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CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DEL MIEMBRO LIMOS ROJOS EN EL
ÁREA URBANA DE BUCARAMANGA A PARTIR DE ENSAYOS GEOFÍSICOS
REMI Y DOWN HOLE, 2014
DIEGO ANDRÉS CABALLERO CABRAL
DAMARIS PAOLA VARGAS BELTRÁN
UNIVERSIDAD DE SANTANDER UDES
FACULTAD DE POSTGRADOS
ESPECIALIZACIÓN GEOTÉCNICA AMBIENTAL
BUCARAMANGA
2014
2
CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DEL MIEMBRO LIMOS ROJOS EN EL
ÁREA URBANA DE BUCARAMANGA A PARTIR DE ENSAYOS GEOFÍSICOS
REMI Y DOWN HOLE, 2014
DIEGO ANDRÉS CABALLERO CABRAL
DAMARIS PAOLA VARGAS BELTRAN
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de
Especialista en Geotecnia Ambiental
Directora:
MARÍA LUCIA SIERRA SIERRA
Esp. En Métodos y Técnicas de Investigación Social
UNIVERSIDAD DE SANTANDER UDES
FACULTAD DE POSTGRADOS
ESPECIALIZACIÓN GEOTÉCNICA AMBIENTAL
BUCARAMANGA
2014
3
NOTA DE ACEPTACIÓN
__________________________________
__________________________________
__________________________________
__________________________________
__________________________________
__________________________________
__________________________________
Presidente del Jurado
__________________________________
Jurado
__________________________________
Jurado
Bucaramanga, Septiembre de 2014
4
A Dios por darnos salud,
fuerza y perseverancia durante
nuestro crecimiento
profesional
A nuestro director de proyecto
Ingeniero Miguel Silva por su
acompañamiento y sabios
consejos.
Al ingeniero Miguel Ángel
Camargo y a su Familia
Construsuelos de Colombia
S.A.S por su apoyo y
colaboración.
Gracias
5
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 17
1. OBJETIVOS ..................................................................................................... 19
1.1. OBJETIVO GENERAL ................................................................................... 19
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................... 19
2. CARACTERIZACIÓN IN SITU .......................................................................... 20
2.1. LOCALIZACIÓN GENERAL ........................................................................... 20
2.2. LOCALIZACIÓN LOCAL ................................................................................ 21
2.3. LOCALIZACIÓN GEOLÓGICA ...................................................................... 24
2.4. REGISTRO FOTOGRÁFICO DE CAMPO ..................................................... 25
2.4.1. Sitio No. 1 ................................................................................................... 26
2.4.2. Sitio No.2 .................................................................................................... 27
2.4.3. Sitio No.3 .................................................................................................... 28
2.4.4. Sitio No.4 .................................................................................................... 29
2.4.5. Sitio No.5 .................................................................................................... 30
3. MARCO REFERENCIAL .................................................................................. 32
3.1. ANTECEDENTES .......................................................................................... 32
3.2. MARCO TEÓRICO ........................................................................................ 33
3.2.1. Geología Local de la Zona de Estudio ........................................................ 33
3.2.1.1. Formación Bucaramanga ......................................................................... 34
3.3. PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS ELÁSTICAS EN UN MEDIO .................... 36
3.4. ANGULO CRITICO DE INCIDENCIA Y TIEMPO MÍNIMO DE TRANSITO .... 37
3.5. TIPOS DE ONDAS SÍSMICAS ...................................................................... 38
3.6. ONDAS DE CUERPO .................................................................................... 39
3.7. ONDAS DE SUPERFICIE .............................................................................. 40
6
3.8. PROPIEDADES ELÁSTICAS ........................................................................ 41
3.8.1. Relación De Poisson (υ). ............................................................................ 42
3.8.2. Módulo de Young (E). ................................................................................. 42
3.8.3. Módulo De Rigidez (G). .............................................................................. 43
3.8.4. Módulo De Bulk (B). .................................................................................... 43
3.9. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOFÍSICA ............................................... 44
3.9.1. Ensayo De Down Hole. ............................................................................... 44
3.9.2. Ensayos De Ondas De Superficie MASW Y MAM ...................................... 45
3.9.3. Ensayo de Refracción Sísmica ................................................................... 46
3.9.4. Ensayo De Penetración Estándar. .............................................................. 47
3.9.5. Reglamento Colombiano de Construcción Sismoresistente Norma
NSR-10 ................................................................................................................. 49
3.9.5.1. Definición de Tipo de Perfil de Suelo. ...................................................... 49
3.9.5.2. Procedimiento de Clasificación. ............................................................... 49
4. DISEÑO METODOLÓGICO.............................................................................. 51
4.1. TIPO DE ESTUDIO........................................................................................ 51
4.2. POBLACIÓN Y MUESTRA ............................................................................ 51
4.3. MÉTODOS Y TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS........................... 51
4.4. EXPLORACIÓN DE CAMPO ......................................................................... 53
4.4.1. Sondeo Geotécnico Roto-Percusión. .......................................................... 53
4.4.1.1. Descripción del ensayo y equipo utilizado: ............................................... 53
4.4.1.2. Descripción de muestras de suelo. .......................................................... 54
4.4.2. Ensayo De Down Hole. ............................................................................... 54
4.4.2.1. Descripción del ensayo y equipo utilizado ................................................ 54
4.4.3. Ensayo de Refracción Microtremor Remi .................................................... 57
4.4.3.1. Descripción del ensayo y equipo utilizado: ............................................... 58
4.5. PROCESAMIENTO DE INFORMACIÓN ....................................................... 60
4.5.1. Procesamiento del ensayo de down hole. ................................................... 60
4.5.2. Procesamiento del ensayo de Refracción Microtremor – Remi.. ................. 62
7
5. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN ......................................................................... 65
5.1. ENSAYO DOWN HOLE ................................................................................. 65
5.2. ENSAYO REMI .............................................................................................. 68
5.2.1. Sitio No. 1 ................................................................................................... 69
5.2.2. Sitio No. 2 ................................................................................................... 71
5.2.3. Sitio No. 3 ................................................................................................... 73
5.2.4. Sitio No. 4 ................................................................................................... 75
5.2.5. Sitio No. 5 ................................................................................................... 77
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................... 79
6.1. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No.1 .......................................... 79
6.2. CARACTERIZACION GEOTECNICA SITIO No.2 ......................................... 83
6.3. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No.3 .......................................... 86
6.4. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No.4 .......................................... 89
6.5. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No.5 .......................................... 92
7. CONCLUSIONES ............................................................................................. 98
8. RECOMENDACIONES ................................................................................... 101
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 102
ANEXOS ............................................................................................................ 104
8
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Ubicación y ensayos realizados en los sitios........................................... 21
Tabla 2. Clasificación de los perfiles de suelo Norma NSR-10 ............................. 49
Tabla 3. Criterios para clasificar suelos dentro de los perfiles de suelo tipos C,
D o E .................................................................................................................... 50
Tabla 4. Cálculos Ensayo Down Hole Sitio No.5 ................................................... 67
Tabla 5. Resumen de propiedades para el Sitio No.1 ........................................... 81
Tabla 6. Resumen de propiedades para el Sitio No.2 ........................................... 84
Tabla 7. Resumen de propiedades para el Sitio No.3 ........................................... 87
Tabla 8. Resumen de propiedades para el Sitio No.4 ........................................... 90
Tabla 9. Resumen de propiedades para el Sitio No.5 ........................................... 93
Tabla 10. Resumen de propiedades para el Sitio No.5 (Down Hole) .................... 96
9
LISTADO DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Localización General de los sitios de estudio ......................................... 20
Figura 2. Localización del sitio No.1 y 2: Calle 20 No. 31 y 32 .............................. 22
Figura 3. Localización del sitio No.3: Calle 21 No. 29-69 ...................................... 22
Figura 4. Localización del sitio No.4: Carrera 19 No. 10-03 .................................. 23
Figura 5. Localización del sitio No.5: Calle 103ª con Cra 8ª .................................. 23
Figura 6. Geología local de los sitios .................................................................... 24
Figura 7. Sondeo mecánico S-1 (Prof. 25,0m) ...................................................... 26
Figura 8. Ensayo REMI (Long. Arreglo 80,0 m) .................................................... 26
Figura 9. Sondeo mecánico S-4 (Prof. 25.0m.) ..................................................... 27
Figura 10. Ensayo REMI (Long. Arreglo 69,0 m) .................................................. 27
Figura 11. Sondeo mecánico S-1 (Prof. 25,0m) .................................................... 28
Figura 12. Ensayo REMI (Long. Arreglo 84,0 m) .................................................. 28
Figura 13. Sondeo mecánico S-1 (Prof. 25,0m) .................................................... 29
Figura 14. Ensayo REMI (Long. Arreglo 60,0 m) .................................................. 29
Figura 15. Ensayo DOWN HOLE (Prof. 25.0 m) ................................................... 30
Figura 16. Sondeo mecánico S-1 (Prof. 15,0m) .................................................... 30
Figura 17. Ensayo REMI (Long. Arreglo 69,0 m) .................................................. 31
Figura 18. Ensayo DOWN HOLE (Prof. 15.0 m) ................................................... 31
Figura 19. Frente de onda en un medio discontinuo de propagación .................... 38
Figura 20. Modelo de propagación de ondas P y ondas S .................................... 39
Figura 21. Modelo de propagación de ondas Rayleigh y ondas Love ................... 41
Figura 22. Modulo Young (E) ................................................................................ 42
Figura 23. Modulo Rigidez (G) .............................................................................. 43
Figura 24. Módulo Bulk (B) ................................................................................... 43
Figura 25. Esquema general de ensayos sísmico Down Hole .............................. 44
Figura 26. Método de Refracción .......................................................................... 47
10
Figura 27. Equipo ensayo de Down hole .............................................................. 56
Figura 28. Esquema de Ensayo de Down Hole .................................................... 57
Figura 29. Sismógrafo Geometrics GEODE .......................................................... 59
Figura 30. Geofonos de 4.5 Hz y 14 Hz ................................................................ 59
Figura 31. Ensayos de Ondas Superficiales REMI............................................... 60
Figura 32. Esquema de procesamiento ensayo de DH ........................................ 61
Figura 33. Diagrama de procesamiento ondas superficiales ................................ 62
Figura 34. Espectro de velocidad (frecuencia-tardanza) derivado de los registros
de microtremores, mediante la técnica ReMi. ....................................................... 63
Figura 35. Gráfica período-velocidad de fase de onda Rayleigh del método ReMi,
que incluye la curva de dispersión. ....................................................................... 63
Figura 36. Perfil unidimensional de velocidad de onda de corte (Vs) contra
profundidad obtenido interactivamente con la curva de dispersión de la
Figura 14 .............................................................................................................. 64
Figura 37. Esquema Down Hole con Método Directo ........................................... 66
Figura 38. Espectro Velocidad (Grafica de Frecuencia en función de velocidades
de fase) derivado de los registros del ensayo REMI Sitio No.1 (MAM, Pasivo) ..... 69
Figura 39. Perfil de velocidades de onda de corte ensayo REMI Sitio No.1 ......... 70
Figura 40. Espectro Velocidad (Grafica de Frecuencia en función de velocidades
de fase) derivado de los registros del ensayo REMI Sitio No.2 (MAM, Pasivo) ..... 71
Figura 41. Perfil de velocidades de onda de corte ensayo REMI Sitio No.2 ......... 72
Figura 42. Espectro Velocidad (Grafica de Frecuencia en función de velocidades
de fase) derivado de los registros del ensayo REMI Sitio No.3 (MAM, Pasivo) ..... 73
Figura 43. Perfil de velocidades de onda de corte ensayo REMI Sitio No.3 ......... 74
Figura 44. Espectro Velocidad (Grafica de Frecuencia en función de velocidades
de fase) derivado de los registros del ensayo REMI Sitio No.4 (MAM, Pasivo) ..... 75
Figura 45. Perfil de velocidades de onda de corte ensayo REMI Sitio No.4 ......... 76
Figura 46. Espectro Velocidad (Grafica de Frecuencia en función de velocidades
de fase) derivado de los registros del ensayo REMI Sitio No.5 (MAM, Pasivo) ..... 77
Figura 47. Perfil de velocidades de onda de corte ensayo REMI Sitio No.5 ......... 78
11
Figura 48. Caracterización geotécnica Sitio No.1 ................................................ 82
Figura 49. Caracterización geotécnica Sitio No.2 ................................................ 85
Figura 50. Caracterización geotécnica Sitio No.3 ................................................ 88
Figura 51. Caracterización geotécnica Sitio No.4 ................................................ 91
Figura 52. Caracterización geotécnica Sitio No.5 ................................................ 94
Figura 53. Caracterización geotécnica Sitio No.5 (Down Hole) ............................ 97
12
LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo A. Zonificación De Amenaza Por Movimientos En Masa De Algunas
Laderas De Los Municipios De Bucaramanga, Floridablanca, Girón Y
Piedecuesta - Capitulo 8, Paginas 258-274.Ensayos De Down Hole. ................. 104
Anexo B. Estudio de Zonificación Geotécnica Indicativa de del Área
Metropolitana de Bucaramanga- Capitulo 2 Páginas 73-92 Exploración
Geofísica del Subsuelo- Estudios de Refraccion Sismica. .................................. 109
Anexo C. Registro de Perforación y Resumen de Ensayos de Laboratorio de
Cada Sitio Estudiado. ......................................................................................... 117
Anexo D. Resultados Del Procesamiento De Datos Ensayo Remi Activo Para
Algunos Sitios ..................................................................................................... 127
13
GLOSARIO
Frecuencia: Es el número de ondas producidas por segundo, se mide en ciclos/
segundo o hertz (Hz) y coincide con el número de oscilaciones por segundo que
realiza un punto al ser alcanzado por las ondas.
Geofísica: usa para su estudio métodos cuantitativos físicos como la física de
reflexión y refracción de ondas mecánicas, y una serie de métodos basados en la
medida de la gravedad, de campos electromagnéticos, magnéticos o eléctricos y
de fenómenos radiactivos. En algunos casos dichos métodos aprovechan campos
o fenómenos naturales (gravedad, magnetismo terrestre, mareas,
terremotos, tsunamis, etc.) y en otros son inducidos por el hombre (campos
eléctricos y fenómenos sísmicos).
Geófono: son transductores de desplazamiento, velocidad o aceleración que
convierten el movimiento del suelo en una señal eléctrica. Casi todos los geófonos
empleados para la prospección sísmica en la superficie terrestre son del tipo
electromagnético.
Miembro Limos Rojos: Miembro perteneciente a la Formación Bucaramanga
compuesto principalmente por arenas arcillosas gravosas y limos de colores
rojizos, amarillentos y naranjas. Existen esporádicos bloques de arenisca,
angulares de gran tamaño, asociados a este miembro.
Módulo de Elasticidad: se refiere a la resistencia que opone un cuerpo ante un
esfuerzo extensional.
14
Módulo de Poissón: Se refiere a la variación del diámetro de un cuerpo, con
respecto a la elongación del mismo, como respuesta a un esfuerzo perpendicular
al diámetro del objeto.
Módulo de Rigidez: se refiere a la resistencia de un cuerpo ante un esfuerzo de
cizalla.
Onda de Compresión: También llamada onda P, onda volumétrica elástica en la
que las partículas se mueven en la misma dirección a la dirección en que se
propaga la onda, las ondas P son análogas a las ondas del sonido, es la de mayor
rapidez y registra la primer llegada en un sismograma.
Onda de Corte: También llamada onda S, onda volumétrica elástica en la que las
partículas oscilan en dirección normal a la dirección en que se propaga la onda.
Las ondas S son generadas por la mayoría de las fuentes sísmicas terrestres, es
la onda fundamental para la caracterización geotécnica.
Ondas Superficiales: son aquellas que se generan por la interacción de las
ondas de cuerpo llegan al llegar a la superficie, se denominan ondas Love (L) y
Rayleigh (R).
Periodo: Es el tiempo (en segundos) que tarda un punto en realizar una oscilación
completa al paso de una onda
Prospección Sísmica: La prospección con métodos sísmicos consiste en
explorar el subsuelo mediante ondas sísmicas, el método involucra un elemento
generador de ondas sísmicas denominado fuente, un medio de propagación
(rocas, aire, agua) y un elemento detector-registrador de las ondas denominado
receptor. Analizando las ondas registradas se espera obtener información de las
propiedades elásticas y morfológicas del medio de propagación.
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RESUMEN
TITULO: CARACTERIZACION GEOTECNICA DEL MIEMBRO LIMOS ROJOS EN EL AREA URBANA DE BUCARAMANGA A PARTIR DE ENSAYOS GEOFISICOS REMI Y DOWN HOLE, 2014.
AUTORES: DIEGO ANDRES CABALLERO CABRAL
DAMARIS PAOLA VARGAS BELTRAN PALABRAS CLAVES: geofísica, Down hole, Remi, Limos Rojos, ondas superficiales, NSR-10,
prospección sísmica. DESCRIPCIÓN
Se evidenció la necesidad de profundizar en la caracterización y análisis del comportamiento mecánico y dinámico del Miembro Limos Rojos de la Formación Bucaramanga, dado que las áreas de renovación urbana en la cuidad, en su mayoría, se cimientan allí. Los métodos convencionales y no convencionales, como la prospección geofísica, brindan un aporte significativo en la optimización del modelo geotécnico en el Área Metropolitana de Bucaramanga. Los métodos de ondas superficiales, como el Down Hole y las líneas Remi, son los más apropiados para la caracterización geotécnica en el estudio de los estratos de suelo. Se revisaron los estudios realizados por el Ingeominas, tesis de grado a nivel de postgrado en universidades nacionales e internacionales, y algunos artículos, estableciendo el estado del arte de la prospección geofísica orientado a la caracterización geotécnica. La exploración de campo del Miembro Limos Rojos se realizó a partir de cinco ensayos Remi, cinco sondeos mecánicos y un ensayo Down Hole para cada sitio estudiado, localizados en el área urbana del Municipio de Bucaramanga. En el procesamiento e interpretación de datos, se obtuvieron velocidades de onda de corte y compresión Vs y Vp, como los parámetros básicos con los cuales se obtuvieron los módulos dinámicos de elasticidad, Poissón y de rigidez, esto con el objetivo de caracterizar así como comparar, con estudios anteriores, las propiedades elásticas y el comportamiento en función de la profundidad de este depósito aluvial.
16
ABSTRACT
TITTLE: GEOTECHNICAL CHARACTERIZATION LIMOS ROJOS MEMBER IN URBAN AREA BUCARAMANGA FROM GEOPHYSICAL TESTING REMI Y DOWN HOLE, 2014.
AUTHORS: DIEGO ANDRES CABALLERO CABRAL
DAMARIS PAOLA VARGAS BELTRAN KEY WORDS: Geophysics, Down Hole, Remi, red silts, superficial waves, NSR-10, seismic
prospection. DESCRIPTION
It was evident the need of go into detail about characterization and analysis of mechanic and dynamic behavior of formation Bucaramanga red silts member, since urban revolution areas in the city, in their majority, are founded there. The conventional and unconventional methods, as the geophysical prospecting, give a significant contribution to the optimization of geotechnical model in the Bucaramanga metropolitan area. The superficial waves methods, as Down Hole and Remi lines, are the most appropriate for geotechnical characterization in the strata ground study. In order to establish the state of the art of geophysical prospecting oriented to geotechnical characterization, studies made by Ingeominas, dissertations at posgraduate level in domestic and foreign universities, and some papers, were reviewed. Red silts member site exploration was made from five Remi tests, five mechanical soundings and one Down Hole test for each site studied, located in the Bucaramanga metropolitan area. From processing and interpretation data, were obtained share and compression wave velocities (Vs, Vp) as basic parameters with which dynamic elasticity ratio, Poisson and rigidity ratio were obtained, whit the purpose to characterize as well as compare, with previous studies, the elastic properties and the behavior depending upon this deposit alluvial depth.
17
INTRODUCCIÓN
Una de las complejidades en geotecnia urbana, en cuanto a los métodos de
campo, actuales y generalizados como lo son los ensayos de exploración
convencionales o sondeos a percusión y roto-percusión (recuperación de testigo
con SPT y punta de diamante), generan complicaciones que revierten en la
calidad de los datos obtenidos, aumento en los tiempos de exploración, costo de
ejecución de las actividades, accesibilidad de los equipos, ruidos excesivos,
contaminación por material particulado, irrupción en la comunidad, gasto
significativo de agua y afectaciones del terreno. Debido a los numerosos
inconvenientes y con la necesidad de detallar y ajustar los estudios existentes, se
ha venido implementando como herramienta de la exploración geotécnica urbana,
el uso de los ensayos geofísicos en Bucaramanga, ya que han sido poco usados,
y por lo tanto, complementaria la información existente para así, generar un
modelo geológico-geotécnico del miembro Limos Rojos más acertado en cuanto a
la caracterización de los suelos que lo conforman.
El presente documento contiene la Caracterización geotécnica del miembro Limos
Rojos la cual se realizó utilizando métodos geofísicos como ensayos de ondas
superficiales MASW, MAM (REMI), y ensayo de Down hole. Los ensayos se
llevaron a cabo en varios sectores del Área Metropolitana de Bucaramanga,
puntualmente en los barrios San Alonso, San Francisco y Barrio el Porvenir, en
donde geológicamente se encuentran suelos superficiales asociados al miembro
Limos Rojos de la formación Bucaramanga.
A partir de la realización de los ensayos geofísicos (medición de velocidades de
onda de corte y compresión), su procesamiento mediante software y la revisión
previa de información existente de cada sitio se determinan las propiedades
18
elásticas del Miembro Limos Rojos con el objetivo de caracterizar
geotécnicamente y clasificar el tipo de perfil de suelo según lo establecido en la
Norma Sismo Resistente (NSR-10).
19
1. OBJETIVOS
1.1. OBJETIVO GENERAL
Caracterizar geotécnicamente el miembro Limos Rojos utilizando métodos
geofísicos REMI y DOWN HOLE.
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Recopilar la información existente
Establecer la metodología para la caracterización geotécnica del Miembro
Limos Rojos.
Ejecución de ensayos geofísicos REMI y DOWN HOLE
Procesar e interpretar la información obtenida de los ensayos de campo
Elaborar la caracterización geotécnica del Miembro Limos Rojos.
20
2. CARACTERIZACIÓN IN SITU
2.1. LOCALIZACIÓN GENERAL
Los sitios de estudio se localizan en la ciudad de Bucaramanga, departamento de
Santander, en el nororiente de Colombia.
Figura 1. Localización General de los sitios de estudio
21
Fuente: Google Earth, Autores (Modificado)
2.2. LOCALIZACIÓN LOCAL
Los sitios explorados se encuentran localizados en diferentes sectores del
municipio de Bucaramanga, en los barrios San Alonso, San Francisco y Porvenir.
Para la caracterización del miembro Limos Rojos de la Formación Bucaramanga,
se llevaron a cabo sondeos mecánicos y ensayos de campo geofísicos ReMi y
Down Hole. A continuación se relacionan los ensayos por sitio:
Tabla 1. Ubicación y ensayos realizados en los sitios
Sitio No. Ubicación Ensayos Realizados
1 Calle 20 No.31-46 B. San
Alonso 1 sondeo mecánico a 25mts,1 ensayo REMI
2 Calle 20 No.32-31 B. San
Alonso 1 sondeo mecánico a 25mts,1 ensayo REMI
3 Calle 21 No. 29-69 B.
San Alonso 1 sondeo mecánico a 25 mts,1 ensayo REMI
4 Carrera 19 No. 10-03 B.
San Francisco 1 sondeo mecánico a 25 mts, 1 ensayo REMI,
y 1 ensayo Down Hole.
5 Calle 103ª con Cra. 8ª
Sector Norte B. Porvenir 1 sondeo mecánico a 25 mts, 1 ensayo REMI,
y 1 ensayo Down Hole.
22
Debido a que en 2 de los sitios (Sitio No.1 y No.3) la tubería instalada para el
ensayo de down hole fue obstruida por causa de trabajos de limpieza, no fue
posible realizar dicho ensayo y con el objetivo de evitar el atascamiento del
geófono se tomó la decisión de no realizar el ensayo.
Figura 2. Localización del sitio No.1 y 2: Calle 20 No. 31 y 32
Fuente: ConstruSuelos de Colombia SAS
Figura 3. Localización del sitio No.3: Calle 21 No. 29-69
Fuente: ConstruSuelos de Colombia SAS
Sitio No.1 Sitio No.2
Sitio No.3
23
Figura 4. Localización del sitio No.4: Carrera 19 No. 10-03
Fuente: ConstruSuelos de Colombia SAS
Figura 5. Localización del sitio No.5: Calle 103ª con Cra 8ª
Fuente: ConstruSuelos de Colombia SAS
Sitio No.4
Sitio No.5
24
2.3. LOCALIZACIÓN GEOLÓGICA
Basados en el estudio de Zonificación Sismogeotecnica Indicativa del Área
Metropolitana de Bucaramanga, los sitios del presente estudio se encuentran
ubicados sobre la Formación Bucaramanga conformada de base a techo por los
miembros Órganos (Qbo), Finos (Qbf), Gravoso (Qbg) y Limos Rojos (Qblr).1
Figura 6. Geología local de los sitios
1 INGEOMINAS. Zonificación Sismogeotecnica Indicativa del Área Metropolitana de Bucaramanga,
2001
Sitio No.4
Sitio No.3
Sitio No.1 Sitio No.2
25
Fuente: Mapa geológico, Zonificacion Sismogeotecnica Indicativa del Área
Metropolitana de Bucaramanga, 2001
2.4. REGISTRO FOTOGRÁFICO DE CAMPO
A continuación se presenta el registro fotográfico de las actividades ejecutadas en
cada uno de los sitios estudiados
Sitio No.5
26
2.4.1. Sitio No. 1
Figura 7. Sondeo mecánico S-1 (Prof. 25,0m)
Fuente: ConstruSuelos de Colombia SAS
Figura 8. Ensayo REMI (Long. Arreglo 80,0 m)
Fuente: Autores
27
2.4.2. Sitio No.2
Figura 9. Sondeo mecánico S-4 (Prof. 25.0m.)
Fuente: ConstruSuelos de Colombia SAS
Figura 10. Ensayo REMI (Long. Arreglo 69,0 m)
Fuente: Autores
28
2.4.3. Sitio No.3
Figura 11. Sondeo mecánico S-1 (Prof. 25,0m)
Fuente: ConstruSuelos de Colombia SAS
Figura 12. Ensayo REMI (Long. Arreglo 84,0 m)
Fuente: Autores
29
2.4.4. Sitio No.4
Figura 13. Sondeo mecánico S-1 (Prof. 25,0m)
Fuente: ConstruSuelos de Colombia SAS
Figura 14. Ensayo REMI (Long. Arreglo 60,0 m)
Fuente: Autores
30
Figura 15. Ensayo DOWN HOLE (Prof. 25.0 m)
Fuente: Autores
2.4.5. Sitio No.5
Figura 16. Sondeo mecánico S-1 (Prof. 15,0m)
Fuente: Autores
31
Figura 17. Ensayo REMI (Long. Arreglo 69,0 m)
Fuente: Autores
Figura 18. Ensayo DOWN HOLE (Prof. 15.0 m)
Fuente: Autores
32
3. MARCO REFERENCIAL
3.1. ANTECEDENTES
El Instituto Colombiano de Geología y Minería (INGEOMINAS) (Junio, 2001)
realizó un estudio de zonificación de amenaza por movimientos en masa de
algunas laderas de los municipios de Bucaramanga, Floridablanca, girón y
Piedecuesta en el cual se llevaron a cabo perforaciones, apiques, instalación de
inclinometros y piezómetros y ensayos de down hole distribuidos en los 4
municipios. Como resultado del estudio en la caracterización del Miembro Limos
Rojos, se obtuvo; una capa en donde se correlaciona un suelo limoso con gravas,
seguida por una capa limo arenosa principalmente. Al aumentar la profundidad el
suelo aumenta su dureza y por ello aumentan las velocidades de onda y sus
módulos.2
El Instituto Colombiano de Geología y Minería (INGEOMINAS) (Octubre, 2001)
realizó un estudio de zonificación Sismogeotécnica indicativa del área
metropolitana de Bucaramanga en donde se llevaron a cabo ensayos de
resistividad eléctrica y refracción sísmica con el objetivo de caracterizar los
depósitos y rocas que conforman el Área Metropolitana de Bucaramanga, en
cuanto a propiedades físicas como son velocidad de ondas de compresión (Vp),
de corte (Vs) y resistividad eléctrica (P). Los resultados obtenidos en la
caracterización del Miembro Limos Rojos arrojaron que las velocidades de onda
compresionales para este depósito se encuentran en un rango entre 500 a 980
m/s y para velocidades de onda de corte se encuentran entre 300 y 600 m/s.3
2 INGEOMINAS. Zonificación de Amenaza por Movimientos en Masa de Algunas Laderas de los
Municipios de Bucaramanga, Floridablanca, Girón y Piedecuesta.2001. 3 INGEOMINAS. Zonificación de Amenaza por Movimientos en Masa de Algunas Laderas de los
Municipios de Bucaramanga, Floridablanca, Girón y Piedecuesta.2001.
33
Louie (2001) publicó un artículo en donde presenta las ventajas y desventajas que
ofrece los ensayos de refracción microtremor (remi) en la obtención de
velocidades de onda de corte evaluando diez sitios puntuales de Estados Unidos.
Como resultado, se pudo concluir que en sitios rurales tranquilos no se producen
resultados de refracción microtremores tan fácilmente interpretados como los
resultados de los sitios urbanos ruidosos. A pesar de esta variación en la calidad
de las señales, cada conjunto de datos recogidos con esta técnica dio velocidades
interpretables. Por otra parte, también concluyó que las fuentes activadas fuertes
de las ondas sísmicas utilizados por las técnicas SASW y MASW para superar el
ruido no se necesitan, ahorrando un esfuerzo considerable en los estudios. Esta
técnica de microtremores puede ser más fructífera, de hecho, donde el ruido es
más severo. Prueba de esta técnica, sugiere que las evaluaciones de velocidad de
corte ahora son posibles en los lugares más densamente urbanizados, y en los
sitios en los corredores de transporte con mucho tráfico con resultados rápidos y
muy baratos. Por último, para regiones donde el riesgo de terremotos no es lo
suficientemente alto como para justificar el costo de los métodos existentes, esta
técnica permitirá un estudio de sitio de forma rápida y asequible.4
3.2. MARCO TEÓRICO
3.2.1. Geología Local de la Zona de Estudio
4 LOUIE. Shear-Wave Velocities from Refraction Microtremor. En: Bulletin of the Seismological
Society of America-2001
34
3.2.1.1. Formación Bucaramanga: Basados en el estudio de Zonificación de
Amenaza por Movimientos en Masa de Algunas Laderas de los Municipios de
Bucaramanga, Floridablanca, Girón y Piedecuesta, los sitios del presente estudio
se encuentran ubicados sobre la Formación Bucaramanga conformada de base a
techo por los miembros Órganos (Qbo), Finos (Qbf), Gravoso (Qbg) y Limos Rojos
(Qblr).5
Miembro Órganos (Qbo). Definido por Hubach (1952). Esta es la unidad más
potente de la formación Bucaramanga, estimándose que su espesor podría
superar los 180 m.; De acuerdo con Bueno y Solarte (1994), corresponde a una
serie monótona de niveles polimícticos de fragmentos gruesos, de aspecto
conglomerático, con alternancia de capas y lentes limo arenosos, con variaciones
laterales y verticales en composición y textura. Hubach (1952), describe niveles
lenticulares limoarenosos, con espesores de hasta 5 m. Los niveles de aspecto
“conglomerático” conforman depósitos de gravas y bloques, débilmente
consolidados, clasto-soportados y grano soportados, dispuestos en forma de
capas gruesas a muy gruesas, con espesores hasta de 15 m. El tamaño de los
cantos varía entre 10 y 30 cm, alcanzando bloques mayores de 1 m de diámetro.
Estos se componen en su mayoría de areniscas silíceas de grano medio, bien
cementadas y en menor proporción de fragmentos de rocas ígneas ácidas de
textura fanerítica, neis micáceos de color amarillo hasta rosado, areniscas lodosas
rojizas de grano fino y alto contenido de micas, cuarzo lechoso, liditas y cherts.
Todos los fragmentos tienen formas redondeadas a subredondeadas, esfericidad
baja a media y mala selección. Los niveles gravosos presentan matriz arcillosa,
pardo amarillenta, con algunas variaciones a gris amarillento. Los niveles finos
corresponden a arcillas arenosas y arenas arcillosas compactas, de consistencia
firme, ligeramente micáceas, con trazas de materia orgánica.
5
INGEOMINAS. Zonificación Sismogeotécnica indicativa del Área Metropolitana de Bucaramanga.2001.
35
Miembro Finos (Qbf). Este nivel fue reconocido y definido por Hubach (1952). Se
ubica estratigráficamente entre el miembro Órganos y el miembro Gravoso, en
contactos netos plano paralelos. La secuencia del miembro Finos se puede
dividir en dos conjuntos:
1) Conjunto Arcilloso: Localizado hacia la base, se caracteriza por ser arcillo-
limoso, masivo, de colores grises a verdes, con estratificación plana paralela,
en donde el espesor varía ampliamente, como en el barrio el Porvenir (m) y
cuchilla de Palomitas (2 m).
2) Conjunto Arenoso: Se localiza hacia el techo, donde muestra una alternancia
de niveles arenolimosos con niveles limoarenosos feldespáticos, de colores
amarillento a pardo amarillento. Hacia la base de este conjunto predominan
costras y un nivel arcilloso pardo oscuro.
Miembro Gravoso (Qbg). Ubicado sobre la escarpa occidental y norte de
Bucaramanga, también conforma los escarpes superiores de la parte alta del
nacimiento de la quebrada La Iglesia, en los alrededores de los barrios Lagos del
Cacique, Diamante II y San Luis. Otras secciones importantes se localizan en los
barrios La Cumbre, La Feria, Polvorines, Don Bosco y la vía a Café Madrid. Los
cantos son en su mayor parte de tamaño grava, con diámetro promedio de 15 cm
y bloques de roca en menor cantidad hasta de 0,8 m de diámetro, subangulares a
subredondeados, en matriz areno-arcillo-limosa, color pardo rojizo, rojizo y ocre
pálido. Están compuestos en su mayor parte por rocas metamórficas e ígneas del
Macizo de Santander y areniscas cuarzosas, areniscas limosas y limolitas
violáceas de las formaciones Girón y Jordán. La matriz es de composición cuarzo
feldespática micácea (cuarzo, plagioclasa, láminas de muscovita), de consistencia
media y de baja cohesión. Su espesor varía entre 8 y 30 m, presenta niveles
gravosos, gravo arenosos y gravo lodosos.
36
En general el depósito es matriz soportado, aunque localmente se presenta clasto
soportado. El contacto inferior con el miembro Finos es neto, continuo y
suavemente onduloso; y el contacto superior con el miembro Limos Rojos es
gradacional. 6
Miembro Limos Rojos (Qblr). Este miembro se localiza en el sector urbanizado
de Bucaramanga, aunque no en forma uniforme, y se continúa hacia el sur, hasta
el sector norte del municipio de Floridablanca. Está constituido por arenas
arcillosas gravosas y limos de colores rojizos, amarillentos y naranjas. Se observó
la presencia esporádica de bloques angulares de arenisca asociados
superficialmente a este miembro; estos cantos pueden estar embebidos dentro de
limos rojos y se caracterizan por estar meteorizados. Suprayace al segmento
gravoso y su contacto con éste es gradacional. El ambiente de depositación indica
un dominio de flujo de lodos combinados con caídas de bloques de la pendiente
del macizo.7
3.3. PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS ELÁSTICAS EN UN MEDIO
El movimiento ondulatorio está regido por dos principios fundamentales: el de
Huyghens y el de Fermat. El Principio de Huyghens establece que todo frente de
onda se comporta como un nuevo centro generador de ondas. El Principio de
Fermat indica que el movimiento ondulatorio entre dos puntos sigue la trayectoria
de tiempo mínimo. Ambos principios están íntimamente ligados al concepto de
onda y trayectoria, y es en los dos en los que se basa el método de exploración
símica.
6 Niño y Vargas, 1992
7 Julivert 1963
37
El frente de onda es el lugar geométrico de todos los puntos que tienen el mismo
estado de vibración, o igual tiempo de viaje; mientras que la trayectoria indica la
dirección y sentido de la propagación del movimiento ondulatorio; la trayectoria
siempre será perpendicular al frente de onda.
Para cualquier tipo de medio, la trayectoria seguirá el camino de más alta
velocidad, lo cual dependerá de la distribución de las velocidades.
Si a través de cualquier fuente de energía se generan las ondas elásticas que se
propagan en el medio a velocidades características; algunas son refractadas y
otras son reflejadas; con esos conceptos resultaron los métodos de refracción y
reflexión sísmica.8
3.4. ANGULO CRITICO DE INCIDENCIA Y TIEMPO MÍNIMO DE TRANSITO
Utilizando el Principio de Huyghens, y atendiendo la física de la figura 1 donde se
muestra el tránsito de un frente de onda interactuando en una discontinuidad con
velocidades V1 para la capa superior, y V2 para la inferior se tiene:
Un frente de onda AB limitado por dos trayectorias, avanza a una discontinuidad
con una velocidad V1 hasta formar un ángulo de incidencia “i” con la normal a la
discontinuidad. Después de un intervalo de tiempo t, el frente de onda AB, llega a
la posición CD; en el punto “C” comienza a vibrar, teniendo desplazamientos
proporcionales a los medios V1 y V2. En otro lapso de tiempo t, el punto “D”
avanza hacia el punto “E” permaneciendo en el estado de vibración el punto “C”.
De donde resulta el desplazamiento “CF” en el medio de velocidad V1 y CG para
8 MANILLA ACEVES Alfonso Alvares, Geofísica Aplicada en los Proyectos Básicos de Ingeniería
Civil. Publicación Técnica No.229 Sanfandila Qro,2003
38
el medio de velocidad V2. Se obtienen la Primera y Segunda Ley de Snell, para la
reflexión y refracción respectivamente:9
Figura 19. Frente de onda en un medio discontinuo de propagación
Fuente: Tomado de Geofísica Aplicada en los Proyectos Básicos de Ingeniería
Civil.
( )
( )
3.5. TIPOS DE 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 módulo 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.
9 Alfonso Alvares Manilla Aceves, Geofísica Aplicada en los Proyectos Básicos de Ingeniería Civil.
Publicación Técnica No.229 Sanfandila Qro,2003
39
3.6. ONDAS DE CUERPO
Dos tipos de ondas de cuerpo pueden viajar a través de medios elásticos, estas
son las ondas compresión y las ondas de corte, las cuales se describen a
continuación:
Ondas de Compresión: son también llamadas ondas P, ondas primarias. 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 la
propagación.
Ondas de corte: también llamadas ondas S, ondas secundarias. 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
solidos debido a que los líquidos no pueden soportar esfuerzos de corte. Su
velocidad es alrededor del 58% de una onda P en cualquier material sólido.
Figura 20. Modelo de propagación de ondas P y ondas S
40
Fuente: Tomado de Aplicación de Métodos Sísmicos: Vibraciones naturales y
refracción de microtremores para la caracterización de sitio en estudios de
ingeniería civil
3.7. ONDAS DE SUPERFICIE
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. 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.
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.
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
41
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.10
Figura 21. Modelo de propagación de ondas Rayleigh y ondas Love
Fuente: Tomado de Aplicación de Métodos Sísmicos: Vibraciones naturales y
refracción de microtremores para la caracterización de sitio en estudios de
ingeniería civil
3.8. PROPIEDADES ELÁSTICAS
La elasticidad de un cuerpo es la medida de aquella parte de deformación que
provocó la aplicación del disturbio, y que desaparece al ser suprimido.
Las deformaciones suficientemente pequeñas y proporcionales al esfuerzo, se
estudian mediante la Ley de Hooke; las constantes elásticas del material se
10
VASQUEZ PAREDES Thaina Thamesis. Aplicación de Métodos Sísmicos: Vibraciones Naturales y Refracción de Microtremores para Caracterización de Sitio en Estudios de Ingeniería Civil. Universidad Simón Bolívar. Sartenejas, 2008.
42
definen mediante los módulos elásticos dinámicos. Cuatro son los módulos
elásticos en el estudio de materiales:
3.8.1. Relación De Poisson (υ). Es la relación entre los cambios unitarios de área
de la sección transversal y la deformación longitudinal.
La velocidad de propagación de las ondas sísmicas están relacionadas con las
propiedades elásticas del medio de propagación; entonces, la Relación de Poissón
queda dada como:
( )⁄
( )⁄
3.8.2. Módulo de Young (E). Es la relación entre esfuerzo unitario y la
deformación longitudinal unitaria, tal y como se presenta en la figura 22, esto es,
para la compresión y tensión respectivamente.
( )
Figura 22. Modulo Young (E)
Fuente: Tomado de Geofísica Aplicada en los Proyectos Básicos de Ingeniería
Civil.
43
3.8.3. Módulo De Rigidez (G). Es la relación entre el esfuerzo transversal unitario
y el desplazamiento relativo de los planos de deslizamiento figura 23; la expresión
que lo define está dada por:
Figura 23. Modulo Rigidez (G)
Fuente: Tomado de Geofísica Aplicada en los Proyectos Básicos de Ingeniería
Civil.
3.8.4. Módulo De Bulk (B). Es la relación entre la presión hidrostática y el cambio
de volumen unitario (figura 24) incompresibilidad volumétrica; y se determina
evaluando la siguiente expresión:11
( )
Figura 24. Módulo Bulk (B)
Fuente: Tomado de Geofísica Aplicada en los Proyectos Básicos de Ingeniería
Civil.
11
MANILLA ACEVES, Alfonso Alvares Geofísica Aplicada en los Proyectos Básicos de Ingeniería Civil. Publicación Técnica No.229 Sanfandila Qro,2003
44
3.9. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOFÍSICA
Las técnicas geofísicas son un conjunto de métodos y herramientas de adquisición
y tratamiento de medidas realizadas en superficie o en profundidad que permiten
caracterizar la estructura del subsuelo mediante la medición de sus propiedades
físicas.12
Cada método tiene ventajas y desventajas en aspectos como: precisión,
profundidad de exploración, capacidad para detectar múltiples estratos, posibilidad
de trabajar en lugares con mucho ruido ambiental, rapidez y costo.13
3.9.1. Ensayo De Down Hole. Emplea un sondeo previamente revestido de una
sonda triaxial para registrar los tiempos de llegada de las ondas P y S, para de
esta forma calcular las velocidades de transformación y los módulos de
deformación dinámicos del terreno, teniendo en cuenta las Vp, Vs y la densidad
del material . 14
Figura 25. Esquema general de ensayos sísmico Down Hole
Fuente: Evaluación de Métodos No Convencionales de Caracterización
Geotécnica
12
INSTITUT GEOLOGIC DE CATALUNYA. Técnicas Geofísicas. 13
DIAZ DEL CASTILLO, Salvador Lazcano. Caracterización de Suelos Arenosos mediante Análisis de Ondas de Superficie. México, 2007 14
Gonzales, Luis er al. Ingeniería Geológica. España: Pearson Education, 2012. p. 339-340. ISBN 84-205-3104-9.
45
El objetivo del ensayo es tomar medidas de los tiempos de viaje de las ondas
sísmicas internas generadas a partir de la energía de la fuente emisora. Se recurre
a la representación en una curva de los tiempos de llegada versus la profundidad;
el valor inverso de la pendiente de esta curva representa la velocidad de
propagación de la onda sísmica en la distancia total recorrida desde el origen de la
onda hasta el sensor.
Las limitaciones del ensayo son el grado de alteración del suelo cuando se realiza
el sondeo, el contacto entre la camisa del sondeo y el suelo circundante, posibles
efectos de fluidos en el sondeo, efectos de ruido sísmico y efectos del nivel
freático. La expansión geométrica y el amortiguamiento pueden influir en las
longitudes de onda y por tanto las velocidades de las ondas s pueden tener una
interpretación incorrecta para profundidades superiores a 60m, requiere mucha
precisión en la determinación de los tiempos de primera llegada de las ondas si se
desea obtener velocidades interválicas y que el pozo esté revestido.15
3.9.2. Ensayos De Ondas De Superficie MASW Y MAM. Los ensayos de
medición de ondas superficiales en arreglos multicanales (MASW y MAM)
consisten en generar ondas vibratorias en la superficie del terreno y registrar a
distancias variables el arribo de las ondas de corte (Ondas S), con las cuales se
determinan los cambios de velocidades a lo largo de los contactos.
El Ensayo MASW o Análisis de Ondas Superficiales en Arreglo Multicanal es un
método de exploración geofísica que permite determinar la estratigrafía del
subsuelo bajo un punto en forma indirecta, basándose en el cambio de las
propiedades dinámicas de los materiales que la conforman. Este método consiste
15
APONTE GONZÁLEZ, Javier, Evaluación de Métodos No Convencionales de Caracterización Geotécnica, Bogotá, 2011,97h, Trabajo de grado (maestría en ingeniería civil), Pontificia Universidad Javeriana, Facultad de ingeniería civil. Disponible en http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/1267/1/ing07.pdf.
46
en la interpretación de las ondas superficiales (Ondas Rayleigh) de un registro en
arreglo multicanal, generadas por una fuente de energía impulsiva en puntos
localizados a distancias predeterminadas a lo largo de un eje sobre la superficie
del terreno, obteniéndose el perfil de velocidades de ondas de corte (Vs) para el
punto central de dicha línea.
El ensayo MAM o Análisis de Microtrepidaciones en Arreglos Multicanales,
consiste en monitorear las vibraciones ambientales en arreglos predeterminados y
mediante el análisis de dispersión de éstas determinar el perfil de velocidades de
ondas S. La combinación de los métodos MASW y MAM, permiten obtener perfiles
de ondas S hasta profundidades promedio de 60 a 100 m.
En ambos métodos, la interpretación de los registros consiste en obtener de ellos
una curva de dispersión (un trazado de la velocidad de fase de las ondas
superficiales versus la frecuencia), filtrándose solamente las ondas superficiales,
ya que son estas ondas las que predominan en el grupo de ondas, poseyendo
alrededor del 70% de la energía del tren de ondas. Además, la velocidad de fase
de estas ondas tiene un valor que varía entre el 90% al 95% del valor de la
velocidad de propagación de las ondas S (Vs). Luego mediante un procedimiento
de cálculo inverso iterativo (método de inversión) y a partir de la curva de
dispersión calculada se obtiene el perfil sísmico del terreno en función de Vs para
cada punto.16
3.9.3. Ensayo de Refracción Sísmica. Los experimentos de refracción (Figura
26) están basados en los tiempos de llegada del movimiento inicial del suelo
generado por una fuente de energía impulsiva, grabado en una variedad de
distancias. Las complicaciones de las llegadas tardías son descartadas de los
registros del movimiento del suelo. Por lo tanto, la serie de datos derivados de los
16
ZER GEOSYSTEM PERU S.A.C. Ensayos Geofísicos por los Métodos de MASW y MAM para el área de emplazamiento del Puente Quilca. Lima, Perú, 2010.
47
experimentos de refracción consisten de series de tiempo versus distancia. Luego
esta información es procesada en formatos de variaciones de velocidad con la
profundidad.
Figura 26. Método de Refracción
Fuente: Introducción y aplicación del método de sísmica de microtremores en
áreas urbanas
La mayoría de estos métodos sísmicos de exploración usan como fuente primaria
de información las ondas P en lugar de las ondas S, y consideran a las ondas
superficiales como una forma de ruido que se intenta eliminar. Para los métodos
de refracción, las ondas superficiales no son un gran problema, ya que solo les
interesa el tiempo de llegada de la primera onda. Las ondas superficiales nunca
forman parte de las primeras llegadas.17
3.9.4. Ensayo De Penetración Estándar. Es uno de los métodos más practicados
en todo el mundo y el más usado en las técnicas de ensayos in situ. Es
recomendado para suelos granulares y para otras condiciones de terreno en
donde existen dificultades para extraer muestras y realizarles ensayos de
17
LINARES MONTENEGRO Giselle, Introducción y Aplicación del Método de Sísmico de Microtremores en Áreas Urbanas, Sartenejas, 2005,116h, Trabajo de grado (ingeniería geofísica), Universidad Javeriana, Facultad de Ingeniería Geofísica.
48
laboratorio; son comúnmente utilizados en exploraciones preliminares por su
simplicidad y bajo costo. Por otro lado, este ensayo nos permite valorar las
propiedades de los suelos, mirar los parámetros de diseño de construcciones y si
existe la licuefacción potencial.
El SPT mide la resistencia de los suelos al ser penetrados a través del conteo de
los números de golpes requeridos para penetrar 300mm de suelo, excepto si ha
avanzado alrededor de 150mm, o en casos donde los 50 golpes son suficientes
para perforar un intervalo de 150mm.
La interpretación de los resultados depende de la medición de los valores de N,
que en años recientes ha sido sujeta a varias correcciones para ser tenidas en
cuenta para la estandarización del procedimiento de este ensayo, los efectos de
sobrecarga de la presión y la influencia de la longitud de la varilla. El ensayo
originado en 1930 en Estados Unidos y fue primeramente estandarizado en 1958
bajo las normas ASTM Designation D 1586-58T. 18
Existen varios factores que no permiten realizar de manera correcta el ensayo
SPT y afectan la importancia en el valor y la fiabilidad de los resultados: la
frecuencia rápida de los golpes no debe superar de 30 a 50 golpes/min para evitar
la vibro percusión, un punto que se desprecia a menudo es la regularidad de la
altura de caída del martillo, que debe estar asegurada a menos de 5%, las
pérdidas de energía ocasionadas por imperfecciones de los equipos que producen
ruido debido a los rozamientos del martillo sobre las varillas guía o la falta de
unión entre la cabeza de golpeo, etc y la dimensión y formas de las puntas pueden
influir en los resultados.19
18
FERNANDO, Schnaid. In-situ Testing in Geomechanics: The Main Test. Oxon: Taylor & Francis,2009.p 18-20 19
CASSAN, Maurice. Los Ensayos “In situ” en la Mecánica de Suelos. Vol 1.
49
3.9.5. Reglamento Colombiano de Construcción Sismoresistente Norma
NSR-10
3.9.5.1. Definición de Tipo de Perfil de Suelo. Se define un perfil de suelo a los
primeros 30 metros basado en los valores de los parámetros del suelo. La
clasificación se hace conforme a la siguiente tabla20
Tabla 2. Clasificación de los perfiles de suelo Norma NSR-10
Fuente: Reglamento Colombiano Sismo Resistente NSR-10
3.9.5.2. Procedimiento de Clasificación. “El perfil se clasifica utilizando uno de
los tres criterios: ̅̅̅ ̅̅ ̅̅ o la consideración conjunta ̅̅ ̅̅ ̅̅ , ̅̅ ̅ , seleccionado el
aplicable como se indica a continuación. En caso que se cuente ̅̅ ̅ prevalecerá la
20
COLOMBIA. Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. Decreto 926 (19, marzo, 2010). Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10. Por el cual se establecen los requisitos de carácter técnica y científico para construcciones sismo resistentes NSR-10. Diario Oficial. Bogotá D.C. 2010. No. 47663. H-1p
50
clasificación basada en este criterio. En caso que no se cuente con ̅̅ ̅, se podrá
utilizar el criterio basado en N que involucra todos los estratos del perfil.”21
Tabla 3. Criterios para clasificar suelos dentro de los perfiles de suelo tipos
C, D o E
Fuente: Reglamento Colombiano Sismo Resistente NSR-10
21
Ibid., p A-22
51
4. DISEÑO METODOLÓGICO
4.1. TIPO DE ESTUDIO
El estudio es tipo descriptivo y de campo, dado que se presenta una
caracterización del suelo desde el punto de vista geotécnico en sus propiedades
texturales, estructurales, y de composición, así como de campo ya que se
midieron las propiedades mecánicas y dinámicas mediante ensayos o pruebas de
campo como la prospección geofísicas (ReMi y Down Hole) para la adquisición
de velocidades de ondas de corte y compresión.
4.2. POBLACIÓN Y MUESTRA
La población objeto es el Miembro Limos Rojos el cual fue muestreado en cinco
sitios de Bucaramanga, realizando cinco sondeos geotécnicos, cinco ensayo
ReMi y un Down Hole.
4.3. MÉTODOS Y TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
La selección de los sitios de estudio se realizó mediante un muestreo aleatorio
simple, ya que los sitios de exploración de campo se fueron presentando a
medida que la empresa Construsuelos de Colombia S.A.S en el desarrollo de sus
actividades misionales como empresa consultora realizaba estudios de suelos
sobre el miembro limos rojos de la formación Bucaramanga.
52
Se realizó revisión documental necesaria para establecer el estado del arte en
cuanto a la caracterización geofísica con ensayos Remi y Down Hole, Se revisaron
los estudios realizados por el Ingeominas, tesis de grado a nivel de postgrado en
universidades nacionales e internacionales, y algunos artículos.
En el desarrollo del proyecto se analizaron datos obtenidos de ensayos de
laboratorio como por ejemplo granulometrías, límites de atterberg, humedades,
peso unitario, corte directo, compresión simple, los cuales nos permiten
caracterizar y establecer parámetros geotécnicos de los sitios de estudio,
información proporcionada por la Empresa ConstruSuelos de Colombia SAS.
En los trabajos de campo se obtuvo información a partir de la observación directa
en de los sitios estudiados, para obtener parámetros del suelo como color,
humedad superficial, presencias de rocas, grietas o evidencia de movimientos en
masa, grado de degradación del suelo, tipo de vegetación, para lo cual se
realizaron visitas a cada sitio estudiado así como registro fotográfico.
Para complementar la información geotécnica y geofísica existente, se realizó una
campaña de exploración de campo, que abarco ensayos geotécnicos
convencionales como sondeos a roto-percusión con recuperación de muestras
con ensayo de SPT, y punta de diamante según normas ASTM D 1586 - I.N.V.E
111, y prospección geotécnica, estas técnicas geofísicas permiten medir las
propiedades físicas en profundidad de los estratos del suelo, para lo cual se
realizaron ensayo de Down Hole normalizado bajo ASTM D7400-08, y ensayo
Remi normalizado bajo ASTM D5777-00, realizados en cada uno de los sitios
estudiados.
53
4.4. EXPLORACIÓN DE CAMPO
Para el presente estudio se realizaron 5 perforaciones o sondeos geotécnicos ha
Roto-percusión continua en diámetro NQ a profundidad de 15 y 25 metros, para
caracterizar el material que se recuperó, por medio de ensayos de laboratorio, así
como la instalación de tubería PVC de 2 pulgadas de diámetro para realizar
posteriormente los ensayos de Down Hole.
Los ensayos de geofísica tienen por objeto caracterizar el suelo, en cuanto a
propiedades físicas como son la velocidad de ondas de compresión (Vp), y las de
corte (Vs).
Los ensayos geofísicos que se realizaron fueron Down Hole y ReMi (activo y
Pasivo) para cada uno de los sitios estudiados, debido a trabajos de limpieza en
los lotes, de las perforaciones S-1 del sitio No.1 y S-1 del sitio No.3, no fue
posible realizar los ensayos dado que se encontraban obstruidas las tuberías
instaladas.
La interpretación de resultados de los ensayos de campo, sondeos geotécnicos y
ensayos geofísicos, en integración con el marco geológico y geotécnico, determina
las características geomecánicas del Miembro Limos Rojos.
4.4.1. Sondeo Geotécnico Roto-Percusión. Se realizaron 5 perforaciones de
roto-percusión con recuperación continua de muestra, utilizando ensayo de
penetración estándar y barrena con punta de diamante.
4.4.1.1. Descripción del ensayo y equipo utilizado: Se realizaron ensayos de
penetración estándar utilizando la norma ASTM D 1586, equivalente a la norma
I.N.V.E. 111.
54
Peso del martillo: 140 libras
Altura de caída: 76 centímetros
Penetración: 3 intervalos de 15 centímetros cada uno (6”)
N: Sumatoria de los golpes de los últimos 30 centímetros (12”)
Equipo de perforación: Acker Drill.
Motor del equipo: Lombardini Diesel de 18 HP
Calibre del sondeo NQ
Criterio de Rechazo: Más de 50 golpes para 15 centímetros (6”).
Al finalizar cada perforación se realizó la toma de nivel freático. Una vez finalizada
la perforación se instaló en cada una de las perforaciones tubería de 2 pulgadas
en PVC, con el objetivo de encamisar, estabilizar y permitir realizar posteriormente
el ensayo de Down Hole.
4.4.1.2. Descripción de muestras de suelo. Descripción de muestras a partir de
los siguientes criterios: Litología, Textura, Tamaño de los granos, Minerales
presentes, Estructura, Color, Presencia de materiales orgánicos y raíces,
Porosidad, Consistencia o resistencia y demás características que permitan una
descripción completa de la muestra de suelo.
4.4.2. Ensayo De Down Hole. Para cada uno de los sitios en donde previamente
se realizó sondeo geotécnico, se instaló una tubería para realizar ensayo de
Downhole, debido al colapso de dos de estas perforaciones no se pudo realizar
dos de los ensayos programados.}
4.4.2.1. Descripción del ensayo y equipo utilizado: El ensayo de Downhole se
ejecutó y proceso siguiendo la metodología descrita y publicada Doug Crice,
Borehole shear-wave Surveys for Engineering Site Investigations, Geostuff 2002,
para Geometrics quien es el fabricante del equipo para el ensayo de Downhole,
la cual cumple con la norma ASTM D7400-08 Standart Test For Downhole Seismic
55
Testing. El equipo utilizado para el ensayo de Down Hole es fabricado en los
Estados Unidos de América por Geometrics y está conformado por los siguientes
elementos:
Sismógrafo Geometrics GEODE
Controlador para Geófono
Geófono BHG-2 Geostuff – triaxial de 14HZ
Fuentes de poder para geófono 24V
Computador Portátil – DELL
Trigger o Disparador
Platinas para generación de impactos verticales y horizontales
Multímetro
Extensión del cable de comunicación entre sismógrafo y computador portátil
Cableado para geófono hasta 200 metros de profundidad – conexión a geófono
Martillo de golpeo de 16 libras
Cableado para geófono hasta 200 metros de profundidad – conexión a
controlador y sismógrafo
Fuentes de poder para sismógrafo 12V
Terminal de comunicación entre computador portátil y sismógrafo
56
Figura 27. Equipo ensayo de Down hole
Fuente: Autores
Antes de instalar el equipo de DH, se revisó el pozo para verificar la estabilidad y
profundidad del mismo, como se mencionó anteriormente dos de los 4 pozos
instalados para el estudio presentaron colapso a profundidades menores de 5
metros, una vez confirmada la viabilidad del pozo se instalaron las 3 platinas
aproximadamente a un metro del pozo, entonces se conectaron los componentes
del equipo Geode - geostuff de Geometrics, Se introdujo la sonda triaxial a
profundidad de ensayo, esta sonda se ancla o se adhiere firmemente a la pared
del pozo, se configuro el software del equipo, se generan las ondas de corte y de
compresión golpeando las platinas hasta que se completa el primer registró, este
proceso se repitió hasta la profundidad de exploración.22
22
MAYNE, Barry and DeJong. Manual on Subsurface Investigations. National Highway Institute. Julio, 2001
124567
9
10
1314
12
3 8
11
57
El ensayo DH requiere solo de un pozo o para ser usado por la sonda triaxial.
Para el ensayo DH, las platinas de acero de izquierda y derecha son golpeadas
para generar energía de onda de corte en dos direcciones diferentes. La platina
central es también golpeada hacia abajo verticalmente para generar energía de
onda de compresión. Usualmente son tomados 3-5 records por cada tipo de onda
– corte hacia izquierda, corte hacia derecha, y compresión vertical hacia abajo. En
resumen 3 tomas diferentes son realizadas a cada profundidad para las 3
diferentes polarizaciones de onda recolectadas; todas las profundidades son
grabadas en un solo archivo, el ensayo se realizó en un pozo de 25 metros
tomando datos cada metro.
Figura 28. Esquema de Ensayo de Down Hole
Fuente: Tomado de Manual on Subsurface Investigations
4.4.3. Ensayo de Refracción Microtremor Remi. En cada uno de los 5 sitios de
estudio se realizó un ensayo ReMi, los cuales se realizaron a nivel de vía en cada
uno de los casos, se utilizó un sismógrafo marca Geometris, Geode de 24
geófonos.
58
El ensayo ReMi se ejecutó y proceso siguiendo la metodología descrita y
publicada por Geometrics quien es el fabricante del equipo para el ensayo ReMi,
el cual cumple con la norma ASTM D5777-00 Standard Guide for Using the
Seismic Refraction Method for Subsurface Investigation.
4.4.3.1. Descripción del ensayo y equipo utilizado:
Sitio de estudio
# de geófonos Arreglo Espaciado
[mts] Longitud
[mts] Tipo de ensayo
1 21 Lineal 4.0 80,0 Activo-Pasivo
2 24 Lineal 3.0 69.0 Pasivo
3 22 Lineal 4.0 84,0 Activo-Pasivo
4 24 Lineal 2,5 57,5 Pasivo
5 24 Lineal 3,0 69,0 Activo-Pasivo
El equipo utilizado para el ensayo de ReMi es fabricado en los Estados Unidos
de América por Geometrics y está conformado por los siguientes elementos:
Geode
Geófonos de 4.5 Ghz
Cables
Conectores
cargadores
Sensor- trigger
Cinta Métrica
Caja Conexión Geode-PC
Batería de 12V
Conversor
Computador Portátil
Mouse
59
Figura 29. Sismógrafo Geometrics GEODE
Fuente: Autores
Figura 30. Geofonos de 4.5 Hz y 14 Hz
Fuente: Autores
La realización del ensayo ReMi se instala un tendido lineal con 24 geófonos, el
registro de la vibración se realiza con el sismógrafo Geode, y se registra tanto
vibración ambiental (microtremores) como vibración superficial inducida
(impactos, vehículos en circulación, etc.).
60
A diferencia de la prueba tradicional de refracción sísmica, ReMi puede usarse sin
problemas en ambientes urbanos, y de hecho mientras más ruido exista funciona
mejor. Además, ReMi puede detectar, dentro de ciertos límites, estratos blandos
entre estratos con rigideces mayores, mientras que refracción sísmica sólo puede
detectar variación de rigideces progresivamente mayores.23
Figura 31. Ensayos de Ondas Superficiales REMI
Fuente: Tomado de Manual on Subsurface Investigations
4.5. PROCESAMIENTO DE INFORMACIÓN
4.5.1. Procesamiento del ensayo de down hole. Para el procesamiento de la
información tomada en campo se utilizó el software seisImager/DH data análisis
software, fabricado por Geometrics. Pickwin y PSLog son los principales módulos
que se utilizan para el análisis de datos sísmicos de DH, que componen el
programa llamado SeisImager / DH. La figura 11 muestra esquema de
23
MAYNE, Barry and DeJong. Manual on Subsurface Investigations. National Highway Institute. Julio, 2001
61
procesamiento sísmico de DH usando SeisImager / DH. Primero, Pickwin edita los
datos de forma de onda y recoge las primeras llegadas. A continuación, PSLog
calcula modelos de velocidad de primeras llegadas escogidos por Pickwin.
En general, el métodos sísmicos de DH mide tanto velocidades de onda P y S,
Fuentes y receptores utilizados en la adquisición de datos de DH son
generalmente diferentes y las mediciones de dos ondas se realizan por separado.
Por lo tanto, Pickwin y PSLog procesan la onda P y S por separado y PSLog
muestra ambas velocidades juntas al final del procesamiento de datos.24
Figura 32. Esquema de procesamiento ensayo de DH
Fuente: Tomado de manual SeisImagerDH.
24
Geometrics,SeisImager/DW Manual V.1.1, Ougust 2011, p3.
62
4.5.2. Procesamiento del ensayo de Refracción Microtremor – Remi. Para el
procesamiento de los ensayos de ondas superficiales se utilizó el software
SeisImager/SW: incluye las funciones para tres flujos de procesamiento
principales, dos para el análisis de conjuntos de datos de fuente activas y tercera
para conjuntos de datos de origen pasivas, los módulos Pickwin, WaveEq y
GeoPlot componen SeisImager/SW el Asistente para análisis de la onda de
superficie llama de forma automática en función de estos tres módulos a través de
los flujos de proceso. Hay un flujo para el procesamiento de datos de la fuente
activa 1D y 2D MASW, los datos de origen pasivo MAM, para el caso de este
estudio se utilizó en fuente activa 1D y pasiva MAM.25
Figura 33. Diagrama de procesamiento ondas superficiales
Fuente: Tomado de manual SeisImagerSW.
Una vez realizado el registro en campo, el primer paso del análisis del ensayo
ReMi (pasivo MAM) consiste en generar un espectro de energía de componentes
del movimiento en función de frecuencias contra tardanzas (inverso de la
velocidad), llamado espectro p-f, como se ilustra en la Figura 33. En este espectro
p-f se detecta con facilidad el primer modo de vibración de las ondas Rayleigh,
que es un trazo que va de la esquina superior izquierda hacia la inferior derecha, y
se escogen manualmente puntos de dispersión en la frontera inferior, que sirven
para el posterior proceso de inversión.26
25
Geometrics,SeisImager/SW Manual V.3.0, Octuber 2009, p 65. 26
LAZCANO, Salvador. Caracterizacion de suelos arenosos mediante analisis de ondas de superficie, Mexico, 2007, p 12.
63
Figura 34. Espectro de velocidad (frecuencia-tardanza) derivado de los
registros de microtremores, mediante la técnica ReMi.
Fuente: Tomado de Lazcano 2007
Después del espectro p-f se determina la gráfica de períodos contra velocidad de
fase de la onda Rayleigh (Figura 35). Por ser los períodos el inverso de las
frecuencias, la curva pasa de ser descendente de izquierda a ascendente
derecha. La velocidad de fase (VF) es la distancia que viaja una onda en un ciclo
(VF = λ / T).
Figura 35. Gráfica período-velocidad de fase de onda Rayleigh del método
ReMi, que incluye la curva de dispersión.
Fuente: Tomado de Lazcano 2007
64
Finalmente, mediante un modelo de optimización no lineal o interactivo, se calcula
la curva de dispersión de un perfil dado de suelos, la cual se compara con la curva
medida período-velocidad de fase de onda Rayleigh. Se realiza un procedimiento
iterativo hasta que la curva medida y calculada coincide, y para esta condición se
establecen los espesores de los diferentes estratos y la velocidad de onda de
corte (Vs), tal como se puede apreciar en la Figura 36.
Figura 36. Perfil unidimensional de velocidad de onda de corte (Vs) contra
profundidad obtenido interactivamente con la curva de dispersión de la
Figura 14
Fuente: Tomado de Lazcano 2007
65
5. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN
Una vez realizados los ensayos geofísicos se procede a realizar el procesamiento
de datos de los cuales se obtendrán perfiles de velocidades de onda de
compresión y de corte. A continuación realizaremos el análisis de datos para cada
sitio y ensayo geofísico
5.1. ENSAYO DOWN HOLE
Los ensayos de Down Hole se realizaron para 2 de los sitios estudiados (Sitio
No.4 y Sitio No.5). El análisis que se presenta a continuación es para el sitio No.5,
ya que los datos obtenidos en campo en el sitio No.4 no son confiables debido a
que las señales obtenidas con el equipo de Down Hole presentaban mucho ruido
y fue imposible detectar los primeros arribos de cada señal.
Utilizando el software seisImager/DH data análisis software, fabricado por
Geometrics. Pickwin es la principal herramienta que se utiliza para el análisis de
datos sísmicos de DH, que componen el programa llamado SeisImager / DH.
Como primer paso en el procesamiento, en el software Pickwin se editan los datos
de los primeros arribos de las ondas. Una vez obtenidos estos datos para cada
una de las profundidades en las que se tomaron las mediciones.
Realizamos la corrección de dichos tiempos usando el Método Directo (Software,
2013)27,
el cual consiste en corregir los tiempos de trayectoria (t) medidos a lo
largo del trayecto fuente-receptor para así tener en cuenta la inclinación del
27
Software, G. (2013). GeoStru Down Hole. Italia: GeoStru.
66
recorrido de las ondas. Siendo d es distancia desde la fuente al eje del sondeo, r
la distancia entre la fuente y el geófono triaxial, z la profundidad de medida (Figura
37), es posible obtener los tiempos corregidos (tcorr) mediante la siguiente fórmula
de conversión:
Figura 37. Esquema Down Hole con Método Directo
Fuente: Tomado GeoStru Down Hole, 2013
Procedemos a realizar el cálculo de las velocidades de onda compresional y de
corte para cada profundidad con la siguiente ecuación:
Obtenidas las velocidades de onda, se determinaron las propiedades elásticas del
suelo usando las ecuaciones referenciadas en el Capítulo 3. A continuación se
presenta la tabla de cálculos según lo anteriormente expuesto:
67
Tabla 4. Cálculos Ensayo Down Hole Sitio No.5
Fuente: Autores
tp [ms] ts [ms] tp [ms] ts [ms]
0,00 1,00 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 - - 1,57 0,157 - - -
1,00 1,41 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 - - 1,57 0,157 - - -
2,00 2,24 1,912 3,701 1,710 3,310 0,002 0,003 584,795 302,115 1,57 0,157 14329,92 0,32 37772,85
3,00 3,16 3,394 6,567 3,220 6,230 0,003 0,006 662,252 342,466 1,67 0,167 19586,23 0,32 51609,08
4,00 4,12 4,329 8,370 4,200 8,120 0,004 0,008 1020,408 529,101 1,67 0,167 46751,21 0,32 123061,82
5,00 5,10 5,048 9,760 4,950 9,570 0,005 0,010 1333,333 689,655 1,67 0,167 79429,25 0,32 209275,45
6,00 6,08 6,103 11,811 6,020 11,650 0,006 0,012 934,579 480,769 1,77 0,177 40911,61 0,32 108012,31
7,00 7,07 6,909 13,374 6,840 13,240 0,007 0,013 1219,512 628,931 1,77 0,177 70013,05 0,32 184670,42
8,00 8,06 7,881 15,238 7,820 15,120 0,008 0,015 1020,408 531,915 1,77 0,177 50079,22 0,31 131552,32
9,00 9,06 8,723 16,883 8,670 16,780 0,009 0,017 1176,471 602,410 1,87 0,187 67861,81 0,32 179469,47
10,00 10,05 9,487 18,361 9,440 18,270 0,009 0,018 1298,701 671,141 1,87 0,187 84230,44 0,32 222000,42
11,00 11,05 10,493 20,293 10,450 20,210 0,010 0,020 990,099 515,464 1,87 0,187 49686,47 0,31 130584,77
12,00 12,04 11,480 22,207 11,440 22,130 0,011 0,022 1010,101 520,833 1,97 0,197 53439,67 0,32 140965,57
13,00 13,04 12,467 24,111 12,430 24,040 0,012 0,024 1010,101 523,560 1,97 0,197 54000,71 0,32 142164,77
14,00 14,04 13,324 25,776 13,290 25,710 0,013 0,026 1162,791 598,802 1,97 0,197 70637,17 0,32 186418,29
15,00 15,03 14,131 27,331 14,100 27,270 0,014 0,027 1234,568 641,026 2,07 0,207 85059,17 0,32 223780,99
r
[m.]
Prof. z
[m.]
Densidad
[ton/m3]
Modulo de
rigidez Gmax
[ton/m2]
Poisson
Modulo de
ElasticidadE[to
n/m2]
tp [s] ts [s]
CorregidosMedidosVelocidad
CompresionalVp[
m/s]
Velocidad Corte
Vs[m/s]
Peso
Unitario
[ton/m3]
68
5.2. ENSAYO REMI
Se llevaron a cabo 5 ensayos de refracción microtremor REMI, para cada uno de
los sitios estudiados, en donde a partir del ruido ambiental generado por flujo de
vehículos, peatones, obras civiles, etc; se puede determinar las velocidades de
onda de corte para el Miembro Limos Rojos y comparados con los antecedentes
orientado a la clasificación del perfil de suelo.
Para el procesamiento del ensayo microtremor REMI se utilizó el software
SeisImager/SW, módulos Pickwin, WaveEq y GeoPlot.
Este software a partir de los datos capturados en campo, genera un espectro de
velocidades contra frecuencias derivados de cada registro del ensayo REMI. Una
vez obtenido espectro de velocidad contra frecuencia, se determina internamente
la gráfica de períodos contra velocidad de fase de la onda Rayleigh.
Finalmente y de manera interna el software, mediante un modelo de optimización
no lineal o interactivo, calcula la curva de dispersión de un perfil dado de suelos, la
cual se compara con la curva medida período-velocidad de fase de onda Rayleigh.
Se realiza un procedimiento iterativo hasta que la curva medida y calculada
coincidan, y para esta condición se establecen los espesores de los diferentes
estratos y la velocidad de onda de corte (Vs)
A continuación se presenta el procesamiento realizado para cada uno de los sitios
en donde se muestra el espectro de velocidad (frecuencia en función de
velocidades de fase) y el perfil de velocidades de onda de corte
69
5.2.1. Sitio No. 1
Figura 38. Espectro Velocidad (Grafica de Frecuencia en función de
velocidades de fase) derivado de los registros del ensayo REMI Sitio No.1
(MAM, Pasivo)
Fuente: Autores
70
Figura 39. Perfil de velocidades de onda de corte ensayo REMI Sitio No.1
Fuente: Autores
0
5
10
15
20
25
30
De
pth
(m
)
0 100 200 300 400 500 600
S-wave velocity (m/s)
S-wave velocity model (inverted) : 1201.dat-1220.dat
4360.5
4361.1
4361.7
4362.3
4363.0
4363.7
436
4.4
435
5.2
434
6.0
432
6.8
430
7.7
427
8.6
405
9.6
396
10.6
405
11.6
406
12.7
407
13.8
407
15.0
419
16.1
431
17.4
433
18.6
421
19.9
422
21.2
451
22.6
457
24.0
520
25.5
529
26.9
541
28.4
564
71
5.2.2. Sitio No. 2
Figura 40. Espectro Velocidad (Grafica de Frecuencia en función de
velocidades de fase) derivado de los registros del ensayo REMI Sitio No.2
(MAM, Pasivo)
Fuente: Autores
72
Figura 41. Perfil de velocidades de onda de corte ensayo REMI Sitio No.2
Fuente: Autores
0
5
10
15
20
25
30
35
De
pth
(m
)
0 100 200 300 400 500 600 700 800
S-wave velocity (m/s)
S-wave velocity model (inverted) : 1004.dat-1023.dat
3770.5
3771.1
3751.7
3722.3
3693.0
3663.7
363
4.4
362
5.2
362
6.0
365
6.8
369
7.7
381
8.6
395
9.6
402
10.6
418
11.6
429
12.7
447
13.8
447
15.0
430
16.1
432
17.4
433
18.6
417
19.9
443
21.2
432
22.6
448
24.0
430
25.5
449
26.9
474
28.4
504
33.1
706
73
5.2.3. Sitio No. 3
Figura 42. Espectro Velocidad (Grafica de Frecuencia en función de
velocidades de fase) derivado de los registros del ensayo REMI Sitio No.3
(MAM, Pasivo)
Fuente: Autores
74
Figura 43. Perfil de velocidades de onda de corte ensayo REMI Sitio No.3
Fuente: Autores
0
5
10
15
20
25
30
35
De
pth
(m
)
0 100 200 300 400 500 600
S-wave velocity (m/s)
S-wave velocity model (inverted) : 2201.dat-2220.dat
4390.5
4391.1
4391.7
4392.3
4393.0
4403.7
440
4.4
439
5.2
437
6.0
435
6.8
433
7.7
429
8.6
422
9.6
414
10.6
428
11.6
423
12.7
440
13.8
419
15.0
406
16.1
404
17.4
449
18.6
459
19.9
458
21.2
487
22.6
499
24.0
508
25.5
518
26.9
529
28.4
542
33.1
556
75
5.2.4. Sitio No. 4
Figura 44. Espectro Velocidad (Grafica de Frecuencia en función de velocidades
de fase) derivado de los registros del ensayo REMI Sitio No.4 (MAM, Pasivo)
Fuente: Autores
76
Figura 45. Perfil de velocidades de onda de corte ensayo REMI Sitio No.4
Fuente: Autores
0
5
10
15
20
25
30
35
De
pth
(m
)
0 100 200 300 400 500 600 700
S-wave velocity (m/s)
S-wave velocity model (inverted) : 1024.dat-1043.dat
4310.5
4321.1
4321.7
4322.3
4323.0
4323.7
432
4.4
432
5.2
431
6.0
430
6.8
428
7.7
425
8.6
426
9.6
420
10.6
423
11.6
425
12.7
427
13.8
428
15.0
429
16.1
444
17.4
461
18.6
479
19.9
482
21.2
492
22.6
498
24.0
483
25.5
507
26.9
518
28.4
587
33.1
611
77
5.2.5. Sitio No. 5
Figura 46. Espectro Velocidad (Grafica de Frecuencia en función de
velocidades de fase) derivado de los registros del ensayo REMI Sitio No.5
(MAM, Pasivo)
Fuente: Autores
78
Figura 47. Perfil de velocidades de onda de corte ensayo REMI Sitio No.5
Fuente: Autores
0
5
10
15
20
25
De
pth
(m
)
0 100 200 300 400 500
S-wave velocity (m/s)
S-wave velocity model (inverted) : MASW-MAM-P
2940.5
2941.1
2921.7
2882.3
2823.0
2693.7
267
4.4
271
5.2
285
6.0
293
6.8
301
7.7
315
8.6
338
9.6
355
10.6
368
11.6
352
12.7
340
13.8
343
15.0
335
16.1
327
17.4
327
18.6
315
19.9
340
21.2
339
22.6
388
24.0
405
79
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Para la caracterización del Miembro Limos Rojos y una vez realizado el
procesamiento y análisis de la información secundaria y la de campo, se tabuló y
graficó para cada uno de los sitios en donde se realizó ensayo REMI las
propiedades del suelo como contenido de humedad natural, % de pasa 200,
N1,60, velocidad de onda de corte, módulo de rigidez y clasificación del tipo de
perfil de suelo según los parámetros establecidos por la NSR-10 en función de la
profundidad
Adicionalmente a esto, para el sitio No. 5 en donde se realizó el ensayo de Down
Hole, se graficaron las velocidades de onda tanto compresional como de corte y
las propiedades elásticas como módulo de rigidez, coeficiente de Poissón y
módulo de elasticidad en función de la profundidad.
A continuación se presenta la descripción de cada uno de los sitios según la
información analizada:
6.1. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No.1
El sitio No. 1 se encuentra localizado superficialmente sobre el Miembro Limos
Rojos de la Formación Bucaramanga.
La caracterización geotécnica del subsuelo para el sitio No.1 se describe desde la
superficie hacia estratos profundos, de acuerdo a la Figura 27
80
Como primer estrato se detectó una capa de 8,10 metros de espesor de suelos
aluviales, compuestos por arenas limosas (SM) y arenas arcillosas (SC), de
acuerdo al número de golpes del ensayo SPT corregido por energía y por esfuerzo
de confinamiento N1,60, este estrato presenta compacidad relativa densa hasta
los 8,10 metros de profundidad (N1,60 entre 10 y 40) y pasante del Tamiz #200
entre 10 y 30%. Este estrato presenta velocidades de onda de corte que varían
entre 400 y 500 m/s y valores de módulo de rigidez entre 30000 a 35000 ton/m2.
Subyaciendo este estrato y hasta 25,0 metros de profundidad estos suelos
aluviales están compuestos por arenas limosas (SM) y limos inorgánicos de baja
plasticidad (ML), de acuerdo al número de golpes del ensayo SPT corregido por
energía y por esfuerzo de confinamiento N1,60, este estrato presenta una
consistencia dura hasta los 25,0 metros de profundidad (N1,60 entre 40 y 50) y
pasante del Tamiz #200 entre 30 y 80%. Este estrato presenta velocidades de
onda de corte que varían entre 400 y 500 m/s y valores de módulo de rigidez entre
30000 a 45000 ton/m2.
Según los parámetros establecidos por la NSR-10 el tipo de perfil de suelo se
clasifica utilizando uno de estos criterios: ̅̅ ̅ ̅̅ ̅̅ ̅ . Para ambos criterios
correspondería a un perfil de suelo C.
81
Tabla 5. Resumen de propiedades para el Sitio No.1
Fuente: Autores
6" 12" 18"
0,45 10 8 9 17,0 12,8 436 0,160040775 30423,1111
0,9 7 6 6 12,0 9,0 436 0,160040775 30423,1111
1,35 8 7 6 13,0 9,8 436 0,160040775 30423,1111
1,8 5 7 8 15,0 11,3 436 0,160040775 30423,1111
2,25 10 11 15 26,0 19,5 436 0,160040775 30423,1111
2,7 20 24 35 59,0 44,3 436 0,170234455 32360,8889
4,2 436 0,170234455 32360,8889
4,65 8 9 10 19,0 14,3 435 0,170234455 32212,6147
6,15 432 0,170234455 31769,8349
6,6 7 10 15 25,0 18,8 432 0,170234455 31769,8349
8,1 427 0,170234455 31038,6779
8,1 40R 100,0 75,0
9,6 405 0,180428135 29594,7248
9,6 43R 100,0 75,0
11,1 405 0,180428135 29594,7248
11,55 15 17 19 36,0 27,0 0,180428135
13,05 407 0,180428135 29887,7401
13,05 23 40R 100,0 75,0
14,55 407 0,190621814 31576,3129
14,55 43R 100,0 75,0
16,05 419 0,190621814 33465,7564
16,05 40R 100,0 75,0
17,55 431 0,200815494 37303,6871
17,55 44R 100,0 75,0
19,05 421 0,200815494 35592,739
19,05 46R 100,0 75,0
20,55 422 0,200815494 35762,0265
20,55 40R 100,0 75,0
22,05 451 0,211009174 42919,4771
22,05 43R 46 100,0 75,0
23,55 457 0,211009174 44069,055
23,55 40R 100,0 75,0
25,5 520 0,211009174 57056,8807
26,9 529 0,211009174 59049,0183
28,4 541 0,211009174 61758,3761
30,0 564 0,211009174 67121,1743
SONDEO SITIO 1
Profundidad [m.] N60Ncampo
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
Golpes/pieModulo G
[Ton/m2]Vs[m/s] Densidad
BARRENA
BARRENA
BARRENA
82
Figura 48. Caracterización geotécnica Sitio No.1
Fuente: Autores
0 10 20 30 40 50
Contenido de humedad
natural (%)
0 10 20 30 40 50
Pro
fun
did
ad
(m
)
0
5
10
15
20
25
30
SONDEO 1
0 20 40 60 80 100
% Pasa 200
0 20 40 60 80 1000
5
10
15
20
25
30
0 20 40 60 80100
N60
0 20 40 60 801000
5
10
15
20
25
3020000 30000 40000 50000 60000 70000
Gmax[Ton/m2]
20000 30000 40000 50000 60000 700000
5
10
15
20
25
30350 400 450 500 550 600
Vs (REMI)[m/s]
350 400 450 500 550 6000
5
10
15
20
25
30
A B C D E F
Clasificacion NSR-10
N60
A B C D E F0
5
10
15
20
25
30
A B C D E F
Clasificacion NSR-10
Vs(30)
A B C D E F0
5
10
15
20
25
30
CE 0.75
CR 0.75
CB 1.00
CS 1.00
CA 0.85
CBF 1.00
CC 1.00
CN = Factor de correción de sobrecarga (Stempton 1986)
Nota: Para contenido de finos (%pasa 200) mayor a 30%, se asume un comportamiento
no drenado ante incremento de esfuerzos.
N60 = Número de golpes de ensayo SPT
utilizando martilo Donut
corregido por energía.
N60 = Ncampo CECRCBCSCACBFCCN1,60 = N60*CN
-Un total de 50 golpes han sido aplicados
durante cualquiera de los 3 incrementos
de 6 pulgadas.
-Un total de 100 golpes han sido aplicados.
-No se observa ningún avance del muestrador
durante la aplicación de 10 golpes (ASTM D-1586)
CONTIENE: CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No. 1
TESIS: CARACTERIZACION GEOTECNICA DEL MIEMBRO LIMOS ROJOS A PARTIR DE ENSAYOS REMI Y DOWN HOLE, 2014
PERFILSUELO
C
PERFILSUELO
C
83
6.2. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No.2
El sitio No. 2 se encuentra localizado superficialmente sobre el Miembro Limos
Rojos de la Formación Bucaramanga.
La caracterización geotécnica del subsuelo para el sitio No.2 se describe desde la
superficie hacia estratos profundos, de acuerdo a la Figura 49
Como primer estrato se detectó una capa de 13,00 metros de espesor de suelos
aluviales, compuestos por arenas limosas (SM) y arenas arcillosas (SC), de
acuerdo al número de golpes del ensayo SPT corregido por energía y por esfuerzo
de confinamiento N1,60, este estrato presenta consistencia rígida densa hasta los
13,00 metros de profundidad (N1,60 entre 5 y 30) y pasante del Tamiz #200 entre
30 y 40%. Este estrato presenta velocidades de onda de corte que varían entre
300 y 400 m/s y valores de módulo de rigidez entre 20000 a 35000 ton/m2.
Subyaciendo este estrato y hasta 25,0 metros de profundidad estos suelos
aluviales están compuestos por gravas limosas (GM) y gravas arcillosas (GC), de
acuerdo al número de golpes del ensayo SPT corregido por energía y por esfuerzo
de confinamiento N1,60, este estrato presenta una compacidad relativa densa
hasta los 25,0 metros de profundidad (N1,60 entre 40 y 50) y pasante del Tamiz
#200 entre 20 y 30%. Este estrato presenta velocidades de onda de corte que
varían entre 400 y 500 m/s y valores de módulo de rigidez entre 35000 a 40000
ton/m2.
Según los parámetros establecidos por la NSR-10 el tipo de perfil de suelo se
clasifica utilizando uno de estos criterios: ̅̅ ̅ ̅̅ ̅̅ ̅ .Si utilizamos el el criterio de
velocidad de onda de corte (Vs) corresponde a perfil de suelo C, por otra parte si
utilizamos el criterio de ̅̅ ̅̅ ̅ correspondería a un perfil de suelo D.
84
Tabla 6. Resumen de propiedades para el Sitio No.2
Fuente: Autores
6" 12" 18"
0,45 19 15 3 18,0 13,5 377 0,160040775 22746,4353
0,9 1 1 1 2,0 1,5 377 0,160040775 22746,4353
1,35 4 3 4 7,0 5,3 375 0,160040775 22505,7339
1,8 5 12 15 27,0 20,3 372 0,160040775 22147,0826
2,25 12 12 15 27,0 20,3 369 0,160040775 21791,3119
2,7 14 16 13 29,0 21,8 369 0,170234455 23179,2936
3,15 12 14 37 51,0 38,3 366 0,170234455 22803,9266
4,65 362 0,170234455 22308,2039
5,1 9 17 27 44,0 33,0 362 0,170234455 22308,2039
6,6 365 0,170234455 22679,4852
7,05 12 19 28 47,0 35,3 369 0,180428135 24567,2752
8,55 381 0,180428135 26191,1284
9 16 26 45 71,0 53,3 395 0,180428135 28151,2997
10,5 402 0,180428135 29157,9083
10,95 8 16 21 37,0 27,8 418 0,180428135 31525,1254
12,4 429 0,180428135 33206,1743
12,85 12 21 37 58,0 43,5 429 0,190621814 35082,2294
14,35 447 0,190621814 38087,9541
14,35 45R 100,0 75,0
15,85 430 0,190621814 35245,9735
17,35 432 0,190621814 35574,6055
17,8 15 19 27 46,0 34,5 433 0,200815494 37650,6962
19,3 417 0,200815494 34919,6055
19,3 45R 100,0 75,0
20,8 443 0,200815494 39409,84
20,8 45R 100,0 75,0
22,3 432 0,200815494 37476,9908
22,6 17 38R 100,0 75,0 232 0,211009174 11357,3578
24,1 430 0,211009174 39015,5963
24,1 45R 100,0 75,0
25,1 430 0,211009174 39015,5963
25,5 430,0 0,211009174 39015,5963
26,9 449,0 0,211009174 42539,6606
28,4 474,0 0,211009174 47408,6972
30,0 504,0 0,211009174 53599,7064
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
BARRENA
SONDEO SITIO 2
Vs[m/s] Densidad Modulo G
[Ton/m2]
BARRENA
Profundidad [m.]
BARRENA
BARRENA
Golpes/pie
Ncampo N60
85
Figura 49. Caracterización geotécnica Sitio No.2
Fuente: Autores
0 10 20 30 40 50
Contenido de humedad
natural (%)
0 10 20 30 40 50P
rofu
nd
ida
d (
m)
0
5
10
15
20
25
30
SONDEO 1
0 20 40 60 80 100
% Pasa 200
0 20 40 60 80 1000
5
10
15
20
25
30
0 20 40 60 80100
N60
0 20 40 60 801000
5
10
15
20
25
3020000 30000 40000 50000 60000
Gmax[Ton/m2]
20000 30000 40000 50000 600000
5
10
15
20
25
30350 400 450 500 550 600
Vs (REMI)[m/s]
350 400 450 500 550 6000
5
10
15
20
25
30
A B C D E F
Clasificacion NSR-10
N60
A B C D E F0
5
10
15
20
25
30
A B C D E F
Clasificacion NSR-10
Vs (30)
A B C D E F0
5
10
15
20
25
30
CE 0.75
CR 0.75
CB 1.00
CS 1.00
CA 0.85
CBF 1.00
CC 1.00
CN = Factor de correción de sobrecarga (Stempton 1986)
Nota: Para contenido de finos (%pasa 200) mayor a 30%, se asume un comportamiento
no drenado ante incremento de esfuerzos.
N60 = Número de golpes de ensayo SPT
utilizando martilo Donut
corregido por energía.
N60 = Ncampo CECRCBCSCACBFCCN1,60 = N60*CN
-Un total de 50 golpes han sido aplicados
durante cualquiera de los 3 incrementos
de 6 pulgadas.
-Un total de 100 golpes han sido aplicados.
-No se observa ningún avance del muestrador
durante la aplicación de 10 golpes (ASTM D-1586)
CONTIENE: CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No. 2
TESIS: CARACTERIZACION GEOTECNICA DEL MIEMBRO LIMOS ROJOS A PARTIR DE ENSAYOS REMI Y DOWN HOLE, 2014
PERFILSUELO
D
PERFILSUELO
C
86
6.3. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No.3
El sitio No. 3 se encuentra localizado superficialmente sobre el Miembro Limos
Rojos de la Formación Bucaramanga.
La caracterización geotécnica del subsuelo para el sitio No.3 se describe desde la
superficie hacia estratos profundos, de acuerdo a la Figura 29
Como primer estrato se detectó una capa de 4,00 metros de espesor de suelos
aluviales, gravas arcillosas (GC) y arcilla inorgánica media plasticidad (CL), de
acuerdo al número de golpes del ensayo SPT corregido por energía y por esfuerzo
de confinamiento N1,60, este estrato presenta compacidad relativa suelta hasta
los 4,00 metros de profundidad (N1,60 entre 5 y 10) y pasante del Tamiz #200
entre 10 y 60%. Este estrato presenta velocidades de onda de corte que varían
entre 400 y 450 m/s y valores de módulo de rigidez entre 20000 a 30000 ton/m2.
Subyaciendo este estrato y hasta 25,0 metros de profundidad estos suelos
aluviales están compuestos por arenas limosas (SM) y arenas arcillosas (SC), de
acuerdo al número de golpes del ensayo SPT corregido por energía y por esfuerzo
de confinamiento N1,60, este estrato presenta una consistencia dura hasta los
25,0 metros de profundidad (N1,60 entre 40 y 50) y pasante del Tamiz #200 entre
30 y 60%. Este estrato presenta velocidades de onda de corte que varían entre
450 y 500 m/s y valores de módulo de rigidez entre 30000 a 60000 ton/m2.
Según los parámetros establecidos por la NSR-10 el tipo de perfil de suelo se
clasifica utilizando uno de estos criterios: ̅̅ ̅ ̅̅ ̅̅ ̅ . Para ambos criterios
correspondería a un perfil de suelo C.
87
Tabla 7. Resumen de propiedades para el Sitio No.3
Fuente: Autores
6" 12" 18"
0,45 1 2 2 4,0 3,0 439 0,160040775 30843,2181
1,5 439 0,160040775 30843,2181
1,95 2 2 2 4,0 3,0 439 0,160040775 30843,2181
3 439 0,160040775 30843,2181
3,45 3 4 10 14,0 10,5 440 0,160040775 30983,894
4,5 439 0,170234455 32807,7543
4,5 40R 100,0 75,0
6 437 0,170234455 32509,5036
6 42R 100,0 75,0
7,5 433 0,170234455 31917,0877
7,5 40R 100,0 75,0
9 422 0,180428135 32131,3639
9 40R 100,0 75,0
10,5 414 0,180428135 30924,6606
10,95 40 46 52 98,0 73,5 428 0,180428135 33051,5474
12,5 423 0,180428135 32283,8257
12,5 40R 100,0 75,0
14 419 0,190621814 33465,7564
14 40R 100,0 75,0
15,5 406 0,190621814 31421,3374
15,5 42R 100,0 75,0
17 404 0,190621814 31112,5301
17 40R 100,0 75,0
18,5 449 0,200815494 40484,6045
18,5 40R 100,0 75,0
20 458 0,200815494 42123,8614
20 40R 100,0 75,0
21,5 487 0,211009174 50044,8349
21,5 41R 100,0 75,0
23,0 499 0,211009174 52541,4954
23,0 42R 100,0 75,0
25,0 508 0,211009174 54453,8716
25,5 508 0,211009174 54453,8716
26,9 518 0,211009174 56618,8257
28,4 529 0,211009174 59049,0183
30,0 542 0,211009174 61986,8991
SONDEO SITIO 3
Vs[m/s] Densidad Modulo G
[Ton/m2]N60
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Profundidad [m.]
Golpes/pie
Ncampo
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
88
Figura 50. Caracterización geotécnica Sitio No.3
Fuente: Autores
0 10 20 30 40 50
Contenido de humedad
natural (%)
0 10 20 30 40 50
Pro
fun
did
ad (
m)
0
5
10
15
20
25
30
SONDEO 1
0 20 40 60 80 100
% Pasa 200
0 20 40 60 80 1000
5
10
15
20
25
30
0 20 40 60 80100
N60
0 20 40 60 801000
5
10
15
20
25
3020000 30000 40000 50000 60000 70000
Gmax[Ton/m2]
20000 30000 40000 50000 60000 700000
5
10
15
20
25
30300 400 500 600 700 800
Vs (REMI)[m/s]
300 400 500 600 700 8000
5
10
15
20
25
30
A B C D E F
Clasificacion NSR-10
N60
A B C D E F0
5
10
15
20
25
30
A B C D E F
Clasificacion NSR-10
Vs (30)
A B C D E F0
5
10
15
20
25
30
CE 0.75
CR 0.75
CB 1.00
CS 1.00
CA 0.85
CBF 1.00
CC 1.00
CN = Factor de correción de sobrecarga (Stempton 1986)
Nota: Para contenido de finos (%pasa 200) mayor a 30%, se asume un comportamiento
no drenado ante incremento de esfuerzos.
N60 = Número de golpes de ensayo SPT
utilizando martilo Donut
corregido por energía.
N60 = Ncampo CECRCBCSCACBFCCN1,60 = N60*CN
-Un total de 50 golpes han sido aplicados
durante cualquiera de los 3 incrementos
de 6 pulgadas.
-Un total de 100 golpes han sido aplicados.
-No se observa ningún avance del muestrador
durante la aplicación de 10 golpes (ASTM D-1586)
CONTIENE: CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No. 3
TESIS: CARACTERIZACION GEOTECNICA DEL MIEMBRO LIMOS ROJOS A PARTIR DE ENSAYOS REMI Y DOWN HOLE, 2014
PERFIL SUELO
C
PERFILSUELO
C
89
6.4. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No.4
El sitio No. 4 se encuentra localizado superficialmente sobre el Miembro Limos
Rojos de la Formación Bucaramanga.
La caracterización geotécnica del subsuelo para el sitio No.4 se describe desde la
superficie hacia estratos profundos, de acuerdo a la Figura 30
Como primer estrato se detectó una capa de 4,00 metros de espesor de suelos
aluviales, arenas arcillosas (SC) y arenas limosas (SM), de acuerdo al número de
golpes del ensayo SPT corregido por energía y por esfuerzo de confinamiento
N1,60, este estrato presenta compacidad relativa de medianamente densa a
densa hasta los 4,00 metros de profundidad (N1,60 entre 15 y 30) y pasante del
Tamiz #200 entre 20 y 40%. Este estrato presenta velocidades de onda de corte
que varían entre 400 y 450 m/s y valores de módulo de rigidez entre 20000 a
40000 ton/m2.
Subyaciendo este estrato y hasta 25,0 metros de profundidad estos suelos
aluviales están compuestos por arenas limosas (SM) y arenas arcillosas (SC), de
acuerdo al número de golpes del ensayo SPT corregido por energía y por esfuerzo
de confinamiento N1,60, este estrato presenta una consistencia dura hasta los
25,0 metros de profundidad (N1,60 entre 40 y 50) y pasante del Tamiz #200 entre
30 y 40%. Este estrato presenta velocidades de onda de corte que varían entre
450 y 500 m/s y valores de módulo de rigidez entre 40000 a 60000 ton/m2.
Según los parámetros establecidos por la NSR-10 el tipo de perfil de suelo se
clasifica utilizando uno de estos criterios: ̅̅ ̅ ̅̅ ̅̅ ̅ . Para ambos criterios
correspondería a un perfil de suelo C.
90
Tabla 8. Resumen de propiedades para el Sitio No.4
Fuente: Autores
6" 12" 18"
0,45 13 10 16 26,0 19,5 1,57 7,7 1,9 36,2 431 0,160040775 26510,2345
0,9 9 17 6 23,0 17,3 1,57 15,3 1,7 29,9 431 0,160040775 27457,0285
1,35 5 10 11 21,0 15,8 1,57 23,0 1,6 25,6 432 0,160040775 28155,3028
1,8 8 10 9 19,0 14,3 1,57 30,6 1,5 21,8 432 0,160040775 26633,3945
2,25 19 14 17 31,0 23,3 1,57 38,3 1,4 33,6 432 0,160040775 30438,1651
2,7 20 23 35 58,0 43,5 1,57 45,9 1,4 59,6 432 0,160040775 31579,5963
4,2 1,67 71,4 1,2 432 0,170234455 32340,5505
4,65 23 21 33 54,0 40,5 1,67 79,1 1,1 45,2 432 0,170234455 44135,3394
6,15 1,67 104,6 1,0 430 0,170234455 43727,6249
6,15 46R 100,0 75,0
7,65 1,67 130,1 0,9 428 0,170234455 44442,1937
7,65 46R 100,0 75,0
9,15 1,77 155,6 0,8 428 0,180428135 44442,1937
9,15 46R 100,0 75,0
10,65 1,77 181,1 0,7 420 0,180428135 42796,3303
10,65 46R 100,0 75,0
12,15 1,77 206,6 0,7 425 0,180428135 42348,369
12,15 46R 100,0 75,0
13,65 1,87 232,1 0,6 427 0,190621814 37172,0693
13,65 46R 100,0 75,0
15,15 1,87 257,6 0,6 428 0,190621814 44068,7299
15,15 46R 100,0 75,0
16,65 1,87 283,1 0,5 444 0,190621814 45013,7248
16,65 46R 100,0 75,0
18,15 1,97 308,6 0,5 461 0,200815494 48526,7115
18,15 46R 100,0 75,0
19,65 1,97 334,1 0,5 479 0,200815494 57301,7788
19,65 46R 100,0 75,0
21,15 1,97 359,6 0,4 482 0,200815494 55416,7339
21,15 46R 100,0 75,0
22,65 2,07 385,1 0,4 492 0,211009174 54779,0092
22,65 46R 100,0 75,0
24,15 2,07 410,6 0,4 498 0,211009174 62443,4128
24,15 46R 100,0 75,0
25,65 2,07 436,1 0,4 483 0,211009174 47799,2752
26,9 2,07 507 0,211009174 54239,6972
28,4 2,07 518 0,211009174 56618,8257
30,0 2,07 587 0,211009174 72707,2202
Modulo G
[Ton/m2]
SONDEO SITIO 4
Peso
Unitario
[Ton/m3]
Vs[m/s] Densidad Profundidad
[m.]
Golpes/pie
Ncampo N60
Presion
Confinamiento
[KN/m2]
Teoria de
SkemptonN1,60
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
91
Figura 51. Caracterización geotécnica Sitio No.4
Fuente: Autores
0 10 20 30 40 50
Contenido de humedad
natural (%)
0 10 20 30 40 50
Pro
fun
did
ad
(m
)
0
5
10
15
20
25
30
SONDEO 1
0 20 40 60 80 100
% Pasa 200
0 20 40 60 80 1000
5
10
15
20
25
30
0 20 40 60 80100
N60
0 20 40 60 801000
5
10
15
20
25
3030000 40000 50000 60000 70000
Gmax[x`]
30000 40000 50000 60000 700000
5
10
15
20
25
30350 400 450 500 550 600
Vs (REMI)[m/s]
350 400 450 500 550 6000
5
10
15
20
25
30
A B C D E F
Clasificacion NSR-10
N60
A B C D E F0
5
10
15
20
25
30
A B C D E F
Clasificacion NSR-10
Vs (30)
A B C D E F0
5
10
15
20
25
30
CE 0.75
CR 0.75
CB 1.00
CS 1.00
CA 0.85
CBF 1.00
CC 1.00
CN = Factor de correción de sobrecarga (Stempton 1986)
Nota: Para contenido de finos (%pasa 200) mayor a 30%, se asume un comportamiento
no drenado ante incremento de esfuerzos.
N60 = Número de golpes de ensayo SPT
utilizando martilo Donut
corregido por energía.
N60 = Ncampo CECRCBCSCACBFCCN1,60 = N60*CN
-Un total de 50 golpes han sido aplicados
durante cualquiera de los 3 incrementos
de 6 pulgadas.
-Un total de 100 golpes han sido aplicados.
-No se observa ningún avance del muestrador
durante la aplicación de 10 golpes (ASTM D-1586)
CONTIENE: CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No. 4
TESIS: CARACTERIZACION GEOTECNICA DEL MIEMBRO LIMOS ROJOS A PARTIR DE ENSAYOS REMI Y DOWN HOLE, 2014
PERFIL SUELO
C
PERFIL SUELO
C
92
6.5. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No.5
El sitio No. 5 se encuentra localizado superficialmente sobre el Miembro Limos
Rojos de la Formación Bucaramanga.
La caracterización geotécnica del subsuelo para el sitio No.5 se describe desde la
superficie hacia estratos profundos, de acuerdo a la Figura 52
Como primer estrato se detectó una capa de 2,00 metros de espesor de suelos
aluviales, arcillas inorgánicas de media plasticidad (CL), de acuerdo al número de
golpes del ensayo SPT corregido por energía y por esfuerzo de confinamiento
N1,60, este estrato presenta consistencia muy rígida hasta los 2,00 metros de
profundidad (N1,60 entre 15 y 45) y pasante del Tamiz #200 entre 60 y 80%. Este
estrato presenta velocidades de onda de corte que varían entre 250 y 300 m/s y
valores de módulo de rigidez entre 10000 a 15000 ton/m2.
Subyaciendo este estrato y hasta 15,0 metros de profundidad estos suelos
aluviales están compuestos por arenas arcillosas (SC) y arcillas inorgánicas de
plasticidad media (CL), de acuerdo al número de golpes del ensayo SPT corregido
por energía y por esfuerzo de confinamiento N1,60, este estrato presenta una
consistencia dura hasta los 15,0 metros de profundidad (N1,60 entre 40 y 50) y
pasante del Tamiz #200 entre 50 y 80%. Este estrato presenta velocidades de
onda de corte que varían entre 300 y 400 m/s y valores de módulo de rigidez entre
15000 a 30000 ton/m2.
Según los parámetros establecidos por la NSR-10 el tipo de perfil de suelo se
clasifica utilizando uno de estos criterios: ̅̅ ̅ ̅̅ ̅̅ ̅ . Para ambos criterios
correspondería a un perfil de suelo C.
93
Tabla 9. Resumen de propiedades para el Sitio No.5
Fuente: Autores
6" 12" 18"
0,45 9 9 9 18,0 13,5 294 0,160040775 13833,2844
0,9 23 20 22 42,0 31,5 294 0,160040775 13833,2844
1,35 20 25 30 55,0 41,3 292 0,160040775 13645,7166
1,8 29 45 50 95,0 71,3 288 0,170234455 14119,9266
2,8 282 0,170234455 13537,7248
3,8 267 0,170234455 12135,844
4,5 271 0,180428135 13250,8226
5,5 285 0,180428135 14655,2752
6,5 293 0,180428135 15489,5749
7,5 301 0,190621814 17270,527
9 338 0,190621814 21777,3986
10 355 0,190621814 24023,1142
11 368 0,200815494 27195,2375
12 352 0,200815494 24881,843
13 340 0,200815494 23214,2712
14 343 0,211009174 24825,0183
15 343 0,211009174 24825,0183
16,1 335 0,211009174 23680,5046
17,4 327 0,211009174 22563
18,6 327 0,211009174 22563
19,9 315 0,211009174 20937,3853
21,2 340 0,211009174 24392,6606
22,6 339 0,211009174 24249,3853
24 388 0,211009174 31766,1651
25,5 405 0,211009174 34610,7798
26,9 430 0,211009174 39015,5963
28,4 465 0,211009174 45625,4587
30 493 0,211009174 51285,5688
SONDEO SITIO 5
Profundidad [m.]
Golpes/pie
Ncampo N60 Vs[m/s] Densidad Modulo G
[Ton/m2]
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
Barrena
94
Figura 52. Caracterización geotécnica Sitio No.5
Fuente: Autores
0 10 20 30 40 50
Contenido de humedad
natural (%)
0 10 20 30 40 50
Pro
fun
did
ad (
m)
0
5
10
15
20
25
30
SONDEO 1
0 20 40 60 80 100
% Pasa 200
0 20 40 60 80 1000
5
10
15
20
25
30
0 20 40 60 80100
N60
0 20 40 60 801000
5
10
15
20
25
3010000 20000 30000 40000 50000 60000
Gmax[x`]
10000 20000 30000 40000 50000 600000
5
10
15
20
25
30250 300 350 400 450 500
Vs (REMI)[m/s]
250 300 350 400 450 5000
5
10
15
20
25
30
A B C D E F
Clasificacion NSR-10
N60
A B C D E F0
5
10
15
20
25
30
A B C D E F
Clasificacion NSR-10
Vs (30)
A B C D E F0
5
10
15
20
25
30
CE 0.75
CR 0.75
CB 1.00
CS 1.00
CA 0.85
CBF 1.00
CC 1.00
CN = Factor de correción de sobrecarga (Stempton 1986)
Nota: Para contenido de finos (%pasa 200) mayor a 30%, se asume un comportamiento
no drenado ante incremento de esfuerzos.
N60 = Número de golpes de ensayo SPT
utilizando martilo Donut
corregido por energía.
N60 = Ncampo CECRCBCSCACBFCCN1,60 = N60*CN
-Un total de 50 golpes han sido aplicados
durante cualquiera de los 3 incrementos
de 6 pulgadas.
-Un total de 100 golpes han sido aplicados.
-No se observa ningún avance del muestrador
durante la aplicación de 10 golpes (ASTM D-1586)
CONTIENE: CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No. 5
TESIS: CARACTERIZACION GEOTECNICA DEL MIEMBRO LIMOS ROJOS A PARTIR DE ENSAYOS REMI Y DOWN HOLE, 2014
PERFIL SUELO
C
PERFIL SUELO
C
95
La caracterización geotécnica del subsuelo para el sitio No.5 se describen las
propiedades elásticas basado en el ensayo de Down Hole desde la superficie
hacia estratos profundos, de acuerdo a la Figura 32
Como primer estrato se detectó una capa de 3,00 metros de espesor de suelos
aluviales, con velocidades de onda de corte que varían entre 300 y 400 m/s,
velocidades de onda compresional que varían entre 500 y 700 m/s, módulo de
rigidez con valores entre 10000 y 20000 ton/m2, relación de Poissón de 0,32 y
módulo de elasticidad que varía entre 35000 y 55000 ton/m2.
Subyaciendo este estrato y hasta los 15 metros de profundidad estos suelos
aluviales, presentan velocidades de onda de corte que varían entre 300 y 400 m/s,
velocidades de onda compresional que varían entre 450 y 650 m/s, módulo de
rigidez con valores entre 40000 y 80000 ton/m2, relación de Poissón de 0,32 y
módulo de elasticidad que varía entre 100000 y 230000 ton/m2.
96
Tabla 10. Resumen de propiedades para el Sitio No.5 (Down Hole)
Fuente: Autores
tp [ms] ts [ms] tp [ms] ts [ms]
0,00 1,00 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 - - 1,57 0,157 - - -
1,00 1,41 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 - - 1,57 0,157 - - -
2,00 2,24 1,912 3,701 1,710 3,310 0,002 0,003 584,795 302,115 1,57 0,157 14329,92 0,32 37772,85
3,00 3,16 3,394 6,567 3,220 6,230 0,003 0,006 662,252 342,466 1,67 0,167 19586,23 0,32 51609,08
4,00 4,12 4,329 8,370 4,200 8,120 0,004 0,008 1020,408 529,101 1,67 0,167 46751,21 0,32 123061,82
5,00 5,10 5,048 9,760 4,950 9,570 0,005 0,010 1333,333 689,655 1,67 0,167 79429,25 0,32 209275,45
6,00 6,08 6,103 11,811 6,020 11,650 0,006 0,012 934,579 480,769 1,77 0,177 40911,61 0,32 108012,31
7,00 7,07 6,909 13,374 6,840 13,240 0,007 0,013 1219,512 628,931 1,77 0,177 70013,05 0,32 184670,42
8,00 8,06 7,881 15,238 7,820 15,120 0,008 0,015 1020,408 531,915 1,77 0,177 50079,22 0,31 131552,32
9,00 9,06 8,723 16,883 8,670 16,780 0,009 0,017 1176,471 602,410 1,87 0,187 67861,81 0,32 179469,47
10,00 10,05 9,487 18,361 9,440 18,270 0,009 0,018 1298,701 671,141 1,87 0,187 84230,44 0,32 222000,42
11,00 11,05 10,493 20,293 10,450 20,210 0,010 0,020 990,099 515,464 1,87 0,187 49686,47 0,31 130584,77
12,00 12,04 11,480 22,207 11,440 22,130 0,011 0,022 1010,101 520,833 1,97 0,197 53439,67 0,32 140965,57
13,00 13,04 12,467 24,111 12,430 24,040 0,012 0,024 1010,101 523,560 1,97 0,197 54000,71 0,32 142164,77
14,00 14,04 13,324 25,776 13,290 25,710 0,013 0,026 1162,791 598,802 1,97 0,197 70637,17 0,32 186418,29
15,00 15,03 14,131 27,331 14,100 27,270 0,014 0,027 1234,568 641,026 2,07 0,207 85059,17 0,32 223780,99
Modulo de
ElasticidadE[to
n/m2]
tp [s] ts [s]
CorregidosMedidosVelocidad
CompresionalVp[
m/s]
Velocidad Corte
Vs[m/s]
Peso
Unitario
[ton/m3]
r
[m.]
Prof. z
[m.]
Densidad
[ton/m3]
Modulo de
rigidez Gmax
[ton/m2]
Poisson
97
Figura 53. Caracterización geotécnica Sitio No.5 (Down Hole)
Fuente: Autores
200 300 400 500 600 700
Velocidad CorteVs
[m/s]
200 300 400 500 600 700
Pro
fun
did
ad (
m)
0
5
10
15
E. DOWN H.
E. REMI
400 600 800 1000 1200 1400
Velocidad CompresionalVp
[m/s]
400 600 800 1000 1200 14000
5
10
15
20000 40000 60000 80000
Modulo de RigidezGmax
[Ton/m2]
20000 40000 60000 800000
5
10
15
5e+4 1e+5 2e+5 2e+5
Modulo de Elasticidad E
[Ton/m2]
5e+4 1e+5 2e+5 2e+50
5
10
15
0,30 0,32 0,34 0,36 0,38 0,40
Relacion de Poisson
0,30 0,32 0,34 0,36 0,38 0,400
5
10
15
CONTIENE: CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA SITIO No. 5
TESIS: CARACTERIZACION GEOTECNICA DEL MIEMBRO LIMOS ROJOS A PARTIR DE ENSAYOS REMI Y DOWN HOLE, 2014
98
7. CONCLUSIONES
Se revisó la información existente como el estudio de zonificación de amenaza
por movimientos en masa de algunas laderas de los municipios de
Bucaramanga, Floridablanca, Girón y Piedecuesta enfocándonos en los
ensayos de Down Hole realizados sobre el Miembro Limos Rojos, así como
también el estudio de Zonificación Sismogeotécnica indicativa del área
metropolitana de Bucaramanga en el cual se llevaron a cabo ensayos de
refracción sísmica. De esta información previa se destaca que los resultados
obtenidos en la caracterización del Miembro Limos Rojos se obtuvo las
velocidades de onda de compresión para este depósito en un rango entre 500
a 980 m/s y para velocidades de onda de corte se encuentran entre 300 y 600
m/s.
Se realizaron cinco sondeos ha roto-percusión con recuperación de muestras
cada 0.45m de ensayo de spt, y punta de diamante cada 1,0m en cada uno de
los sitios estudiados con profundidades de entre 15m y 25m, cinco ensayos
Remi (pasivo y activo) con equipo Geode geometrics de 24 canales y geófonos
de 4.5Hz, de longitud de entre 57.5m y 80.0m, así como un ensayo de Down
Hole con sismógrafo geometrics y sonda triaxial de 14Hz, de hasta 15 m de
profundidad.
En la formación Bucaramanga es difícil diferenciar sus miembros por valores
de velocidad de onda de corte, en particular el miembro Limos rojos, Finos, y
gravoso, presentan rangos de valores muy similares para los mismos estratos
de suelo.
99
Según los parámetros establecidos por la NSR-10 el tipo de perfil de suelo se
clasifica utilizando uno de estos criterios: ̅̅ ̅ ̅̅ ̅̅ ̅ , se concluye que para ambos
criterios el perfil de suelo del Miembro Limos Rojos correspondería a un perfil
de suelo C.
Las señales obtenidas en el ensayo MASW (Remi Activo) tenían un alto nivel
de ruido debido al tránsito, obras, el paso continuo de peatones, por esto una
vez procesadas no se obtuvieron los resultados esperados dando como
resultado perfiles con velocidades de onda de corte superiores a 760 m/s lo
cual no es correlacionable con la litología del sitio estudiado.
Por el contrario a los resultados obtenidos mediante el ensayo MASW (Remi
Activo), el ensayo MAM (Remi Pasivo) que utiliza el ruido ambiental propio de
ambientes urbanos arrojo como resultado velocidades de onda de corte entre
300 y 500 m/s. para todos los sitios siendo consecuente con la composición
litológica propia del Miembro Limos Rojos.
Se evidencia la facilidad, flexibilidad, bajo costo, menor tiempo de ejecución,
mayor profundidad y alcance, fácil correlación e interpretación del ensayo Remi
frente a el ensayo de Down hole para determinar el perfil del suelo en
ambientes Urbanos.
Es de destacar la importancia de además de los ensayos de prospección
sísmica se cuente con ensayos tradicionales para tener un modelos más
robusto, ajustado a la estratigrafía y marco geológico.
Las tablas y figuras de resumen de propiedades físicas, mecánicas y
dinámicas de los sitios estudiados, en las cuales se destaca que la velocidad
de onda de corte Vs varia ente 250 y 500 m/s y el módulo de rigidez G que
varía entre 10000 y 60000 Ton/m2 para el Miembro Limos Rojos
100
El análisis del sitio 5 (Barrio Porvenir) en donde se realizaron ensayos Down
Hole y Remi se obtuvieron parámetros dinámicos como velocidades de onda
de corte que varían entre 300 y 400 m/s, velocidades de onda compresional
que varían entre 500 y 700 m/s, módulo de rigidez con valores entre 10000 y
80000 ton/m2, relación de Poissón de 0,32 y módulo de elasticidad que varía
entre 35000 y 230000 ton/m2 para el Miembro Limos Rojos.
101
8. RECOMENDACIONES
Es importante destacar que este estudio se ha realizado a nivel general, los
sitios explorados no cubren en forma significativa el área del Miembro Limos
Rojos, se recomienda la ejecución de investigaciones adicionales
Se recomienda que para futuros ensayos de Down Hole, el encamisado de las
perforaciones se realice en tubería de PVC tipo pesado en diámetro de 2” con
tapón de seguridad para evitar la obstrucción y el colapso del pozo.
Aumentar la base de antecedentes con los ensayos de prospección geofísica
desarrollados por las diferentes empresas de consultoría y constructoras así
como las universidades y entidades públicas del Área Metropolitana.
Una de las limitaciones que se presentaron en cuanto a los ensayos Remi se
debe a que no fue posible fusionar los ensayos MASW Y MAM dada la
incompatibilidad y los resultados de del ensayo MASW a causa del alto ruido
registrado.
102
BIBLIOGRAFIA
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Laderas de los Municipios de Bucaramanga, Floridablanca, Girón y
Piedecuesta.2001.
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de Bucaramanga, 2001
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LAZCANO, Salvador. Caracterizacion de suelos arenosos mediante analisis de
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LINARES MONTENEGRO Giselle, Introducción y Aplicación del Método de
Sísmico de Microtremores en Áreas Urbanas, Sartenejas, 2005,116h, Trabajo
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Seismological Society of America-2001
MANILLA ACEVES, Alfonso Alvares. Geofísica Aplicada en los Proyectos
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Highway Institute. Julio, 2001
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103
VASQUEZ PAREDES Thaina Thamesis. Aplicación de Métodos Sísmicos:
Vibraciones Naturales y Refracción de Microtremores para Caracterización de
Sitio en Estudios de Ingeniería Civil. Universidad Simón Bolívar. Sartenejas,
2008.
ZER GEOSYSTEM PERU S.A.C. Ensayos Geofísicos por los Métodos de
MASW y MAM para el área de emplazamiento del Puente Quilca. Lima, Perú,
2010.
104
ANEXOS
Anexo A. Zonificación De Amenaza Por Movimientos En Masa De Algunas
Laderas De Los Municipios De Bucaramanga, Floridablanca, Girón Y
Piedecuesta - Capitulo 8, Paginas 258-274.Ensayos De Down Hole.
Tomado y adaptado de zonificación de amenaza por movimientos en masa de
algunas laderas de los municipios de Bucaramanga, Floridablanca, girón y
Piedecuesta - capítulo 8, paginas 258-274.
A continuación se relacionan las conclusiones de los ensayos down hole
realizados en el área metropolitana localizados geológicamente sobre la formación
Bucaramanga| en los cuales se evidencia la presencia del miembro limos rojos, los
cuales para este caso son cuatro ensayos de down hole en las perforaciones PT-
7, Quebradaseca con novena PT-11 Barrio Villa Helena, PT-19 Barrio altos de
cabecera, Barrio el Porvenir PT-22.
105
Tabla de relación de perforaciones profundas
La ejecución de los ensayos down hole se hizo utilizando la metodología descrita y
publicada por la casa matriz del sismógrafo Geometrics, la cual a su vez es una
aplicación de las normas ASTM D5777 (Refracción sísmica) y 4428 mencionadas.
En esencia la documentación relativa a los ensayos down hole describe en forma
resumida la teoría y métodos presentados en la publicación ¨Shear Waves,
Techniques and Systems¨ cuyo autor es Douglas Crice.
El equipo empleado fue un sismógrafo de 12 canales con computador externo,
una sonda triaxial y los accesorios correspondientes, marca Geometrics modelo
Geode, fabricado en Noviembre de 2005 en la casa matriz en San José
106
(California, USA). Las ondas se produjeron mediante el empleo de golpes de
comba sobre platinas metálicas.
Downhole PT-7 Quebradaseca
En este ensayo los resultados se agruparon en 4 conjuntos de estratos ubicados
de superficie a 4 metros el primero, entre 4 y 8 metros el segundo, entre 8 y 11 el
tercero y entre 11 y 20 metros el último.
Las primeras velocidades y en consecuencia los primeros módulos, correlacionan
con un suelo limoso con fragmentos de roca, posteriormente en el segundo
conjunto hay una disminución de los valores posiblemente por la presencia de un
relleno heterogéneo, luego aumentan y luego nuevamente disminuyen. Los
valores hallados corresponden a suelos intercalados entre duros y blandos; las
velocidades altas son de suelos duros y las bajas de suelos
Downhole PT-11 Villa Helena
Los resultados de este ensayo muestran variaciones en la dureza del subsuelo y
por ello no se agruparon en grandes conjuntos sino se presentan en varios grupos
de estratos individuales.
No obstante hay un grupo de estratos entre 4 y 22 metros que presentan
aproximadamente las mismas características.
Las primeras velocidades y en consecuencia los primeros módulos, correlacionan
con un suelo limoso con fragmentos de roca y la impresión que causan los
resultados del ensayo es que esa secuencia se mantiene aumentando la dureza
del subsuelo. En términos generales no es grande la diferencia entre los valores
hallados.
107
Downhole PT-19 Altos de Cabecera
En este ensayo los resultados se agruparon en dos conjuntos de estratos
ubicados de superficie a 2 metros el primero y de 2 metros a 20 metros el
segundo.
Las primeras velocidades y en consecuencia los primeros módulos, correlacionan
con un suelo de saprolito de roca con fragmentos de roca y a partir de los 2 metros
el suelo se vuelve algo más blando. Los valores hallados corresponden a suelos
de dureza media.
Downhole PT-22 Porvenir
En este ensayo los resultados se agruparon en tres conjuntos de estratos
ubicados de superficie a 9 metros el primero, de 9 a 15 metros el segundo y de 15
metros a 25 metros, fin de la perforación, el tercero.
Las primeras velocidades y en consecuencia los primeros módulos, correlacionan
con un suelo limoso con gravas y a partir de los 9 metros y hasta 15 el suelo se
vuelve limo arenoso principalmente. Después de 15 metros el suelo aumenta su
dureza y por ello aumentan las velocidades y los módulos. Los valores hallados
corresponden a suelos de dureza media a alta.
Propiedades geotécnicas para clasificación de suelos y propiedades Básicas,
pagina 288.
109
Anexo B. Estudio de Zonificación Geotécnica Indicativa de del Área
Metropolitana de Bucaramanga- Capitulo 2 Páginas 73-92 Exploración
Geofísica del Subsuelo- Estudios de Refracción Sísmica.
Tomado y adaptado de estudio de zonificación geotécnica indicativa de del área
metropolitana de Bucaramanga- capitulo 2 páginas 73-92 exploración geofísica del
subsuelo- estudios de refracción sísmica.
Los estudios de prospección geofísica tuvieron por objeto caracterizar los
depósitos y rocas que conforman el Área Metropolitana de Bucaramanga, en
cuanto a propiedades físicas como son velocidad de ondas de compresión (Vp), de
corte (Vs). La integración de la interpretación de resultados de la geología, los
métodos geofísicos, correlacionados con las perforaciones y análisis geotécnicos,
determinó un modelo del área con sus características geofísicas. Dentro de los
ensayos geofísicos que se realizaron está el de refracción sísmica.
Adquisición de los datos Sísmicos
Se seleccionaron 20 sitios dentro del Área Metropolitana de Bucaramanga, de
acuerdo a las características geológicas y a las condiciones del terreno donde
fuera factible realizar las líneas de refracción sísmica, teniendo en cuenta que las
zonas seleccionadas debían tener aproximadamente 200 metros libres de
cualquier infraestructura.
La metodología utilizada en la adquisición de datos sísmicos, fue la de perfil
contra perfil, para lo cual se usó un sismógrafo digital marca OYO, modelo
McSeis 1600-MX, con 24 geófonos verticales y 24 geófonos horizontales, con los
cuales se midieron las ondas P y S respectivamente. Los datos de campo se
registraron con una longitud de tiempo de 256 y 512 milisegundos, con intervalo
de muestreo de 2 y 5 milisegundos, respectivamente.
110
Se utilizaron cuatro tipos de separación entre geófonos, los cuales dependieron
del área disponible en cada sitio, siendo las distancias utilizadas de 4, 5, 8 y 10 m,
para una longitud de tendido de geófonos de 92 a 230 metros. La fuente de
energía provino de un explosivo gelatinoso de alta potencia (Indugel-AP Plus) con
detonador eléctrico. La separación de la fuente de energía al primer geófono
(offset) varió entre 20 y 50 m, dependiendo de la disposición del terreno, por
consiguiente la longitud total del arreglo de refracción estuvo entre 150 y 290
metros.
El sismógrafo almacena los datos sísmicos en formato McSeis 160MX, el cual es
leído por el programa Seisrefra de la OYO Corporation; además el registro de las
ondas sísmicas de cada línea pueden ser impresas en papel térmico para hacer la
selección de los primeros arribos manualmente.
Del resultado conseguido en el procesamiento de los datos sísmicos se obtuvo la
profundidad de las diferentes interfaces refractadas y el valor de la velocidad Vp y
Vs correspondiente a cada capa.
La profundidad de tope calculada para las diferentes interfaces se consiguió a
través del procesamiento de los datos de velocidad de las ondas P y S, está
profundidad se registra debajo de cada geófono a lo largo de la línea sísmica.
En la siguiente tabla (tabla de correlación litológica) se compilan los resultados del
procesamiento e interpretación de los datos sísmicos, también se hace una
correlación litológica de las diferentes capas del modelo sísmico.
Es de anotar que los rangos de velocidad son amplios para una misma unidad
geológica, lo que dificulta con las velocidades obtenidas, diferenciar las distintas
unidades litológicas de la zona; sobre todo es difícil distinguir los diferentes niveles
111
de la formación Bucaramanga, más aun si se considera que el espesor de los
miembros superiores de esta formación son pequeños.
Con base en los resultados del procesamiento de datos de refracción sísmica se
elaboró para cada una de las líneas un perfil sísmico, el cual ilustra la profundidad
de las diferentes interfaces refractadas, además en estos gráficos, se introdujo el
valor de la velocidad de la onda longitudinal y transversal de cada capa con
nomenclatura V1P, V2P, V3P, V1S, V2S y V3S. El número indica la capa a la cual
pertenece la velocidad y la letra corresponde al tipo de onda, P (longitudinal) y S
(Transversal). También a las capas detectadas se les colocó la nomenclatura de
las unidades geológicas con las cuales se ha correlacionado.
Para facilitar el análisis de los resultados, éstos se han clasificado en seis sectores
teniendo en cuenta la ubicación de los perfiles sísmicos y la correlación geológica
de las diferentes capas del modelo sísmico, de los cuales dos sectores se
presenta superficialmente limos rojos los cuales son el sector cuatro y sector
cinco.
Tabla de Correlación litológica.
Sitio Longitud
Arreglo, m V
Vp,
m/s
Vs,
m/s
Profundidad
de Tope, m Unidad Correlación litológica
Parque de los
Niños 152 V1 600 375 -
Qblr,
Qbg?
Suelo alterado, arenas
arcillas, gravas, limos
arenosos y limos.
Parque de
Mejoras
Públicas
192 V1 760 455 - Qblr
Qbg?
Suelo alterado, arenas
arcillosas, gravas y limos
del miembro Limos Rojos
y miembro Gravoso?.
Marsella Real 215 V1 670 400 - Qblr
Qbg?
Suelo alterado, arenas
arcillas, gravas, limos
arenosos y limos.
112
Villa Mallorca
– Terragona 290 V1 515 330 - Qblr
Suelo alterado, arenas
arcillosas, gravas y limos
del miembro Limos
Rojos.
Parque San
Pío 165 V1 830 380 -
Qblr
Qbg
Suelo alterado, arenas
arcillosas, gravas, limos y
limos arenosos.
La Albania –
Cantabria 155 V1 670 340 -
Qblr,
Qbg
Suelo alterado, arenas
arcillosas, gravas, limos y
limos arenosos.
Estadio La
Flora 290 V1 935 575 - Qblr
Suelo alterado, arenas
arcillosas, gravas y limos
del miembro Limos Rojos
Sector Cuatro (Parte central y sur de Bucaramanga)
En este sector se relacionan cuatro perfiles sísmicos ubicados en el parque de los
Niños, parque de la Sociedad de Mejoras Públicas, Ciudadela Real de Minas
(Marsella Real) y la zona de Villa Mallorca - Terragona. Al igual que en los
anteriores sectores, el proceso de las líneas sísmicas, muestra un modelo sísmico
de tres capas, a excepción del parque de la Sociedad de Mejoras Públicas que
presenta dos capas. Este sector según los valores de velocidad obtenida y la
correlación litológica de estas velocidades, hace que la zona de Villa Mallorca –
Terragona se diferencie de los otros tres sitios.
Sin embargo las velocidades de este miembro son muy cercanas a las del
miembro Órganos, por lo cual difícilmente se puede diferenciar a que unidad
geológica pertenece esta capa.
Los conglomerados y arcillas arenosas del miembro Órganos, se detecta en los
otros tres sitios (parque de los Niños, parque de la Sociedad de Mejoras Públicas
y Ciudadela Real de Minas). Este miembro es la última capa que se detecta en
113
estos sitios y es la parte basal del modelo sísmico; presenta velocidad de 2150 a
2585 m/s para onda P y de 1050 a 1450 m/s para la onda S, la profundidad de
tope es de 18 a 52 m, siendo la parte más superficial en el parque de la Sociedad
de Mejoras Públicas y la más profunda en la Ciudadela Real de Minas (Marsella
Real).
La primera capa corresponde a la zona de bajas velocidades, con intervalo de
velocidades Vp y Vs de 515 a 980 y 330 a 560 m/s respectivamente. Estas
velocidades son correlacionables con suelo alterado, arenas, gravas, cantos y
limos; en esta capa se involucran materiales de los miembros Limos Rojos y
Gravoso pertenecientes a la formación Bucaramanga.
Sector Cinco (Parte Oriental de Bucaramanga)
En este sector se relacionan las líneas sísmicas del parque San Pío, el sector de
La Albania - Cantabria y el estadio La Flora. El modelo sísmico también se
caracteriza por presentar tres capas.
La tercera capa presenta velocidades que varían entre 2290 y 3135 m/s para la
onda P, y para la onda S de 1370 y 1910 m/s, la profundidad del tope es de 30 a
75 m. Esta capa es correlacionable con rocas ígneas (granodioritas y
cuarzomonzonitas), fracturadas y meteorizadas (JRcg). El fracturamiento y el
grado de meteorización de estas rocas explica los valores bajos de velocidad de
esta capa, ya que es de esperar que para este tipo de rocas la velocidad
longitudinal debe ser superior a los 3900 m/s. Teniendo en cuenta el bajo valor de
velocidad de las ondas P, en el sector de La Albania - Cantabria, se asume que
estas rocas están más meteorizadas que las presentes en el parque San Pío y el
estadio La Flora. En este último sitio es probable que esta capa, con velocidad de
Vp y Vs de 3135 y 1910 m/s, corresponda a la formación Girón (?).
114
La segunda capa es correlacionable con rocas ígneas meteorizadas y fracturadas
o con depósitos conglomeráticos y arcillas del miembro Órganos, tiene velocidad
Vp de 1905 a 2000 m/s y Vs de 950 a 1010 m/s, su profundidad de techo varia ente
9 y 14 metros.
En el sector La Albania – Cantabria, la segunda capa tiene velocidad de onda P de
1550 m/s y de 790 m/s de onda S, probablemente asociada con arcilla, limos
arenosos y arenas limosas del miembro Finos y Gravoso, con una profundidad de
tope de 2 a 8 m. En el sitio del estadio La Flora la velocidad Vp de 1905 m/s
también puede correlacionarse con materiales de los miembros Órganos o Finos,
difícilmente diferenciables por los valores cercanos de velocidad.
La Capa uno es correlacionable con suelos alterados, arenas arcillosas, gravas y
limos de los miembros Limos Rojos y Gravoso, con velocidad Vp de 675 a 935 m/s
y Vs de 340 a 575 m/s.
Síntesis de los Estudios de Refracción Sísmica
En la siguiente tabla se presentan los resultados obtenidos del procesamiento de
los datos de refracción sísmica de los seis sectores, esta tabla muestra para cada
capa, los valores de velocidad VP y Vs, espesor, profundidad de tope y la unidad
geológica de correlación.
Tabla de Correlación geológica de las diferentes capas por sectores
Sector Capa Velocidad m/s Espesor
m Profundidad de tope, m
Unidad VP Vs
Uno Calle 45
1 750-800 430-450 8-18 - Qlla, Qal
2 1950-2350 1200-1500 15-62 8-18 Qbo
3 3200-3350 2100-2150 ND 23-80 Jg
Dos Girón – Anillo Vial
1 600-930 340-540 8-17 - Qlla, Qal
2 1950-2000 1150-1200 32-53 8-17 Qbo
3 3000-3100 1700-2050 ND 40-70 Jg
Tres 1 580-790 355-400 6-20 - Qda
115
Sector Capa Velocidad m/s Espesor
m Profundidad de tope, m
Unidad VP Vs
Barrios del Norte Bucaramanga
2 y 3 1735-2500 1150-1465 27-35 6-20 Qdi, Qbf?
Qbo,
3 3450-3600 1850-1950 ND 33-55 Jg
Cuatro Centro y sur de Bucaramanga
1 515-980 330-560 14-23 - Qlla, Qal
2 y 3 1850-2585 1020-1260 32-53 16-52 Qbo, Qbf
3 3300 2250 ND 71-88 Jj
Cinco Parte Oriental Bucaramanga
1 675-935 340-575 9-14 - Qblr, Qbg
2 1905-2000 950-1010 21-61 9-14 Qbo, Qbf
3 2290-3135 1370-1910 ND 30-75 JRcg
Seis Floridablanca - Piedecuesta
1 500-980 305-560 9-16 - Qfe
2 2260-2930 930-1380 25-47 9-16 Qfe, Qbo
Jg?
3 3230-3900 1645-1920 ND 34-63 Jg, Jj?
En la formación Bucaramanga es difícil diferenciar sus miembros por valores de
velocidad, el mayor contraste en velocidad de la onda P la presenta el miembro
Órganos, seguido del miembro Finos, mientras que los miembros Limos Rojos y
Gravoso se asocian dentro de los mismos valores.
Los resultados obtenidos del procesamiento e interpretación de los datos de
refracción sísmica, según los valores de velocidad, permitió diferenciar varias
unidades geológicas que se describen en la siguiente tabla con su respectiva
correlación litológica.
Tabla de Correlación litológica de la velocidad
VP, m/s Vs, m/s Unidad Correlación Litológica
500 - 980 310 - 575
Qlla, Qal, Qda, Qdi, Qblr, Qg,
Qfe
Suelos, rellenos de escombros, cantos, gravas, arenas y arcillas, flujos de escombros.
1400 - 1900
810 - 1020 Qbf Arcillas y limos arenosos
1905 - 2950
930 - 1500 Qbo Conglomerados y arcillas arenosas
2260 - 2900
930 - 1380 Qfe Fragmentos de rocas ígneas semicompactas
3000 - 3800
1500 -2250
Jg Areniscas, limolitas y arcillolitas.
116
VP, m/s Vs, m/s Unidad Correlación Litológica
3860 1920 Jj? Areniscas de grano fino, limolitas y lodolitas.
2290 - 3135
1500 - 1910
JRcg Rocas ígneas (granitos y cuarzomonzonitas), fracturadas y meteorizadas
3900 1645 PEb? Rocas ígneas metamorfizadas y fracturadas.
127
Anexo D. Resultados Del Procesamiento De Datos Ensayo Remi Activo Para
Algunos Sitios
SITIO No. 1 – REMI ACTIVO -T1( A 5M DEL GEOFONO 1)
Espectro de Velocidad (Frecuencia vs Velocidad) REMI activo –T1
128
Perfil de Velocidades de onda de corte (Vs) – REMI activo – T1
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
De
pth
(m
) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
S-wave velocity (m/s)
S-wave velocity model (inverted) : TI-ACTIVO
426 1.3416 2.8383
4.4343
6.1327
8.0403
10.1590
12.3707
14.6764
17.1871
19.71039
22.5604
25.4491
28.5408
31.7384
35.1702
38.6791
42.3
902
46.1
1154
57.9
1253
129
SITIO No.1 – REMI ACTIVO –T2 (CENTRO DEL ARREGLO)
Espectro de Velocidad (Frecuencia vs Velocidad) REMI activo –T2
130
Perfil de Velocidades de onda de corte (Vs) – REMI activo – T2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
De
pth
(m
)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
S-wave velocity (m/s)
S-wave velocity model (inverted) : 1102.dat
3531.3
3602.8
3144.4
3266.1
3698.0
61110.1
76312.3
92914.6
935
17.1
947
19.7
982
22.5
778
25.4
831
28.5
731
31.7
567
35.1
506
38.6
448
42.3
419
46.1
438
131
SITIO No.3 – REMI ACTIVO -T1( A 5M DEL GEOFONO 1)
Espectro de Velocidad (Frecuencia vs Velocidad) REMI activo –T1
132
Perfil de Velocidades de onda de corte (Vs) – REMI activo – T1
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
De
pth
(m
)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
S-wave velocity (m/s)
S-wave velocity model (inverted) : 2101.dat
3921.3
3892.8
3794.4
3846.1
3918.0
45810.1
53912.3
58114.6
627
17.1
573
19.7
585
22.5
525
25.4
587
28.5
570
31.7
600
35.1
610
38.6
633
42.3
666
46.1
706
133
SITIO No.3 – REMI ACTIVO –T2( CENTRO DEL ARREGLO)
Espectro de Velocidad (Frecuencia vs Velocidad) REMI activo –T2
134
Perfil de Velocidades de onda de corte (Vs) – REMI activo – T2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
De
pth
(m
) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
S-wave velocity (m/s)
S-wave velocity model (inverted) : 2102.dat
406 1.3405 2.8391
4.4369
6.1331
8.0328
10.1479
12.3499
14.6561
17.1618
19.7627
22.5632
25.4829
28.5857
31.7814
35.1815
38.6817
42.3
864
46.1
868
57.9
877
135
SITIO No.3 – REMI ACTIVO –T3 ( A 5M DEL GEOFONO 24)
Espectro de Velocidad (Frecuencia vs Velocidad) REMI activo –T3
136
Perfil de Velocidades de onda de corte (Vs) – REMI activo – T3
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
De
pth
(m
) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
S-wave velocity (m/s)
S-wave velocity model (inverted) : 2103.dat
2841.3
2862.8
3014.4
3336.1
4238.0
59110.1
60512.3
75114.6
874
17.1
904
19.7
765
22.5
612
25.4
593
28.5
523
31.7
534
35.1
505
38.6
530
42.3
559
46.1
591
57.9904
137
SITIO No.5 – REMI ACTIVO -T1( A 5M DEL GEOFONO 1)
Espectro de Velocidad (Frecuencia vs Velocidad) REMI activo –T1
138
Perfil de Velocidades de onda de corte (Vs) – REMI activo – T1
0
5
10
15
20
25
De
pth
(m
) 0 100 200 300 400 500 600
S-wave velocity (m/s)
S-wave velocity model (inverted) : 5102.dat
2831.1
282
2.3
272
3.7
281
5.3
298
7.0
309
8.9
325
11.0
336
13.2
340
15.6
345
18.1
349
20.9
358
23.7
444
139
SITIO No.5 – REMI ACTIVO –T2( CENTRO DEL ARREGLO)
Espectro de Velocidad (Frecuencia vs Velocidad) REMI activo –T2
140
Perfil de Velocidades de onda de corte (Vs) – REMI activo – T2
0
5
10
15
20
25
De
pth
(m
)
0 100 200 300 400 500 600
S-wave velocity (m/s)
S-wave velocity model (inverted) : 5103.dat
309
1.1
336
2.3
347
3.7
332
5.3
251
7.0
185
8.9
207
11.0
267
13.2
315
15.6
334
18.1
444
20.9
424
23.7
529
141
SITIO No.5 – REMI ACTIVO –T3 ( A 5M DEL GEOFONO 24)
Espectro de Velocidad (Frecuencia vs Velocidad) REMI activo –T3