Thaina Vasquez - Sismo Vibracion

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

INGENIERÍA GEOFÍSICA

APLICACIÓN DE MÉTODOS SÍSMICOS: VIBRACIONES NATURALES

Y REFRACCIÓN DE MICROTREMORES PARA CARACTERIZACIÓN

DE SITIO EN ESTUDIOS DE INGENIERÍA CIVIL

Por:

THAINA THAMESIS VASQUEZ PAREDES

INFORME FINAL DE CURSOS EN COOPERACIÓN

Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

Como requisito Parcial para optar al Título de

Ingeniero Geofísico

Sartenejas, Abril de 2008

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

INGENIERÍA GEOFÍSICA

APLICACIÓN DE MÉTODOS SÍSMICOS: VIBRACIONES NATURALES

Y REFRACCIÓN DE MICROTREMORES PARA CARACTERIZACIÓN

DE SITIO EN ESTUDIOS DE INGENIERÍA CIVIL

Por

THAINA THAMESIS VASQUEZ PAREDES

INFORME FINAL DE CURSOS EN COOPERACIÓN

Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

Como requisito Parcial para optar al Título de

Ingeniero Geofísico

Realizado con la asesoría de:

Prof. Milagrosa Aldana

Dr. Aldo Cataldi

Sartenejas, Abril de 2008

Este trabajo ha sido aprobado en nombre de la Universidad Simón Bolívar por el siguiente

jurado calificador:

__________________________________

Presidente

Prof. Carlos Izarra.

_________________________________

Tutora Académica

Prof.: Milagrosa Aldana.

_________________________________

Tutor Industrial

Dr. Aldo Cataldi (TRX Consulting).

ii

APLICACIÓN DE MÉTODOS SÍSMICOS: VIBRACIONES NATURALES Y REFRACCIÓN

DE MICROTREMORES PARA CARACTERIZACIÓN DE SITIO EN ESTUDIOS DE

INGENIERÍA CIVIL

Por: Thaina Thamesis Vasquez Paredes

RESUMEN

La caracterización de sitio previa la construcción de una edificación presenta un rol

fundamental en la optimización de la ingeniería tanto en términos de costos como en la

prevención de los riesgos asociados a las características del sitio. Para este fin, la combinación

del análisis de vibraciones naturales y el método de refracción de microtremores – ReMi permitió

obtener información acerca de las condiciones y respuestas locales del subsuelo para zonificación

sísmica y en lo relativo a caracterización geológica – física del entorno investigado (profundidad

del substrato, estratificación, clasificación de suelos y sitios, ripabilidad, amplificación, potencial

de licuefacción, etc.) según recomendaciones de normas como la NEHRP y la ISSME (manual

TC4).

Estos estudios se llevaron a cabo en un área correspondiente a un emplazamiento donde se

construirá un conjunto residencial de edificaciones y estructuras de interés social, denominado

“Desarrollo habitacional La Haciendita” en Fila de Mariches, Km. 13- Municipio Sucre- Estado

Miranda.

Esta área, por presentar fuertes variaciones de condiciones locales, fue dividida en dos

zonas: Zona A y Zona B. A partir de los resultados de la caracterización de sitio, se determinó

que la zona más vulnerable es la Zona A (área del antiguo cauce de una quebrada) que se

caracterizaba por representar en su parte oriental una zona de relleno. Las velocidades de ondas

de corte más baja, la mayor profundidad de la Vs500 y los mayores periodos fundamentales son

observadas en la zona del eje de la quebrada, además de que se encontró que el factor de

amplificación es mayor en esta área, siendo este es un parámetro relacionado con la aceleraciones

picos o máximas, que pueden causar daños considerables a la hora de un sismo.

iii

DEDICATORIA A ti i-Mamá, que aunque no te

encuentres conmigo, este logro es gracias a

ti y para ti.

iv

AGRADECIMIENTOS

A Dios principalmente, por darme las fuerzas necesarias para sobrepasar todas las

dificultades, por poner en mi camino las estrategias para crecer a nivel profesional y como

persona.

A mis familiares, en especial a Thais (mi mamá), Papa luisito (mi tío/papa), Omaira y

Evelín (tías), por contribuir en mi formación, por estar a mi lado en todo momento

incondicionalmente, y por ayudarme a resolver, siempre entre los cuatro, los problemas que se

me presentaron.

A Tineo por estar conmigo, acompañarme y brindarme apoyo y cariño, siempre

agradeceré las palabras de incentivo y tu ayuda. Tu familia también fue un gran apoyo en los

momentos de redacción de este libro, en especial tu mamá, la Señora Ana, con su atención

abnegada y sus sabrosas arepas.

A mis amigos, compañeros y hermanos geofísicos: Verónica, Michelle, Virginia,

Héctor, Omar, Gwendal, David, Ángel, Maru, Wanda, Melina, Alejandra, Carlos, Simón,

Alberto, Jorge, Carmen, Angie y Vera, compartí a su lado momentos inolvidables, el desarrollo

de nuestra capacitación profesional, y la amistad más sincera.

A mis amigos, Marianela, Eliana, Liz, y Jesús que me han acompañado durante gran

parte de mi vida y han estado a mi lado en los buenos y malos momentos siempre con palabras de

aliento.

A TRX Consulting, por haberme facilitado la infraestructura y los equipos necesarios

para llevar a cabo este proyecto. A Alexandra, Patricia, Ana, Eduard, y todo el personal de este

empresa, por el apoyo proporcionado y por haberme tratado con tanta amabilidad y compartir

conmigo momentos gratos.

A mis tutores, Aldo Cataldi y Milagrosa Aldana, por su apoyo incondicional y su

dedicación a lo largo de todo este tiempo. Y a mi casi tutor, Héctor Rojas, por tu paciencia y

colaboración siempre presente y nunca denegada, por compartir tantos momentos de trabajo y

amistad.

Y en general a todos aquellos que en cierta forma contribuyeron con la realización de este

proyecto y en mi formación como profesional.

Gracias a todos…

v

ÍNDICE GENERAL

RESUMEN ................................................................................................................................ ii DEDICATORIA ...................................................................................................................... iii AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................... iv ÍNDICE GENERAL ................................................................................................................. v ÍNDICE DE FIGURAS Y TABLAS ..................................................................................... vii CAPITULO I. INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 1 CAPITULO II. MARCO TEÓRICO .................................................................................... 5

2.1. ONDAS SÍSMICAS ........................................................................................................ 5 2.1.1. Ondas Sísmicas Corporales ...................................................................................... 5 2.1.2. Ondas Sísmicas Superficiales ................................................................................... 6

2.1.2.1. Dispersión de ondas Rayleigh ....................................................................... 8 2.1.3. Fuentes Primarias de Ondas Sísmicas ...................................................................... 9

2.2. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA TEORÍA DE ONDAS ............................................ 10 2.2.1. Velocidad de grupo y Velocidad de fase ................................................................ 11

2.3. MICROTREMORES ..................................................................................................... 11 2.3.1. Fuentes de los Microtremores ................................................................................ 12 2.3.2. Aplicaciones del Estudio de Microtremores ........................................................... 13 2.3.3. Arreglos instrumentales para el registro de microtremores .................................... 13

2.4. MÉTODOS DE ONDAS SISMICAS SUPERFICIALES ............................................ 14 2.4.1. Métodos Pasivos ..................................................................................................... 14 2.4.2. Métodos Activos ..................................................................................................... 16 2.4.3. Método Híbrido: Refracción de Microtremores (ReMi) ........................................ 18

2.5. PRINCIPIOS BÁSICOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE SITIO ..................... 19 2.5.1. Microzonificación Sísmica ..................................................................................... 19 2.5.2. Efectos de Sitio ....................................................................................................... 20 2.5.3. Consideraciones Geotécnicas ................................................................................. 21

2.5.3.1. Velocidad de onda S ........................................................................................ 22 2.5.3.2. Frecuencia Fundamental de Resonancia (Fo) .................................................. 22 2.5.3.3. Factor de Amplificación .................................................................................. 23 2.5.3.4. Potencial de Licuefacción ................................................................................ 25 2.5.3.5. Clasificación de Suelos y Sitios ...................................................................... 28 2.5.3.6. Índice de Ripabilidad y Excavabilidad ............................................................ 31 2.5.3.7. Espectros de Respuesta Elástica y Aceleración Pico....................................... 33

2.6. MÉTODOS APLICADOS ............................................................................................ 33 2.6.1. H/V Nakamura ........................................................................................................ 34 2.6.2. Refracción de Microtremores (ReMi) .................................................................... 36

CAPITULO III. METODOLOGÍA ...................................................................................... 45 3.1. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO ................................................................ 45

3.1.1. Características generales......................................................................................... 46 3.1.2. Geología de la zona ................................................................................................ 51

3.2. MÉTODO DE VIBRACIONES NATURALES H/V ................................................... 51 3.2.1. Adquisición de los datos ......................................................................................... 51 3.2.2. Procesamiento de los datos ..................................................................................... 58

vi

3.3. MÉTODO DE REFRACCIÓN DE MICROTREMORES (ReMi) ............................... 62 3.3.1. Adquisición de los datos ......................................................................................... 62 3.3.2. Procesamiento de los datos ..................................................................................... 64

3.4. PARÁMETROS GEOTÉCNICOS ............................................................................... 71 3.4.1. Factor de Amplificación y Potencial de Licuefacción............................................ 71 3.4.2. Clasificación de Suelos y Sitio ............................................................................... 72 3.4.3. Índice de Ripabilidad y Excavabilidad ................................................................... 72 3.4.4. Espectro de Respuesta Elástica y Aceleración Pico ............................................... 73

CAPITULO IV. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS ............................ 75 4.1. VIBRACIONES NATURALES (NAKAMURA H/V) ................................................ 76 4.2. REFRACCIÓN DE MICROTREMORES (ReMi) ....................................................... 79 4.3. PARAMETROS GEOTÉCNICOS ............................................................................... 97

4.3.1. Clasificación de Suelos ........................................................................................... 97 4.3.2. Factor de Amplificación ......................................................................................... 98 4.3.3. Potencial de Licuefacción ..................................................................................... 102 4.3.4. Índice de Ripabilidad y Excavabilidad ................................................................. 103 4.3.5. Clasificación de Sitios .......................................................................................... 103 4.3.6. Espectro de Respuesta Elástica y Aceleración Pico ............................................. 106

CAPITULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................... 113 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 116 APÉNDICE 1 ........................................................................................................................ 123 APÉNDICE 2 ........................................................................................................................ 129 APÉNDICE 3 ........................................................................................................................ 131

vii

ÍNDICE DE FIGURAS Y TABLAS

Figura 1. Modelo de propagación de ondas P (A) y ondas S (B). .................................................. 6

Figura 2. Modelo de propagación de las ondas Rayleigh (A) y ondas Love (B). .......................... 7

Figura 3. Dispersión en la transmisión de ondas Rayleigh. ........................................................... 9

Tabla 1. Clasificación de las fuentes de ondas sísmicas. ................................................................ 9

Figura 4. Carta de flujo ideal para un plan de Microzonifición de sísmica. ................................. 20

Tabla 3. Índice del riesgo de licuefacción. ................................................................................... 28

Tabla 4. Clasificación de suelos a partir de las Normas IBC 2000 y NEHRP. ............................ 29

Tabla 5. Clasificación de suelos a partir de la Norma COVENIN. .............................................. 29

Figura 5. Clasificación de sitios a partir del código EC8. ............................................................ 30

Figura 6. Representación de velocidades sísmicas en corte transversal para estudiar la ripabilidad del terreno. ..................................................................................................................................... 32

Tabla 6. Relación entre Vp y las maquinarias adecuadas para la excavabilidad. ......................... 32

Figura 7. Geófono acoplado a un land streamer para mediciones en pavimento. ........................ 37

Figura 8. Esquema de los principales pasos del procesamiento de ReMi. ................................... 38

Figura 9. Ejemplo de espectro p-f donde se observa claramente la presencia del modo fundamental y el modo superior de la onda Rayleigh. .................................................................. 42

Figura 10. Ejemplo de espectro p-f donde se observa claramente el fenómeno de Aliasing Espacial y la aparición del ruido incoherente proveniente de los registros. .................................. 43

Figura 11. Ejemplo de modelo de velocidad de onda S y de la curva de dispersión ajustada a los Picks. ............................................................................................................................................. 44

Figura 12. Ubicación del Proyecto – Visión regional. ................................................................. 47

Figura 13. Ubicación del Proyecto – Visión local. ....................................................................... 47

Figura 14. Zona del Proyecto (referencia UTM, WGS84). Ubicación líneas sísmicas (líneas en rojo) y puntos de medición de vibraciones naturales (símbolos redondos azules). ....................... 48

Figura 15. Topografía 1958. ......................................................................................................... 49

Figura 16. Topografía actual (12-11-2007). ................................................................................. 50

Figura 17. Equipo empleado durante la adquisición de los registros de vibraciones. .................. 52

Tabla 7. Ubicación de medidas de vibración. ............................................................................... 53

Figura 18. Orientación del sensor para el registro de vibraciones naturales. ............................... 54

Figura 19. Ventana General del programa Wincom2002. .......................................................... 55

Tabla 8. Filtros que se pueden aplicar a los registros de vibraciones naturales. .......................... 55

Figura 20. Ventana Recording del programa Wincom2002. ........................................................ 56

viii

Figura 21. Ventana Recording Mode del programa Wincom2002............................................... 57

Figura 22. Ventana Control Panel del programa Wincom2002.................................................. 57

Figura 23. Ventana de inicio del programa View2002. ............................................................... 58

Figura 24. Ventana Principal del programa View2002, donde se observa cada uno de los canales del velocímetro. ............................................................................................................................. 59

Figura 25. Ventana para la selección de parámetros en el análisis de frecuencias. ..................... 60

Figura 26. Espectro de amplitud vs. Frecuencia antes y después del suavizado y con el zoom aplicado a la señal. ......................................................................................................................... 60

Figura 27. Ventana de selección de Spectral Ratio. ..................................................................... 61

Figura 28. Obtención de la frecuencia fundamental del sitio. ...................................................... 61

Figura 29. Equipo utilizado para la adquisición de ReMi. ........................................................... 62

Tabla 9. Coordenadas líneas sísmicas. ......................................................................................... 63

Tabla 10. Configuración de líneas sísmicas. ................................................................................ 64

Figura 30. Pasos de procesamiento a seguir en “Vspect Process”. ............................................. 65

Figura 31. Ventana “open binary file” donde se realiza la escogencia de las trazas a analizar. .. 66

Figura 32. Ventana “P-f Análisis”. .............................................................................................. 67

Figura 33. Espectro p-f donde se observan la selección del modo fundamental de la onda Rayleigh. ........................................................................................................................................ 68

Figura 34. Ventana de Control del SeisOpt ReMi Disper®. ........................................................ 69

Figura 35. Ventana de la curva de dispersión en ReMi® Disper™. ............................................ 70

Figura 36. Ventana del perfil a modelar en ReMi® Disper™. ..................................................... 71

Figura 37. Diferencia entre la topografía actual (12-11-2007) y la vieja (1958). ........................ 76

Tabla 11. Valores de frecuencia y periodo natural medido en las diferentes estaciones. ............. 78

Figura 38. Mapa de Iso-periodos. ................................................................................................. 79

Tabla 12. Resultados modelos de inversión 1D por capas y profundidad de la Vs=500 m/s obtenidos en el procesamiento avanzado para la Zona A. ............................................................. 81

Tabla 13. Resultados modelos de inversión 1D por capas y profundidad de la Vs=500 m/s obtenidos en el procesamiento avanzado para la Zona B. ............................................................. 81

Figura 39. Línea 1 (L1). Sección de ondas de corte Vs. .............................................................. 82


Figura 41. Línea 3 (L3). Sección de ondas de cortes Vs. ............................................................. 83




ix




Figura 48. Línea 10 (L10). Sección de ondas de corte Vs. .......................................................... 86



Figura 51. Terraza 1 (T1). Sección de ondas de cortes Vs. .......................................................... 88



Figura 54. Mapa de profundidad de la Vs=500 m/s obtenida por la inversión del modelo suavizado 2D. ................................................................................................................................ 92

Figura 55. Mapa de la variación de las velocidades con la profundidad obtenido a través de la inversión 2D. ................................................................................................................................. 93

Tabla 14. Promedio Vs30 por tendido (desde la línea T1 a la T3) y general de la Zona B. ......... 94

Tabla 15. Promedio Vs30 por tendido (desde la línea L1 a la L12) y general de la Zona A. ..... 95

Figura 56. Mapa de Vs30 obtenido a través de la inversión 1D................................................... 96

Figura 57. Factor de Amplificación. Método de Midorikawa. Zona A. ..................................... 100

Figura 58. Factor de Amplificación. Método de Midorikawa. Zona B. ..................................... 100

Figura 59. Factor de Amplificación. Método de Borcherdt. Zona A. ........................................ 101

Figura 60. Clasificación de sitio según el código europeo EC8. Zona A. .................................. 104

Figura 61. Clasificación de sitio según el código europeo EC8. Zona B. .................................. 105

Figura 62. Correlación de Curvas de Atenuación del Pico de Aceleración Horizontal. Zona A (área del cauce). ........................................................................................................................... 107

Figura 63. Correlación de Curvas de Atenuación del Pico de Aceleración Horizontal. Zona B (área de la terraza). ...................................................................................................................... 108

Figura 64. Correlación de Espectros de Respuesta. Zona A. ..................................................... 110

Figura 65. Correlación de Espectros de Respuesta. Zona B....................................................... 110

Figura 66. Plan de construcción antes de la caracterización de sitio.......................................... 111

Figura 67. Plan de construcción después de la caracterización de sitio. .................................... 112

Figura 68. Mapa de Zonificación Sísmica de Venezuela. .......................................................... 124

Tabla 16. Zonas de riesgo sísmico según la Norma Covenin. .................................................... 125

Figura 69. Espectro Elástico de la norma venezolana de 2001. ................................................. 126

Tabla 17. Distintos valores para las diferentes formas espectrales según la Norma Covenin. ... 127

Figura 70. Ventana de EC8 Response Spectra del Programa D-MOD2000. ............................. 128

x

Figura 71. Parámetros utilizados para el análisis del Potencial de Licuefacción, Zona A. ........ 130

Figura 72. Parámetros utilizados para el análisis del Potencial de Licuefacción, Zona B. ........ 130

Figura 73. Foto de la Zona A, área del cauce. ............................................................................ 131

Figura 74. Foto de la Zona B, área de la terraza......................................................................... 131

Figura 75. Foto del equipo empleado para la adquisición de ReMi. .......................................... 132

Figura 76. Foto del equipo empleado para la adquisición de Vibraciones Naturales. ............... 132

Figura 77. Foto de la fuente de la señal empleada para la adquisición de ReMi (percusión de mandarria contra placa metálica y vehículos transitando alrededor de la línea). ........................ 133

Figura 78. Foto del muro de contención que esta siendo desplazado. ....................................... 133

Figura 79. Foto de la litología encontrada en el área. ................................................................ 134

Figura 80. Foto de adquisición de ReMi empleando lands stremers. ......................................... 134

1

CAPITULO I. INTRODUCCIÓN

Kanai y Tanaka (1950) fueron los pioneros en el uso del ruido natural como fuente de

energía. Ellos plantearon que el período predominante de un movimiento sísmico está muy

relacionado con el período más frecuente de los microtemblores y que el registro de

microtemblores en superficie permite obtener el periodo de resonancia que se obtiene con el

sismo. Además, en lugares en los que la curva de distribución para microtemblores tiene un solo

pico, dicho período coincide claramente con el período predominante de los movimientos

sísmicos.

Nakamura (1989) supone la componente vertical de la superficie como sustituta de la

señal horizontal del basamento rocoso y su técnica consiste precisamente en la relación espectral

de microtemblores entre sus componentes horizontal y vertical, lo cual numerosos autores han

desarrollado en sus investigaciones, con la finalidad de caracterizar el valor del Período

Fundamental del suelo y la amplificación del sitio. Lermo y Chávez-García (1994) observaron

que los periodos de movimientos sísmicos fuertes y microtemblores coinciden, pero que las

amplitudes de las relaciones espectrales a una estación de referencia de microtemblores no

corresponden con las de los registros de movimientos fuertes.

Posteriormente, John Louie (2001) muestra que el registro de estos microtremores con

líneas sísmicas de 200 metros permite estimar la velocidad de la onda S con una precisión del

20%. Veronesse y Garbari en el año 2004, correlacionaron el método ReMi con otras técnicas

como Cross-Hole, y obtuvieron que el valor de Vs30 obtenido a partir de ambos métodos poseía

una diferencia de 15 m/s.

2

En la Universidad Simón Bolívar se han presentado dos proyectos de grado, el primero,

en el año 2005, por Linares, G., que identificó las ventajas de la aplicación del método ReMi

sobre técnicas como MASW (Multi-Channel Analysis of Surface Wave) y SASW (Spectral

Analysis of Surface Wave), relacionadas a la fuente, el tiempo de adquisición y la profundidad

alcanzada. El segundo, realizado por Cuadra, P. (2007), combina resultados obtenidos a partir de

las vibraciones ambientales (vibraciones naturales y refracción de microtremores) para obtener

una caracterización sísmica de sitio.

En el área de la geotecnia se han empleado diversos métodos geofísicos tradicionales para

la caracterización de sitio que permiten obtener parámetros del subsuelo, como lo son espesores

de las capas superficiales y la velocidad de onda S, con el fin de cumplir con los requisitos

establecidos en las normativas vigentes de construcción. Por lo general, estos métodos pueden

resultar muy costosos, de difícil ejecución en medios urbanos y requieren de fuentes importantes

de energía para superar el nivel de ruido ambiental. En respuesta a esta problemática, el análisis

de Refracción de Microtremores (ReMi) y el análisis espectral de las Vibraciones Naturales

(H/V) se caracterizan por su fácil aplicación en zonas urbanas, utilizando el ruido ambiental

como fuente de energía, con costos de ejecución más bajos que los métodos tradicionales,

obteniendo gran parte de los parámetros que son de utilidad para el diseño estructural y que se

requieren para cumplir con las exigencias de las normativas vigentes.

Este proyecto consiste, principalmente, en la aplicación y análisis de dos métodos de

sísmica superficial: El Análisis de la Refracción de Microtremores y el análisis de Vibraciones

Naturales (H/V), con el propósito de obtener y combinar la información correspondiente al

3

Periodo Fundamental del subsuelo y la Velocidad de la Onda S. Adicionalmente, la recopilación

de los distintos métodos que empleen el periodo fundamental del subsuelo y la velocidad de onda

S, para crear un producto que sea de gran utilidad para la caracterización de un sitio previo a la

construcción, que brinde una optimización tanto en términos de costos como en la prevención de

riesgo y que sirva de base para el diseño estructural apropiado.

Dentro de los objetivos específicos del proyecto se encuentran:

- Diseñar un esquema de aplicación para ambos métodos, enfocado a la caracterización de sitio

para su aplicación en el campo de la construcción.

- Realizar estudios geofísicos de tipo sísmico para:

• Caracterización geofísica de sitio (profundidad del substrato, competencia de la roca,

secuencia estratigráfica).

• Microzonificación Sísmica (Grado 2)

o Determinación del Periodo Fundamental (Método de Nakamura)

o Cálculo del Factor de Amplificación (Método de Midorikawa y Método de

Borcherdt et al.).

o Clasificación de Suelos (IBC-2000, NEHRP, Covenin)

o Clasificación de Sitio (EC8)

• Evaluación del Potencial de Licuefacción (Método de Andrus y Stockoe).

• Evaluación de la Ripabilidad y Excavabilidad del Sitio.

• Modelado del Espectro de Respuesta Elástica y Pico de Aceleración a partir de los

resultados obtenidos de la caracterización de sitios.

4

El trabajo de pasantía se realizó en TRX Consulting C.A., una empresa que por más de 15

años ha proporcionado consultoría profesional en Sur América dentro de todos los aspectos

científicos, tecnológicos e ingenieriles aplicados al estudio de la tierra. Hoy en día más de 15

expertos cubren una amplia gama de servicios dentro de los campos de la geología, geofísica,

geoquímica, geotecnia-ingeniería civil, hidrogeología, ambiente, exploración minera, petrolera,

geotérmica, entre otros. En los últimos años un concepto coherente de integración de

geodisciplinas se ha desarrollado y se ha combinado con tecnología avanzada en continua

evolución. La integración de geo-disciplinas asegura la comprensión más completa de las

condiciones terrestres y da forma a la base para las soluciones óptimas a los clientes y el empleo

de técnicas de investigación innovadoras, instrumentos y las herramientas avanzadas de

modelado aseguran una alta calidad en todos sus servicios.

5

CAPITULO II. MARCO TEÓRICO

2.1. ONDAS SÍSMICAS

Las ondas sísmicas consisten en minúsculos paquetes de energía elástica de deformación

que viajan desde la fuente sísmica hacia el subsuelo a velocidades que dependen del modulo de

elasticidad y densidades del medio en el cual viajan. Existen dos tipos principales de ondas

sísmicas: aquellas que viajan a través del medio propiamente dicho, llamadas ondas de cuerpo, y

aquellas que viajan a lo largo de las interfaces, llamadas ondas de superficie.

2.1.1. Ondas Sísmicas Corporales

Dos tipos de ondas de cuerpo pueden viajar a través de medios elásticos, están son las

ondas longitudinales y las ondas transversales (ver figura 1), las cuales se describen a

continuación:

Ondas Longitudinales: Las más importantes en exploración sísmica son las ondas P, también

llamadas ondas longitudinales, primarias, de compresión o de empuje. La generación de este tipo

de ondas es a partir de la oscilación de partículas de suelo, por compresión y dilatación, con

respecto a puntos fijos en la dirección de propagación.

Ondas Transversales: El otro tipo de ondas de cuerpo son las ondas S, también conocidas como

ondas transversales, secundarias o de corte. El movimiento de partículas en este caso ocurre

perpendicular a la dirección de propagación por efecto de esfuerzo de corte. Las ondas S pueden

viajar únicamente a través de sólidos debido a que los líquidos no pueden soportar esfuerzos de

corte. Su velocidad es alrededor de 58% la de una onda P para cualquier material sólido.

6

Figura 1. Modelo de propagación de ondas P (A) y ondas S (B).

Tomado del Proyecto del Consorcio Guaraní, 2006.

2.1.2. Ondas Sísmicas Superficiales

Las ondas que viajan sobre la superficie de la Tierra y se desplazan a menor velocidad que

las ondas de corte. De estas ondas hay dos tipos: ondas Rayleigh y ondas Love (ver figura 2). Las

ondas superficiales tienen la característica de que cambian de forma mientras viajan, debido a que

las diferentes componentes de las frecuencias que las constituyen se propagan a diferentes

velocidades, lo cual se conoce como onda de dispersión. Los patrones de dispersión son

indicativos de la estructura de velocidad a través del cual viaja la onda.

Ondas Love: Ocurren solo en donde un medio con ondas S de baja velocidad suprayace a una

capa con ondas S de mayor velocidad. El movimiento de partículas ocurre en la dirección

perpendicular a la dirección de propagación de la onda pero paralelo a la superficie.

7

Ondas Rayleigh: Viajan a lo largo de la superficie libre de la tierra con amplitudes que

disminuyen exponencialmente con la profundidad. El movimiento de partículas es en sentido

elíptico retrogrado en un plano vertical con respecto a la superficie, como contienen componentes

de corte solo viajan a través de medios sólidos. Su velocidad de propagación, que se define como

velocidad de fase CR, es determinada principalmente por la velocidad VS de los materiales. La

relación entre ambas se expresa como CR = 0.94 VS. Debido al movimiento elíptico retrogrado de

las partículas que presentan las ondas Rayleigh, se consideran estas ondas las principales

causantes de las sacudidas sentidas durante la ocurrencia de un terremoto, por tanto, son las

principales responsables de los daños causados a las estructuras durante el desarrollo de estos

fenómenos.

Figura 2. Modelo de propagación de las ondas Rayleigh (A) y ondas Love (B).

Tomado del Proyecto del Consorcio Guaraní, 2006.

8

2.1.2.1. Dispersión de ondas Rayleigh

Se define como dispersión el cambio de velocidad de propagación de las ondas Rayleigh

en función de la longitud de onda (λ) o de la frecuencia (f). Este fenómeno solamente se

manifiesta cuando el medio no es homogéneo en términos de la distribución de los valores de Vs

según la vertical. En un medio con valores de Vs crecientes con la profundidad las componentes

de alta frecuencia (menor longitud de onda) se transmiten a menor velocidad de fase (CR) que las

de baja frecuencia (mayor longitud de onda) que además profundizan más en el terreno (Granda

et al, 2005). Es importante destacar que más de una velocidad de fase puede estar asociada con

una frecuencia de onda Rayleigh simplemente porque estas ondas pueden viajar a diferentes

velocidades para una frecuencia dada. La velocidad más baja es llamada velocidad del modo

fundamental (o primer modo) (Xia et al., 2000).

La velocidad de onda S puede ser obtenida invirtiendo la velocidad de fase dispersiva de

la onda superficial (Rayleigh y/o Love). En el caso de un semi-espacio sólido y homogéneo, la

onda Rayleigh no es dispersiva y viaja con una velocidad aproximada de 0.9194v, cuando el

módulo de Poisson es igual a 0.25, y donde v es la velocidad de la onda S en el semi-espacio. Sin

embargo, en el caso que exista una capa sobre ese semi-espacio, las ondas Rayleigh se convierten

en dispersivas, cuando sus longitudes de ondas están en los rangos de 1-30 veces el espesor de la

capa (ver figura 3). Por tanto, mediante la inversión de los datos de dispersión de las ondas

Rayleigh de altas frecuencias, se pueden obtener velocidades confiables de onda S cercanas a la

superficie (Xia et al., 1999).

9

Figura 3. Dispersión en la transmisión de ondas Rayleigh.

Tomado de Granda et al, 2005.

2.1.3. Fuentes Primarias de Ondas Sísmicas

Según Lay & Wallace (1995) las fuentes primarias de ondas sísmicas han sido

clasificadas en tres tipos: internas, externas y mixtas. Las fuentes más comunes, que involucran

procesos de interés relacionados con las ciencias de la tierra, se muestran en la Tabla 1.

Internas Externas Mixtas

Fallas sísmicas Vientos, presión atmosférica Erupciones volcánicas

Explosiones internas Oleaje y mareas Deslizamientos

Flujo hidrológico Ruido cultural (tráfico, trenes) Avalanchas

Movimientos del magma Impacto de meteoritos

Explotación minera subterránea Explotación minera superficial

Lanzamiento de cohetes

Aterrizaje y decolaje de aviones

Tabla 1. Clasificación de las fuentes de ondas sísmicas.

Tomado de Cuadra, P. 2007.

10

2.2. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA TEORÍA DE ONDAS

Entre los conceptos fundamentales de la teoría de ondas se encuentra que la frecuencia f

es el número de ciclos por unidad de tiempo (f = 1/T), el período T es el tiempo por ciclo, la

longitud de onda λ es la distancia más corta entre dos puntos en la onda que tienen características

idénticas, y el número de onda es una propiedad inversamente proporcional a la longitud de onda

(k = 2π / λ).

Cabe destacar que la transformada de Fourier consiste en una generalización que permite

efectuar el análisis (descomposición) espectral de señales no periódicas de energía finita. El

análisis de Fourier de las señales de este tipo (o series de tiempo) obliga a pensar en la frecuencia

como una nueva variable continua. En otras palabras, la Transformada de Fourier se encarga de

transformar una señal del dominio del tiempo, al dominio de la frecuencia. A continuación se

muestra la ecuación que define la Transformada de Fourier:

Un efecto asociado a la Transformada de Fourier Discreta de una señal es el Fenómeno de

Aliasing, el cual indica, que si el intervalo de discretización es demasiado corto, la superposición

de señales en el espacio de la frecuencia corrompe la forma de la transformada de Fourier de la

señal original. Si el muestreo se efectúa exactamente con el intervalo de Nyquist (1=2fN), la

distancia entre los elementos del tren de deltas es exactamente igual a 2fN y esto basta para que

no haya ningún tipo de superposición entre las copias de la transformada de Fourier de la señal

analógica original (x) (Caicedo, M et. al 2002). La ecuación de la Transformada de Fourier

Discreta se muestra a continuación:

11

2.2.1. Velocidad de grupo y Velocidad de fase

Velocidad de grupo: Es la rapidez en la cual la superficie de una onda y la energía de una

onda, viajan en una dirección dada radialmente hacia fuera, desde una fuente puntual en un medio

homogéneo. Si el medio es atenuante, esta velocidad varía con la frecuencia; si es anisotrópico,

varía con la dirección.

Velocidad de fase: Es la rapidez en la cual un punto de una fase de ondícula constante

viaja en dirección normal a la superficie de la onda en un medio homogéneo. En un medio

anisotrópico, la velocidad de fase está sujeta a la dispersión angular, es decir, la rapidez varía con

el ángulo. En un medio atenuante, la velocidad de fase está sujeta a la dispersión de la frecuencia,

es decir, la rapidez varía con la frecuencia. (Winterstein, 1990).

2.3. MICROTREMORES

También llamados microtrepidaciones, microsismos, ruido sísmico de fondo, campo

natural, vibración o ruido ambiental, oscilaciones omnipresentes o microtemblores. Pueden

definirse como: a) vibraciones en la superficie debidas a la incidencia oblicua de ondas de cuerpo

que se propagan en todas direcciones con la misma energía; b) una superposición de ondas

superficiales, que constituyen un campo estacionario y homogéneo; c) el ruido ambiental

generado por fuentes naturales y culturales, como el tráfico vehicular o la actividad humana

(Flores-Estrella et al 2004); d) son vibraciones generadas por eventos artificiales producto de la

actividad humana tales como tráfico, maquinaria industrial y explosiones de dinamita. Están

12

compuestos principalmente por ondas Rayleigh y S, son de periodo corto, menor a 1 ó 2

segundos, con excepciones en lugares donde los sedimentos son muy blandos (mayor a 5

segundos) (Moreno L. et. al 2000).

Cabe destacar que los microtremores ocurren en el intervalo de frecuencias de 0.01 a 30

Hz.; sin embargo, en la exploración geofísica sólo interesa la banda de 0.1 a 10 Hz., ya que en

esta banda parte de la energía se transmite como ondas Rayleigh, cuyos modos y velocidades de

propagación se pueden estimar y medir con arreglos instrumentales para obtener información

sobre las características de los parámetros elásticos de la corteza terrestre hasta profundidades de

20 Km. (Flores-Estrella 2004).

2.3.1. Fuentes de los Microtremores

A continuación se muestran las distintas fuentes de los microtremores de acuerdo a su

rango de frecuencia:

• A bajas frecuencias (por debajo de 0.3 hasta 0.5 Hz.) son causados por las olas oceánicas que

ocurren a grandes distancias, y es posible encontrar buena correlación de los microtremores con

condiciones meteorológicas de gran escala en el océano.

• A frecuencias intermedias (entre 0.3-0,5 Hz y 1 Hz.) los microtremores son generados por el

oleaje que rompe en las costas, por lo que su estabilidad es significativamente menor.

• Para altas frecuencias (mayores a 1 Hz.) las fuentes de los microtremores están ligadas a la

actividad humana por lo que se refleja ciclos de esta actividad, poniéndose de manifiesto por

cambios en la amplitud de éstos.

Siempre que se utilicen registros de microtremores en la estimación de efectos de sitio hay

que recordar que se suponen trayectorias de las ondas simples y similares; esto implica, que no

13

existe dispersión tridimensional, y que las trayectorias pueden ser aproximadas por la dispersión

geométrica elemental y por la atenuación inelástica (Flores-Estrella et al 2004).

2.3.2. Aplicaciones del Estudio de Microtremores

Un objetivo fundamental de la ingeniería relacionada a sismos es la minimización de

desastres. La aplicabilidad de la medición y del análisis de microtremores para inferir las

propiedades del suelo, la han hecho una herramienta bastante adecuada para evaluar efectos de

sitio y predecir las características de movimientos fuertes.

La aplicación de microtremores en el estudio de amenazas naturales, vulnerabilidad y

evaluación de escenarios de daño, se basa en que las áreas con picos predominantes muy claros

en el rango de periodos cortos, corresponde al área de daño fuerte (Moreno L. et. al 2000).

Los objetivos de la medición y análisis de microtremores pueden resumirse en:

• Obtención del periodo fundamental del suelo.

• Evaluación de efectos de sitio.

• Detección de la estructura subterránea (la variación del periodo es consistente con el perfil

geológico)

• Obtención de perfiles de velocidad de ondas sísmicas.

2.3.3. Arreglos instrumentales para el registro de microtremores

Una de las formas de registrar microtremores, con el fin de estimar el efecto de sitio, es

utilizar arreglos instrumentales; estos arreglos instrumentales, llamados arreglos de

microtremores, son disposiciones geométricas de sensores, equipos digitalizadores, algunas veces

amplificadores y equipos de cómputo para el registro digital de la información. La geometría de

14

los arreglos debe mantener una misma distancia entre sensores, debido a que hay métodos que

sólo pueden ser aplicados a registros de sensores equidistantes.

Los métodos que utilizan registros obtenidos de arreglos instrumentales hacen uso de las

características dispersivas de las ondas superficiales en un medio estratificado. La mayoría de los

estudios utilizan la componente vertical, ya que se puede asumir fácilmente que está dominada

por ondas Rayleigh. La ventaja de estos registros es que se pueden utilizar métodos de análisis

que proporcionan la velocidad de fase de ondas Rayleigh, a partir de la cual es posible estimar la

estructura de velocidades y finalmente, el efecto de las condiciones del subsuelo en las

características de movimiento (Flores-Estrella et al 2004).

2.4. MÉTODOS DE ONDAS SISMICAS SUPERFICIALES

Los métodos de ondas superficiales han sido usados en ingeniería geotécnica para

determinar las propiedades dinámicas de suelos cercanos a la superficie. Estos métodos han

aumentado por desarrollo de tecnologías, como los son: el uso de arreglos multisensoriales,

algoritmos de inversión, métodos que manejan modos múltiples de propagación de ondas

Rayleigh, y el uso de medidas activas y pasivas y combinaciones de ambas.

2.4.1. Métodos Pasivos

Son métodos geofísicos que se basan en el análisis de los microtremores, los cuales no

requieren de ninguna fuente, como los explosivos en exploración sísmica. El objetivo de los

métodos de ondas sísmica superficiales pasivos es evaluar de forma indirecta y no destructiva la

consistencia del terreno. Para este fin, se utiliza un arreglo instrumental bidimensional sobre la

superficie, o bien un sólo instrumento; puede ser sólo la componente vertical o las tres

15

componentes de movimiento. El análisis de estos datos se puede realizar con métodos de

dispersión de ondas superficiales, o bien características de las capas más superficiales como son:

la frecuencia fundamental y la amplificación asociada (Flores-Estrella et al 2004). A continuación

se muestran los métodos pasivos mas conocidos:

• Relación Espectral H/V: Nogoshi e Igarashi (1971) introdujeron la idea de observar la

relación espectral entre la componente horizontal y la componente vertical, también

mostraron la relación con la elipticidad de la curva de las ondas Rayleigh y usaron este

resultado como un indicador de la estructura del subsuelo. Posteriormente, esta técnica

fue reformulada por Nakamura (1989), registrando el ruido natural de un sitio, mediante

el uso de sensores triaxiales de banda ancha y afirmando que la relación entre componente

horizontal y vertical representaba una estimación confiable de la función de transferencia

del sitio para ondas S (Bard, P. 1999). A partir de este procedimiento se puede evaluar los

efectos de sitio y determinar la frecuencia fundamental de resonancia.

• Técnica de Autocorrelación Espacial (SPAC): Esta técnica asume que los

microtremores están formados por ondas superficiales, y tiene como objetivo calcular la

velocidad de fase para cada frecuencia, a partir de registros simultáneos de microtremores

obtenidos de un arreglo instrumental, con al menos tres estaciones (Flores-Estrella et al

2003). La metodología consiste de las siguientes etapas: el registro de ondas superficiales,

el cálculo de los coeficientes de autocorrelación y la estimación de la velocidad de fase

(Flores-Estrella et al 2004). Este método se basa en la suposición de que los

microtremores son procesos estocásticos (sistemas aleatorios) estacionarios en espacio y

tiempo.

16

• Técnica de Frecuencia-Número de Onda (F-K): El método F-K emplea un parámetro

estadístico llamado densidad del espectro de potencia frecuencia-número de onda

(espectro F-K). Su principio de funcionamiento es el detectar señales sísmicas fuertes

dentro del ruido y separar las ondas superficiales multimodales y las ondas corporales. La

desventaja de la aplicación de este método es que, se requiere de un arreglo de

sismómetros con varias estaciones distribuidas uniformemente de manera azimutal, con

una gran variedad de distancias entre estaciones, para asegurar estimados de alta

resolución del espectro de potencia F-K. Este método se basa en la suposición de que los

microtremores son procesos estocásticos (sistemas aleatorios) estacionarios en espacio y

tiempo (Parvez, I. 2003).

2.4.2. Métodos Activos

Registran ondas Rayleigh inducidas por una fuente impulsiva o por una fuente oscilatoria

con movimiento vertical armónico; en estos métodos los sensores verticales son ubicados en la

superficie en línea con la fuente, y la velocidad de fase se calcula a partir del análisis espectral.

Este método es útil para explorar profundidades de 10 a 20 m. aproximadamente. Para lograr

caracterizar profundidades mayores se necesitaría una fuente muy grande (Flores-Estrella et al

2004). Entre los métodos activos mas conocidos se encuentran:

• Técnica SASW (Spectral Analysis of Surface Wave): Este método se basa en la

propagación de ondas para generar perfiles de velocidad de onda S, es llamado Análisis

Espectral de Ondas Superficiales (SASW). Este método usa el análisis espectral del

ground roll, generado por una fuente impulsiva (por lo general son martillos pesados o

mandarrias) y grabado por un par de receptores de 1 Hz, de pequeñas a grandes distancias.

17

El par de receptores es configurado y reconfigurado, basados en cálculos de longitud de

onda durante la adquisición, tantas veces sea necesario, para muestrear el rango de

frecuencia deseada (Park et al., 1999). Los receptores son sismómetros con sensores de

velocidad vertical, por lo que los perfiles de Vs son analizados a partir de las velocidades

de fase de las ondas Rayleigh. Las desventajas de este método es que las pruebas se deben

repetir numerosas veces y usualmente lleva muchas horas completar el procedimiento en

un mismo sitio, además que en sitios donde el ruido sobrepase la potencia de la fuente

artificial, que es común en áreas urbanas, o cuando las fases de las ondas corporales sean

más energéticas que las ondas Rayleigh, el método SASW no arroja resultados confiables

(Louie, J. 2001).

• Técnica MASW (Multi-Channel Analysis of Surface Wave): La técnica de Análisis

Multicanal de Ondas Superficiales es un método sísmico no destructivo que evalúa el

espesor del pavimento, así como los módulos elásticos lineales de los materiales por

debajo del pavimento. La técnica ha sido desarrollada en respuesta a los defectos de

SASW en la presencia de ruido. Este método analiza las propiedades de dispersión de los

modos fundamentales de ondas Rayleigh, las cuales se propagan a lo largo de la superficie

desde el punto de impacto a los receptores (Park et al., 1999). Los registros se realizan

con 12 o más receptores en distancias cortas y largas desde una fuente impulsiva o

vibratoria que proporcionan una redundancia estadística para medir velocidades de fase.

Los datos multicanales permiten la identificación y rechazo de modos no fundamentales

de ondas Rayleigh y otro ruido coherente a partir de los análisis (Louie, J. 2001). La

configuración básica y la rutina de adquisición del MASW generalmente es la misma que

18

se usa en los estudios convencionales de CMP (Punto Medio Común) con reflexiones de

ondas corporales.

2.4.3. Método Híbrido: Refracción de Microtremores (ReMi)

Este método combina las fuentes activas y pasivas, utiliza como fuente pasiva el ruido

urbano ambiental, pero en lugares muy silenciosos se puede activar algún tipo de fuente durante

cada registro, como correr a lo largo de la línea de geófonos, lanzar y recoger objetos pesados al

principio, en el medio o al final del arreglo de geófonos, etc.

ReMi consiste en determinar la distribución de los valores de la velocidad de transmisión

de las ondas de cizalla (Vs) a través del terreno, a partir del análisis espectral del ruido sísmico

ambiental (Granda et al, 2005). Las bases teóricas del método son las mismas que los Análisis

Espectrales de Ondas Superficiales (SASW) y los Análisis Multicanales de Ondas Superficiales

(MASW) (Rucker, M. 2003).

La técnica de sísmica de microtremores está basada en dos ideas fundamentales. La

primera idea, es que el equipo común de registro de refracción sísmica, se coloca en una forma

casi idéntica a las mediciones de refracción de ondas P superficiales, para grabar efectivamente

ondas superficiales en frecuencias tan bajas como 2 Hz. La segunda idea es que una simple

transformada en 2D de lentitud-frecuencia (p-f) de un registro de microtremor, puede separar

ondas Rayleigh de otras llegadas sísmicas, y permitir el reconocimiento de la velocidad de fase

verdadera de las velocidades aparentes (Louie, 2001). Para aplicar este método se deben realizar

los siguientes tres pasos: el análisis espectral de velocidades, la selección de la dispersión Fase-

Velocidad de la onda Rayleigh y el modelado de la velocidad de onda S.

19

2.5. PRINCIPIOS BÁSICOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE SITIO

2.5.1. Microzonificación Sísmica

La Microzonificación Sísmica o Zonificación de Segundo Grado (ISSMFE, rev. 1999) es

un procedimiento para la estimación del riesgo sísmico a partir del movimiento del suelo

tomando en cuenta las condiciones locales del sitio.

El aspecto fundamental para la zonificación de movimientos del suelo es la evaluación del

riesgo sísmico. Primero, el movimiento de tierra esta directamente relacionado con fuerzas

sísmicas activas en las estructuras, y desde la zonificación sísmica se proporciona un importante

indicador inicial de riesgo símico. Segundo, el movimiento de tierra esta directamente

relacionado a fracturas en la tierra. Una evaluación del movimiento de tierra depende la

sismicidad de la región, atenuación de la intensidad del movimiento y efectos en sitios locales del

movimiento de tierra. Los efectos locales de sitio son la base de lo que sería un plan de

microzonificación sísmica, que puede proveer datos confiables a los ingenieros estructurales para

el diseño de edificaciones sismorresistentes.

Una carta de flujo ideal para la microzonificación sísmica se muestra en la figura 4, donde

se puede observar dos enfoques principales: probabilistico y deterministico, el primero basado en

la sismicidad, que emplea la probabilidad de ocurrencias de terremotos durante un periodo dado.

El segundo caso, consiste en datos geológicos y sísmicos empleados para determinar cual puede

ser el efecto de los terremotos en el área de interés.

20

Figura 4. Carta de flujo ideal para un plan de Microzonifición de sísmica.

2.5.2. Efectos de Sitio

Dentro de los efectos de sitio que tienen que ser considerados para el estudio de riesgo

sísmico se encuentran el efecto de capas superficiales blandas y el efecto de la topografía. El

primero ha demostrado ser la causa de los principales daños debido a la ocurrencia de terremotos,

21

los cuales son más fuertes sobre zonas donde los sedimentos superficiales se encuentran a

grandes profundidades. La ubicación de los centros urbanos más grandes se encuentran,

generalmente, a lo largo de valles atravesados por grandes ríos, lo que implica que están

construidos sobre depósitos superficiales relativamente jóvenes y poco consolidados. También

hay que agregar que estos centros se encuentran ubicados en zonas de alta sismicidad, lo cual

indica que han sufrido y seguirán sufriendo, algún tipo de amplificación local del movimiento del

suelo debido a los efectos de sitio que están relacionados con las características geológicas del

subsuelo y a la presencia de estos sedimentos blandos cercanos a la superficie.

En segundo lugar el efecto de la topografía ha sido considerado en numerosos reportes de

terremotos y sus efectos han sido demostrados en estudios instrumentales; pero no se han

realizado los estudios suficientes para derivar una correlación confiable entre la topografía y la

amplificación, aunque algunos modelos numéricos indican que las ondas sísmicas son

amplificadas en estructuras convexas como riscos (Lacavel. 2002.).

2.5.3. Consideraciones Geotécnicas

Algunos autores han intentado derivar algunas relaciones entre parámetros geotécnicos

sencillos pero relevantes y la amplificación local. El parámetro más importante para este fin es la

velocidad de la onda S, donde muchos autores han propuesto relaciones entre el promedio

ponderado de velocidad de onda S de los depósitos superficiales y la amplificación relativa. Los

parámetros geotécnicos son datos de gran utilidad para la estimación del potencial de licuefacción

y la amplificación de ondas sísmicas (Cuadra, P. 2007.). Entre los parámetros necesarios para una

caracterización de sitio completa tenemos:

22

2.5.3.1. Velocidad de onda S

La velocidad de la onda S puede ser obtenida a través de mediciones in-situ como la

sísmica de onda S, técnicas de DownHole o CrossHole, o a través de mediciones de ondas

superficiales con estaciones simples o arreglos. Por lo general, las mediciones de DownHole o

CrossHole son muy costosas y requieren de mucho tiempo.

La sísmica empleada para encontrar la estructura de la onda S incluye ondas corporales en

un rango mayor de los 30 Hz, esto permite graficar interfaces presentes en el subsuelo, pero el

rango de frecuencias se encuentra por encima del rango de interés para la ingeniería sísmica. Otro

de los principales problemas de la sísmica de onda S es el acoplamiento de la fuente en el suelo,

lo cual produce una limitación en la profundidad de penetración de las ondas S.

Los métodos de ondas superficiales brindan la ventaja que son métodos no invasivos y

que varios de estos métodos (discutidos anteriormente) pueden ser empleados en entornos

urbanos e industrial sin ninguna dificultad y de forma bastante rápida y económica. Por ejemplo,

el método de sísmica por microtremores (Re-Mi), que emplea ruido natural o generado por la

actividad humana, puede caracterizar la distribución de las ondas de corte en el subsuelo a través

del cálculo de la velocidad de propagación de la energía de las ondas superficiales

(principalmente tipo Rayleigh).

2.5.3.2. Frecuencia Fundamental de Resonancia (Fo)

La frecuencia fundamental de resonancia puede ser medida a partir de la observación de

microsismos y microtremores. Estos pueden ser registrados utilizando sismómetros de alta

sensibilidad.

23

Las características espectrales de los microtremores muestran una buena correlación con

las condiciones geológicas del sitio gracias al filtrado que es aplicado a las ondas, debido a su

paso a través de los materiales superficiales. El método H/V propuesto por Nakamura (1989) ha

demostrado, a través de numerosos estudios, ser una técnica conveniente para estimar la

frecuencia fundamental de los depósitos blandos. El radio espectral entre los registros, en las

componentes horizontales y verticales, exhibe un pico con características propias a la frecuencia

fundamental de resonancia Fo, esto siempre y cuando el contraste de velocidades de onda S entre

los sedimentos y el basamento sea mayor a 2.5. Además este contraste de velocidades tiene un

efecto importante sobre la amplitud del radio H/V a la frecuencia fundamental de resonancia.

Conociendo la frecuencia fundamental de resonancia también es posible estimar

cualitativamente la amplificación esperada como función de la frecuencia.

2.5.3.3. Factor de Amplificación

La amenaza sísmica de un sitio puede ser evaluada a partir de información sobre las

fuentes sísmicas que lo afectan y las características de atenuación de movimientos sísmicos en la

región. Sin embargo, el movimiento sísmico durante un terremoto puede variar de un lugar a otro,

aún separados por distancias cortas, si las características geológicas son diferentes. En algunos

casos, la influencia de la geología superficial puede dominar la amenaza sísmica en el lugar.

La amplificación del movimiento depende principalmente del balance de dos factores: el

espesor de la capa de suelo y el contraste entre la velocidad de propagación de ondas en roca y en

suelo. En general, se considera la contribución de los 30 metros superficiales a la amplificación

del movimiento, las capas de gran espesor (mayor o igual a 100 m) de suelo blando pueden tener

un efecto de amortiguación sobre el efecto de absorción, anulando el efecto de amplificación.

24

Otro mecanismo de amplificación del movimiento que ocurre en casos de alto contraste

entre la velocidad de las ondas en roca y suelo es el de resonancia, que se presenta cuando la

onda se refleja en la superficie y se propaga hacia abajo hasta que nuevamente rebota en la roca y

así queda atrapada dentro de la capa de suelo. Este efecto, puede aumentar la amplitud de las

ondas y también prolongar la duración de la sacudida. El efecto de resonancia es máximo cuando

el período de las ondas sísmicas coincide con el período de vibración de la capa de suelo. En este

caso la amplificación puede ser muy grande y el período natural del suelo llega a ser dominante

en el movimiento (Cuadra, P. 2007.).

Existen diferentes métodos para la estimación de la amplificación sísmica en superficie de

carácter local, algunos se basan en modelos numéricos complejos y evaluaciones probabilísticas

obtenidos con programas de cálculo en condiciones monodimensional o bidimensional. Tales

programas requieren de una información litológica precisa de la secuencia sedimentaria, del

substrato, del movimiento sísmico de referencia, así como los perfiles de velocidad de las ondas

sísmicas trasversales y longitudinales superficiales. Previo a un eventual modelo numérico

avanzado de este tipo, serán aplicados métodos directos, reconocidos por las normas vigentes,

que incluyen el análisis de las características lito-estratigráficas y de la velocidad de ondas “S” a

nivel superficial del terreno ofreciendo un valor (Fa) característico de la respuesta del sitio. Entre

los métodos directos que serán empleados se encuentran el método de Midorikawa (1987) y de

Borcherdt (1991). A continuación se muestra una breve explicación teórica de cada uno de estos

métodos:

o Método de Midorikawa (1987): Este método (según especificaciones de manual

ISSMFE - TC4 para el grado 2 de microzonificación sísmica) correlaciona el valor de la

25

Vs30 al factor pico de amplificación sísmica. El factor de amplificación es calculado de

la siguiente manera:

Fa = 68.Vs -0.6 para Vs < 1100 m/s

Fa = 1 para Vs ≥ 1100 m/s

Donde, Vs es la velocidad media calculada a nivel superficial, hasta una profundidad de

30 metros.

o Método de Borcherdt (1991): Este método (según especificaciones de manual ISSMFE -

TC4 para el grado 2 de microzonación sísmica) correlaciona el valor de la Vs30 al factor

pico de amplificación sísmica. El método es aplicable en áreas donde los periodos

fundamentales se encuentran entre 0.4 y 2 segundos, considerando dos casos, eventos

sísmicos de baja (<VII grados MCS) y alta (<VII grados MCS) intensidad.

Fa = 700 / Vs para eventos de baja intensidad

Fa = 600 / Vs para eventos de alta intensidad

2.5.3.4. Potencial de Licuefacción

Los fenómenos de licuefacción consisten en la pérdida rápida de resistencia al esfuerzo

cortante, temporal o definitivo. Tal pérdida conduce al colapso de cualquier estructura que es

construida sobre un material que entra en licuación. Este es un proceso en el cual los sedimentos

saturados de agua pierden temporalmente o definitivamente su resistencia, y tienden a actuar

como un fluido. La reducción de la resistencia se debe al hecho de que durante las excitaciones

dinámicas, la presión de poro en los sedimentos tiende a incrementarse, esto causa que el

esfuerzo efectivo disminuya, lo que afecta la resistencia del suelo. Las condiciones necesarias

para la existencia del riesgo de licuefacción son: El suelo debe consistir de arenas sueltas o

26

materia granular de por lo menos 1 metro de grosor y el nivel freático de la zona debe encontrarse

cercano a la superficie (profundidad menor a 15 metros), lo que resultaría en suelos saturados.

La resistencia a la licuefacción de un depósito arenoso puede ser evaluada a través de la

estimación de la velocidad de onda S de las capas que se encuentra por encima del substrato

geotécnico mediante el Método de Andrus y Stokoe (1997). Este método señala que la resistencia

a la licuefacción de un depósito arenoso puede ser evaluada a través de la estimación de la

velocidad de onda S de las capas que se encuentra por encima del substrato geotécnico, en base a

dos factores fundamentales, el factor de seguridad Fs, y el índice de licuefacción. Se considera

que un depósito no posee potencial de la licuefacción si Fs>1. Este procedimiento es

recomendado por el National Center for Earthquake Reasearch (NCEER).

La ecuación para obtener el factor de seguridad se muestra a continuación:

TRFs = ,

donde R esta representado por VslVslVslc

VslR 9.09.0100

03.02

−−

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= y T por

MSFrd

gaT

vo

vo 1´

65.0 max

σσ

= .

Los parámetros que se observan en las ecuaciones previas son los siguientes:

• amax representa la aceleración sísmica máxima.

• g representa la aceleración de gravedad.

• σvo representa la presión vertical total a la profundidad z.

• σ´vo representa la presión vertical eficaz a la profundidad z.

• rd representa un coeficiente que depende de la profundidad:

- para z ≤ 9.15 m rd = 1 – 0.00765. z

27

- para 9.15 < z ≤ 23 m rd = 1.174 – 0.0267. z

- para 23 < z ≤ 30 m rd = 0.774 – 0.008. z

- para z > 30 m rd = 0.5

• MSF representa una función de corrección de la magnitud del sismo:

- si M (magnitud) ≤ 7.5 MSF = (M / 7.5) -3.3

- si M (magnitud) > 7.5 MSF = 10 2.24 / M 2.56

• Vsl representa la velocidad de la onda S en litología arenosa y corregida de la siguiente

forma:

25.0

´1. ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

vo

VsVslσ

• Vs representa la velocidad de onda S en m / s.

• Vslc representa la velocidad crítica de la onda S en el deposito considerado:

- Vslc = 220 m/s porcentaje de fino FC < 5%

- Vslc = 210 m/s porcentaje de fino FC = 20%

- Vslc = 200 m/s porcentaje de fino FC > 35%

El índice de licuefacción se puede obtener mediante la siguiente ecuación:

∑=

Δ=n

izFWIL

1.

Donde, F es correlacionado al factor de seguridad de la siguiente forma:

- Fs ≤ 1 F = 1 – Fs

- Fs > 1 F = 0

28

y donde z representa el espesor del estrato considerado, W es un factor de profundidad (z máximo

de 20 metros) determinado del siguiente modo:

W = 10 – 0.5. z

Para el análisis del índice de licuefacción se debe tomar en cuenta la tabla 3:

IL Riesgo de Licuefacción

IL = 0 Muy bajo

0 < IL ≤ 5 Bajo

5 < IL ≤ 15 Alto

15 < IL Muy alto

Tabla 3. Índice del riesgo de licuefacción.

Tomado de Cetraro, F. 2007

2.5.3.5. Clasificación de Suelos y Sitios

Para la clasificación de suelos se considera el valor de la Vs30 o la Vsp (Norma Covenin)

y se correlaciona con los valores de tablas relativas a diferentes normas, donde las ondas de corte

son asociadas también a tipo de suelos, rangos de valores de golpes SPT (Standard penetration

resistance N) y fuerza de corte de suelo no drenado (Soil Undrained Shear Strenght, Su en psf o

kPa). Entre las normas que se emplearan en este estudio se encuentra la IBC 2000, NEHRP y

COVENIN, estas se muestran en las tablas 4 y 5:

29

IBC TABLE 1615.1.1: Site Class Definitions (NEHRP)

Site class Soil profile name

Average properties in top 30 m, as per section 1615.1.5 Soils shear wave Standard penetration Soil undrained velocity, ns, (m/s) resistance, N shear strength, Su (psf)

A Hard Rock ns > 1500 Not applicable Not applicable B Rock 760 < ns ≤ 1500 Not applicable Not applicable

C Very dense soil & soft rock 360 < ns ≤ 760 N > 50 Su ≥ 2000

D Stiff soil profile 180 < ns ≤ 360 15 ≤ N ≤ 50 1000 ≤ Su ≤ 2000 E Soft soil profile ns < 180 N < 15 Su < 1000

E -

Any profile with more than 10 feet of soil having the following characteristic 1. Plasticity index PI > 20; 2. Moisture content w ≥ 40%, and 3. Undrained shear strength Su < 1000

F -

Any profile containing soils having one or more of the following characteristics: 1. Soils vulnerable to potential failure or collapse under seismic loading such as liquefiable soils, quick and highly sensitive clays, collapsible weakly cemented soils. 2. Peats and/or highly organic clays (H > 3.048m of peat and /or highly organic clay where H = thickness of the soil) 3. Very high plasticity clays (H > 7.62m with plasticity index PI > 75) 4. Very thick soft/medium stiff clays (H > 36.576m)

Tabla 4. Clasificación de suelos a partir de las Normas IBC 2000 y NEHRP.

Tomado de Henry, J. 2002.

Tabla 5. Clasificación de suelos a partir de la Norma COVENIN.

Tomado de Henry, J. 2002.

30

Los esquemas empleados para la clasificación de sitios han sido usados para diferenciar

condiciones de suelos para movimientos fuertes. Los principales criterios empleados para este fin

son los que se muestran a continuación:

• Superficie Geológica

• Promedio de velocidad a los primeros treinta (30) metros (Vs30).

• Datos Geotécnicos, que incluyen tipo de material, rigidez y profundidad de los

sedimentos.

• Parámetros de la geometría de la cuenca, profundidad al basamento rocoso y distancia al

borde de la cuenca.

El método que va a ser utilizado es el Eurocodice 8 (EC8), el cual correlaciona las

velocidades de ondas de corte y los espesores de sedimentos por encima del substrato (geotécnico

o roca). El EC8 toma en cuenta los dos parámetros mencionados y los correlaciona con un efecto

de amplificación, que se acentúa pasando de la clase A a la clase C (ver figura 5).

Figura 5. Clasificación de sitios a partir del código EC8.

Tomado de Cetraro, F. 2007.

31

2.5.3.6. Índice de Ripabilidad y Excavabilidad

El término de ripabilidad se refiere a un criterio cualitativo que mide la aptitud de un

macizo rocoso para ser quebrantado por medio de un ripper arrastrado por un bull-dozer

(Rodríguez, M. 2004). Lógicamente, la eficacia del ripado dependerá de la naturaleza de la roca

sana y de la distribución de sus discontinuidades. Son varios los criterios que se han venido

utilizando para juzgar a priori la ripabilidad de un terreno. Las posibilidades de ripado se definen,

para diversos tipos de rocas, por medio de su velocidad sísmica Vp. La compañía Caterpillar

regularmente publica tablas de ripabilidad para sus distintos modelos de tractores. Para cada roca

se definen los márgenes de velocidad sísmica para los que la roca es ripable o no ripable. De

acuerdo al fabricante de bulldozers Caterpillar, para un modelo D-9, la facilidad de ripado se

determinaría de acuerdo al siguiente criterio, en función de Vp, velocidad de las ondas sísmicas

primarias:

o Vp < 600 m/s Materiales sueltos

o Vp = 600-1300 m/s Ripado fácil

o Vp = 1300-1700 m/s Ripado normal

o Vp = 1700-1850 m/s Ripado duro

o Vp > 1850 m/s No son ripables (voladura)

Para estudiar la ripabilidad del terreno, se suelen representar los datos proporcionados por

la sísmica de refracción o microtremores en forma de cortes del terreno, en los que se indican las

velocidades sísmicas de las capas de terreno más superficial, como se muestra en la figura 6

(Rodríguez, M. 2004).

32

Figura 6. Representación de velocidades sísmicas en corte transversal para estudiar la ripabilidad del terreno.

Tomado de Rodríguez, M. 2004.

El rango de poder de tractores (Bulldozer) y retroexcavadoras es presentado por Kirsten

(1982, 1988) como una medida de ejecución equivalente para la excavación. Todas las

velocidades son aproximadas y representadas en rangos típicos. Las velocidades de Onda s se

asume que son cerca de la mitad de la velocidad de Onda p basado en la Relación de Poisson de

0.33 (ver tabla 6).

Tabla 6. Relación entre Vp y las maquinarias adecuadas para la excavabilidad.

Tomado de Rucker M, et al. 2006.

33

2.5.3.7. Espectros de Respuesta Elástica y Aceleración Pico

Los espectros de Respuesta fueron inicialmente propuestos por Biot (1932) y luego

desarrollados por Housner, Newmark y muchos otros investigadores. Actualmente, el concepto

de espectro de respuesta es una importante herramienta de la dinámica estructural, de gran

utilidad en el área del diseño sismorresistente.

En forma general se puede definir un espectro como un gráfico de la respuesta máxima

(expresada en términos de desplazamiento, velocidad, aceleración, o cualquier otro parámetro de

interés) que produce una acción determinada en una estructura u oscilador de un grado de

libertad. En estos gráficos, se representa en abscisas el periodo propio de la estructura (o la

frecuencia) y en ordenadas la respuesta máxima calculada para distintos factores de

amortiguamiento (el más usado es de 5%) (Crisafulli, F., et al 2002).

La variable para describir la amplitud de cualquier movimiento del terreno es la

aceleración máxima horizontal, denominada también aceleración pico horizontal, PHA, (del

ingles Peak Horizontal Acceleration). Para cualquier componente del movimiento, simplemente

representa la mayor aceleración horizontal, en valor absoluto, obtenida directamente a partir del

acelerograma correspondiente (sismo de referencia). La aceleración pico vertical PVA, según la

norma venezolana es 0.7A0, siendo A0 el valor máximo del coeficiente de aceleración horizontal

de la zona sísmica en estudio.

2.6. MÉTODOS APLICADOS

En este capitulo se presentará la teoría relacionada con los dos métodos de sísmica:

Nakamura H/V y ReMi, que nos permiten encontrar parámetros como el Periodo Fundamental

del subsuelo y la velocidad de onda S, respectivamente.

34

2.6.1. H/V Nakamura

El método propuesto por Nakamura (1989) señala que se puede estimar el período

fundamental, a partir de mediciones de vibraciones ambientales, verticales y horizontales, en

superficie. Los depósitos del suelo están generalmente expuestos a vibraciones inducidas por

fuerzas naturales, como mareas y vientos, y a fuerzas antropogénicas que provienen de

maquinaria en funcionamiento, automóviles, trenes, etc. Estas fuentes generadoras de vibraciones

producen una excitación dinámica aleatoria, que permite a un depósito de suelos vibrar

predominantemente de acuerdo a su período fundamental. Utiliza como hipótesis que la

componente horizontal de los microtremores es amplificada por la multi-reflexión de las ondas S,

y la componente vertical es amplificada por la multi-reflexión de las ondas P. Mientras, que el

efecto de las ondas Rayleigh aparece más marcado en la componente vertical y su efecto puede

ser cuantificado, calculando la razón entre la componente vertical en superficie y la base del

substrato.

Otros investigadores comparten la idea de que la relación H/V está relacionada a la

elipticidad de las ondas Rayleigh, debido a la predominancia de estas ondas en la componente

vertical. También señalan que esta elipticidad es dependiente de la frecuencia, y que muestra un

pico alrededor de la frecuencia fundamental en sitios que contienen un alto contraste de

impedancia entre la superficie y los materiales más profundos.

La metodología de H/V Nakamura en los últimos años ha ganado popularidad por ser un

procedimiento económico y fácil de aplicar, debido a que se ha demostrado que el cociente

espectral entre las componentes horizontales y verticales de estas mediciones ofrece un buen

estimado de la frecuencia fundamental de depósitos sedimentarios, y de manera menos exacta del

35

factor de amplificación. El uso del método permite realizar el mapeo rápido y detalladamente de

periodos fundamentales en zonas urbanas.

Nakamura (1989) desarrolló la técnica basado en tres hipótesis principales:

• El ruido ambiental es generado por la reflexión y refracción de ondas de corte al interior

de capas de suelo superficiales y por ondas de superficie.

• Fuentes superficiales locales de ruido no afectan el ruido ambiental en la base de la

estructura no consolidada.

• Capas de suelo blando no amplifican la componente vertical del ruido ambiental.

Las funciones SE y AS que representan la respuesta sísmica intrínseca del sitio y el efecto

singular de la onda Rayleigh pueden ser definidos como:

Donde H y V representan, los espectros de las componentes horizontales y verticales del

ruido ambiental en superficie (S) o en el basamento (B), respectivamente. La respuesta sísmica

del sitio que no incluye la contribución de la fuente son definidas por SM como:

Nakamura (1989) y Theodulidis et al. (1996) demostraron que el espectro de las

componentes vertical (VB) y horizontal (HB) son equivalentes a la base de la estructura.

36

Entonces, la respuesta sísmica del sitio SM puede ser expresada como el cociente espectral

de las componentes horizontal y vertical del ruido ambiental en superficie.

2.6.2. Refracción de Microtremores (ReMi)

Es un método de sísmica hibrido (combina fuentes activas y pasivas), utilizado para

modelar la estructura de la velocidad de la onda S y se basa en dos ideas fundamentales. La

primera, es que emplean los equipos para la sísmica de refracción tradicional, dispuestos de una

forma similar, de manera que pueden grabar ondas superficiales a frecuencias tan bajas como 2

Hz. La segunda, plantea que una simple transformada en dos dimensiones, lentitud y frecuencia

(p-f), de un registro de microtremores puede separar la llegada de las ondas Rayleigh, de la

llegada de otras ondas sísmicas, permitiendo conocer su verdadera velocidad de fase (Linares, G.

2005).

El equipo empleado para realizar la adquisición debe incluir: un dispositivo de refracción

digital de 24 canales, con geófonos verticales individuales y cables de grabación. Por lo general,

se recomiendan registros de entre 15 a 30 segundos de duración. La longitud del arreglo total

depende de la profundidad de investigación, como una regla experimental, la máxima

profundidad de resolución es de casi un tercio a un medio de la longitud del arreglo. El método

no requiere de calibración de la respuesta de amplitud o frecuencia de los geófonos (como ocurre

en la refracción), ReMi sólo emplea la información de fase en el campo de onda registrado. Los

cables de los geófonos, contienen 12 ó 24 geófonos verticales separados cada 2, 4, 6 u 8 metros,

estos se disponen en un sitio del suelo que sea plano y centrado en el objetivo deseado. Los

geófonos pueden ser colocados en pavimentos finos, y ubicados de tal forma, que exista un buen

37

acoplamiento con el suelo, esto mediante una estructura metálica llamada land streamers (ver

figura 7).

Figura 7. Geófono acoplado a un land streamer para mediciones en pavimento.

Se recomienda que el intervalo de muestreo sea de 2 milisegundos para estudios de ondas

de cizalla superficiales. La frecuencia de corte debe ser lo más bajo posible (4 Hz. o menos) y

una alta frecuencia de corte, igual a la mitad de la frecuencia de muestreo, para evitar el

fenómeno de aliasing o solapamiento. Los geófonos de alta frecuencia se usan para arreglos más

cortos, con profundidades de investigación más someras, y los geófonos de baja frecuencia se

usan para arreglos más largos, con profundidades de investigación más profundas. Si el sitio es

tranquilo, se debe activar alguna fuente para cada registro, como por ejemplo mandarrias,

martillos, personas o vehículos transitando a lo largo del tendido.

El procesamiento de ReMi involucra tres pasos principales: Análisis Espectral de

Velocidad, Selección de la Dispersión Fase-Velocidad Rayleigh, y Modelado de la Velocidad de

la Onda de Cizalla (Louie, J. 2000) que se muestran en la figura 8:

38

Figura 8. Esquema de los principales pasos del procesamiento de ReMi.

Tomado de Linares, G. 2005.

Veamos los aspectos teóricos fundamentales de los principales pasos del procesamiento

de ReMi:

• Análisis Espectral de Velocidad

El análisis espectral de velocidad está basado en la transformación p-tau, esta

transformación toma una sección de registro de múltiples sismogramas, con amplitudes

relacionadas con la distancia y el tiempo (x-t), y las convierte en amplitudes relacionadas con el

parámetro de rayo p (el inverso de la velocidad aparente), y un intercepto en el tiempo tau.

La transformada p-tau es una integral lineal a lo largo de un registro sísmico A(x,t) en una

distancia x y un tiempo t:

A(p,tau) = ∫xA(x,t=tau+p x) dx

39

donde la pendiente de la línea p= dt/dx es el inverso de la velocidad aparente Va en la dirección

de x. En la práctica x está discretizada en intervalos nx en un espaciamiento finito dx, así que

x=jdx, con j como un entero. Del mismo modo, el tiempo está discretizado con t=idt, dando una

forma discreta de la transformada p-tau para positivos y negativos p=p0+ldp y tau=kdt llamado

el slant-stack:

A(p=p0+l dp,tau=k dt) = ∑j=0,nx-1A(x=j dx,t=i dt=tau+p x) (1)

comenzando con un p0=-pmax-pmax que define el inverso de la velocidad mínima. np está

colocado efectivamente para que sea uno a dos veces nx. Aquí dp puede variar de 0,0001-0,0005

seg/m, y se coloca para cubrir el intervalo desde –pmax a pmax en incrementos de lentitud de

2np. Esto analizará la energía que se propaga en ambas direcciones a lo largo de la línea

receptora de refracción. Las amplitudes en tiempos t= tau+px, que varían entre los puntos de

tiempo muestreados, son estimados por medio de un a interpolación lineal.

Luego, se toma cada traza p-tau en A(p,tau) de (1) y se calcula su transformada de Fourier

compleja FA(p,f) en la dirección de tau o tiempo de intercepción:

FA(p,f) = ∫τA(p,τ)e-i 2πfτdτ

para el cual, la Transformada de Fourier discreta con f = m df es:

FA(p,f=m df) = ∑k=0,nt-1A(p,τ =k dt)e-i 2 π m df k dt

El espectro de potencia SA(p,f) es la magnitud cuadrada de la Transformada de Fourier

compleja: SA(p,f) = FA*(p,f) FA(p,f)

en donde el * denota la conjugada compleja. Este método suma conjuntamente dos transformadas

p-tau de un registro, a lo largo de la línea receptora, ya sea hacia delante o hacia atrás de la

misma. Para sumar la energía en esas direcciones, en un eje de lentitud, que representa el valor

absoluto de p, /p/, se suma alrededor de p=0 con:

40

SA(|p|,f) = [ SA(p,f) ]p≥0 + [ SA(-p,f) ]p<0

El procedimiento anterior completa la transformada de un registro desde el espacio

distancia-tiempo (x-t) al de lentitud-frecuencia (p-f). El parámetro de rayo p, para estos registros,

es el componente horizontal de lentitud (inverso de la velocidad) a lo largo del arreglo. Para

analizar más de un registro, a partir de un despliegue de refracción de microtremores, las

imágenes p-f de los registros individuales SAn(|p|,f) son sumados punto por punto en un imagen

de potencia: Stotal(|p|,f) = ∑nSAn(|p|,f)

Por lo tanto, el análisis lentitud-frecuencia ha producido un registro de la potencia

espectral total en todos los registros de un sitio, que se grafica en los ejes (p-f).

La transformada p-tau actúa como un filtro pasa-bajo 1/frecuencia, sobre las amplitudes

en los datos. Sin embargo, este filtro no distorsiona o influye en las frecuencias. La transformada

apila cada tiempo de intercepto a lo largo de líneas paralelas, por lo que no ocurre ningún

“stretch” o distorsión de la frecuencia.

La pendiente distintiva de las ondas dispersivas es una gran ventaja en los análisis p-f.

Otras llegadas que aparecen en los registros de microtremores, como las ondas corporales y de

aire, no pueden poseer tal pendiente. Incluso, si en un registro sísmico, la mayoría de la energía

tiene una fase distinta a la de las ondas Rayleigh, los análisis p-f separarán esa energía de las

curvas de dispersión que esta técnica interpreta, en un gráfico lentitud-frecuencia (Cuadra, P.

2007).

• Selección de la Dispersión Fase-Velocidad Rayleigh

Este análisis se agrega un cálculo de la tasa de potencia, para la normalización espectral

de los registros de ruido. Este paso consiste principalmente, en transformar los campos de ondas

41

de los datos, al dominio lentitud-frecuencia (p-f), en donde la curva de dispersión puede ser

seleccionada directamente. El proceso envuelve dos transformaciones lineales: un slant-stack

seguido por una transformada de Fourier en una dimensión (1-D).

La potencia promedio sobre todas las lentitudes puede ser diferente en órdenes de

magnitudes de una frecuencia a otra. Este método toma la tasa espectral R(|p|,f) de la potencia en

cada combinación lentitud-frecuencia en contra de la potencia promedio alrededor de todas las

lentitudes, en frecuencias con imágenes p-f individuales SA(|p|,f), o en una imagen total

Stotal(|p|,f).

R(|p|,f) = S(|p|,f) np / [ ∑l=0,np-1S(|p|=l dp, f) ]

(con np siendo la mitad del número original de pasos de lentitud 2np).

La escogencia de las velocidades de fase en las frecuencias en donde hay una pendiente o

un pico en la tasa espectral, claramente localiza la curva de dispersión. Los escogimientos o

“picks” no se hacen en frecuencias sin un pico definido en la tasa espectral, o en puntos donde no

se observe la onda superficial dispersiva. La selección se hace a lo largo de una envolvente de

baja velocidad, bordeando el espectro de energía que se observa en la imagen p-f.

Como el modo más alto de las ondas Rayleigh tiene velocidades de fase por encima de las

que tienen modo fundamental, la técnica de refracción de microtremores produce principalmente

las velocidades con modos fundamentales. Los modos más grandes pueden aparecer como

tendencias de dispersión separadas en las imágenes p-f, si son lo cercanamente energéticas a las

fundamentales, como se muestra en la figura 9.

42

Figura 9. Ejemplo de espectro p-f donde se observa claramente la presencia del modo fundamental y el modo

superior de la onda Rayleigh.


El aliasing espacial contribuirá a la aparición de “artefactos” en las imágenes de tasa

espectral lentitud-frecuencia (ver figura 10). La pendiente de los artefactos en las imágenes p-f,

está en una dirección opuesta a la dispersión del modo normal (Cuadra, P. 2007).

43

Figura 10. Ejemplo de espectro p-f donde se observa claramente el fenómeno de Aliasing Espacial y la aparición del

ruido incoherente proveniente de los registros.


• Modelado de la Velocidad de la Onda de Cizalla

Este paso consiste de modelos interactivos, que parten de los datos de dispersión de modo

normal, que fueron escogidos de las imágenes p-f (figura 11). El modelo itera sobre la velocidad

de fase en cada período (o frecuencia), reporta cuándo una solución no ha sido encontrada dentro

de los parámetros de iteración, y puede modelar inversiones de velocidad con la profundidad

(Louie, J. 2001).

El modelo, seguido interactivamente de una curva de dispersión, realizado por una

persona experta puede producir más información de la velocidad en una zona específica, que un

procedimiento de inversión automatizada. El modelado interactivo puede evitar el mínimo local

en la función de error objetiva, además de evitar los casos de inversiones de velocidades falsas,

Ruido Incoherente

Aliasing Espacial

44

debido al problema equivalente, que es inherente a la naturaleza integradora de las velocidades de

ondas superficiales.

Otro problema para modelar las curvas de dispersión Rayleigh, es la falta de información

de las velocidades de la onda P o las densidades. Sin embargo, los experimentos que se han

realizado utilizando la herramienta de modelado interactiva, muestran que aunque hayan grandes

cambios en el módulo de Poisson o en la densidad, las velocidades de cizalla modeladas sólo

cambiarán en menos de un 10 % en el proceso de ajuste del espectro de velocidad de la onda

Rayleigh (Louie, J. 2001). Por tanto, es razonable indicar que las curvas de dispersión Rayleigh

son buenas indicadoras de la estructuración de la velocidad de la onda de cizalla y pobres

indicadoras de la estructura superficial de la velocidad de la onda P.

Figura 11. Ejemplo de modelo de velocidad de onda S y de la curva de dispersión ajustada a los Picks.

45

CAPITULO III. METODOLOGÍA

El proyecto fue realizado en las etapas que se enumeran a continuación:

1. Revisión bibliográfica, compilación y redacción de información sobre las distintas teorías y

aplicaciones involucradas en los métodos sísmicos de ondas superficiales: Vibraciones

Naturales (H/V) y Refracción de Microtremores (ReMi). Además se realizó una investigación

de los distintos parámetros que se pueden obtener a partir de las medidas de velocidad de

onda de corte y periodo fundamental, que fuesen útiles para el diseño estructural.

2. Realización de una prueba experimental de Sísmica de Microtremores y Vibraciones

Naturales en Fila de Mariches, Estado Miranda.

3. Procesamiento de los datos adquiridos en la etapa anterior. Elaboración de mapas y

evaluación de los distintos métodos que emplean como parámetros la velocidad de onda de

corte y periodo fundamental.

4. Redacción del informe final.

A continuación se describe detalladamente las etapas antes mencionadas y una breve

revisión del área de estudio:

3.1. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

Después de la revisión y recopilación bibliográfica, se realizó la selección de un área de

estudio en la cual se aplicaran ambos métodos. Las condiciones que debía cumplir tal área son las

siguientes:

46

• Necesidad de un estudio de caracterización de sitio completo, en especial donde se necesitara

la estructura de la velocidad de onda de corte (Vs) y la distribución del valor del período

fundamental en el área.

• Características geológicas que representen potenciales peligros para la construcción de obras

civiles.

3.1.1. Características generales

Finalizada la escogencia del área de estudio, se realizó la planificación del estudio en

correspondencia al área de construcción. Esta área corresponde a un emplazamiento donde se

construirá un conjunto residencial de edificaciones y estructuras de interés social, denominado

“Desarrollo habitacional La Haciendita”.

El área de estudio se encuentra ubicada en Fila de Mariches, Km. 13- Municipio Sucre-

Estado Miranda, en las cercanías del Embalse La Pereza y de la carretera Petare-Santa Lucía

(Figura 12 y 13).

Ambientalmente, la zona poseía la presencia de maquinaria (vehículos de carga

principalmente) en los alrededores del área de estudio, esto es una fuente que introduce las

frecuencias necesarias para garantizar la calidad de los registros; pero en algunos casos impidió la

ubicación regular de las líneas sísmicas y puntos de medida de vibración (Ver figura 14).

47

Figura 12. Ubicación del Proyecto – Visión regional. Tomado de www.a-venezuela.com/mapas/map/html.

Figura 13. Ubicación del Proyecto – Visión local.

Tomado de earth.google.com/index.html.

N

48

Figura 14. Zona del Proyecto (referencia UTM, WGS84). Ubicación líneas sísmicas (líneas en rojo) y puntos de

medición de vibraciones naturales (símbolos redondos azules). Nota: La línea verde representa el antiguo cauce del río, mientras que la línea fucsia representa el área del terreno.

Con respecto a la topografía, la morfología del área, en especial la parte este, ha sido

modificada en el tiempo, según mapas suministrados por PDVSA (ver figura 15). En particular

esta zona, según el mapa de 1958 (figura 15) representaba una quebrada que ha sido rellenada en

el tiempo. Con el fin de evaluar los espesores de los sedimentos por encima de la topografía

746335 746385 746435 746485 746535 746585 746635 746685 746735 746785Este (m)

1155

850

1155

900

1155

950

1156

000

1156

050

1156

100

1156

150

1156

200

1156

250

1156

300

Nor

te (m

)

123

45

6

7

8

9

10

11

12

13 14 15

16

17

181920

212223 24

2526

2728

29 30 3132

33 34 35 36

37383940

4142

43

44

45

46

47

0 30 60 90

T1

T2

T3

L9

L7

L8

L6

L5L4

L3

L2

L1

L10L11

L12

Zona A

Zona B

49

originaria, se ha modelado digitalmente (en AutoCad 2004 y Surfer 8) tanto la topografía

originaria de 1958 como la actual (figuras 15 y 16). Esto ha permitido calcular diferencias en

elevación.

746300 746350 746400 746450 746500 746550 746600 746650 746700 746750 746800Este (m)

1155

850

1155

900

1155

950

1156

000

1156

050

1156

100

1156

150

1156

200

1156

250

1156

300

Nor

te (m

)

1120

m

1130

m

1140

m

1150

m

1160

m

1170

m

1180

m

1190

m

1200

m

1210

m

1220

m

1230

m

1240

m

1250

m

1260

m

1270

m

0 50 100 150 200

Figura 15. Topografía 1958. Fuente: PDVSA.

50

1120

m

1130

m

1140

m

1150

m

1160

m

1170

m

1180

m

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m

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m

1210

m

1220

m

1230

m

1240

m

1250

m

1260

m

1270

m

746300 746350 746400 746450 746500 746550 746600 746650 746700 746750 746800Este (m)

1155

850

1155

900

1155

950

1156

000

1156

050

1156

100

1156

150

1156

200

1156

250

1156

300

Nor

te (m

)

0 50 100 150 200

Figura 16. Topografía actual (12-11-2007). Fuente: PDVSA.

51

3.1.2. Geología de la zona

La geología del área de estudio se encuentra dominada por la presencia de la Formación

Las Mercedes que se sugiere de edad Mesozoica (L.E.V., 1997). La localidad tipo se encuentra

en la Antigua hacienda las Mercedes al este de Caracas, hoy Urb. Las Mercedes. Debido al

crecimiento del urbanismo con la consecuente desaparición de los afloramientos de la localidad

tipo, diversos autores han propuesto trasladar la sección de referencia a la carretera Petare-Santa

Lucía, donde se expone la sección completa de la formación hasta su transición con la Formación

Chuspita. De acuerdo al Léxico Estratigráfico de Venezuela (L.E.V., 1997), se define como

esquistos principalmente calcáreos, con zonas grafitosas y localmente zonas micáceas, de un tinte

rosado, gris, con zonas blancas cuando están frescas. Las rocas presentan buena foliación y grano

de fino a medio, el color característico es el gris pardusco. La mineralogía promedio consiste en

cuarzo (40%), muscovita (20%), calcita (23%), grafito (5%), y cantidades menores de clorita,

óxidos de hierro, epidoto y ocasionalmente plagioclasa sódica.

3.2. MÉTODO DE VIBRACIONES NATURALES H/V

3.2.1. Adquisición de los datos

La instrumentación empleada en este proyecto consistió de un sismógrafo principal, el

Syscom MR2002-CE Vibration Recorder. Este es un equipo de última generación, certificado

y adquirido por TRX Consulting en Junio 2006. Además de este equipo se utilizaron un Geófono

Triaxial SYSCOM MS-2003 (velocímetro amplificado) y una PC Laptop Toshiba Satellite Pro

(ver figura 17).

52

Figura 17. Equipo empleado durante la adquisición de los registros de vibraciones.

El diseño de la adquisición consistió en cuarenta y siete (47) puntos de medición de

vibración ambiental que fueron distribuidos de manera uniforme a lo largo del terreno, como se

observa en la figura 14. Las coordenadas GPS UTM de los puntos de vibración ambiental se

resumen en la tabla 7:

Punto de medición X(UTM) Y(UTM)

1 746514 11559802 746451 11559723 746412 11559714 746409 11559425 746438 11559476 746429 11559247 746454 11559088 746483 11559309 746527 115594110 746474 115595211 746491 115588812 746518 115591113 746602 115589514 746642 115589315 746677 115589316 746721 115592317 746736 115588218 746683 115593619 746649 115593520 746621 115594221 746623 115596522 746592 115596323 746654 1155971

53

24 746695 115597025 746696 115603326 746670 115603927 746650 115604528 746627 115604629 746625 115606630 746651 115606431 746694 115606132 746672 115606533 746625 115599434 746653 115599635 746693 115599436 746720 115599437 746716 115601938 746688 115601939 746662 115601940 746629 115601941 746713 115607242 746685 115608243 746652 115609244 746552 115597045 746556 115593046 746529 115600047 746536 1155951

Tabla 7. Ubicación de medidas de vibración.

Para introducir los parámetros de adquisición en el equipo se utilizó el programa

WINCOM. Este software nos permite el acceso al equipo Syscom MR2002 y a los datos que éste

almacena. Los parámetros que fueron introducidos en el equipo para la adquisición son los

siguientes:

Configuración del Sensor: GAIN (sensitivity 19.5 V/cm/s).

Unidad de medida: μ m / s.

Filtro Pasobajo 50Hz.

Frecuencia de muestreo: 200 Hz.

Tiempo de medición: 60 seg. por grabación.

Número de grabaciones por estación: 10.

54

Orientación del sensor. (ver figura 18).

Número de Estaciones: 47.

Figura 18. Orientación del sensor para el registro de vibraciones naturales.

El proceso de introducir los datos antes mencionados se describe a continuación:

Se inició el Programa WINCOM 2002 y se tomó la opción File y Direct Link para tener

acceso al equipo MR2002. Se borraron los registros anteriores (Operate, Erase), con el fin de

tener suficiente memoria para la adquisición, y se realizó la corrección por línea base (Tests, Set

Baseline).

En el menú Parameter, MR General se activó la función de ganancia (Gain) en la ventana

General del programa Wimcom2002 (Figura 19), para activar un amplificador en el sensor

MS2003+ y obtener registros amplificados en una relación 1:50, lo cual hace que el límite

inferior de la medida sea en unidades de μm/seg.

55

Figura 19. Ventana General del programa Wincom2002.

En el menú Operate, Choose Filtertype se introdujo el parámetro del filtro conveniente

para el estudio realizado (ver Tabla 8), según las recomendaciones de Ziegler, F. 2002 y Sesame

2005.

No. Filtro s/s Aplicaciones Típicas

1 Paso Bajo de 50 Hz. 200 Torres y Puentes

5 Paso Bajo de 156 Hz. 400 Edificios de Concreto

6 Pasa Banda de 4 a 80 Hz. (=KB(t)). 400 Acorde a DIN 4150/2

7 Filtro-KB con valor efectivo (=KB F(t)). 400 Acorde a DIN 4150/2

8 Paso Bajo de 315 Hz. 800 Estructuras Metálicas

Tabla 8. Filtros que se pueden aplicar a los registros de vibraciones naturales.

Nota: Los filtros 1, 5 y 8 truncan la señal en las altas frecuencias y no alteran las frecuencias bajas. El filtro 6 trunca

la señal en frecuencias menores a 4 Hz. y mayores a 80 Hz. y el filtro 7 aplica un “moving average” como define en

DIN 4150/2.

56

Luego, en la ventana de grabación “Recording Window” (Parameter, MR Recording), se

colocó que el Trigger estuviera activado (sólo para el hardware), se limitó la longitud del archivo

a 60 segundos (longitud máxima que se puede medir con el equipo), y se seleccionó el tiempo pre

y post evento mínimo (1 segundo), como se muestra en la figura 20.

Figura 20. Ventana Recording del programa Wincom2002.

En la ventana Recording Mode se seleccionó la opción VM Mode, de las tres opciones

disponibles: VM (Vibration Mode), KB mode (Time Averaged Window) y Blasting Mode (figura

21). Se procedió a guardar los cambios realizados y a iniciar la adquisición; para esto se procedió

57

a nivelar la base del sensor triaxial y a encender del MR2002. Para comenzar la grabación se

activo el trigger.

Figura 21. Ventana Recording Mode del programa Wincom2002.

Al finalizar las mediciones se descargaron los registros adquiridos. Para esto se

seleccionó la opción Transfer, All Events de la ventana Control Panel del programa

Wincom2002, como se muestra en la figura 22.

Figura 22. Ventana Control Panel del programa Wincom2002.

58

3.2.2. Procesamiento de los datos

Para el procesamiento de los datos de vibraciones ambientales se utilizó el software

VIEW 2002 que permite realizar el análisis en el dominio del tiempo y en el dominio de la

frecuencia. Los pasos seguidos en el procesamiento se muestran a continuación:

Se inició el programa con las opciones View, Signal (Figura 23); en la sección File se

seleccionó Open VMR-File (formato de los archivos de vibración ambiental) y se busca el

directorio donde se encuentra los archivos de los registros a analizar. En la pantalla apareció el

registro dividido por canal (X,Y y Z). Luego, se revisó que el rango de las escalas fuera el

apropiado; en el caso de los microtremores esta escala debe estar dentro del rango de 0 a 10 μm/s,

según las recomendaciones de Sesame 2005. A continuación se tomaron secciones de los

registros que presentaran el menor rango de variación vertical. Para tal fin se evitaron grandes

eventos puntuales o fuentes de ruido repetitivo. La longitud de la sección escogida debe ser

superior a 15 segundos; lo idóneo es emplear registros con la mayor longitud posible (ver figura

24).

Figura 23. Ventana de inicio del programa View2002.

59

Figura 24. Ventana Principal del programa View2002, donde se observa cada uno de los canales del velocímetro.

Cabe destacar que el análisis de los datos, por cada punto de medición, se realizó de dos

formas: la primera de forma estadística, analizando cada archivo, y la segunda utilizando la

opción Concatenate, que concatena todos los archivos en un solo registro.

Para el análisis de las frecuencias se seleccionó el comando Frequency Domain y la

opción Amplitude Spectrum, con el fin de visualizar el espectro de amplitud (calculado a través

de una transformada de Fourier) que permite el análisis de H/V. Luego, se coloca el Ajuste de la

Señal o Signal Adjustment; aquí se escoge entre Truncate o Stuff with Zero y el tipo de ventana o

Window donde las opciones son: No Window o Hanning Window, como se muestra en la figura

25.

60

Figura 25. Ventana para la selección de parámetros en el análisis de frecuencias.

El resultado de la fase anterior es el espectro de amplitud (Raíz cuadrada del espectro de

potencia) para cada una de las 3 componentes, pero para un amplio rango de frecuencias. El

rango de interés está entre 0 y 10 Hz; por tanto, en Zoom se seleccionó el rango 0 a 10 Hz.

Posteriormente se pulsó Smooth 1-2 veces (según recomendaciones de Ziegler. 2002) para

obtener un espectro suavizado, con el objetivo de obtener curvas más limpias y libres de

frecuencias superpuestas, de esta manera se eliminan los picos transitorios y que no representan

la verdadera respuesta del sitio (ver figura 26). No se recomienda abusar del smooth, porque se

pueden eliminar frecuencias de interés (Ziegler. 2002).

Figura 26. Espectro de amplitud vs. Frecuencia antes y después del suavizado y con el zoom aplicado a la señal.

Vx

Vy

Vz

Vx

Vy

Vz

61

Para calcular la frecuencia fundamental se tomó la opción de Evaluate, y se selecciona la

opción Spectral Ratio (figura 27). Se escogió la relación de Nakamura, que permite calcular el

cociente espectral con la siguiente relación:

2

22

espectral Cocientez

yx

VVV +

=

Figura 27. Ventana de selección de Spectral Ratio.

Finalmente se seleccionó el mayor de los picos (figura 28). Luego, se procedió a

seleccionar estadísticamente el valor de la frecuencia fundamental del punto a partir del valor

promedio de los resultados para cada archivo y compararlo con los valores obtenidos de los

archivos concatenados.

Figura 28. Obtención de la frecuencia fundamental del sitio.

62

3.3. MÉTODO DE REFRACCIÓN DE MICROTREMORES (ReMi)

3.3.1. Adquisición de los datos

El equipo utilizado fue el Sismógrafo multicanal DAQLink II (ver figura 29), adquirido y

certificado por la empresa TRX Consulting en Mayo de 2004, y Geófonos Geo-Space de 4.5 Hz.

Las especificaciones del DAQLink II se muestran a continuación:

• Resolución de 24 Bits.

• 24 Canales de muestreo simultáneo.

• Tasa de muestreo de 2 mseg.

• Ancho de Banda: DC al 0.82 de la frecuencia de Nyquist.

• Sistema Dinámico: Sistema de 144 dB. 115 dB medidos.

• Common Mode Rejection >100 dB.

• Capacidad pre-trigger: más de 32.000 muestras.

• Longitud de registros largos: > 100 seg. hasta 3600 seg.

• Capacidad interna de almacenamiento: Tarjeta CF 32 MB hasta 1GB.

Figura 29. Equipo utilizado para la adquisición de ReMi.

63

Para el desarrollo de la adquisición se utilizó el software Vscope de Seismic Source, que

se emplea para operar uno o múltiples sismógrafos DAQlink. La adquisición de los datos en

campo constó de 15 tendidos de longitudes variables (ver tabla 9, tabla 10 y figura 14). La

ubicación de las líneas se condicionó a los obstáculos en el sitio del proyecto (excavaciones, pilas

de tierra etc.). El área fue dividida en dos zonas; en área de relleno, donde se ubica el cauce de

una quebrada (ahora rellena de sedimentos) o definida del cauce (Zona A) y el área de la terraza

(Zona B). Como se puede observar en la figura 14 las líneas de la primera serán identificadas con

las letra T y las líneas de la segunda zona serán identificada con la L; igualmente los datos

obtenidos y el análisis correspondiente se reportarán considerando esta división de las zonas.

El número de canales activo fue de 24, con un tiempo de grabación de 30 seg. El número

de grabaciones por línea fue de 16, cuatro que registraban sólo ruido ambiental, 12 registros

grabados con golpes de mandarria (6 registros al inicio del tendido y 6 registro al final) y un

vehículo transitando a lo largo de la línea; esto se hizo con el fin de incrementar la componente

de alta frecuencia de la señal.

Linea E inicio N inicio E fin N finT1 746463 1155974 746375 1155962T2 746453 1155910 746374 1155967T3 746440 1155951 746526 1155923L1 746604 1155897 746731 1155860L2 746635 1155918 746722 1155895L3 746727 1155928 746634 1155938L4 746642 1155958 746732 1155955L5 746643 1155996 746723 1155964L6 746641 1156023 746727 1155993L7 746636 1156041 746728 1156021L8 746639 1156067 746718 1156044L9 746722 1156072 746633 1156091L10 746642 1155857 746729 1155839L11 746590 1155857 746727 1155831L12 746628 1155836 746735 1155821

Tabla 9. Coordenadas líneas sísmicas.

64

Linea Espac. Geofonos (m) Distancia (m) Distancia Total (m)T1 4m 92 92T2 4m 92 92T3 4m 92 92L1 6m 138 138L2 4m 92 92L3 4m 92 92L4 4m 92 92L5 4m 92 92L6 4m 92 92L7 4m 92 92L8 4m 92 92L9 4m 92 92

L10 4m 92 92L11 4m 138 138(*)L12 4m 108 108(*)

Tabla 10. Configuración de líneas sísmicas.

Nota (*): La línea 11 consta de dos tendidos con solapamiento de 12 geófonos y la línea 12 consta de dos tendidos

con solapamiento de 14 geófonos.

3.3.2. Procesamiento de los datos

El procesamiento de los datos adquiridos en campo se llevó a cabo mediante el uso del

programa SeisOpt® ReMi™. Este software posee dos módulos: módulo ReMi Vspect® y ReMi

Disper®. A continuación se presenta la secuencia utilizada en cada uno de los módulos antes

mencionados:

• Módulo SeisOpt® ReMi™ Vspect

En este módulo se importaron los registros adquiridos en campo, se realizó una

transformada del campo de onda, creando un espectro de velocidad en el dominio lentitud-

frecuencia (p-f), mediante la opción “Vspect Process” siguiendo los pasos que se muestran en la

figura 30 y que se describen a continuación:

65

Figura 30. Pasos de procesamiento a seguir en “Vspect Process”.

Conversión, importación y visualización de datos: Los datos que se adquieren en campo con el

software Vscope poseen un formato SEG-Y, por tanto comenzamos el procesamiento con el Step

1.b. Open SEG-Y Seismic Records. En esta fase se seleccionaron los archivos a analizar y se

desplegó la ventana open binary file, en la cual se colocó la información referente al número de

trazas a analizar (figura 31).

Pre-procesamiento de datos: Esta opción ejecuta una función de ganancia de ecualización de

trazas y un centrado de todas las trazas en los registros. La función de ganancia aplica un control

de ganancia automático, el cual iguala la longitud del número de muestras en el tiempo por traza

sobre todas las trazas. La función de centralización promedia todas las desviaciones y picos

presentes en los registros. Ambas funciones lograron evitar el efecto de campo cercano en las

trazas, en donde se observan grandes amplitudes en el espectro.

66

Figura 31. Ventana “open binary file” donde se realiza la escogencia de las trazas a analizar.

Eliminación o aplicación de geometría: Este paso consistió en introducir la geometría usada en

las mediciones de campo o eliminarla de los encabezados de las trazas de los registros. Por lo

general, en las mediciones de ReMi, donde las separaciones de los geófonos son

aproximadamente iguales y las líneas están colocadas relativamente rectas, con cambios

graduales de elevación (desviaciones máximas de 5% de la longitud total de la línea), se

recomienda eliminar toda la información de geometría presente en los encabezados de las trazas.

En el caso de que las líneas no se encuentren totalmente rectas y se presenten cambios abruptos

de elevación, entonces, es necesario aplicar la geometría correcta contenida en el encabezado. En

este proyecto se empleó la opción de eliminar la geometría presente, debido a que se utilizó una

separación entre los geófonos equidistantes, líneas sísmicas relativamente rectas y sin cambios

graduales de elevación.

67

Cálculo del espectro de velocidad para cada registro: Consistió en calcular la transformada p-f de

todos los datos. Este proceso calcula una imagen de tasa espectral de la dispersión fase-velocidad

de una onda superficial, mediante las transformadas p-tau y Fourier. Las imágenes resultantes se

obtienen en el dominio lentitud-frecuencia (p-f). En esta fase se introdujeron los siguientes

parámetros: intervalo de muestreo (dt), separación entre geófonos (dx), frecuencia máxima a

analizar (Fmax), velocidad mínima esperada en el área de investigación (Vmin), número de

diferentes lentitudes que se incluyen en el análisis (Np) y las direcciones de propagación del ruido

ambiental e inducido (ver figura 32).

Figura 32. Ventana “P-f Análisis”.

Combinación de los registros individuales p-f en una sola imagen: En esta fase se seleccionó y

combinó las imágenes p-f, calculadas para cada registro, en una sola imagen. Con esto se

excluyeron los registros que contenían demasiados artefactos, ocultando la continuidad de la

dispersión de energía. Las tendencias que se obtuvieron fueron tasas espectrales altas, cuyas

68

pendientes disminuían hacia la derecha, obteniendo velocidades de fase más bajas en las

frecuencias más altas, tal como ocurre para la dispersión de las ondas superficiales.

Selección de la curva de dispersión: Consistió en seleccionar pares de frecuencia-velocidad en el

modo fundamental de la onda Rayleigh (ver figura 33); para esto se siguió la tendencia de la tasa

espectral más alta, la cual tenía la mayor lentitud (mayor detalle de la selección de pares

frecuencia – velocidad y espectro p-f se encuentra en el marco teórico, en la sección de métodos

aplicados). Estos pares frecuencia-velocidad fueron guardados en el directorio correspondiente

para su posterior interpretación en el segundo módulo.

Figura 33. Espectro p-f donde se observan la selección del modo fundamental de la onda Rayleigh.

• Módulo SeisOpt ReMi Disper®

Este módulo emplea un algoritmo iterativo de modelado de dispersión, basado en el

método descrito por Saito (1979), para modelar los pares de dispersión que fueron seleccionados

69

en el módulo SeisOpt® Remi™ Vspect. El objetivo de este módulo es tratar de ajustar los pares

de dispersión a una curva de dispersión, mediante la variación de parámetros de velocidad y

profundidad. El módulo consta de las siguientes tres ventanas: la ventana de control, la ventana

de la curva de dispersión y la ventana del perfil modelado. Estas ventanas se describen

detalladamente a continuación:

Ventana de Control: En esta ventana se indican parámetros como: el período mínimo y máximo

en el cual la curva de dispersión va a ser modelada, la velocidad mínima y máxima de la curva de

dispersión, la profundidad máxima, el sistema de unidades a usar, y el modo del modelo (estándar

o avanzado), así como la convergencia y criterio de muestreo del algoritmo de modelado (figura

34). La forma avanzada de generar el modelo muestra las velocidades de las ondas P y se emplea

cuando éstas se conocen previamente. Estos parámetros fueron introducidos de acuerdo a las

condiciones presentes en la zona de estudio y objetivos de la investigación.

Figura 34. Ventana de Control del SeisOpt ReMi Disper®.

70

Ventana de la Curva de Dispersión: Esta ventana muestra un gráfico de Velocidad vs. Período.

Primero se debió abrir los archivos que contienen los pares frecuencia - lentitud que fueron

guardados en el módulo anterior. Estos puntos son representados en el gráfico en forma de

círculos rojos que se sobreponen a una curva de dispersión (figura 35). Para realizar el modelado

de los puntos automáticamente, se utilizó la opción “Automatic Dispersión Inversion”. En este

proyecto se empleó una combinación entre la inversión automática y el ajuste de los modelos, a

criterio del intérprete. Además también nos muestra el valor de Vs30, clasificación de sitio

(según la IBC 2000) y error calculado por el programa.

Figura 35. Ventana de la curva de dispersión en ReMi® Disper™.

Ventana del perfil a modelar: En esta ventana se puede ajustar manualmente la velocidad de onda

S para cada capa, las profundidades de las interfases y las densidades de cada una de las capas

(ver figura 36). A medida que se modifican estos valores también lo hace la curva de dispersión

que se muestra en la figura 35, variando el error en la velocidad RMS, que debe ser lo menor

posible para un mayor ajuste de la curva de dispersión a los pares de frecuencia-velocidad del

modo fundamental de la onda Rayleigh. A partir de este modelo se obtuvo la velocidad promedio

71

de la onda de cizalla a los 30 m y la profundidad y velocidad de cada una de las capas

interpretadas.

Figura 36. Ventana del perfil a modelar en ReMi® Disper™.

Otra utilidad del módulo ReMi Disper® es que se pueden crear pseudo-secciones a través

de modelos 1D. Para este proyecto se tomaron modelos 1D cada 12 geófonos a lo largo del

tendido; éstos fueron guardados en formato ASCII y a cada archivo se le asignó un valor de

acuerdo a su ubicación relativa dentro de la línea. Cada archivo fue cargado en la opción Create

2D models y exportados en formato ASCII, para crear el respectivo gráfico en el programa

Surfer 8 empleando el método de interpolación Kriging.

3.4. PARÁMETROS GEOTÉCNICOS

3.4.1. Factor de Amplificación y Potencial de Licuefacción

Para obtener el valor del factor de amplificación del sitio, se emplearon los métodos

Midorikawa (1987) y Borcherdt et al. (1991) y en el caso del cálculo del potencial de licuefacción

72

se utilizó el método de Andrus y Stokoe (1997). Estos métodos fueron explicados detalladamente

en el capítulo del Marco Teórico.

Los cálculos de los métodos antes mencionados se realizaron a través de programas en

Visual Basic de Excel que fueron desarrollados por Cetrazo (2007).

3.4.2. Clasificación de Suelos y Sitio

La clasificación de suelos se llevó a cabo empleando las tablas 4 y 5, y los valores de

velocidad de onda S y profundidad se obtuvieron a través del análisis de Refraction Microtremors

(ReMi). Para el cálculo del tipo de suelo según la NEHRP e IBC 2000 se tomó un valor promedio

de la Vs30 para cada zona. Para el caso de la Norma Covenin, a partir de los pseudos modelos 2D

se ubicó el substrato geotécnico; éste es definido por la Norma Covenin como el substrato que

alcanza una Vs = 500 m/s, y se calculó un promedio de la profundidad y de la velocidad de onda

S de cada zona.

Para la clasificación de sitio, se tomó un promedio de la velocidad de onda S y

profundidad para las dos primeras capas identificadas en cada zona (Zona A y Zona B). Estos

datos fueron introducidos en un programa en Visual Basic de Excel que fue desarrollado por

Cetrazo (2007).

3.4.3. Índice de Ripabilidad y Excavabilidad

A partir de los datos mostrados en la tabla 6, los fundamentos teóricos que se encuentran

en el marco teórico y el valor de Vs30 para cada zona, se determinó el método y equipo de

excavación a ser empleado en el proceso de Ripabilidad y Excavabilidad.

73

3.4.4. Espectro de Respuesta Elástica y Aceleración Pico

Para el cálculo de los gráficos de las curvas de atenuación del pico de aceleración

horizontal y espectros de respuesta elástica, se empleó D-Mod, un programa de última generación

(validado por Pacific Earthquake Engineering Research - PEER).

Entre los parámetros de respuesta sísmica y características generales del sitio que deben

ser introducidos en el programa para el cálculo de las curvas de atenuación del pico de

aceleración horizontal y espectros de respuesta elástica (Anexo 1) tenemos:

Magnitud de un sismo de referencia para el área de estudio.

Distancia al epicentro del terremoto de referencia (km).

Profundidad de ocurrencia del epicentro (km).

Angulo de buzamiento de la falla (°).

rjb mayor distancia a una superficie de proyección de la ruptura de la falla (km).

Rx distancia horizontal del borde superior de ruptura del bloque.

Tipo de falla.

Mecanismo de subducción.

Clasificación de sitio.

Componente de movimiento (horizontal o vertical).

Velocidad de onda de cizalla (m/s).

Relación de atenuación a emplear

Cabe destacar que los datos de respuesta sísmica, antes mencionados, se toman de las

características que presentó el sismo de Caracas 1967. El acelerograma empleado se descargó de

la siguiente pagina www.data.scec.org/chrono_index/parkfiel.html, el cual corresponde al sismo

74

de Parkfield, cuya ubicación es 35° 56' N, 120° 31' W 10 km (6 miles) NO de la ciudad de

Parkfield, Estados Unidos. Esto se debe a que no se existen registros de acelerogramas del sismo

de Caracas 1967, y el sismo de Parkfield posee características similares a este sismo.

Con respecto a la relación de atenuación a emplear para la obtención de la curva de

atenuación del pico de aceleración horizontal, se debió escoger entre un conjunto de relaciones de

atenuación que posee el programa. Las relaciones empleadas en este proyecto fueron la relación

de Campbell & Bozorgnia (2006) – NGA y la relación de Abrahamson & Silva (1997). La

primera se escogió porque toma en consideración las características del sitio, y la segunda por

recomendaciones de FUNVISIS (Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas).

75

CAPITULO IV. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS

El área de estudio se caracterizó por representar, en su parte oriental una zona de relleno,

correspondiente al paleo cauce de una quebrada. El modelo de la figura 37 define diferencia entre

las cotas de 1958 y la actual (12-11-2007), con una diferencia de hasta 25m en la parte próxima a

la carretera en la zona sur del lote investigado. El modelado de la topografía del 1958 explica

también la razón del flujo de agua en la zona este del lote (donde el muro de contención resulta

desplazado) en asociación a un paleo drenaje.

Como se mostrará posteriormente, las velocidades de ondas de corte más baja, la

profundidad mayor de la Vs500 y los periodos fundamentales mayores son observadas en la zona

del eje de la quebrada.

Como recomendación general se sugiere considerar estas observaciones, y los datos

numéricos del estudio, tanto en la programación de la ubicación de los edificios como en el

diseño estructural de los mismos. . Esto especialmente en la Zona A, porque se encuentra en

correspondencia espacial con un antiguo cauce de una quebrada. Por tanto, no se deberían ubicar

ni edificios altos ni edificios de interés social como escuelas, guardería infantil, centros médicos,

etc.

76

0m

5m

10m

15m

20m

25m

30m

35m

746300 746350 746400 746450 746500 746550 746600 746650 746700 746750 746800Este (m)

1155

850

1155

900

1155

950

1156

000

1156

050

1156

100

1156

150

1156

200

1156

250

1156

300

Nor

te (m

)

0m 50m 100m 150m 200m

Figura 37. Diferencia entre la topografía actual (12-11-2007) y la vieja (1958).

Nota: La línea roja representa la ubicación del muro de contención que esta cediendo.

4.1. VIBRACIONES NATURALES (NAKAMURA H/V)

El parámetro de interés para evaluar la respuesta del sitio, es el período fundamental del

sitio que permite aportar información para la microzonificación en términos del comportamiento

77

dinámico de los suelos. Tanto para la ejecución de la adquisición como del procesamiento de los

datos se tomaron en cuenta los procedimientos establecidos en Sesame 2005.

El nivel de vibraciones naturales observadas en cada punto de medición fue muy bajo (<

de 10 µm/s), lo que indica carencia de ruido ambiental externo causado por intensa actividad

humana, es decir, los vehículos de carga en los alrededores no alteraron la calidad de los datos

obtenidos.

A partir del cociente espectral propuesto por Nakamura se determinó el valor del periodo

fundamental del sitio (asociado al valor pico del cociente espectral), en el rango de frecuencias 0-

10 Hz. Los resultados obtenidos en cada punto de medición se muestran en la tabla 11.

Los valores puntuales de frecuencia natural (o periodo fundamental) fueron utilizados

para generar un mapa de Iso-periodos (figura 38), donde se observa como el periodo aumenta

progresivamente a medida que el sustrato rocoso se hace más profundo hacia el este, en dirección

del área del antiguo cauce del río (ver figura 14).

Con la división del área de estudio (como se mencionó anteriormente), se puede obtener

dos promedios generales, para la Zona A (área del cauce) el periodo promedio es de 0.57s,

mientras que para la Zona B (área de la terraza) es promedio es de 0.38s.

78

Punto de medición Período Natural (seg) Frecuencia Natural (Hz)1 0,36 2,782 0,37 2,703 0,38 2,634 0,38 2,635 0,39 2,566 0,38 2,637 0,35 2,868 0,38 2,639 0,39 2,56

10 0,36 2,7811 0,38 2,6312 0,37 2,7013 0,59 1,6914 0,57 1,7515 0,54 1,8516 0,55 1,8217 0,52 1,9218 0,58 1,7219 0,56 1,7920 0,56 1,7921 0,59 1,6922 0,56 1,7923 0,54 1,8524 0,67 1,4925 0,57 1,7526 0,57 1,7527 0,58 1,7228 0,58 1,7229 0,54 1,8530 0,55 1,8231 0,59 1,6932 0,63 1,5933 0,55 1,8234 0,58 1,7235 0,60 1,6736 0,57 1,7537 0,57 1,7538 0,57 1,7539 0,57 1,7540 0,54 1,8541 0,50 2,0042 0,56 1,7943 0,58 1,7244 0,57 1,7545 0,46 2,1746 0,39 2,5647 0,40 2,50

Tabla 11. Valores de frecuencia y periodo natural medido en las diferentes estaciones.

79

0.3s 0.4s 0.5s 0.6s 0.7s

123

45

6

7

89

10

11

12

13 14 15

16

17

181920

212223 24

2526

2728

29 30 3132

33 34 35 36

37383940

4142

43

44

45

46

47

746400 746450 746500 746550 746600 746650 746700 746750Este (m)

1155

850

1155

900

1155

950

1156

000

1156

050

1156

100

1156

150

Nor

te (m

)

0 20 40 60

Figura 38. Mapa de Iso-periodos.

4.2. REFRACCIÓN DE MICROTREMORES (ReMi)

a) Característica sísmica del área. A continuación se muestra las características de la

estratigrafía sísmica y variación espacial de las secciones de ondas de corte, obtenidas en este

estudio:

En cada línea se calcularon modelos 1D cada 12 geófonos aproximadamente. Los

resultados de la inversión 1D por capas son compilados en las Tablas 12 y 13. Resultados

adicionales del procesamiento fueron sucesivamente compilados en pseudo-secciones 2D (figura

39 a la figura 53) que mostraron la variación espacial y en profundidad de las ondas de corte. Este

Zona A

Zona B

80

tipo de procesamiento, permitió identificar el nivel donde, según la norma Covenin, se identifica

la transición a un substrato geotécnico más competente (Vs=500m/s), resultado que se muestra en

la tabla 12 y tabla 13.

Tendido Modelo Espesor

capa1 (m) Espesor

capa2 (m) Velocidad

capa1 (m/s)Velocidad

capa2 (m/s)velocidad

capa3 (m/s) Profundidad

Vs=500m/s (m) 1 15.0 6.0 235.3 323.8 600.9 17.4

L1 2 15.0 6.2 235.3 323.8 600.9 17.7 3 12.6 11.4 210.9 296.7 597.5 18.8

4 12.2 12.4 222.1 307.3 598.4 20.6 1 8.4 11.9 234.4 317.2 595.9 16.9

L2 2 7.8 12.8 220.5 325.4 596.7 17.2 3 7.8 13.8 209.8 316.4 599.2 18.6 4 9.4 13.2 226.2 288.5 600.0 21.3 1 10.2 14.0 241.0 311.5 595.1 17.9

L3 2 9.4 14.0 219.3 340.2 595.1 17.6 3 8.4 14.4 221.3 337.7 595.9 16.9 4 9.0 13.8 233.6 332.0 595.1 17.7 1 6.6 16.2 213.1 321.3 590.2 17.9

L4 2 5.0 20.0 174.6 370.5 590.2 17.6 3 6.6 19.2 192.6 328.7 593.4 19.5 4 9.0 16.6 191.0 354.1 596.7 19.3 1 7.4 14.4 229.5 305.7 606.6 17.2

L5 2 8.4 17.0 207.4 306.6 593.4 19.9 3 9.6 14.4 191.8 348.3 600.2 17.4 4 9.6 13.0 189.3 349.2 589.3 17.4 1 4.0 18.4 245.1 310.7 594.3 16.8

L6 2 5.2 18.6 243.4 303.3 592.6 18.3 3 7.6 17.4 210.7 291.0 592.6 19.6 4 9.8 13.2 195.9 359.0 582.8 18.7 1 6.6 17.6 254.9 309.0 593.4 19.2

L7 2 6.6 21.8 209.0 306.6 593.4 20.6 3 7.0 15.8 208.2 323.0 597.5 17.8 4 8.6 13.4 204.9 307.4 591.8 17.8 1 8.4 13.6 193.4 361.5 596.7 16.8

L8 2 7.6 14.2 201.6 361.5 597.5 16.4 3 9.0 12.8 206.6 322.1 591.8 17.7 4 9.0 12.8 206.6 316.4 600.0 17.7 1 5.4 10.4 191.8 303.3 598.4 13.0

L9 2 6.4 9.8 202.5 327.1 596.7 13.0 3 6.0 10.2 238.5 281.2 596.7 13.3 4 6.0 10.2 238.5 277.1 591.8 13.8 1 9.2 12.0 254.9 333.2 593.4 16.9

L10 2 9.8 14.0 209.0 321.8 593.4 18.6 3 9.4 14.8 208.2 324.9 597.5 19.3 4 9.4 14.6 204.9 331.1 591.8 18.8

81

1 6.4 20.6 193.4 369.5 596.7 18.3 2 7.4 19.2 201.6 341.5 597.5 18.6 3 7.8 15.8 206.6 351.9 591.8 16.9 4 9.4 13.4 206.6 353.9 600.0 17.2

L11 5 11.0 13.6 255.7 300.0 614.8 19.3 6 15.2 6.8 257.4 345.9 602.5 21.1 7 16.6 6.4 278.7 413.9 609.2 22.0 1 17.2 8.8 241.0 385.3 645.9 21.3 2 11.0 14.8 255.7 300.0 614.8 21.1 3 15.2 11.4 257.4 345.9 602.5 21.6

L12 4 16.6 9.2 278.7 413.9 609.0 21.1 5 7.2 15.8 191.8 304.1 598.4 19.5 6 9.6 17.0 202.5 357.1 596.7 20.2 7 9.6 16.6 238.5 347.7 596.7 19.3

Promedios Generales 9.2 13.9 220.2 329.7 598.0 18.3

Tabla 12. Resultados modelos de inversión 1D por capas y profundidad de la Vs=500 m/s obtenidos en el

procesamiento avanzado para la Zona A.

Tendido Modelo Espesor

capa1 (m) Espesor

capa2 (m) Velocidad



capa3 (m/s) Profundidad

Vs=500m/s (m) 1 2.0 9.4 285.4 398.4 727.9 5

T1 2 3.2 18.2 242.6 373.8 698.4 10.1 3 8.4 15.4 277.1 382.8 727.9 13.5 1 5.6 18.4 299.2 496.7 716.4 6.3

T2 2 11.2 14.4 299.2 480.3 701.6 12.5 3 10.8 16.4 273.8 485.3 700.0 12.1 1 6.7 16.4 270.5 472.1 777.9 8.6

T3 2 6.4 16.4 242.6 375.8 715.6 12.3 3 8.8 12.4 246.7 385.3 663.1 13.4

Promedios Generales 7.0 15.3 270.8 427.8 714.3 10.4

Tabla 13. Resultados modelos de inversión 1D por capas y profundidad de la Vs=500 m/s obtenidos en el

procesamiento avanzado para la Zona B.

82

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Prof

undi

dad

(m)

Oeste Este

LÍNEA 1 (L1)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S

Localización del modelo

Figura 39. Línea 1 (L1). Sección de ondas de corte Vs.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Pro

fund

idad

(m)

Oeste Este

LÍNEA 2 (L2)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S



83

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Pro

fund

idad

(m)

Este Oeste

LÍNEA 3 (L3)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S


Figura 41. Línea 3 (L3). Sección de ondas de cortes Vs.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Pro

fund

idad

(m)

Oeste Este

LÍNEA 4 (L4)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S



84

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Pro

fund

idad

(m)

Oeste Este

LÍNEA 5 (L5)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S



0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Pro

fund

idad

(m)

Oeste Este

LÍNEA 6 (L6)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S



85

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Pro

fund

idad

(m)

Oeste Este

LÍNEA 7 (L7)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S



0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Pro

fund

idad

(m)

Oeste Este

LÍNEA 8 (L8)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S



86

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Pro

fund

idad

(m)

Oeste Este

LÍNEA 9 (L9)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S



0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Pro

fund

idad

(m)

Oeste Este

LÍNEA 10 (L10)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S



87

0 20 40 60 80 100 120Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Pro

fund

idad

(m)

Oeste Este

LÍNEA 11 (L11)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S



0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Prof

undi

dad

(m)

Este Oeste

LÍNEA 12 (L12)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S



88

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Pro

fund

idad

(m)

OesteEste

TERRAZA 1 (T1)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S


Figura 51. Terraza 1 (T1). Sección de ondas de cortes Vs.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Pro

fund

idad

(m)

OesteEste

TERRAZA 2 (T2)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S



89

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Distancia (m)

-40

-30

-20

-10

0

Pro

fund

idad

(m)

Oeste Este

TERRAZA 3 (T3)

0 m/s

250 m/s

310 m/s

370 m/s

430 m/s

490 m/s

550 m/s

610 m/s

670 m/s

730 m/s

790 m/s

850 m/s

VELOCIDAD DE ONDA S



De la figura 39 a la figura 53 se presentan pseudo-secciones 2D correspondientes a una

secuencia de materiales de velocidades gradualmente ascendentes, lo que indica un aumento

gradual de la compactación de los horizontes con respecto a la profundidad. De la figura 39 a la

figura 50 se observó una secuencia con distribución bastante regular, en cambio en las figuras 51,

52 y 53 se observó una secuencia donde los estratos poseen una distribución bastante irregular.

En las figuras 43, 48, 49 y 50 se observó una disminución del gradiente de la velocidad

con la profundidad del sustrato competente más profundo, representando una posible

decompactación que coincide con la ubicación geográfica del antiguo cauce de la quebrada

(mayor espesor de sedimentos). En la figura 51 se observó esta disminución del gradiente de la

velocidad que es asociado a la distribución de los esquistos alterados encontradas en el área

(Olivares. 2007). En algunos casos (figuras 43, 44 y 45) se observó unas depresiones a nivel del

90

sustrato geotécnico (Vs = 500 m/s) que pueden deberse a la cercanía de la antigua quebrada y la

distribución irregular de los sedimentos de esta área (Olivares. 2007).

En términos generales, con base a los resultados obtenidos de las líneas sísmicas se tiene

que:

Consideraciones generales de la Zona A (área del cauce): La secuencia en esta área evidencia la

presencia de 3 capas principales:

1. La primera capa, con Vs entre 175 y 280 m/s, presenta espesores entre 5 y 17 m. Esta

representa suelo removido y relativamente blando que resulta con espesores mayores en dirección

sureste y menor espesor hacia el norte.

2. La segunda capa, con Vs entre 277 y 414 m/s, presenta espesores entre 9.8 y 27.0 m. Este

horizonte representa suelos semi-rígidos asociados principalmente a sedimentos medianamente

compactados o roca alterada. El espesor de esta capa se incrementa en dirección sur-este del

área.

3. La tercera capa con Vs entre 590 y 646 m/s representa la transición a un substrato geofísico;

las velocidades de alrededor de 598.0 m/s en promedio parecen asociar este horizonte a roca

alterada / suave. La profundidad a la cual se encuentra este substrato en promedio es de 26m.

4. La profundidad de la Vs=500 m/s, que representa el substrato geotécnico (según Covenin) y

obtenida con el modelo bidimensional varía entre 13 y 22 m. Ésta se representa

esquemáticamente en la Figura 54. Este nivel Vs=500 m/s se ubica en la parte basal de la segunda

capa asociado a una mayor compactación.

91

Consideraciones generales de la Zona B (área de la Terraza): La secuencia en esta área es, desde

el punto de vista de respuestas geofísicas a los métodos aplicados, generalmente homogénea

evidenciando la presencia de 3 capas principales:

1. La primera capa, con Vs entre 242 y 300 m/s, presenta espesores entre 2 y 12 m. Esta

representa suelo removido / material alterado relativamente blando que resulta con espesores

mayores en dirección Oeste y menor espesor hacia el Este.

2. La segunda capa, con Vs entre 370 y 497 m/s, presenta espesores entre 9.0 y 19.0 m. Este

horizonte representa suelos rígidos asociados principalmente a esquisto meteorizados. El espesor

de esta capa se incrementa en dirección Oeste.

3. La tercera capa con Vs entre 660 y 780 m/s representa la transición a un substrato geológico

(transición de sedimentos a roca), las velocidades de alrededor de 714.3 m/s en promedio parecen

asociar este horizonte a roca más dura pero aún parcialmente alterada. La profundidad a la cual se

encuentra este substrato en promedio es de 22.3 m.

4. La profundidad de la Vs=500 m/s, que representa el substrato geotécnico (según Covenin) y

obtenida con el modelo bidimensional varia entre 5 y 14 m. Esta se representa esquemáticamente

en la figura 54. Este nivel Vs=500 m/s se interpreta ubicado en la parte basal de la segunda capa

asociado a una mayor compactación.

Adicionalmente, a partir de los pseudos-secciones 2D se obtuvieron las velocidades de

onda de corte a 5m, 10m, 15m, 20m. Estas secciones se observan en la figura 55, y muestran la

variación de velocidad de onda S del terreno con respecto a la profundidad. La zona en la que se

observa menor velocidad corresponde (según la topografía de 1958) al cauce de la antigua

quebrada. Cabe destacar que el substrato geotécnico es más profundo en la Zona A,

92

correspondiendo igualmente a lo que se esperaba, debido a que esta zona pertenece al relleno del

antiguo cauce del río.

Profundidad Vs500 (m)

6

8

10

12

14

16

18

20

22

T1

T2

T3

L9

L8

L7

L6

L5L4

L3

L2

L1

L10L11

L12

746335 746385 746435 746485 746535 746585 746635 746685 746735 746785Este (m)

1155

825

1155

875

1155

925

1155

975

1156

025

1156

075

1156

125

1156

175

1156

225

1156

275

Nor

te (m

)

0 25 50 75 100

Figura 54. Mapa de profundidad de la Vs=500 m/s obtenida por la inversión del modelo suavizado 2D.

Nota: La línea verde representa el eje de la quebrada según el mapa del 1958.

Zona A

Zona B

93

-5m

-10m

-15m

-20m

200

300

400

500

600

700

800

900

0 25 50 75 100

Vs (m/s)

Figura 55. Mapa de la variación de las velocidades con la profundidad obtenido a través de la inversión 2D.

94

b) Velocidad de Onda de Corte promedio a los 30 primeros metros (Vs30). Para la

caracterización de sitio se emplean las velocidades de onda de corte Vs30.

Vs30 se define como la de velocidad de onda S promediada en los primeros 30 metros de

profundidad. Es un concepto ampliamente usado en las normas internacionales.

Por cada tendido se obtuvo un total de tres o cuatro modelos, cada uno con un valor de

Vs30. Estos valores fueron promediados obteniendo así la Vs30 del tendido. Se resumen en la

Tabla 5 y Tabla 6 el valor Vs30 para cada modelo así como el promedio del tendido y un

promedio general de la zona.

Tendido Modelo Vs30 (m/s) Promedio Vs30 (m/s)

1 492.0 T1 2 407.0 427.1 3 382.3

1 470.3 T2 2 409.8 423.8 3 391.1

1 436.3 T3 2 377.5 395.5 3 372.8

Promedio General Vs30 415.5 m/s

Tabla 14. Promedio Vs30 por tendido (desde la línea T1 a la T3) y general de la Zona B.

Tendido Modelo Vs30 (m/s) Promedio Vs30 (m/s) 1 309.9

L1 2 309.9 295.8 3 273.4

4 290.0 1 343.2

L2 2 334.5 323.7 3 316.7

4 300.4 1 340.8

L3 2 339.6 325.6 3 318.6

4 303.5 1 319.0

L4 2 331.6 313.2

95

3 303.1 4 299.3

1 325.5 L5 2 291.6 306.8 3 309.2

4 300.9 1 341.9

L6 2 324.4 315.5 3 289.9

4 305.9 1 326.3

L7 2 287.0 309.5 3 319.5

4 305.1 1 326.3

L8 2 287.0 309.5 3 319.5

4 305.1 1 350.4

L9 2 356.5 354.5 3 357.0

4 354.0 1 314.5

L10 2 300.2 304.2 3 300.6

4 301.6 1 337.5 2 320.4 3 338.5

L11 4 333.5 324.9 5 324.2 6 315.8

7 304.5 1 301.3

2 304.9 3 309.6

L12 4 340.7 320.9 5 329.7 6 327.9 7 332.3

Promedio General Vs30 317.0 m/s

Tabla 15. Promedio Vs30 por tendido (desde la línea L1 a la L12) y general de la Zona A.

96

El mapa que presenta la variación espacial de la Vs30 se reporta en la figura 56. En ésta

se puede observar como la Vs30 presenta valores relativamente homogéneos en cada una de las

zonas investigadas, con valores menores hacia el este.

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

Vs30 (m/s)

T1

T2

T3

L9

L8

L7

L6

L5L4

L3

L2

L1

L10L11

L12

746335 746385 746435 746485 746535 746585 746635 746685 746735 746785Este (m)

1155

825

1155

875

1155

925

1155

975

1156

025

1156

075

1156

125

1156

175

1156

225

1156

275

Nor

te (m

)

0 25 50 75 100

Figura 56. Mapa de Vs30 obtenido a través de la inversión 1D.

Nota: La línea verde representa el eje de la quebrada según el mapa del 1958.

Zona A

Zona B

97

4.3. PARAMETROS GEOTÉCNICOS

4.3.1. Clasificación de Suelos

Para la clasificación de suelos se considera el valor de la Vs30 o la Vsp (Norma Covenin)

y se correlaciona con los valores de tablas relativas a diferentes normas, donde las ondas de corte

son asociadas también a tipo de suelos, rangos de valores de golpes SPT (Standard penetration

resistance N) y fuerza de corte de suelo no drenado (Soil Undrained Shear Strenght, Su en psf o

kPa).

Este análisis se realizará tomando en cuenta la división de zonas antes descrita:

• Para la Zona A, área del cauce, se tiene que el valor promedio de Vs30 es 317.0 m/s; por

tanto se obtienen los siguientes resultados de acuerdo a cada norma:

o IBC 2000 TABLE 1615.1.1: Site Class Definitions:

Sitio clase D, Perfil de suelos duros, 15 ≤ N ≤ 50 y 1000 ≤ Su ≤ 2000 psf.

o NEHRP:

Sitio clase D, Suelos duros.

o COVENIN – MINDUR 1756-1- 2001

Zona sísmica (según Funvisis) = 5, zona de alto riesgo sísmico, con coeficiente de

Aceleración Horizontal (Ao) de 0.30g.

Considerando el nivel Vs=500 m/s que ocurre a profundidades promedio de 18.3 m y

la Vspvs=500m/s= 276.3 m/s correspondiente a la velocidad de la columna sobre esto

sustrato geotécnico (250<VsP<400 m/s y p entre 15 – 50m), se podría pensar en

emplear una forma espectral S2 con un factor de corrección de la aceleración

horizontal φ = 0.90.

Sitio C que corresponde a Suelos muy duros o densos.

98

• Para la Zona B, área de la terraza, se tiene que el valor promedio de Vs30 es 415.5 m/s; por

tanto se obtiene los siguientes resultados de acuerdo a cada norma:

o IBC 2000 TABLE 1615.1.1: Site Class Definitions:

Sitio clase C, Perfil de suelos muy densos, N > 50 y Su ≥ 2000 psf (o > 250 kPa)

o NEHRP:

Sitio clase C, Suelos muy densos.

o COVENIN – MINDUR 1756-1- 2001

Zona sísmica (según Funvisis) = 5, zona de alto riesgo sísmico, con coeficiente de

Aceleración Horizontal (Ao) de 0.30g.

El substrato geotécnico, definido por esta norma como el nivel donde Vs=500m/s, es

observado a profundidades comprendidas entre 5m y 14m (promedio 10.4m) y es

asociado a mayor compactación en la parte basal de la secuencia sedimentaria

asociada a roca alterada.

Considerando este nivel y la Vspvs=500m/s= 313.2 m/s correspondiente a la velocidad

de la columna sobre esto sustrato geotécnico (250<VsP<400 m/s y p<15m), se

podría pensar en emplear una forma espectral S1 con un factor de corrección de la

aceleración horizontal φ = 1.00.

Sitio C que corresponde a Suelos muy duros o densos.

4.3.2. Factor de Amplificación

Para el cálculo del factor de amplificación se emplearon métodos directos, reconocidos

por las normas vigentes, que incluyen el análisis de las características lito-estratigráficas y de la

velocidad de ondas “S” a nivel superficial del terreno ofreciendo un valor (Fa) característico de la

99

respuesta del sitio. Es importante señalar que la aceleración máxima amax (g) se obtiene

multiplicando el factor de amplificación (Fa) por la aceleración en roca aroca. Cabe destacar que la

unidad de aceleración que se empleó en este estudio es g (fracción de la aceleración de gravedad).

A continuación se muestran los valores obtenidos de la aplicación del método de

Midorikawa (1987) y de Borcherdt (1991).

o Método de Midorikawa (1987):

Este método (según especificaciones de manual ISSMFE - TC4 para el grado 2 de

microzonación sísmica) correlaciona el valor de la Vs30 al factor pico de amplificación sísmica

(ver detalles en el marco teórico).

La zona de estudio para este análisis ha sido dividida en dos zonas (como se mencionó

anteriormente), el área del cauce o Zona A, y el área de la terraza o Zona B. Los resultados se

muestran a continuación:

Para la Zona A (área del cauce) el valor del Factor de amplificación obtenido por este

método es (ver figura 57): Fa= 2.15

Si multiplicamos la aceleración pico en roca (0.30 g, es decir, 0.30 la aceleración de

gravedad) por el factor de amplificación obtenido, tenemos que la aceleración máxima para esta

zona es: amáx (g) = 0.645 g

Para la Zona B (área de la terraza) el valor del Factor de amplificación obtenido por este

método es (ver figura 58): Fa= 1.83

Si multiplicamos la aceleración pico en roca (0.30 g, es decir, 0.30 la aceleración de

gravedad) por el factor de amplificación obtenido, tenemos que la aceleración máxima para esta

zona es: amáx (g) = 0.549 g

100

Figura 57. Factor de Amplificación. Método de Midorikawa. Zona A.

Figura 58. Factor de Amplificación. Método de Midorikawa. Zona B.

101

o Método de Borcherdt et al. (1991):

Este método (según especificaciones de manual ISSMFE - TC4 para el grado 2 de

microzonación sísmica) correlaciona el valor de la Vs30 al factor pico de amplificación sísmica.

El método es aplicable en áreas donde los periodos fundamentales T se encuentran entre 0.4 y 2

segundos para dos casos, eventos sísmicos de baja (<VII grados MCS) y alta (<VII grados MCS)

intensidad.

En nuestro caso, en la Zona B (área de la terraza) como el periodo promedio es de 0.38s

no se puede aplicar este método.

En la Zona A, el periodo es de 0.57s, por tanto, se obtiene que el Factor de amplificación

para esta zona sea el siguiente (ver figura 59):

Fa= 2.21

Ahora si multiplicamos la aceleración pico en roca (0.30 g) por el factor de amplificación

obtenido, tenemos que la aceleración máxima para esta zona es:

amáx (g) = 0.663 g

Figura 59. Factor de Amplificación. Método de Borcherdt. Zona A.

102

A partir de los resultados obtenidos, se observó que el factor de amplificación es mayor en

la Zona A con respecto a la Zona B. Cabe destacar que este es un parámetro relacionado con la

aceleraciones picos o máximas, que pueden causar daños considerables a la hora de un sismo, por

tanto, basándose en este resultado se estima que la zona más vulnerable en el momento de un

terremoto es la Zona A.

4.3.3. Potencial de Licuefacción

o Método de Andrus y Stokoe (1997)

La resistencia a la licuefacción de un depósito arenoso puede ser evaluada a través de la

estimación de la velocidad de onda S de las capas y densidad promedio que se encuentra por

encima del substrato geotécnico, en base a dos factores fundamentales, el factor de seguridad Fs,

y el índice de licuefacción (Andrus y Stokoe. 1997). Se considera que un depósito no posee

potencial de licuefacción si Fs>1 (Cetrazo. 2007). A continuación se muestra los valores del

factor de seguridad e índice de licuefacción (IL) para las zonas de estudio:

• Zona A, área del cauce:

Fs= 11.28 & IL= 0

• Zona B, área de la terraza:

Fs = 23.48 & IL = 0

Es importante mencionar, que a pesar que los resultados del método de Andrus y Stokoe

en la Zona A (indican potencial de licuefacción nulo), hay que tener especial cuidado, debido a

que existe la presencia de flujo de agua en la zona este del lote, donde el muro de contención

103

resulta desplazado, y como se mencionó en la teoría, los sedimentos saturados de agua tienden a

perder temporalmente o definitivamente su resistencia, y tienden a actuar como un fluido.

4.3.4. Índice de Ripabilidad y Excavabilidad

El término de ripabilidad se refiere a un criterio cualitativo que mide la aptitud de un

macizo rocoso para ser quebrantado por medio de un ripper arrastrado por un bull-dozer

(Rodríguez, M. 2004). El potencial de ripabilidad y excavación puede ser asociado a velocidades

de onda P y S, como se mencionó en el marco teórico, que según los valores que se muestran en

la tabla 6, se asocia a distintos equipos de excavación.

La zona de estudio, se divide en Zona A y Zona B; para la primera (zona del cauce y

relleno) la velocidad de Onda S es Vs = 317.0 m/s, de la cual obtenemos que el método de

excavación posible es el Hand Pick & Spade (literalmente con pico y pala), prácticamente muy

fácilmente removible con maquinaria muy sencilla sin ripeadora.

Para la segunda zona (terraza) la velocidad de onda de corte es Vs = 415.5 m/s, lo que

indica que la ripabilidad es fácil, y el equipo de excavación indicado es un Caterpillar D6D -

325BL o equivalente (si la maquinaria está en buen estado).

4.3.5. Clasificación de Sitios

o Según el código Europeo EC8

Este método correlaciona las velocidades de ondas de corte y los espesores de sedimentos

por encima del substrato (geotécnico o roca) según Cetrazo (2007). Considerando la división del

área de estudio se reportan los siguientes resultados:

104

• Para la Zona A, área del cauce, tenemos:

El valor de la velocidad promedio de ondas de corte de las capas por encima del substrato

son las siguientes: Vscapa1=220.2 m/s y Vscapa2=329.7 m/s.

El espesor promedio de las capas por encima del substrato son las siguientes:

EspesorCapa1= 9.2m y EspesorCapa2= 13.9m.

Por tanto, según la EC8, por ambas capas, el sitio corresponde a la Clase B; esto indica

que el efecto de amplificación es de moderado a alto. Los resultados son representados en la

figura 60.

Figura 60. Clasificación de sitio según el código europeo EC8. Zona A.

105

• Para la Zona B, área de la terraza se encontró:

El valor de la velocidad promedio de ondas de corte de las capas por encima del substrato

son las siguientes: Vscapa1=270.8 m/s y Vscapa2=427.8 m/s.

El espesor promedio de las capas por encima del substrato son las siguientes:

EspesorCapa1= 7.0m y EspesorCapa2= 15.3m.

Según la EC8, por ambas capas, el sitio corresponde a la Clase B; esto indica que el factor

de amplificación es de moderado a alto. Los resultados son representados en figura 61.

Figura 61. Clasificación de sitio según el código europeo EC8. Zona B.

106

Por cada clase (A1, A2, B y C) el código europeo asocia un espectro de respuesta elástico,

que será mostrado en el apartado siguiente. Es importante señalar que el efecto de amplificación

se acentúa pasando desde la clase A a la clase C.

4.3.6. Espectro de Respuesta Elástica y Aceleración Pico

Empleando el programa de ultima generación D-Mod (validado por Pacific Earthquake

Engineering Research - PEER) se realizó el análisis de respuesta de sitio no lineal, que incluye

curvas de atenuación del pico de aceleración horizontal y el cálculo de espectros de respuestas

elásticas.

• Aceleración Pico

La variable para describir la amplitud de cualquier movimiento del terreno es la

aceleración máxima horizontal, denominada también aceleración pico horizontal, PHA. Para

cualquier componente del movimiento, simplemente representa la mayor aceleración horizontal

en valor absoluto obtenida directamente a partir del acelerograma correspondiente.

Los gráficos en las figuras 62 y 63 muestran la curva de atenuación del pico de

aceleración horizontal en función de la distancia, a través de dos relaciones de atenuación; la

primera es la propuesta por Campbell & Bozorgnia (2006) – NGA que toma en cuenta el valor de

la Vs30 medido en el sitio, y la segunda relación es la empleada por FUNVISIS, Abrahamson &

Silva (1997). Ambas relaciones se utilizan en las dos áreas de estudios (Zona A y B). En ambos

caso se toma como referencia un sismo similar en origen (Strike slip) e intensidad (M 6.7) al

sismo de Caracas del 1967.

107

En las figuras 62 y 63 se observó el proceso de atenuación de los picos de aceleración con

respecto a las distancia, considerando las características de sitio, lo cual hace la medición más

real y dependiente de parámetros medidos en sitio. En la zona B, el caso es más particular,

porque al considerar las condiciones de sitio vemos diferencias significativas entre la curva de

atenuación la relación Abrahamson & Silva (1997) y la curva de atenuación de la relación de

Campbell & Bozorgnia (2006).

Figura 62. Correlación de Curvas de Atenuación del Pico de Aceleración Horizontal. Zona A (área del cauce).

108

Figura 63. Correlación de Curvas de Atenuación del Pico de Aceleración Horizontal. Zona B (área de la terraza).

A partir del análisis anterior, es conveniente comparar los resultados obtenidos de la amáx

a partir del factor de amplificación con los resultados de los modelos de atenuación del pico de

aceleración horizontal:

o Para la zona A se obtuvo una aceleración máxima mayor a 0.6g, y según los modelos

de atenuación de la curva del pico de aceleración horizontal está en el orden de 0.5g.

Esto indica que la zona A es de alto riesgo, como fue mencionado anteriormente.

o Para la zona B, se obtuvo una aceleración máxima de aproximadamente 0.55g. Con el

modelo de Campbell & Bozorgnia (2006) – NGA el pico de aceleración horizontal, se

aproxima a 0.5g. Para el modelo de Abrahamson & Silva (1997) el pico de

aceleración horizontal, se aproxima a 0.7g. Por tanto, el modelo que más se aproxima

a los resultados obtenidos con el factor de amplificación es el de Campbell &

109

Bozorgnia (2006) – NGA; esto puede indicar una mayor confiabilidad al considerar

las condiciones de sitio, en conjunto con las características macrosísmicas.

• Espectro de Respuesta Elástica

Para realizar estos gráficos se uso el acelerograma de un sismo de referencia similar en

intensidad y modalidad al sismo de Caracas de 1967. Este es el terremoto de Parkfield adoptado

como referencia también por Funvisis. En las figura 64 y 65 se muestra los espectros obtenidos

correlacionando la normativa COVENIN y EC8 (curva roja y curva azul, respectivamente).

Para el espectro de respuesta de la Norma Covenin y EC8 (norma europea) se

consideraron los resultados obtenidos de la caracterización de sitio (ver características de estos

modelos en el anexo 1). Cabe mencionar que si comparamos los espectros obtenidos para la Zona

A y la Zona B, vemos diferencias en la forma de la curva de la norma Covenin (principalmente

en el ancho), lo que indica que esta caracterización de sitio es necesaria para que el diseño

estructural sea el apropiado y que debe ser llevada a cabo antes de cualquier plan de construcción,

con la finalidad de identificar variaciones de condiciones locales en un sitio. Ahora, si se desea

ser más conservador en el diseño estructural, se puede emplear el espectro de respuesta de la

EC8.

En base a los resultados obtenidos a través de la caracterización de sitio, antes

mencionados, se logró que los ingenieros civiles encargados del proyecto hicieran una

reubicación de los edificios a construir. Esto se considera un logro importante para la

caracterización de sitio y métodos geofísicos en el área de la ingeniería civil. En las figuras 66 se

muestra el antiguo proyecto (previo a la caracterización de sitio) y en la figura 67 se identifica el

nuevo proyecto de construcción.

110

Figura 64. Correlación de Espectros de Respuesta. Zona A.

Figura 65. Correlación de Espectros de Respuesta. Zona B.

111

MODULO

PAR

ED

PAR

ED

MODULO

PAR

ED

PAR

ED

MODULO

PAR

ED

PAR

ED

MODULO

PAR

ED

PAR

ED

MODULO

PAR

ED

PAR

ED

MODULO

PAR

ED

PAR

ED

MODULO

PAR

ED

PAR

ED

746300 746400 746500 746600 746700Este (m)

1155

750

1155

850

1155

950

1156

050

1156

150

1156

250

Nor

te (m

)

0 30 60 90

Figura 66. Plan de construcción antes de la caracterización de sitio.

112

0 30 60 90

MODULO

PAR

ED

PAR

ED

MODULO

PAR

ED

PAR

ED

MODULO

PAR

ED

PAR

ED

MODULO

PAR

ED

PAR

ED

MODULO

PAR

ED

PAR

ED

MODULO

PAR

ED

PAR

ED

MODULO

PAR

ED

PAR

ED

746300 746400 746500 746600 746700Este (m)

1155

750

1155

850

1155

950

1156

050

1156

150

1156

250

Nor

te (m

)

Figura 67. Plan de construcción después de la caracterización de sitio.

113

CAPITULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En base a los resultados obtenidos después de emplear los distintos métodos para

caracterizar las áreas de este estudio, se pueden señalar las siguientes conclusiones y/o

recomendaciones:

• El Período Fundamental se encuentra estrechamente relacionado con el espesor de los

sedimentos, la profundidad del substrato rocoso y la naturaleza de los sedimentos, es decir,

estructura de velocidad de Onda S. Por tanto, al aplicar ambos métodos (Nakamura H/V y

ReMi), se tiene una herramienta bastante confiable para la caracterización de sitio,

obteniéndose parámetros de uso geotécnicos como lo es la Vs30, Período Natural del sitio,

Potencial de licuefacción, Factor de Amplificación, Clasificación de Sitios y Suelos, Índice de

Excavabilidad y Ripabilidad, Espectros de Respuesta Elástica y Aceleración Pico.

• El análisis de Refracción de Microtremores (ReMi) y el análisis espectral de las Vibraciones

Naturales (H/V) se caracterizan por su fácil aplicación en zonas urbanas, utilizando el ruido

ambiental como fuente de energía, con costos de ejecución más bajos que los métodos

tradicionales, obteniéndose parámetros de utilidad para el diseño estructural y que se

requieren para cumplir con las exigencias de las normativas vigentes.

• La utilización de una fuente externa de energía (mandarrias y vehículos transitando a lo largo

de las líneas) para la aplicación del método de Refracción de Microtremores resultó de gran

utilidad, al permitir introducir en los registros frecuencias altas y medias que son difíciles de

registrar en zonas sísmicamente silenciosas. A pesar de ello se recomienda emplear otro tipo

de fuentes, como por ejemplo una apisonadora que puede reemplazar el uso tanto de

mandarrias como de vehículos transitando a lo largo de las líneas sísmicas.

114

Sobre la experiencia práctica realizada en Filas de Mariches, Edo. Miranda, el análisis

realizado para cada zona estudiada indica que:

• Se encontraron dos promedios generales de periodo fundamental; para la Zona A (área del

cauce) el periodo promedio es de 0.57s, mientras que para la Zona B (área de la terraza) es

promedio es el siguiente: 0.38s.

• Para la Zona A, área del cauce, se tiene que el valor promedio es Vs30=317.0 m/s, por tanto

se obtiene, según la clasificación de suelos de las distintas normas, que estamos en presencia

de Suelos duros o densos. Para la Zona B, área de la terraza, se tiene que el valor promedio

es Vs30= 415.5 m/s, por tanto se obtiene, según la clasificación de suelos de las distintas

normas, que también estamos en presencia de Suelos muy duros o densos.

• En la Zona A, por el valor de Vs30 encontrada, se obtiene que el método de excavación

posible es el Hand Pick & Spade (literalmente con pico y pala), prácticamente muy

fácilmente removible con maquinaria muy sencilla sin ripeadora y para la Zona el equipo de

excavación indicado es un Caterpillar D6D - 325BL o equivalente.

• Para la zona A se obtuvo una aceleración máxima mayor a 0.6g, a través del factor de

amplificación, y según los modelos de atenuación de la curva del pico de aceleración

horizontal está en el orden de 0.5g. Para la zona B, se obtuvo una aceleración máxima de

aproximadamente 0.55g a través del factor de amplificación. Con el modelo de Campbell &

Bozorgnia (2006) – NGA el pico de aceleración horizontal, se aproxima a 0.5g, y con el

modelo de Abrahamson & Silva (1997) el pico de aceleración horizontal, se aproxima a 0.7g.

Por tanto, el modelo que más se aproxima a los resultados obtenidos con el factor de

amplificación es el de Campbell & Bozorgnia (2006) – NGA; esto puede indicar una mayor

confiabilidad al considerar las condiciones de sitio.

115

• Los espectros de respuesta elástica obtenidos para la Zona A y la Zona B, mostraron

diferencias en la forma de la curva de la norma Covenin (principalmente en el ancho), lo que

indica que esta caracterización de sitio es necesaria para el diseño estructural y que debe ser

llevada a cabo antes de cualquier plan de construcción, con la finalidad de identificar

variaciones de condiciones locales en un sitio.

• La zona que a partir de los resultados de la caracterización de sitio es más vulnerable es la

Zona A, área del cauce de la quebrada que se caracteriza por presentar en su parte oriental

una zona de relleno. También se observó la presencia de un flujo de agua en la zona este del

lote, donde el muro de contención resulta desplazado. Esto puede indicar peligro de

licuefacción debido a que los sedimentos saturados de agua tienden a perder temporalmente o

definitivamente su resistencia, y tienden a actuar como un fluido. Las velocidades de ondas

de corte más baja, la mayor profundidad de la Vs500 y los mayores periodos fundamentales

son observadas en la zona del eje de la quebrada, además de que se encontró que el factor de

amplificación es mayor en esta área, siendo éste un parámetro relacionado con la

aceleraciones picos o máximas, que pueden causar daños considerables a la hora de un sismo.

• Como recomendación general se sugiere considerar las observaciones realizadas, y los datos

numéricos del estudio, tanto en la programación de la ubicación de los edificios como en el

diseño estructural de los mismos. Esto especialmente en la Zona A, porque se encuentra en

correspondencia espacial con un antiguo cauce de una quebrada. Por tanto, no se deberían

ubicar ni edificios altos ni edificios de interés social como escuelas, guardería infantil, centros

médicos, etc.

116

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123

APÉNDICE 1

Parámetros de Respuesta Sísmica y Caracterización de Sitio empleados para la realización

del Espectro de Respuesta y Pico de Aceleración Horizontal

Para las curvas de atenuación del pico de aceleración horizontal se usaron los siguientes

parámetros:

Zona A (área del cauce):

• Magnitud de un sismo de referencia para el área de estudio: M = 6.7

• Distancia al epicentro del terremoto de referencia (km): 20 Km

• Profundidad de ocurrencia del epicentro (km): 3 Km

• Ángulo de buzamiento de la falla (°): 90°

• rjb mayor distancia a una superficie de proyección de la ruptura de la falla (km): 11.6 Km

• Rx distancia horizontal del borde superior de ruptura del bloque: 11.3 Km

• Tipo de falla: Strike Slip (falla transcurrente)

• Mecanismo de subducción: Intraslab

• Clasificación de sitio: Sitio clase D, según la NEHRP

• Componente de movimiento (horizontal o vertical): Horizontal

• Velocidad de onda de cizalla (m/s): 317 m/s

Zona A (área de la terraza):

• Magnitud de un sismo de referencia para el área de estudio: M = 6.7

• Distancia al epicentro del terremoto de referencia (km): 20 Km

• Profundidad de ocurrencia del epicentro (km): 3 Km

• Ángulo de buzamiento de la falla (°): 90°

• rjb mayor distancia a una superficie de proyección de la ruptura de la falla (km): 11.6 Km

• Rx distancia horizontal del borde superior de ruptura del bloque: 11.3 Km

• Tipo de falla: Strike Slip (falla transcurrente)

• Mecanismo de subducción: Intraslab

• Clasificación de sitio: Sitio clase C, según la NEHRP

• Componente de movimiento (horizontal o vertical): Horizontal

124

• Velocidad de onda de cizalla (m/s): 415.5 m/s

Para los espectros de respuestas elásticas se emplearon los siguientes parámetros:

Consideraciones de la Norma Covenin:

Zonificación Sísmica y Caracterización de Sitio

Zonificación Sísmica: El país se divide en 8 zonas sísmicas (0 a 7) con la más alta

sismicidad a lo largo de la costa y descendiendo hacia el interior (figura 68).

Figura 68. Mapa de Zonificación Sísmica de Venezuela.

Requisitos de Sitio: Si bajo condiciones sísmicas, se determina que los suelos sobre el

sitio son propensos a experimentar licuación, cambios volumétricos o perdida de resistencia,

125

estudios especiales deben llevarse a cabo para evaluar la respuesta dinámica del perfil de suelo y

para establecer su forma espectral y coeficientes de aceleración basados en las propiedades reales

de dichos suelos bajo efectos de carga cíclicos.

Debe chequearse la estabilidad de sitio cuando las condiciones geológicas sugieren

inestabilidades potenciales debidas a declives en el terreno, discontinuidades geológicas,

modificaciones de la topografía original y presiones por alta porosidad.

Clasificación de Sitio: Seis tipos de materiales de suelo son definidos en términos de la

velocidad de su onda sismorresistente. Adicionalmente la profundidad del sitio y las zonas

sísmicas se utilizan para definir el Tipo de Forma Espectral y el Factor de Corrección φ.

Aceleraciones Pico en Tierra (Horizontales y Verticales): Las 8 zonas sísmicas están

agrupadas en tres niveles de riesgo sísmico. Cada zona sísmica tiene un coeficiente de

aceleración horizontal Ao según la tabla 16. El coeficiente de aceleración vertical se define como

0.7 veces el correspondiente coeficiente de aceleración horizontal.

Tabla 16. Zonas de riesgo sísmico según la Norma Covenin.

Parámetros para la Clasificación Estructural

Ocupación e Importancia: Hay cuatro Grupos con su correspondiente Factor de

Importancia α:

Grupo A: Facilidades esenciales o de alto riesgo (α = 1.30 ).

Grupo B1: Edificaciones públicas o privadas densamente ocupadas (α = 1.15 ).

Grupo B2: Edificaciones públicas o privadas de ocupación normal (α = 1.00 ).

126

Grupo C: Edificaciones no clasificadas como A, B1 o B2, que no están destinadas para vivienda

o uso público.

Acciones sísmicas

Espectros de Respuesta Elásticos (Horizontales y Verticales): Hay cuatro Espectros de

Respuesta Elásticos Horizontales (S1, S2, S3 y S4), con valores espectrales Ad como se define en

la figura 69. Los Espectros Verticales son 0.7 veces los Horizontales.

Figura 69. Espectro Elástico de la norma venezolana de 2001.

Las ecuaciones que definen las tres ramas del espectro elástico, mostrado en la figura 2,

son las siguientes:

Donde:

Ad = Aceleración de los Espectros de Respuesta Elásticos.

Ao = Coeficiente de Aceleración Horizontal ( ver figura 68).

α = Factor de Importancia.

127

φ = Factor de Corrección de aceleración horizontal (Tabla 5).

β = Factor de Magnificación Promedio, dependiente de la Forma Espectral según la Tabla 17.

T = Período Estructural.

T* = Valor de Período que depende de la Forma Espectral según la Tabla 17.

To = 0.25 T*

p = Factor de bifurcación descendente que depende de la Forma Espectral según la Tabla 17.

Tabla 17. Distintos valores para las diferentes formas espectrales según la Norma Covenin.

Entonces para cada zona se emplearon los parámetros que se muestran a continuación:

Consideraciones del Eurocodice 8 (norma europea):

En nuestro caso, para realizar este espectro se empleó el programa D-MOD2000 en el cual

se introducen el coeficiente de aceleración horizontal aG, que depende de las características


• Ao = 0.30g

• Forma espectral = S2

• α = 1

• φ = 0.90

• β = 2.6

• T = 2s

• T* = 0.7s

• To = 0.175s

• p = 1.0

Zona B (área de la terraza):

• Ao = 0.30g

• Forma espectral = S1

• α = 1.0

• φ = 1.0

• β = 2.4

• T = 2s

• T* = 0.4s

• To = 1s

• p = 1.0

128

sísmicas del área de estudio, a partir del cual el programa hace el cálculo de S, TB, TC, TD.

También deben ser introducidos la clasificación de sitio (Clase A, B, C, D y E) y el tipo de

espectro, Type 1 y Type 2, donde Type 2 es usado para respuesta sísmica de mayor intensidad y

consideraciones más conservativas. El valor del damping es de 5% (ver figura 70).

Figura 70. Ventana de EC8 Response Spectra del Programa D-MOD2000.

Entonces para la zona A y B se emplearon los siguientes parámetros según el EC8:

• Aceleración pico en roca = 0.3 g

• Clasificación de sitio o suelos = Clase B

• Tipo de Espectro = Tipo 1.

129

APÉNDICE 2

Parámetros de Respuesta Sísmica y Caracterización de Sitio empleados para el análisis del

Potencial de Licuefacción

Para el análisis del Potencial de Licuefacción se empleo un programa en Visual Basic de

Excel que fue desarrollado por Cetrazo. 2007 (ver figura 71 y figura 72). A continuación se

muestran los parámetros introducidos para cada zona:


• Espesor = 30m

• Velocidad de onda de corte a los 30 primeros metros = 317 m/s

• Densidad = 2100 kg / m3, valor promedio tomado del estudio de Olivares M. 2007

• Porcentaje de fino = 26%

• amáx = 2, aceleración máxima equivalente a la aceleración máxima del área de estudio.

• Magnitud = 6.7

• Falda = 15 m, nivel donde se supone el nivel freático

Zona B (área de la terraza):

• Espesor = 30m

• Velocidad de onda de corte a los 30 primeros metros = 415.5 m/s

• Densidad = 2100 kg / m3, valor promedio tomado del estudio de Olivares M. 2007

• Porcentaje de fino = 26%

• amáx = 2, aceleración máxima equivalente a la aceleración máxima del área de estudio.

• Magnitud = 6.7

• Falda = 15 m, nivel donde se supone el nivel freático

130

Figura 71. Parámetros utilizados para el análisis del Potencial de Licuefacción, Zona A.

Figura 72. Parámetros utilizados para el análisis del Potencial de Licuefacción, Zona B.

131

APÉNDICE 3

Fotos del Área de Estudio

Figura 73. Foto de la Zona A, área del cauce.

Figura 74. Foto de la Zona B, área de la terraza.

132

Figura 75. Foto del equipo empleado para la adquisición de ReMi.

Figura 76. Foto del equipo empleado para la adquisición de Vibraciones Naturales.

133

Figura 77. Foto de la fuente de la señal empleada para la adquisición de ReMi (percusión de mandarria contra

placa metálica y vehículos transitando alrededor de la línea).

Figura 78. Foto del muro de contención que esta siendo desplazado.

134

Figura 79. Foto de la litología encontrada en el área.

Figura 80. Foto de adquisición de ReMi empleando lands stremers.

Thaina Vasquez - Sismo Vibracion

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