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MEXICO
Caracterización de suelos arenosos mediante
análisis de ondas de superficie
ESPECIALIDAD:
Ingeniería Civil
Salvador Lazcano Díaz del Castillo
Maestro en Ciencias
20 de septiembre del 2007
Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
CONTENIDO:
Resumen ejecutivo
3
1. Caracterización de suelos
4
1.1.
Caracterización mediante pruebas mecánicas
4
1.2.
Caracterización mediante pruebas geofísicas
7
2. Ondas elásticas en depósitos de suelos
8
2.1.
Tipos de ondas elásticas
8
2.2.
Velocidad de onda de corte (VS)
9
2.3.
Ondas de superficie
9
3. Ondas de superficie en depósitos de suelos
11
3.1.
Diversos métodos de análisis
11
3.2.
Refracción de Microtremores (ReMi)
12
4. Aplicaciones prácticas
14
4.1.
Caracterización sísmica de depósitos de suelos
14
4.2.
Evaluación de asentamiento de zapatas en arenas
19
5. Conclusiones
21
Referencias
24
Agradecimientos
27
Currículum vitae
28
Especialidad: Ingeniería Civil
2
Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
RESUMEN EJECUTIVO
Las arenas son suelos que poseen estructuras naturales con características tales
que, para fines prácticos, impiden ser muestreadas en forma inalterada para su
posterior estudio en laboratorio. Por esta razón, desde los inicios de la mecánica
de suelos en la primera mitad del siglo XX, se optó por evaluar las propiedades
de los depósitos arenosos recurriendo a pruebas in situ o de campo. La prueba de
penetración estándar fue una de las primeras empleadas para dichos fines, y
sigue siendo ampliamente utilizada, pero también fuertemente criticada por la
inconsistencia en sus resultados. A dicha prueba mecánica le siguieron otras,
entre las que se encuentran principalmente los conos dinámico y estático,
presiómetro y dilatómetro, entre otros. Desde principios de la década de 1970,
gracias al avance de la electrónica, se comenzaron a utilizar pruebas geofísicas,
principalmente de tipo sísmico, para estudiar suelos. Los primeros métodos
geofísicos usados fueron refracción sísmica, crosshole y downhole. En la década
de 1980 se incorporó el uso de análisis de ondas de superficie al campo de la
caracterización de suelos. Esta es una técnica no invasiva, en la cual se colocan
sensores en la superficie del terreno para registrar la llegada de diversos tipos de
ondas, y mediante diversos métodos de análisis se pueden obtener perfiles de
variación de velocidad de onda de corte (VS) a profundidad. Algunos de estos
métodos son SASW (Spectral Analysis of Surface Wave), MASW (Multi-channel
Analysis of Surface Wave) y ReMi (Refraction Microtremor).
La utilidad primaria de las pruebas geofísicas sísmicas en el campo de la
geotecnia es la determinación de variaciones en la velocidad de onda de corte
(VS) a profundidad. Conocidas las VS, es posible calcular la rigidez de la
estructura de los suelos (módulos de cortante – G - y elástico - E) que pueden
ser usados tanto en problemas dinámicos (cimentación de maquinaria, sismos
leves, etc.) como en diseño de cimentaciones ante cargas estáticas. Otra
aplicación es la caracterización de depósitos de suelo ante sismos.
En este trabajo se presentarán varias experiencias en suelos arenosos de
Guadalajara y de la costa de Jalisco y Nayarit, en donde se utilizó la técnica ReMi
para determinar velocidades de onda de corte (VS) y a partir de esta información
se caracterizó el comportamiento sísmico de suelos y se estimaron magnitudes
de asentamientos de zapatas.
La técnica ReMi en particular, y en general los métodos de análisis de onda de
superficie (SASW, MASW, CSW, etc.), prometen ser herramientas valiosas para
utilizarse en la caracterización de depósitos de suelos arenosos, junto con una o
más pruebas de campo (penetración estándar, conos estático y dinámico,
presiómetro, dilatómetro, crosshole, downhole, etc.).
Palabras clave: caracterización, arenas, ondas de superficie, onda de corte (VS),
refracción de microtremores (ReMi)
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Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
1. CARACTERIZACIÓN DE SUELOS
En este trabajo se presenta el análisis de ondas de superficie como una
herramienta que en los últimos 25 años se ha comenzado a aplicar en la
caracterización de suelos. Aquí nos enfocaremos en particular a su uso en suelos
arenosos.
Para poder introducirnos al tema, es conveniente partir de una breve definición
de conceptos. La Real Academia Española define “caracterizar” como “determinar
los atributos peculiares de alguien o de algo, de modo que claramente se distinga
de los demás”. En este contexto, la caracterización de suelos se entiende como la
determinación de propiedades peculiares o particulares de estos materiales.
Por arenas entenderemos lo que establece el Sistema Unificado de Clasificación
de Suelos (SUCS): son partículas de suelo cuyas dimensiones fluctúan entre
0.075 mm (malla No. 200) y 4.75 mm (malla No. 4). Partículas mayores a 4.75
mm pero menores de 75 mm se les llama gravas, y a las partículas menores de
0.075 mm se les llama suelos finos, y pueden ser arcillas o limos, dependiendo
de su plasticidad.
El SUCS nombra a un suelo arena cuando el 50% de sus partículas están
comprendidas en el rango de 0.075 a 4.75 mm. Cuando las arenas tienes menos
de 5% de finos, se subdividen en bien graduadas (SW) y uniformes o mal
graduadas (SP), dependiendo de sus curvas granulométricas. Cuando el
contenido de finos es mayor a 12%, se les llama arenas arcillosas (SC) o limosas
(SM), dependiendo de la plasticidad de los suelos finos. Finalmente, cuando el
contenido de finos en un suelo arenoso fluctúa entre 5 y 12%, se usa símbolo
doble que incluye información tanto de la granulometría como de la plasticidad de
los finos (SW-SM, SW-SC, SP-SM, SP-SC).
En suelos arenosos, al igual que en gravas, la obtención de muestras inalteradas
es prácticamente imposible. Esta particularidad, aunada a otros factores como
costos y tiempos, han hecho que las pruebas de campo tengan en la actualidad
un papel importante en la caracterización de depósitos de arenas.
1.1.
Caracterización mediante pruebas mecánicas
Desde mucho tiempo antes del inicio formal de la mecánica de suelos en la
década de 1920, había interés entre los constructores en determinar las
características de los suelos (caracterización de suelos), para poder diagnosticar
el comportamiento de éstos al construir sobre ellos, con ellos o dentro de ellos. A
finales del siglo XVII se desarrolló en Alemania a la que se puede considerar
como precursora de las pruebas de penetración, y consistía en hincar mediante
impactos una varilla que terminaba en punta. De esta prueba dinámica de
penetración nació el cono dinámico (DP, del inglés dinamic probing) e
indirectamente la prueba de penetración estándar (SPT, del inglés standard
penetration test), desarrollada en los Estados Unidos a principios del siglo XX y
estandarizada en 1930 (Broms y Floding, 1988).
La prueba de penetración estándar en términos generales consiste en hincar un
tubo de acero de 51 mm de diámetro externo y 35 mm de diámetro interno,
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mediante impactos con un martinete de 63.5 kg, dejándolo caer libremente de
una altura de 76 cm (ver Figura 1). Se cuenta el número de golpes requeridos
para un hincado de 30 cm y a ese valor se le conoce como resistencia a la
penetración estándar y se simboliza como N. Es la prueba más usada para
determinar las propiedades de arenas en campo, pero también ha sido
fuertemente cuestionada por la inconsistencia en los resultados, ya que es muy
vulnerable y sensible al proceso de ejecución (Decourt et al., 1988). El uso de
martinetes automáticos y los dispositivos para medir la eficiencia de la prueba
han ayudado a disminuir la incertidumbre, pero quizá su popularidad disminuirá
en los próximos años, debido a la cada vez mayor aceptación de otras pruebas
que se han desarrollado.
La prueba de cono dinámico, al igual que en la de penetración estándar, se
avanza utilizando un martinete con caída libre, pero en vez de hincar un tubo, se
hinca un cono de acero. Está estandarizado en varios países (Alemania, España,
Gran Bretaña, etc.), y en el Simposio Internacional de Pruebas de penetración
(Stefanoff et al., 1988) de 1988 se propuso una estandarización mundial que
contempla cuatro variantes, dependiendo de la energía aplicada y de las
dimensiones de los conos. Es una prueba rápida y económica que puede ser de
mucha utilidad, sobre todo si se usa en combinación con una o más pruebas de
campo.
En México ha sido relativamente limitado el uso del cono dinámico y hay pocas
publicaciones relacionadas a dicha prueba (Santoyo et al., 1989; Lazcano, 1995;
Dumas González, 1998). En fechas recientes se ha usado en algunos proyectos
un equipo de un cono dinámico computarizado llamado PANDA que se desarrolló
en Francia (Luna Gonzalez et al., 2004).
Casi al mismo tiempo que la prueba de penetración estándar, en Holanda se
desarrolló el cono holandés o estático (CPT, del inglés cone penetration test)
(Broms y Floding, 1988), el cual ha evolucionado en una manera importante
gracias a los avances de la electrónica, que han permitido incorporar en el cono
diferentes sensores para medir presión de punta y lateral, presión de poro, arribo
de ondas elásticas, etc.
La prueba de cono consiste, a grandes rasgos, en hincar a presión un cono de
acero de 35.7 mm de diámetro (10 cm2 de sección transversal), cuya punta tiene
un ángulo de 60º. El cono estático es la prueba de campo que ha tenido una
mayor aceptación en los últimos años por la consistencia en sus resultados y las
hasta un máximo de cinco mediciones independientes que proporciona. Tiene la
desventaja de la dificultad de penetrar en suelos con rigideces altas.
El cono estático ha sido ampliamente usado en suelos blandos de la Ciudad de
México y en otros sitios del país y hay decenas de artículos publicados que
presentan las experiencias que se han obtenido. Santoyo et al. (1989) hicieron
una interesante publicación en donde se presenta algo de la experiencia obtenida
con esta prueba.
En fechas posteriores se inventaron otros tipos de pruebas de campo para
caracterización de suelos, como son el presiómetro (PMT) desarrollado en Francia
por Menard en 1955, y el dilatómetro plano (DMT) diseñado por Marchetti en
Italia, en la década de 1970 (Marchetti, 1980).
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Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
Al presiómetro y al dilatómetro se les considera pruebas de expansión, pero hay
diferencias importantes entre una y otra. El presiómetro (PMT) es un dispositivo
que ejerce presión radial contra el suelo circundante y se lleva un registro de
presión radial contra deformación que ocurre (ver Figura 1). Hay equipos que
requieren perforación previa para su introducción y otros que se introducen a
presión o a presión y con aspas para facilitar el avance. La realización de esta
prueba requiere de personal altamente capacitado, lo que ha frenado su
desarrollo. Por otro lado, el presiómetro tiene el atractivo de poder ser usado en
suelos blando a muy duros, e inclusive en rocas blandas.
SPT
CPT
DMT
PMT
Figura 1.
Principales pruebas de campo de tipo mecánico (adaptado de
Mayne et al, 2001).
El dilatómetro plano (DMT), también llamado de Marchetti, es una paleta afilada
de acero de 95 mm de ancho, y 15 mm de espesor, que en una de sus caras
tiene una delgada membrana circular de acero de 60 mm de diámetro (ver Figura
1). Esta paleta se hinca en el suelo a presión o mediante impactos, y una vez que
se alcanza la profundidad deseada se hace una pequeña prueba de carga lateral.
Algunas de las aplicaciones de esta prueba son la predicción de asentamientos,
determinación del ángulo de fricción interna en arenas, resistencia no drenada de
arcillas y determinación de parámetros para elementos finitos.
Al igual que en el caso del cono estático, hay dilatómetro sísmico, al cual se le
incorporó un sensor de vibración para determinar velocidades de onda de corte
en suelos, en forma similar a la pruebas geofísicas tipo downhole que se tratarán
en la siguiente sección.
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Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
1.2.
Caracterización mediante pruebas geofísicas
Hasta aquí se han mencionado las principales pruebas mecánicas de campo (DP,
SPT, CPT, PMT, DMT). A partir de la década de 1960, en el campo de la geotecnia
se han ido incorporando gradualmente diversas pruebas geofísicas,
principalmente las de tipo sísmico y eléctrico.
El incremento en el uso de métodos geofísicos para caracterización de suelos es
tal, que las memorias del la 2a Conferencia Internacional sobre Caracterización
las titularon: “Caracterización Geotécnica y Geofísica en Campo” (da Fonseca y
Mayne, 2004). Ahí se presentaron 36 artículos relacionados con el empleo de
métodos geofísicos en la geotecnia, que representó el 16% de los trabajos
presentados.
En las pruebas geofísicas sísmicas se trabaja con la propagación de las ondas
elásticas y en las pruebas eléctricas con ondas electro-magnéticas. Estas pruebas
se pueden usar tanto en campo como en laboratorio y proporcionan información
complementaria a cerca de los suelos, que equivale a “verlos” y “oirlos”
(Santamarina et al., 2001).
Las pruebas geofísicas sísmicas de campo que principalmente se usan en
geotecnia son: refracción sísmica, downhole, crosshole y diversos métodos de
onda de superficie. Las tres primeras se han usado desde la década de 1970,
mientras que las ondas de superficie a partir de 1980.
La prueba de refracción sísmica consiste en colocar varios sensores (geófonos) a
lo largo de una línea, y en un punto se genera vibración. Los geófonos se
conectan a un sismógrafo, en donde se registra la llegada de las ondas elásticas.
Conocida la distancia desde la fuente de vibración hasta los geófonos y el tiempo,
que se obtiene de los sismogramas, es posible determinar la velocidad de
propagación de las ondas.
Con la refracción sísmica se determina la velocidad de ondas primarias o de
compresión (VP), pero es muy difícil evaluar la velocidad de ondas secundarias o
de corte (VS). Además, sólo es posible detectar estratos con rigideces
progresivamente mayores con la profundidad.
La refracción sísmica se utiliza generalmente para encontrar la profundidad de la
roca y para estimar el proceso de excavación de suelos y rocas.
Previa a la ejecución de la prueba geofísica sísmica tipo downhole se debe
realizar una perforación, en la cual se introduce uno o varios sensores (geófonos)
que se conectan a un sismógrafo. En la superficie se genera vibración con alguna
fuente, y se hacen mediciones de tiempos de llegada de ésta a diferentes
profundidades. Con esta prueba downhole se pueden determinar velocidades de
ondas primarias (VP) y secundarias (VS).
El cono estático sísmico y el dilatómetro sísmico arriba mencionados son
variantes de esta prueba geofísica downhole.
Para la prueba geofísica crosshole se deben realizar al menos dos perforaciones,
y preferentemente tres. En una de las perforaciones se introduce uno o varios
sensores (geófonos) que se conectan a un sismógrafo y en la otra perforación se
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Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
genera vibración y se hacen mediciones de tiempos de llegada de ésta a
diferentes profundidades.
Con la prueba crosshole, al igual que con la downhole, se pueden determinar
velocidades de ondas primarias (VP) y secundarias (VS).
2. ONDAS ELÁSTICAS EN DEPÓSITOS DE SUELOS
2.1.
Tipos de ondas elásticas
Pequeñas perturbaciones mecánicas en depósitos de suelos, tales como el
impacto de un marro, causan la propagación de ondas elásticas que no alteran
prácticamente las condiciones del suelo. Las ondas elásticas se dividen en dos
grandes grupos, las de cuerpo, que viaje en el interior del medio elástico, y las
de superficie, que se propagan a lo largo de la frontera de un medio semi-infinito,
como es la superficie de un depósito de suelos. Las ondas de cuerpo se
subdividen a su vez en ondas de compresión o primarias (VP) y de corte o
secundarias (VS) (ver Figura 2). Las ondas VP viaja a una velocidad entre 70 y
140% mayor que las VS, para valores de la relación de Poisson (μ) de entre 0.25
y 0.4, rango frecuente en suelos y rocas.
Ondas P
Compresión
Tensión
Ondas S
Longitud
de onda
Figura 2.
Onda de cuerpo que se dividen en primarias o de compresión (VP) y
secundarias o de cortes (VS). La velocidad de onda de compresión en suelos y
rocas puede ser entre 70 y 140% mayor que la de onda de corte.
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Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
Por lo que respecta a ondas de superficie, hay varios tipos, siendo la más
importante en geotecnia las ondas Rayleigh, cuya velocidad (VR) es de alrededor
de 93% de las ondas de corte (VS).
La velocidad de onda de compresión (VP) se determinar usualmente con la
prueba de refracción sísmica y la velocidad de onda de corte (VS) con las pruebas
downhole y crosshole. Para encontrar la velocidad de propagación de ondas de
superficie tipo Rayleigh (VR) hay varios métodos que se presentarán enseguida.
2.2.
Velocidad de onda de corte (Vs)
La determinación de la velocidad de propagación de las ondas de corte (VS) es de
gran utilidad en la geotecnia, ya que con este valor se puede: 1) determinar el
módulo de rigidez al esfuerzo cortante (G), 2) inferir densidad en campo, 3)
estimar el estado de esfuerzos, 4) estimar la cementación natural o 5) evaluar la
alteración de una muestra (Stokoe et al., 1989).
La relación entre VS y el módulo de cortante (G) está dada por la siguiente
ecuación:
G = ρ VS2
(1)
En donde: ρ = densidad; VS = velocidad de onda de corte.
Como las deformaciones causadas por las pruebas geofísicas son muy pequeñas,
el módulo de cortante que se obtiene con la VS determinada con dichas pruebas
viene siendo el valor máximo (GO), y sufre una degradación mayor o menor,
dependiendo del suelo y de la deformación inducida. Este tipo de comportamiento
de materiales se le conoce como elástico no-lineal, está asociado con suelos y
rocas blandas, y se ha avanzado mucho en la comprensión de este fenómeno
especialmente en los últimos años (Matthews et al., 1996), por lo que los valores
de VS y GO tienen aplicaciones tanto para análisis geotécnicos tanto estáticos
como dinámicos.
2.3.
Ondas de superficie
Cuando se golpea en la superficie de un depósito de suelos, se generan ondas
elásticas tanto de cuerpo (compresión y corte) como de superficie
(principalmente tipo Rayleigh). 67% de la energía aplicada se propaga como
ondas Rayleigh, 27% como ondas de corte y 7% como ondas de compresión
(Woods, 1968). Esto se conocía desde hacía tiempo, pero no había tecnología
suficiente para monitorear las ondas de superficie, por lo que durante muchos
años los métodos geofísicos sísmicos estuvieron enfocados únicamente al registro
y análisis de ondas de compresión y corte, y las de superficie se consideraba el
“ruido” que había que filtrar.
En la década de 1940 Hvorslev presentó una revisión del estado-del-arte
respecto a las pruebas de ondas de superficie y concluyó el método estaba
estancado en su desarrollo, pero tenía interesantes posibilidades a futuro
(Hvorslev, 1949). Los avances en desarrollos teóricos en ondas de superficie
(Thomson, 1950; Haskell, 1953), así como desarrollos tecnológicos, sobre todo
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Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
en la electrónica, ayudaron a que en la década de 1980 las pruebas con ondas de
superficie salieran del estancamiento al que se refirió Hvorslev.
La onda Rayleigh se puede visualizar como las ondas en la superficie de un
estanque de agua (ver Figura 3); el movimiento de partícula es en una elipse
vertical, paralela a la dirección de propagación que es a lo largo de la superficie
y con dirección retrógrada hasta cierta profundidad en que se vuelve prógrada
(ver Figura 4).
Figura 3.
Onda de superficie tipo Rayleigh. Se propagan en la frontera de un
medio elástico.
Movimiento normalizado de partículas
retrógrado
Profundida/
Longitud de onda
Movimiento
horizontal
prógrado
Movimiento
vertical
Figura 4.
Ondas Rayleigh y movimiento de partículas. Desplazamientos
horizontales y verticales normalizados con respecto a desplazamientos verticales
en la superficie (Adaptado de Richart, Hall y Woods, 1970).
En un depósito de suelos perfectamente homogéneo, la onda Rayleigh viaja a
una velocidad que es independiente de su longitud de onda. Sin embargo, si en el
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suelo hay estratos con rigideces, densidades o relaciones de Poisson variables,
entonces la velocidad de la onda de Rayleigh dependerá de su longitud de onda.
Cuando la velocidad y la frecuencia (o longitud de onda) de una onda son
dependientes entre sí, se dice que la onda es dispersiva. Este comportamiento
que exhiben las ondas Rayleigh en materiales no uniformes, es el principio en el
que se fundamentan los diferentes métodos de análisis de onda de superficie
(Matthews et al., 1996).
La mayor parte de la energía de las ondas de superficie esta contenida dentro de
una zona que se extiende a una profundidad de aproximadamente una longitud
de onda. De esta manera, las frecuencias cortas permiten caracterizar los
estratos profundos de suelo mientras que las frecuencias largas los materiales
cercanos a la superficie.
3. ONDAS DE SUPERFICIE EN DEPÓSITOS DE SUELOS
La naturaleza dispersiva de la propagación de las ondas de superficie en un semiespacio elástico y estratificado, constituye, como ya se dijo, las bases de los
métodos de análisis de dichas ondas. Si se generan ondas de superficie en un
rango amplio de frecuencias, se puede inferir un perfil con la variación de
velocidades de ondas Rayleigh (VR) a profundidad. Como la velocidad de las
ondas Rayleigh es ligeramente menor (alrededor de 7%) que la de corte (VS),
para fines prácticos se consideran equivalentes.
3.1.
Diversos métodos de análisis
El primer método moderno de análisis de onda de superficie se desarrolló en la
Universidad de Texas en Austin, y se llama SASW (Spectral Analysis of Surface
Waves). Emplea una fuente de energía dinámica vertical y dos sensores que se
colocan con separaciones que varía de 1 a 60 m o más, dependiendo de la
profundidad que se quiera explorar, que viene siendo aproximadamente la mitad
de la separación de los sensores (Nazarian y Stokoe, 1984). Casi al mismo
tiempo, en Inglaterra se desarrolló un método similar llamado CSW (Continuous
Surface-Wave), en el cual la fuente de energía es un vibrador de frecuencia
variable y se usan dos o más sensores (Abbiss, 1981; Mattheus et al., 1996).
Posteriormente se desarrolló el método MASW (Multichannel Analysis of Surface
Waves), que utiliza al menos 12 sensores con separaciones fijas de entre 1 a 2 m
(Park et al., 1999). Hay otro método similar al MASW que se llama ReMi
(Refraction Microtremor), que analiza vibración pasiva (llamada comúnmente
microtremores) y/o activa (Louie, 2001) y se describirá en la siguiente sección.
Además de los métodos SASW, CSW, MASW y ReMi, se han propuesto otras
variantes en Italia, Alemania, Francia, Irlanda, Australia, Japón, Taiwán y Estados
Unidos, entre otros países. Ésto muestra la creciente aceptación de la utilización
de ondas de superficie en la geotecnia.
A todos estos métodos de análisis de onda de superficie se les conoce con el
nombre genérico de métodos de onda de superficie (SWM - Surface Wave
Method).
Cada método tiene ventajas y desventajas en aspectos como:
precisión, profundidad de exploración, capacidad para detectar múltiples
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Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
estratos, posibilidad de trabajar en lugares con mucho ruido ambiental, rapidez y
costo.
3.2.
Refracción de Microtremores (ReMi)
La técnica de refracción de microtremores (ReMi) (Louie, 2001) utiliza tendido y
equipo para registro similar al de la prueba de refracción sísmica, pero se
analizan las ondas con una técnica que permite separar las ondas Rayleigh de
otras ondas elásticas y finalmente determina la variación de velocidad de onda de
corte (VS) a profundidad.
Para la realización de la prueba ReMi se coloca un tendido lineal con 12 o más
geófonos, el registro de la vibración se realiza con un sismógrafo digital, y se
registra tanto vibración ambiental (microtremores) como vibración superficial
inducida (impactos, vehículos en circulación, etc.).
A diferencia de la prueba tradicional de refracción sísmica, ReMi puede usarse sin
problemas en ambientes urbanos, y de hecho mientras más ruido haya, funciona
mejor. Además, ReMi puede detectar estratos blandos entre estratos con
rigideces mayores, mientras que refracción sísmica sólo puede detectar variación
de rigideces progresivamente mayores.
Una vez realizado el registro en campo, el primer paso del análisis ReMi consiste
en generar un espectro de velocidad de frecuencias contra tardanzas (inverso de
la velocidad), llamado espectro p-f, como se ilustra en la Figura 5. En este
espectro p-f se detecta con facilidad el primer modo de vibrar de las ondas
Rayleigh, que es un trazo que va de la esquina superior izquierda de la gráfica
hacia la inferior derecha, y se escogen manualmente puntos de dispersión en la
frontera inferior, que sirven para el posterior proceso de inversión.
Puntos de
dispersión
Figura 5.
Espectro de velocidad (frecuencia-tardanza)
registros de microtremores, mediante la técnica ReMi.
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derivado
de
los
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Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
Después del espectro p-f se determina la gráfica de períodos contra velocidad de
fase de onda Rayleigh (Figura 6). Por ser los períodos el inverso de las
frecuencias de la Figura 5, la curva pasa de ser descendente de izquierda a
derecha a ascendente. La velocidad de fase (VF) es la distancia que viaja una
onda en un ciclo (VF = λ / T).
Finalmente, mediante un modelo interactivo con la gráfica período-velocidad de
fase de onda Rayleigh se traza la curva de dispersión y con ella se establecen los
espesores de los diferentes estratos y la velocidad de onda de corte (VS), tal
como se puede aprecia en la Figura 7.
Velocidad de fase de onda
Rayleigh, m/s
500
Dispersión calculada
Puntos de dispersión
400
300
200
100
0
0.05
0.1
0.15
Período,
0.2
0.25
0.3
s
Figura 6.
Gráfica período-velocidad de fase de onda Rayleigh del método
ReMi, que incluye la curva de dispersión.
Velocidad de onda de corte (Vs),
0
200
Profundidad, m
0
400
600
800
1000
m/s
1200
1400
1
2
3
-5
-10
4
-15
-20
Vs (ReMi)
N - Vs (Ohta y Goto)
1: Relleno de arena y escombro
2: Arena pumítica limosa (SM)
3: Arcilla de plasticidad media (CL)
4: Arena pumítica limosa y limo
arenoso (SM, ML)
-25
Roca basáltica, porosa
-30
Figura 7.
Perfil unidimensional de velocidad de onda de corte (VS) contra
profundidad obtenido interactivamente con la curva de dispersión de la Figura 6.
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Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
Las gráficas de las Figuras 5 a 7 se determinaron en la Biblioteca Pública del Edo.
de Jalisco, frente al parque del Agua Azul, en Guadalajara, Jal. Ahí, además de
tendidos geofísicos ReMi se realizaron sondeos directos con pruebas de
penetración estándar y sondeos con cono dinámico según la norma alemana DIN
4094. Por esta razón, en la Figura 7, además de las VS obtenidas con ReMi, se
muestra la estratigrafía general, profundidad a la roca y velocidades de onda de
corte (VS) inferidas a partir de las resistencias a la penetración estándar,
utilizando la ecuación propuesta por Ohta y Goto (1978):
VS = 96 N0.17 D0.2
(2)
En donde: N: resistencia a la penetración estándar; D: profundidad en metros.
4. APLICACIONES PRÁCTICAS
La velocidad de onda de corte (VS) que se obtiene en las diversas pruebas
geofísicas, es la que corresponde a deformaciones angulares pequeñas (10-4%).
Por esta razón, el módulo de rigidez al cortante que se puede calcular partiendo
de esta velocidad (ver ecuación 1) es el máximo o inicial y se simboliza como GO
o Gmax.
Tradicionalmente en el campo de la geotecnia se ha considerado que el módulo
de cortante máximo (GO) se puede utilizar únicamente en problemas dinámicos,
como cimentación de maquinarias o sismos de muy bajas magnitudes. Sin
embargo, investigaciones realizadas en los últimos veinte años (Jardine et al.,
1986; Batagglio y Jamiolkowsky, 1987; Burland, 1989; Fahey y Carter, 1993;
Mayne, 2001) han demostrado que valores de GO corregidos para niveles de
deformación apropiados, pueden ser de utilidad para problemas geotécnicos
estáticos, como es el diseño de cimentaciones.
A continuación se presentan dos campos de aplicación de los resultados
obtenidos en los métodos de análisis de ondas de superficie en general, y de la
técnica de refracción de microtremores (ReMi) en particular.
4.1.
Caracterización sísmica de depósitos de suelos
La técnica de refracción de microtremores (ReMi) permite, con relativa facilidad,
determinar perfiles de velocidad de onda de corte hasta entre 40 y 80 m, en
ambientes ruidosos como son las ciudades. Por ésta razón, en los últimos años
ha sido utilizada en varios proyectos para realizar la caracterización sísmica de
suelos (Pullammanappallil et al., 2003a; Pullammanappallil et al., 2003b
Veronese y Garbari, 2004; Stephenson et al., 2005).
En varios sitios con suelos arenosos de Guadalajara y la costa de Jalisco y Nayarit
hemos utilizado la prueba ReMi, junto con sondeos directos con pruebas de
penetración estándar, para caracterizarlos sísmicamente. Ya en las Figuras 5 a 7
se presentaron resultados de la prueba ReMi en la Biblioteca Pública, y en la
Figura 8 están los resultados de otro sitio en la zona metropolitana de
Guadalajara, cerca del cruce de las Avs. Patria y Acueducto. En este segundo
sitio la roca está a alrededor de 40 m de profundidad, mientras que en la
Biblioteca está a 24 m.
Especialidad: Ingeniería Civil
14
Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
Paso 3:
Paso 1: Espectro retardamiento-frecuencia (p-f),
con puntos para el modelado de dispersión
Velocidad de onda de corte (Vs), m/s
0
200
400
600
800
1000
0
Vs (ReMi)
Vs30 = 375 m/s
Terreno C (IBC 2000)
-5
Paso 2:
Profundidad, m
-10
Ajuste de curva de dispersión
Velocidad de fase de onda Rayleigh, m/s
700
Dispersión calculada
600
Puntos de dispersión
-15
-20
-25
500
400
-30
300
-35
200
100
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
Período, s
0.14
0.16
0.18
0.2
-40
Figura 8.
Espectro de velocidad (paso 1), gráfica período-velocidad de fase
de onda Rayleigh (paso 2) y perfil de velocidad de onda de corte en un sitio
cercano al cruce de las Avs. Patria y Acueducto, en Zapopan, Jal.
Por la aceptación que los lineamientos del NEHRP (1993) han tenido tanto en los
Estados Unidos (IBC, 2006), como Canadá, Colombia, Turquía, Taiwán y otros
países, la caracterización sísmica de suelos la hemos hecho apegándonos a ellos.
Para clasificar tipos de suelo, NEHRP (1993) establecen que hay que determinar
la velocidad promedio de onda de corte en los 30 m superficiales (VS 30), y una
vez con esta información se tienen los siguientes de terreno dependiendo de su
comportamiento ante sismos:
Tabla 1
Tipo
A
B
C
D
E
F
Caracterización sísmica de suelos, según NEHRP (1993)
VS 30 (m/s)
Descripción
> 1,500
Roca dura
760 – 1,500
Roca
360 – 760
Suelo muy denso y roca blanda
180 – 360
Suelo rígido
< 180
Suelo blando
Suelos especiales (licuables, colapsables, arcillas de muy alta plasticidad,
suelos orgánicos de más de 3 m de espesor)
Especialidad: Ingeniería Civil
15
Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
En la Figura 9 y Tabla 2 se presentan la ubicación de ocho sitios estudiados y los
resultados obtenidos.
7
6
8
2
5
3
1
4
Figura 9.
Mapa de la sección poniente de Guadalajara en donde se indican
con un círculo con estrella la ubicación de estaciones acelerográficas y con
cuadros ocho sitios en donde se realizaron pruebas ReMi.
Especialidad: Ingeniería Civil
16
Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
Tabla 2. Ubicación de sitios estudiados con la prueba ReMi en la zona metropolitana de
Guadalajara.
Variación de
VS
Sitio
Lugar
1
Biblioteca Pública
Prof.
(m)
0-4
4-9
9-25
>25
VS
(m/s)
180
123
309
1,304
260
F
?
Sitio
Lugar
5
Gran Plaza
Variación de
VS
VS 30
Tipo
TS (s)
VS 30
Tipo
TS (s)
Prof.
(m)
0-5
5-11
11-57
>57
VS
(m/s)
165
290
575
1,060
357
D-C
0.52
2
Rotonda, junto a
Catedral
Prof.
VS
(m)
(m/s)
0-1.5
110
1.5-4
180
4-21
255
21-31
435
>31
880
262
D
0.47
3
Jardines del
Bosque
Prof.
VS
(m)
(m/s)
0-2
154
2-9
249
9-44
383
>44
1,152
4
Torrena
311
D
0.53
339
D
0.80
6
Avs. Eulogio Parra
y Pablo Casals
Prof.
VS
(m)
(m/s)
0-1.5
95
1.5-4.5
215
4.5-7.5
255
7.5-60
570
>60
1,000
353
D
0.53
7
Avs. Patria y
Acueducto
Prof.
VS
(m)
(m/s)
0-2
125
2-5
183
5-23
489
23-38
548
>38
908
375
C
0.39
8
Universidad
Panamericana
Prof.
VS
(m)
(m/s)
0-6
175
6-11
260
11-24
420
24-62
610
>62
860
321
D
0.63
Prof.
(m)
0-3
3-11
11-25
25-74
>74
VS
(m/s)
185
260
445
450
800
El sitio Biblioteca Pública es terreno tipo F por el potencial de licuación en el
estrato arenoso sumergido que se extiende de 2.5 a 5.5 m de profundidad. Las
resistencia a la penetración estándar van de 3 a 12 y la VS es de 123 m/s. Para el
peligro sísmico de Guadalajara arenas con resistencias a la penetración menores
de 14 pueden licuarse, y para VS menor a 160 m/s se consideran también suelos
licuables (Robertson et al., 1992).
Tabla 3. Ubicación de sitios estudiados con la prueba ReMi en la costa de Jalisco y
Nayarit.
Variación de VS
Sitio
Lugar
VS 30
Tipo
TS (s)
1
Jaluco, cerca de
Barra de Navidad,
Jal.
Prof.
VS
(m)
(m/s)
0-1.5
139
1.5-4
121
4-11
170
11-21
259
2
Desembocadura
Cuale, Puerto
Vallarta, Jal.
Prof.
VS
(m)
(m/s)
0-2
116
2-13
277
13-27
330
27-51
547
>51
816
206
F
?
291
D
0.57
Especialidad: Ingeniería Civil
3
Nuevo Vallarta,
Nay.
Prof.
(m)
0-1.5
1.5-22
22-27
27-50
205
F
?
VS
(m/s)
115
218
143
531
4
Flamingos, Nay.
Prof.
VS
(m)
(m/s)
0-1.5
132
1.5-12
223
12-19
167
19-28
281
28-81
457
81-90
1,685
221
D
1
17
Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
El sitio Jaluco es terreno tipo F por el potencial de licuación en el estrato arenoso
sumergido que se encuentra de 1.5 a 11 m de profundidad, que está sumergido
(el nivel freático está a 1.5 m) y tiene VS de 121 y 170 m/s, ya que para sismos
de magnitud 7.5 se considera que un depósito de arenas se puede licuar si VS es
menor a 200 m/s (Robertson et al., 1992; Andrus y Stokoe, 2000). De hecho, en
durante el sismo de octubre de 1995 (M = 7.6) se presentó el fenómeno de
licuación en dicha población, ocasionando fuertes daños (Lazcano, 1996).
El sitio Nuevo Vallarta es terreno tipo F porque se encontró un estrato de suelo
orgánico de alrededor de 4 m de espesor. En las VS inferidas con ReMi hay un
valor de 143 m/s de 22 a 27 m de profundidad, que es la profundidad
aproximada a la que se encontró el suelo orgánico. En estos casos el NEHRP
destaca la necesidad de determinar espectro de sitio.
En el sitio Flamingos se pudo explorar hasta 90 m de profundidad, debido
posiblemente a que el terreno estaba a la orilla del mar, y el oleaje genera
frecuencias cortas que favorecen la exploración a profundidad.
Los períodos fundamentales de vibración del suelo (TS) que se presentan en las
Tablas 2 y 3 se calcularon en forma aproximada con la siguiente ecuación:
TS = 4 H / VS prom
(3)
En donde: H: espesor del depósito de suelos; VS prom: velocidad promedio de onda
de corte desde la superficie hasta la roca basal.
Para calcular las velocidades promedio de onda de corte se utilizó la siguiente
ecuación:
VS prom= H / Σ (hi / VSi)
(4)
En donde: H: espesor total del depósito de suelos (o 30 m para clasificación
NEHRP); hi: espesor de los diferentes estratos de suelo; VSi: velocidad de onda
de corte de cada estrato.
La determinación del período fundamental de vibración de un depósito de suelos
es de gran importancia, ya que debe evitarse que el suelo y la edificación a
construirse tengan períodos semejantes, para que no entren en resonancia. Hay
métodos más elaborados para determinar no sólo los períodos de vibración sino
también otros aspectos, entre otros, espectros de respuesta. Una de la
información más importante para la aplicación de estos métodos es la velocidad
de onda de onda de corte de los diferentes estratos que forman el depósito de
suelos, y en este aspecto la prueba de refracción de microtremores (ReMi) es de
gran ayuda.
Uno de los métodos más utilizados para analizar el comportamiento de depósitos
de suelo sometidos a cargas sísmicas es el SHAKE (Schnabel et al., 1972), al cual
se le han hecho posteriores adaptaciones como SHAKE91 (Seed y Sun, 1992),
ProShake y SHAKE2000, entre otras. Es importante recalcar que para aplicar el
SHAKE, o programas que de él se derivan, se deben tener en cuenta al menos las
siguientes limitaciones:
•
La topografía superficial y
aproximadamente horizontales.
Especialidad: Ingeniería Civil
los
estratos
de
suelo
deben
ser
18
Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
•
•
•
4.2.
La profundidad del depósito de suelos debe ser menor a 150 m.
Las aceleraciones máximas que se pueden presentar en la roca basal no
deben exceder de 0.4 g.
No debe haber estratos de suelos licuables.
Evaluación de asentamientos de zapatas en arenas
Como ya se mencionó arriba, en la geotecnia tradicionalmente se ha considerado
que el módulo de cortante máximo (GO) se puede utilizar únicamente en
problemas dinámicos, como cimentación de maquinarias o sismos de muy bajas
magnitudes. Sin embargo, en los últimos veinte años (Jardine et al., 1986;
Batagglio y Jamiolkowsky, 1987; Burland, 1989; Fahey y Carter, 1993; Matthews
et al., 1996; Mayne, 2001) se ha demostrado que valores de GO corregidos para
niveles de deformación apropiados pueden ser de utilidad para problemas
geotécnicos estáticos, como es el diseño de cimentaciones.
Conocidas la variación de la velocidad de onda de corte (VS) y la densidad en un
depósito de suelos, se puede calcular fácilmente el módulo de rigidez al cortante
máximo o inicial (GO) utilizando la ecuación 1, y con este valor se puede calcular
el módulo de elasticidad ante pequeñas deformaciones o máximo (EO) utilizando
la siguiente ecuación:
EO = 2GO (1+μ) ≈ 2.7 ρ VS2
(5)
La relación de Poisson (μ) para la mayoría de los suelos varía de 0.25 a 0.49, y
es razonable tomar un valor de 0.35.
Módulo de cortante (G)
Tanto GO como EO son valores máximos, para deformaciones angulares (γ) del
orden de 10-4%. Sin embargo, se ha encontrado que la deformación angular
promedio en cimentaciones bien diseñadas es de alrededor de 10-1%. Por lo
tanto, para estimar asentamientos en suelos partiendo de parámetros elásticos
máximos (GO y EO), hay que reducirlos.
Deformación angular (γ)
Figura 10.
Reducción de módulo de cortante (G) contra deformación angular
(γ) (tomado de Mayne, 2001).
Especialidad: Ingeniería Civil
19
Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
En la Figura 10 se muestra la curva de disminución del módulo de cortante (G)
en función de la deformación angular (γ). Se indican además valores a lo largo de
la curva que pueden obtenerse con diferentes pruebas de campo.
De la Figura 10 tenemos que las pruebas geofísicas (ReMi entre ellas) dan
información de G para deformaciones pequeñas, y que el dilatómetro plano
(DMT) y el presiómetro (PMT) para deformaciones mayores. Esto es un ejemplo
claro de la complementariedad de las pruebas de campo.
Para el análisis de asentamiento de zapatas y losas de cimentación en arenas es
conveniente que se use el módulo de cortante que corresponde a una
deformación angular de 0.1% (G0.1%). Fahey y Carter (1993) y Mayne (2001)
proponen un valor de G0.1% del 20% del de GO. De aquí tenemos que el módulo
de elasticidad que deberá usarse para estimar asentamientos en arenas (E0.1%)
debe ser de:
E0.1% ≈ 0.54 ρ VS2
(6)
Por lo tanto, partiendo de los perfiles de velocidad de onda de corte (VS) contra
profundidad obtenidos con ReMi, MASW, CSW, SASW, crosshole, downhole, etc.,
es posible estimar la magnitud de asentamientos en suelos arenosos. Es
conveniente que los resultados así obtenidos se comparen con lo evaluado con
pruebas mecánicas de campo, como penetración estándar, conos dinámico o
estático, dilatómetro, presiómetro, etc.
A continuación se presenta la estimación de asentamientos en el sitio Rotonda,
junto a la Catedral de Guadalajara. Se sabe que las torres de Catedral están
cimentadas mediante una losa de mampostería de piedra desplantada a 4 m
abajo del nivel de banqueta. El peso total de cada torre es de alrededor de 6,300
ton y el área de la losa de cimentación es de 126 m2, por lo que el esfuerzo
promedio que se transmite al suelo es de 5 kg/cm2 (Padilla Corona et al., 1980;
Lazcano, 2004)
El suelo bajo la Catedral es arena limosa, pumítica, y la roca basal se encuentra a
31 m de profundidad. De la Tabla 2 y ecuación 6 tenemos los siguientes datos
Tabla 4.
Caracterización del suelo bajo la Catedral de Guadalajara.
Prof. (m)
0-1.5
1.5-4
4-21
21-31
>31
VS (m/s)
110
180
255
435
880
E0.1% (MPa)
9
24
50
151
Para el análisis de asentamiento utilizamos el criterio propuesto por
Schmertmann (1970) y Schmertmann et al. (1978). La propuesta original está
planteada para utilizarse junto con el cono estático, y a partir de la resistencia de
cono (qC) se evalúa el módulo de elasticidad del suelo (ES). Aquí se evaluó el
módulo del elasticidad para una deformación angulas de 0.1% (E0.1%) con base
en las velocidades de onda de corte (VS) medidas en la prueba ReMi (Tabla 4).
Especialidad: Ingeniería Civil
20
Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
El método de Schmertmann (1970) y Schmertmann et al. (1978) se basa en
dividir el suelo bajo la cimentación en capas, y se calcula el asentamiento (S)
sumando las deformaciones ocurridas en cada capa. Para evaluar la deformación
en las capas se considera el incremento en la presión efectiva (Δq), el factor de
influencia por deformación (IZ), el módulo de elasticidad del suelo (ES) y el
espesor de cada capa (Δz). La siguiente ecuación es el planteamiento general del
método:
S = Δq
Σ (IZ / ES) Δz
(7)
En la Tabla 5 están los datos de la dimensión de la losa de cimentación (11 x 11
m), la profundidad de desplante (Df) de 4 m, el esfuerzo (q) estimado contra el
terreno de 500 kPa (5 kg/cm2) y el peso volumétrico (γ) del suelo arriba y abajo
del nivel de desplante (14 y 14.5 kN/m3). Los asentamientos ocurren en el suelo
que hay de 4 a 25 m de profundidad, y este espesor se subdividió en estratos de
2.2 m de espesor. Al centro de cada estrato se calculó la profundidad (Zi), el
módulo de elasticidad (ES) y el factor de influencia por deformación (IZ) definido
en el criterio de Schmertmann.
Tabla 5.
DATOS:
B=
L/B=
Df =
q=
γ1 =
γ2 =
Análisis de asentamiento de las torres de la Catedral de Guadalajara.
11
1
4
500
14
14.5
m
m
kPa
kN/m3
kN/m3
CALCULOS: Prof.
(m)
5.1
7.3
9.5
11.7
13.9
16.1
18.3
20.5
22.7
24.9
26.0
Zi
(m)
1.10
3.30
5.50
7.70
9.90
12.10
14.30
16.50
18.70
20.90
22.00
Es
(MPa)
50
50
50
50
50
50
50
100
151
151
Iz
0.22
0.45
0.68
0.59
0.50
0.41
0.32
0.23
0.14
0.05
Σ=
S (mm) =
Iz/Es
0.004
0.009
0.014
0.012
0.010
0.008
0.006
0.002
0.001
0.000
0.067
61
El asentamiento total estimado es de alrededor de 6 cm, que es un valor
razonable que debió haber evolucionado gradualmente durante el largo período
de construcción.
5. CONCLUSIONES
•
La velocidad de onda de corte (VS) es un parámetro de gran utilidad para
caracterizar suelos, ya que con este valor se puede determinar directamente
el módulo de rigidez al cortante para pequeñas deformaciones (GO).
•
El módulo GO tiene múltiples aplicaciones en la geotecnia, entre otras, sirve
para inferir densidad en campo, determinar el estado de esfuerzos, estimar la
cementación natural de depósitos de suelo o evaluar la alteración de
muestras a ensayarse en laboratorio (Stokoe et al., 1989).
Especialidad: Ingeniería Civil
21
Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
•
Tradicionalmente se ha considerado que el módulo GO sólo tiene aplicación en
el campo de la dinámica de suelos, sin embargo, investigaciones realizadas en
los últimos 20 años han su utilidad también para problemas estáticos (Jardine
et al., 1986; Batagglio y Jamiolkowsky, 1987; Burland, 1989; Fahey y Carter,
1993; Matthews et al., 1996; Mayne, 2001). Conocido el valor de GO se
pueden estimar módulos de rigidez al cortante (G) y elásticos (E) para
diferentes rangos de deformaciones, y con ellos analizar diversos problemas
geotécnicos, entre ellos el diseño de cimentaciones.
•
Gracias a diferentes avances tecnológicos, entre ellos desarrollos teóricos en
ondas de superficie (Thomson, 1950; Haskell, 1953) y avances en la
electrónica, se han podido desarrollar métodos de análisis de ondas de
superficie. En la década de 1940 se les intuía de utilidad, pero no había
equipos apropiados para su registro y análisis (Hvorslev, 1949).
•
El método de refracción de microtremores (ReMi), y en general los métodos
de onda de superficie, son una interesante alternativa para determinar VS de
manera rápida y confiable.
•
Los métodos de onda de superficie (ReMi, MASW, CSW, SASW, etc.) se basan
en el principio de que en un medio elástico estratificado, como son los
depósitos de suelo, la velocidad de las ondas Rayleigh varían en función de
las frecuencias. Entonces, si se determina esta variación de velocidades con
las frecuencias y se aplica un proceso de inversión, es posible determinar la
velocidad de las ondas Rayleigh (VR) a profundidad. Como la velocidad VR es
ligeramente menor (alrededor de 7%) a la velocidad de onda de corte (VS),
estas dos velocidades se consideran equivalentes.
•
Una de las principales ventajas de los métodos de onda de superficie es que
son pruebas no invasivas, por lo que se puede evaluar la estructura natural
de los suelos sin producir deformaciones en los mismos, contrariamente a lo
que ocurre con las pruebas de penetración y la mayoría de las pruebas de
campo.
•
A diferencia de la prueba tradicional de refracción sísmica, ReMi puede usarse
sin problemas en ambientes urbanos, y de hecho mientras más ruido haya,
funciona mejor. Además, ReMi puede detectar estratos blandos entre estratos
con rigideces mayores, mientras que refracción sísmica sólo puede detectar
variación de rigideces progresivamente mayores.
•
Al comparar las VS obtenidas en métodos de ondas de superficie con otras
pruebas geofísicas como crosshole y downhole, debe tomarse en cuenta los
primeros métodos estudian un volumen de suelos mucho mayor que con las
dos últimas pruebas.
•
Cuando se requiere determinar en detalle la variación de velocidad de onda
de corte, más que los métodos de onda de superficie deben utilizarse pruebas
geofísicas tipo downhole o crosshole, incluyendo cono sísmico y dilatómetro
sísmico.
•
Una de sus aplicaciones en donde más se ha utilizado ReMi es para la
clasificación de suelos de acuerdo al NEHRP (1993). La prueba ReMi, y en
general los métodos de onda de superficie, son apropiados para evaluar el
Especialidad: Ingeniería Civil
22
Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
comportamiento de depósitos de suelo ante sismos porque involucran un
volumen grande de suelos.
•
La caracterización sísmica determinada en los doce sitios presentados, es
congruente con la información obtenida en sondeos de penetración estándar y
cono dinámico, así como con el contexto geológico.
•
La profundidad de la roca basal inferida mediante ReMi está a alrededor del
10% de diferencia de la profundidad real constatada en sondeos directos.
Esta profundidad, junto con las velocidades de onda de corte (VS)
determinadas, ayudan a evaluar períodos de vibración de suelos.
•
En el caso presentado de Jaluco, las velocidades de onda de corte medidas
con ReMi indican potencial de licuación, como de hecho ocurrió durante el
sismo de octubre de 1995 (Lazcano, 1996). De 1.5 a 11 m de profundidad se
tienen arenas sumergidas y con una velocidad de onda de corte de 121 a 170
m/s, valores menor a los 200 m/s, considerada la frontera superior de los
suelos licuables (Robertson et al., 1992; Andrus y Stokoe, 2000).
•
Considerando la experiencias de Jaluco mencionada en el punto anterior y
criterios propuestos por Robertson et al. (1992) y Andrus y Stokoe (2000), se
concluyó que el sitio de la Biblioteca Publica en Guadalajara pudiera sufrir
licuación en el estrato arenoso comprendido entre 2.5 y 5.5 m.
•
El método de análisis de asentamientos en arenas propuesto por
Schmertmann (1970) y Schmertmann et al. (1978), junto con la información
de la prueba ReMi, es una herramienta útil para usarse conjuntamente con
otros criterios.
•
Es muy importante que para el análisis de los resultados obtenidos con ReMi
y otros métodos de onda de superficie se tenga en cuenta el contexto
geológico y se realicen además sondeos directos para determinar
estratigrafía.
Especialidad: Ingeniería Civil
23
Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
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Especialidad: Ingeniería Civil
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Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
AGRADECIMIENTOS:
A Lety mi esposa y a mis hijos Moni, Salvador y Bere.
A mis padres.
A mis amigos.
A mis tíos, primos y sobrinos cercanos.
A mis compañeros de trabajo.
A mis profesores, compañeros de estudio y alumnos.
Al Ing. Arq. Raúl Gómez Tremari.
A las Universidades ITESO, de
Guadalajara, y al CEDEX de Madrid.
Especialidad: Ingeniería Civil
Illinois
y
Panamericana
campus
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Caracterización de suelos arenosos mediante análisis de ondas de superficie
CURRICULUM VITAE:
Salvador Lazcano Díaz del Castillo nació en Guadalajara, Jal., en 1958. Obtuvo la
licenciatura en Ingeniería Civil en el ITESO en 1981. En 1984 obtuvo el grado de
Maestro en Ciencias, área geotecnia, por la Universidad de Illinois en UrbanaChampaign. En 1988 llevó a cabo una especialización en mecánica de suelos y
cimentaciones en Madrid, en el CEDEX (Centro de Estudios y Experimentación de
Obras Públicas).
Desde 1985 es director de Suelo-Estructura, compañía de consultoría en
ingeniería geotécnica y sísmica que ha realizado más de 2,600 estudios en 26
Estados de la República Mexicana y el Caribe. La consultoría ha sido
principalmente en las áreas de cimentaciones, contenciones y taludes, así como
estudios sismo-geotécnicos (cerca de 60) para determinar el comportamiento del
subsuelo ante cargas sísmicas (espectros de sitio, licuación, etc.).
Ha asistido a más de 25 cursos y simposios nacionales e internacionales, en el
área de geotecnia en general, y en temas particulares como caracterización de
suelos y geotecnia sísmica.
Es autor de diez artículos técnicos y ha sido conferenciante en diversos
congresos. Además, participó en la elaboración del actual reglamento de
construcción de Guadalajara y Zapopan.
Catedrático en el ITESO y en la Universidad Panamericana campus Guadalajara.
Pertenece a las siguientes agrupaciones: Sociedad Mexicana de Mecánica de
Suelos, Sociedad Canadiense de Geotecnia, Instituto de Investigación de
Ingeniería Sísmica (EERI), Instituto Geo de la Sociedad Americana de Ingeniería
Civil y Asociación Europea de Geocientíficos e Ingenieros (EAGE).
Especialidad: Ingeniería Civil
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