de Caracas por Kantak et al. (2005) muestra que los depsitos de abanicos

aluviales provenientes de la Sierra del vila son el mayor constituyente de los

sedimentos depositados en el valle. En particular, en el rea de Bellas Artes Chacato

las unidades geolgicas estn dominadas por arenas, con ausencia de peones y peas.

Adems se destaca la presencia de capas gruesas (>5 m) de arenas limosas. La mayor

cantidad de capas dominadas por limos y arcillas refleja la mayor proximidad del Ro

Guaire, y la presencia de depsitos de llanura de inundacin (Kantak et al., 2005).

26

Ms hacia el este (hacia el rea del Country Club y Campo Alegre), la misma

seccin geolgica muestra una fuerte disminucin en la presencia de depsitos de

llanura de inundacin, al existir una mayor distancia desde el Ro Guaire, y comienzan a

dominar de nuevo las facies distales finas de los depsitos de abanicos aluviales (Kantak

et al., 2005).

2.2 SSMICA DE REFRACCIN

2.2.1 Adquisicin de los datos

En todas las reas estudiadas se emplearon tendidos de 24 canales y 1 m de

separacin entre receptores (de 10 Hz) (Figura 2.3), excepto en la zona de Los Prceres,

donde la separacin utilizada fue de 2 m. Se us como fuente un martillo (mandarria). El

sismgrafo empleado fue un DAQLink II de Seismic Source Co (Figura 2.2). Dicho

sismgrafo tiene una resolucin de 24 bits y permite tasas de muestreo desde 0.125

hasta 8 ms con un mximo de 24 canales por unidad individual. Los registros fueron

grabados empleando tasas de muestreo de 0.125 ms y longitudes de registro variables

entre 0.250 y 0.5 s.

27

Figura 2.2. Sismgrafo (DAQ Link II) y equipo de adquisicin empleado.

Es importante destacar que la eleccin de la geometra y, como ya se ha

mencionado, el alcance de la profundidad de investigacin de los estudios de refraccin

se vieron limitadas por el ambiente de adquisicin (ambiente urbano, Caracas), el cual

implica la presencia de un elevado nivel de ruido ssmico y limitados espacios para la

aplicacin del mtodo, con las consecuencias que anteriormente fueron sealadas. No

obstante, el objetivo del estudio estuvo enfocado a las profundidades de inters para las

aplicaciones ingenieriles (i.e. los primeros 10 m), razn por la cual se escogi una

separacin corta de 1 m entre receptores. Esta separacin fue suficiente para lograr la

cobertura deseada, aunque se observa la severa limitacin que el ambiente urbano

impone a la ssmica de refraccin en cuanto a la seleccin clara de las primeras llegadas

de las ondas compresionales.

28

Figura 2.3. Gefonos y segmento del tendido de adquisicin (rea de Campo Alegre).


Una muestra preliminar de los datos obtenidos fue procesada utilizando

diferentes paquetes de software: Interpex IXRefraX 1.05, W_GeoSoft WinSism 10.7 y

Sandmeier Software Reflex - Win 4.5. Esto se hizo con el objetivo de poder comparar las

ventajas y desventajas de cada uno de ellos, as como para decidir cul es el ms

adecuado de acuerdo a las caractersticas de los datos adquiridos. Cada uno de estos

paquetes proporciona al usuario diferentes algoritmos y tcnicas de inversin: mtodo

de los retardos (Redpath, 1973), GRM (Generalized Reciprocal Method, Mtodo

Recproco Generalizado) (Palmer, 1981), inversin de frentes de ondas y tomografa por

medio de diferencias finitas. Con base en lo anterior, se escogi el paquete Reflex-Win 5

como el definitivo para el procesamiento y presentacin de los datos finales, debido a su

robustez, a las menores limitaciones que presenta para trabajar con tendidos pequeos

29

adquiridos en condiciones difciles (alto nivel de ruido), a su menor contenido de errores

de programacin y a que permite una secuencia de procesamiento sencilla pero a la vez

potente por la gran cantidad de herramientas que dispone para la misma.

Adicionalmente, para las reas de Chacato y Campo Alegre, los resultados se

calcularon a travs de dos enfoques diferentes: aproximacin por capas discretas y

gradiente de velocidades. El mtodo por capas discretas (mtodo tradicional) genera

secciones compuestas por horizontes individuales con velocidades homogneas para

cada uno. La seccin de gradiente de velocidades, en cambio, presenta una variacin

continua de los valores de velocidad con la profundidad. Los perfiles de capas discretas

proporcionan una definicin ms precisa de las interfaces entre capas; sin embargo,

pueden no ser la aproximacin ms adecuada para suelos granulares sueltos que

presenten una tendencia de aumento gradual de velocidad con respecto a la

profundidad, causada por el aumento de la presin de soterramiento. En estos casos, la

interpretacin mediante un gradiente de velocidades puede ser ms realista (Rucker,

2002). Adems, este mtodo permite el clculo de los parmetros dinmicos

superficiales del subsuelo con un mayor nivel de resolucin, al disponer de valores de

velocidades a intervalos de profundidad menores.

2.3 SSMICA DE MICROTREMORES

2.3.1 Adquisicin de los datos

Al igual que en el caso de la ssmica de refraccin, se emplearon tendidos de 1 m

de separacin en todas las reas de estudio excepto en Los Prceres, donde la misma fue

de 4 m (lo cual redunda en una profundidad de investigacin mayor). Los gefonos

utilizados fueron de 10 Hz y los registros fueron grabados utilizando tanto ruido

ambiental nicamente (fuente pasiva) como golpes de martillo (fuente activa)

adicionales al ruido ambiental. Esto ltimo se hizo con el objetivo de aumentar el

contenido de altas frecuencias de la seal grabada y as mejorar la seal en esa banda.

30

La adquisicin se hizo con el mismo sismgrafo de la ssmica de refraccin (lo

cual, como se ha indicado, es una de las ventajas del mtodo, al no requerirse equipos

ms sofisticados y costosos). La tasa de muestreo fue de 2 ms y los registros tuvieron una

longitud variable entre 25 y 30 s. El producto de la adquisicin, como se ha mencionado,

son registros de campo con las trazas ssmicas (de ruido ambiental) grabadas para cada

canal.


Los datos fueron procesados utilizando el paquete SeisOpt ReMi v4.0 de Optim

Software. ste consta de varios mdulos que permiten hacer la seleccin de la curva de

dispersin de las ondas superficiales (Rayleigh), a travs de la transformada p-f de los

registros de campo, la cual es calculada de acuerdo a la base terica propuesta por Louie

(2001). Luego, a travs del software se hace un modelado hacia delante con dicha curva,

lo cual permite generar el modelo final de las velocidades de las ondas de corte (Vase

Marco Terico y Apndice A). Estos modelos pueden generarse tanto por aproximacin

por capas discretas como por un gradiente de velocidades metro a metro, posibilitado

por el espaciamiento de 1 m entre gefonos que permite una cobertura de alta resolucin

de aproximadamente los primeros 10 m del subsuelo. Esto, al igual que en el caso de la

ssmica de refraccin, se hizo nicamente para las reas de Chacato y Campo Alegre.

El producto final del procesamiento es el modelo de velocidades 1D de las ondas

de corte para el rea estudiada (el cual tiene como punto de atribucin la mitad del

tendido). Si se deseara, el software cuenta con herramientas para la generacin de

modelos 2D a partir de modelos 1D generados utilizando varios tendidos consecutivos,

que permiten una mejor identificacin de las variaciones laterales en la distribucin de

velocidades del subsuelo.

31

2.4 CLCULO DE PARMETROS DINMICOS DEL SUBSUELO

Los parmetros dinmicos (constantes elsticas) del subsuelo fueron calculados

para cada rea haciendo uso de los perfiles de velocidades de ondas compresionales

(derivados con la ssmica de refraccin) y de ondas de corte (derivados con la ssmica de

microtremores). Para dicho clculo se emplearon las relaciones que se presentan en el

Captulo I (Marco Terico).

Para las reas de Chacato y Campo Alegre dichos parmetros fueron calculados,

con fines comparativos, tanto por la aproximacin por capas discretas (mtodo

tradicional) como por el mtodo de gradiente de velocidades, que permite un clculo a

intervalos de profundidad menores.

CAPTULO III

RESULTADOS Y ANLISIS

A continuacin se presentan los resultados obtenidos para cada rea estudiada.

Los mismos incluyen los registros ssmicos de refraccin, las imgenes (transformadas)

p-f, los perfiles de velocidades de ondas P y S, as como el conjunto completo de

parmetros dinmicos calculados para cada una de dichas reas.

3.1 CHACATO

Los registros ssmicos de refraccin para el disparo y el contradisparo se

muestran en las Figuras 3.1 y 3.2, respectivamente. La imagen p-f obtenida mediante la

ssmica de microtremores se presenta en la figura 3.3. Los perfiles de velocidades de

ondas S y P se muestran en la Figura 3.4. La Figura 3.5 muestra la seccin de velocidades

de ondas compresionales obtenida mediante el mtodo de refraccin, a la cual se ha

sobrepuesto el perfil de velocidades de ondas S para fines comparativos. Los valores de

los coeficientes de Poisson, calculados para las tres capas identificadas, as como metro a

metro (gradiente) se muestran en la Figura 3.6.

Los perfiles ssmicos en esta rea mostraron un nivel de ruido relativamente bajo

(en comparacin con las otras zonas) (Figuras 3.1 y 3.2). El mismo muestra una

tendencia normal de aumento a medida que la distancia de la traza con respecto al

disparo tambin aumenta. Sin embargo, el nivel de ruido tambin debe analizarse

(cualitativamente) tomando en cuenta la separacin entre receptores (1 m), lo cual lleva

a la conclusin de que, en trminos ms absolutos, es elevado.

La imagen (transformada) p-f (Figura 3.3) permite una seleccin clara de la curva

de dispersin de las ondas Rayleigh, ya que se observa un cambio bastante marcado en el

33

cociente espectral (ver Marco Terico), lo cual a su vez es consecuencia de haber logrado

un buen registro de ruido ambiental en campo.

Figura 3.1. Registro ssmico de refraccin (disparo) (Chacato).

34

Figura 3.2. Registro ssmico de refraccin (contradisparo) (Chacato).

35

Figura 3.3. Transformada p-f y seleccin de la curva de dispersin (Chacato).

Como se observa en las Figuras 3.4 y 3.5, existe un muy buen acuerdo entre las

interfaces entre capas detectadas por ambos mtodos (refraccin y ssmica pasiva). Las

velocidades ssmicas muestran un aumento gradual con la profundidad, lo cual

probablemente es causado por el aumento gradual en la presin de soterramiento para

estos primeros metros de sedimento. Sin embargo, la capa intermedia presenta unos

valores de velocidades ms uniformes que parecen indicar una litologa ms masiva. Los

valores del coeficiente de Poisson se encuentran dentro del rango caracterstico para

secuencias aluviales (0.35 - 0.45) (Cetraro, 2007), las cuales son tpicas de los primeros

metros del relleno sedimentario del valle de Caracas (Kantak et al., 2005). En particular,

el rea de Chacato representa una zona intermedia en cuanto a la profundidad del

substrato rocoso (Kantak et al., 2005), con un espesor sedimentario superficial

constituido fundamentalmente de depsitos limosos y arenosos.

36

0 400 800 1200 1600

Vp y Vs (m/s)

10

8

6

4

2

0

Pro

fund

idad

(m)

ChacaitoVpVs

Figura 3.4. Perfil de velocidades de ondas P y S (Chacato).

Figura 3.5. Seccin ssmica de refraccin y perfil de velocidades de ondas S (Chacato).

La secuencia de coeficientes de Poisson observada por capas (Figura 3.6 sugiere

una primera capa de grano fino (probablemente limo-arcillosa), suprayacente a un

37

depsito relativamente ms arenoso que suprayace, a su vez, a otra secuencia ms

arcillosa. Se observ un valor promedio del coeficiente de Poisson para esta rea de 0.41.

0.32 0.36 0.4 0.44 0.48

Coeficiente de Poisson

10

8

6

4

2

0P

rofu

ndid

ad (m

)

ChacaitoGradienteCapas

Figura 3.6 Coeficientes de Poisson calculados segn velocidades de ondas P y S

(Chacato).

Utilizando los valores de velocidades de ondas P y S medidos, se calcul un

conjunto completo de valores de parmetros dinmicos para la zona de estudio. Los

resultados de estos clculos, presentados tanto por capas, como metro a metro

(gradiente), se muestran en las Tablas 3.1 y 3.2. Como ya se ha mencionado, los mismos

son fundamentales en la geotecnia aplicada a la ingeniera civil para lograr el diseo

adecuado y eficiente de una edificacin, de acuerdo con las caractersticas elsticas del

suelo, las cuales determinarn la respuesta del mismo ante los regmenes de esfuerzo

que las obras civiles producen. La capacidad de carga (qa

) fue calculada a partir de las

velocidades de ondas de corte y de la densidad.

38

Tabla 3.1. Velocidades de ondas P y S y parmetros dinmicos por capas (Chacato).

Prof. Vs Vp Vp/Vs G E K qa

m m/s m/s g/cm 3 MPa MPa MPa kPa

0.0 196.9 530 2.69 1.91 0.42 74.05 210.29 437.79 90.3

2.4 340.7 771 2.26 2.05 0.38 237.96 656.13 901.33 167.6

7.5 451.5 1326 2.94 2.11 0.43 430.13 1233.98 3136.46 228.6

Tabla 3.2. Velocidades de ondas P y S y parmetros dinmicos metro a metro (Chacato).

Prof. Vs Vp Vp/Vs G E K qa

m m/s m/s g/cm 3 MPa MPa MPa kPa

1 180.1 554.7 3.08 1.89 0.44 61.30 176.69 499.80 81.7

2 224.9 559.1 2.49 1.91 0.40 96.61 271.17 468.24 103.1

3 283.4 562.3 1.98 1.93 0.33 155.01 412.24 403.55 131.3

4 332.6 769.0 2.31 2.00 0.38 221.25 612.83 887.73 159.6

5 336.9 769.2 2.28 2.02 0.38 229.27 633.40 889.47 163.3

6 341.3 769.3 2.25 2.09 0.38 243.46 670.70 912.30 171.2

7 344.4 769.4 2.23 2.09 0.37 247.90 681.58 906.70 172.8

8 425.3 932.3 2.19 2.11 0.37 381.66 1044.67 1325.10 215.4

9 453.9 1190.3 2.62 2.11 0.41 434.71 1230.17 2409.86 229.9

10 475.7 1324.8 2.78 2.12 0.43 479.74 1368.20 3081.15 242.0

3.2 CAMPO ALEGRE

Los registros ssmicos de refraccin para el disparo, el contradisparo y el disparo

central se muestran en las Figuras 3.7, 3.8 y 3.9, respectivamente. La imagen p-f

39

obtenida mediante la ssmica de microtremores se presenta en la figura 3.10. Los perfiles

de velocidades de ondas P y S se muestran en la Figura 3.11. La Figura 3.12 muestra la

seccin de velocidades de ondas P junto con el perfil de velocidades de ondas S.

En esta zona se observan registros de refraccin relativamente ms ruidosos que

los del rea de Chacato (especialmente en el disparo central), lo cual est

probablemente causado por el elevado volumen de trfico vehicular a travs de una va

adyacente al tendido. La imagen p-f (Figura 3.10) muestra un contraste de cocientes

espectrales marcado, que permite una seleccin clara de la curva de dispersin de las

ondas Rayleigh.

Figura 3.7. Registro ssmico de refraccin (disparo) (Campo Alegre).

40

Figura 3.8. Registro ssmico de refraccin (contradisparo) (Campo Alegre).

41

Figura 3.9. Registro ssmico de refraccin (disparo central) (Campo Alegre).

42

Figura 3.10. Transformada p-f (Campo Alegre).

Se observa en los perfiles individuales (Figura 3.11), as como en la Figura 3.12,

que en esta zona la profundidad hasta la base de la capa ms somera no concuerda entre

ambos mtodos tan bien como en el rea de Chacato (existe una diferencia de 1 m en

este caso). Esto probablemente es debido a que los resultados del mtodo de refraccin

se vieron afectados en esta rea por un mayor nivel de ruido ssmico ambiental, causado

por la presencia de un elevado volumen de trfico vehicular en una va pblica adyacente

al tendido, como fue mencionado anteriormente. En el caso de la ssmica de

microtremores dicha limitacin se transforma en una ventaja que otorga mayor

confiabilidad a sus resultados.

43

270 280 290 300 310 320 330Vs (m/s)

6

4

2

0

Pro

fund

idad

(m)

500 600 700 800 900 1000Vp (m/s)

6

4

2

0

Prof

undi

dad

(m)

Figura 3.11. Perfiles de velocidades de ondas S (izquierda) y P (derecha) (Campo Alegre).

Por otra parte, las velocidades observadas en esta rea siguen una tendencia

normal de aumento gradual en profundidad, asociada fundamentalmente a un aumento

en la presin de soterramiento de los sedimentos. En particular, el perfil de velocidades

de ondas S muestra una primera capa con velocidades heterogneas y un gradiente de

aumento elevado, probablemente indicativos de un primer horizonte conformado por

material no consolidado (i.e. suelo), que suprayace a una capa con velocidades

relativamente ms homogneas, las cuales estaran asociadas a sedimentos ms

consolidados.

44

Figura 3.12. Seccin ssmica de refraccin y perfil de velocidades de ondas S (Campo

Alegre).

Los coeficientes de Poisson calculados segn las velocidades ssmicas para el rea

de Campo Alegre se muestran en la Figura 3.13. Los valores para la primera capa (0.33)

sugieren una litologa relativamente arenosa, que suprayace a una capa ms arcillosa

(con un valor de 0.43 para su coeficiente de Poisson).

0 5 10 15 20 25500

550

600

650

700

750

800

850

900

N S0

7

280 300 320Vs (m/s)

3

Vp (m/s)

45

Figura 3.13. Coeficientes de Poisson calculados segn velocidades de ondas S y P (Campo

Alegre).

Las Tablas 3.3 y 3.4 muestran los valores calculados de los parmetros dinmicos

para el rea de Campo Alegre, junto con las velocidades ssmicas empleadas para su

clculo.

Tabla 3.3. Velocidades de ondas P y S y parmetros dinmicos por capas (Campo

Alegre).

Prof. Vs Vp/Vs Vp G E K qa

m m/s m/s g/cm3

MPa MPa MPa kPa

0.0 286.6 1.99 569 1.95 0.33 160.17 426.07 417.77 134.1

2.4 311.7 2.91 907 2.05 0.43 199.17 570.84 1420.87 153.4

0.24 0.28 0.32 0.36 0.4 0.44Coeficiente de Poisson

6

4

2

0

Pro

fund

idad

(m)

Campo AlegreGradienteCapas

46

Tabla 3.4. Velocidades de ondas P y S y parmetros dinmicos metro a metro (Campo

Alegre).


m m/s m/s g/cm3

MPa MPa MPa kPa

1 279.7 1.90 532.4 1.90 0.31 148.64 389.26 340.37 127.5

2 294.6 1.84 541.1 1.90 0.29 164.90 425.23 336.43 134.3

3 310.8 1.74 541.2 1.94 0.25 187.40 469.98 318.36 144.7

4 312.0 2.61 813.3 1.97 0.41 191.77 542.21 1047.38 147.5

5 314.5 2.87 902.6 1.97 0.43 194.85 557.63 1345.13 148.7

6 318.3 2.85 907.0 2.05 0.43 207.70 593.91 1409.50 156.6

7 321.4 2.82 907.1 2.07 0.43 213.83 610.78 1418.16 159.7

3.3 COUNTRY CLUB

Los registros ssmicos de refraccin para el disparo y el contradisparo se

muestran en las Figuras 3.14 y 3.15, respectivamente. La imagen p-f obtenida mediante

la ssmica de microtremores se presenta en la figura 3.16. En el Country Club, los

registros de refraccin son relativamente poco ruidosos. Las imgenes p-f, aunque

todava permiten una seleccin clara de la curva de dispersin, muestran una definicin

pobre para la banda de frecuencias altas. Esto puede ser causado por ser esta una zona

ms tranquila (residencial), que producira un espectro de ruido ambiental ms bajo y

con menor ancho de banda.

Los perfiles de velocidades de ondas P y S se muestran en la Figura 3.17. En esta

rea es apreciable la diferencia en las profundidades de investigacin alcanzadas por

ambos mtodos: el mtodo ReMi permiti investigar hasta 10 m aproximadamente, en

contraste con los 5 m alcanzados por la refraccin tradicional. Sin embargo, ambos

mtodos concuerdan bien en la definicin de la interfaz entre la primera y la segunda

capa, ubicada aproximadamente a 1.5 m. Esta primera capa muestra velocidades bajas

47

que probablemente corresponden a los primeros metros de relleno y suelo presente en la

zona. La segunda capa presenta valores de velocidades mayores que sugieren un

sedimento ms consolidado.

Figura 3.14. Registro ssmico de refraccin (disparo) (Country Club).

48

Figura 3.15. Registro ssmico de refraccin (contradisparo) (Country Club).

Figura 3.16. Transformada p-f y seleccin de la curva de dispersin (Country Club).

49

Figura 3.17. Perfil de velocidades de ondas P y S (Country Club).

En la Figura 3.18 se muestra la seccin ssmica de refraccin a la cual se ha

sobrepuesto el perfil de velocidades de ondas S. En esta figura se observa tambin el

buen acuerdo en la definicin de la interfaz entre la primera y la segunda capa que

result de aplicar ambos mtodos. De igual manera, la seccin de refraccin evidencia

una configuracin buzante hacia el oeste (con un ngulo de buzamiento de

aproximadamente 4). Sin embargo, en ausencia de mayor informacin sobre la

configuracin estructural local del rea, es imposible determinar si se trata de un

buzamiento verdadero o aparente.

0 200 400 600 800 1000

Vp y Vs (m/s)

10

8

6

4

2

0

Pro

fund

idad

(m)

Country ClubVpVs

50

Figura 3.18. Seccin ssmica de refraccin y perfil de velocidades de ondas S (Country

Club).

La secuencia de coeficientes de Poisson calculada para esta zona (Figura 3.19)

sugiere, de igual manera que para la zona de Campo Alegre, una primera capa arenosa

(0.37) suprayacente a una capa relativamente ms arcillosa (0.42).

Figura 3.19. Coeficientes de Poisson calculados segn velocidades de ondas S y P

(Country Club).

0.35 0.4 0.45Coeficiente de Poisson

6

4

2

0

Pro

fund

idad

(m)

51

La tabla 3.5 muestra los valores finales de los parmetros dinmicos calculados

por capas para la zona de Country Club.

Tabla 3.5. Velocidades de ondas P y S y parmetros dinmicos por capas (Country Club).


m m/s m/s g/cm3

MPa MPa MPa kPa

0.0 188.8 2.22 420 1.94 0.37 69.15 189.94 250.01 87.9

1.5 331.3 2.66 880 2.01 0.42 220.62 625.42 1262.39 159.8

3.4 LOS PRCERES

Los registros ssmicos de refraccin para el disparo, el contradisparo y el disparo

central se muestran en las Figuras 3.20, 3.21 y 3.22, respectivamente. La imagen p-f

obtenida mediante la ssmica de microtremores se presenta en la figura 3.23. Los

registros de refraccin de Los Prceres son los ms ruidosos de todo el estudio,

probablemente a causa de la mayor separacin entre receptores empleada (el doble de la

de las otras reas, i.e. 2 m). Dicho nivel de ruido impide una identificacin clara de las

primeras llegadas en ms de la mitad del tendido. La imagen p-f, por el contrario, s

permite una seleccin clara de la curva de dispersin, tomando en cuenta que en este

caso la separacin entre receptores tambin fue mayor que la de las otras reas (4 m)

La Figura 3.24 muestra los perfiles de velocidades de ondas P y S para el rea de

Los Prceres, cuya profundidad ha sido truncada hasta los 6 m. Sin embargo, la

profundidad de investigacin alcanzada a travs de la ssmica de microtremores fue

mayor (ms de 20 m), en virtud de una mayor separacin entre receptores (4 m), como

se observa en la Figura 3.25. En esta zona el perfil de refraccin concuerda con el de

microtremores en la definicin de la base de la primera capa. Sin embargo, su alcance de

52

investigacin fue insuficiente para definir la base de la segunda capa, en contraste con el

mtodo de microtremores, que s permiti alcanzarla (a 9 m aproximadamente).

Figura 3.20. Registro ssmico de refraccin (disparo) (Los Prceres).

53

Figura 3.21. Registro ssmico de refraccin (contradisparo) (Los Prceres).

54

Figura 3.22. Registro ssmico de refraccin (disparo central) (Los Prceres).

Figura 3.23. Transformada p-f y seleccin de la curva de dispersin (Los Prceres).

55

En la zona de Los Prceres la profundidad del substrato rocoso (esquistos

altamente meteorizados de la Formacin Las Mercedes) es menor que en las otras reas

(hecho que pudo ser evidenciado a travs de un corte cercano al tendido, donde la roca

era claramente visible, Figura 3.28). Esto pudo ser corroborado a travs de la ssmica de

microtremores, donde la tercera capa (cuyo tope fue encontrado a aproximadamente 9

m) es interpretada como dicho substrato, en vista de los mayores valores velocidad que

presenta y del cambio abrupto de los mismos (con respecto a la capa anterior).

Figura 3.24. Perfil de velocidades de ondas P y S (Los Prceres).

0 200 400 600 800Vs (m/s)

6

4

2

0

Pro

fund

idad

(m)

56

Figura 3.25. Perfil de velocidades de ondas S (Los Prceres).

La Figura 3.26 muestra la seccin ssmica de refraccin y el perfil de ondas S, en

la cual se observa tambin el acuerdo entre ambos mtodos. A diferencia de la zona del

Country Club, se observa aqu una configuracin de capa pseudo-horizontal.

Figura 3.26. Seccin ssmica de refraccin y perfil de velocidades de ondas S (Los

Prceres).

0 200 400 600 800 1000Vs (m/s)

20

16

12

8

4

0

Pro

fund

idad

(m)

57

Los valores calculados del coeficiente de Poisson son presentados en la Figura

3.27. En este caso no difieren tanto entre la primera y la segunda capa (0.36 y 0.38

respectivamente), como en las otras reas. Esto puede ser causado por una litologa ms

similar entre ambas, lo cual sugerira que la diferencia en los valores de velocidad estara

controlada fundamentalmente por diferentes niveles de compactacin, ms que por

cambios litolgicos.

Figura 3.27. Coeficientes de Poisson calculados segn velocidades de ondas S y P (Los

Prceres).

La Tabla 3.6 muestra los valores de los parmetros dinmicos superficiales

calculados para el rea de Los Prceres.

0.35 0.4Coeficiente de Poisson

6

4

2

0

Pro

fund

idad

(m)

58

Tabla 3.6. Velocidades de ondas P y S y parmetros dinmicos por capas (Los Prceres).


m m/s m/s g/cm3 MPa MPa MPa kPa

0.0 141.5 2.12 300 1.90 0.36 38.04 103.23 120.28 64.5

2.3 331.9 2.26 750 2.02 0.38 222.52 613.37 839.56 160.9

Figura 3.28. Corte donde se observa el esquisto meteorizado de la Fm. Las Mercedes

(Los Prceres).

59

En general, en todas las reas estudiadas se obtuvieron perfiles de velocidades

cuyos rasgos concuerdan con la geologa superficial del valle de Caracas (Kantak et al.,

2005). Asimismo, se observa un muy buen acuerdo entre los dos mtodos aplicados

(ssmica de refraccin y de microtremores) en cuanto a la definicin de las interfaces

entre capas (con excepcin de la zona de Campo Alegre, por las razones ya expuestas), lo

cual, a su vez, otorga un nivel mayor de confiabilidad a los resultados finales. Por otra

parte, los valores calculados de los coeficientes de Poisson se encuentran dentro del

rango tpico para sedimentos aluviales (0.35 - 0.45) (Cetraro, 2007).

Los niveles de ruido en los perfiles de refraccin fueron variables; sin embargo, el

tendido de Los Prceres fue el ms afectado en este sentido. La mayor separacin entre

los receptores en esa zona indudablemente fue un factor de peso en tal observacin. Las

imgenes p-f en todos los casos permitieron una seleccin clara de la curva de dispersin

de las ondas Rayleigh, fundamental para la obtencin de buenos resultados.

60

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El anlisis y la interpretacin de los registros de microtremores y de ssmica de

refraccin (as como de los resultados derivados de ellos), en las zonas de Chacato,

Campo Alegre, Country Club y Los Prceres, permite concluir que:

El mtodo ssmico de microtremores demostr ser eficaz para la investigacin de

las velocidades de ondas de corte en un ambiente urbano con elevado nivel de ruido

ssmico, esto tanto en trminos de no invasividad como en el nivel de resolucin y

profundidad de investigacin alcanzados. En particular, tendidos de 4 m de

espaciamiento permitieron alcanzar profundidades de hasta 30 m en la zona de Los

Prceres (profundidad superior a la requerida para alcanzar los objetivos planteados).

La aplicacin del mtodo de refraccin ssmica en un ambiente urbano se

encuentra severamente limitada por el elevado nivel de ruido ssmico inherente al

mismo. Adems, los espacios para la aplicacin del mtodo resultan frecuentemente

insuficientes. Lo anterior, aunado a las limitadas profundidades de investigacin

alcanzables con el uso de fuentes no explosivas (claramente inutilizables en estos

ambientes), promueve la investigacin y uso de mtodos alternativos eficientes que

permitan realizar estimaciones razonables de las velocidades de las ondas

compresionales en tal ambiente.

Los valores calculados del coeficiente de Poisson en Caracas, a travs de las

velocidades de ondas S y P, se encuentran dentro del rango correspondiente a secuencias

aluviales (0.35-0.45), lo cual coincide con lo esperado segn la geologa superficial de la

ciudad.

El clculo de los parmetros dinmicos superficiales del subsuelo a travs de los

perfiles de velocidades de ondas P y S obtenidos mediante mtodos geofsicos, prob ser

una de las formas ms rpidas y sencillas de lograrlo, y permite ampliar los alcances de

la geofsica, especialmente en ambientes urbanos. Adems, los resultados de estos

estudios tienen la ventaja de que proveen un muestreo in situ de las condiciones del

subsuelo, en vez de emplearse muestras cuyas condiciones originales puedan resultar

alteradas. Dichos resultados son fundamentales en la caracterizacin geotcnica del

61

terreno, y son uno de los elementos primordiales para lograr el diseo eficiente y

adecuado de una edificacin.

La obtencin de valores de ondas P mediante mtodos ssmicos de pozo (e.g.

ensayos tipo downhole) representa una alternativa que vale la pena investigar y poner en

prctica, y que permitira complementar y ampliar los alcances de la investigacin actual

en esta rea.

62

REFERENCIAS

Campos, A. 2008. Definicin de las relaciones entre parmetros geofsicos en pozos disponibles a lo largo de la lnea 4 del Metro de Caracas. Trabajo especial de Grado, Universidad Central de Venezuela.

Cetraro, F. 2007. Ingegneria geotecnica e geologia applicata. EPC Libri, Roma, Italia.

Cuadra, P. 2007. Aplicacin de tcnicas de vibraciones ambientales: Anlisis de microtremores y vibraciones naturales, para la caracterizacin de sitio. Proyecto de Grado, Universidad Simn Bolivar.

Inazaki, T. 2006. Relationship between s-wave velocities and geotechnical properties of alluvial sediments. Public Works Research Institute, Tsukuba, Japan.

Kantak, P., Audemard, F. y M. Schmitz. 2005. Sediment Thickness and a West-East geologic cross section in the Caracas valley. Revista de la Facultad de Ingeniera, 20 (4): 85, Universidad Central de Venezuela.

Lay, T. y T. Wallace. 1995. Modern Global Seismology. Academic Press, California, Estados Unidos.

Linares, G. 2005. Introduccin y aplicacin del mtodo de ssmica de microtremores en reas urbanas. Informe Final de Cursos en Cooperacin, Universidad Simn Bolvar.

Louie, J. N. 2001. Faster, Better: Shear-Wave Velocity to 100 Meters Depth from Refraction Microtremor Arrays. Bulletin of the Seismological Society of America, 91: 347-364.

Mendoza, J. 1998. Introduccin a la Fsica de Rocas. Editorial Equinoccio, Ediciones de la Universidad Simn Bolvar, Caracas.

Palmer, D. 1981. An Introduction to the generalized reciprocal method of seismic refraction interpretation. Geophysics, 46: 1508.

Redpath, B. B. 1973. Seismic refraction exploration for engineering site investigations. Technical Report E-73-4. Explosive Excavation Research Laboratory, Livermore, California.

Rucker, M. L. 2002. Seismic refraction interpretation with velocity gradient and depth of investigation. Proceedings of the Geophysics 2002 conference, April 15-19, Los Angeles, California.

Tezcan, S. S., Keceli, A., y Z. Ozdemir. 2006. Allowable bearing capacity of shallow foundations base on shear wave velocity. Geotechnical and Geophysical Engineering, 24: 203-218.

63

APNDICE A

MODELADO DE VELOCIDADES DE ONDAS S (Capturas de pantalla:

SeisOpt ReMi v4.0)


(imagen inferior) (Chacato).

64


(imagen inferior) (Campo Alegre).

65

Figura A.3. Modelo de velocidades de ondas S (Country Club).

Figura A.4. Modelo de velocidades de ondas S (Los Prceres).

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