MANUAL DE APLICACIN DE TCNICAS GEOFSICAS BASADAS EN ONDAS DE

SUPERFICIE PARA LA DETERMINACIN DEL

PARMETRO VS30

Autores:

FrAncisco Humire GuArAcHiestebAn sez robertFelipe leyton Flrez

31/03/2015

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Contenido Presentacin 6

Prlogo 7

1. INTRODUCCIN 81.1. Motivacin 81.2. Objetivos generales 8

2. REFERENCIAS 9

3. TERMINOLOGA usada en el manual 11

4. ASPECTOS GENERALES 124.1. Propagacin de ondas de Rayleigh en un medio estratificado 124.2. Mtodos basados en ondas superficiales (MOS) para estimar el perfil de Vs 134.3. Determinacin de la curva de dispersin (CD) 134.4. Estimacin del perfil de Vs (inversin) 154.5. Resumen 15

5. REQUERIMIENTOS MNIMOS PARA EL DESARROLLO DE LA EXPLORACIN EN TERRENO 17 5.1. Equipos 175.1.1. Sistemas de adquisicin 175.1.2. Gefonos 17 5.1.3. Fuente activa 185.2. Caractersticas del sitio estudiado 195.2.1. Ruido ambiental 195.2.2. Ensayos sobre superficies rgidas 205.2.3. Pendiente y sinuosidad del terreno 215.2.4. Estructuras cercanas 225.3. Arreglos 225.3.1. Arreglos lineales 225.3.2. Arreglos bidimensionales 235.4. Procedimiento en terreno 24

6. MTODOS BASADOS EN FUENTES ACTIVAS 25 6.1. Consideraciones segn el tipo de fuente 25 6.1.1. Fuentes de baja energa 256.1.2. Fuentes de gran energa 256.2. Anlisis de ensayos activos 25 6.2.1. Stacking 266.2.2. Seleccin de trazas y tiempo de registro a considerar en el anlisis 286.2.3. Normalizacin de las trazas 29

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7. MTODOS BASADOS EN MICROVIBRACIONES (PASIVOS) 317.1. Tiempo de registro y filtros 317.2. Procedimientos para obtener la curva de dispersin 317.2.1. Mtodos de amplitud 327.2.1.1. Lmites tericos de los arreglos 327.2.1.2. Concentraciones de energa 337.2.1.3. Curva de dispersin 347.2.2. Mtodos de fase 357.2.2.1. Curvas de autocorrelacin 357.2.2.2. Estimacin de la curva de dispersin 37

8. ESTIMACIN DE LA CURVA DE DISPERSIN GLOBAL E INVERSIN 398.1. Curva de dispersin global 398.1.1. Combinacin de mtodos 398.1.2. Incorporacin de mltiples modos de la curva de dispersin 41

9. INVERSIN 439.1. Procedimiento segn el algoritmo de bsqueda 439.1.1. Mtodos iterativos 439.1.1.1. Algoritmo de bsqueda global 439.1.2. Parmetros del perfil de Vs 449.1.3. Resultados del proceso de inversin 449.2. Evaluacin del parmetro Vs30 46

10. ERRORES FRECUENTES 4710.1. Errores de terreno 47Uso deficiente del espacio disponible en terreno para realizar los ensayos 47 Reiteracin de golpes de fuente activa por ubicacin 47Desalinear el disparo en los ensayos activos 48Omitir ensayos pasivos 48Duracin del registro pasivo o interrupcin durante la medicin e induccin de fuentes 48 de campo cercano Pendiente y sinuosidad del terreno 49 Estructuras cercanas 4910.2. Errores de procesamiento de datos e interpretacin 49Diferenciacin entre modos superiores e inversin de curva de dispersin/autocorrelacin 49 Stacking de diagramas de dispersin y no de curvas de dispersin 51Uso de parmetros iniciales para inversin de curva de dispersin 51

11. CONTENIDOS MNIMOS DEL INFORME 53

ANEXOS

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PresentacinDesde su fundacin el Instituto de la Construccin ha aportado en distintos mbitos del sector, especialmente en los tres ejes que conforman su Plan de Accin: Ingeniera Estructural, Construccin Sustentable y Mejoramiento de la Productividad.

Con el tsunami y terremoto de magnitud 8.8 (Mw) del 27 de febrero de 2010, las oportunidades de mejoramiento en el rea normativa han sido diversas. Es as como en estos cinco aos posteriores hemos acogido en nuestra institucin a ms de 300 especialistas, que han trabajado en la elaboracin de los anteproyectos de los Decretos Supremos DS 60 Requisitos de diseo y clculo para el Hormign Armado y DS 61 Diseo ssmico de edificios y en los anteproyectos de diversas normas del rea de la ingeniera estructural, entre los cuales se encuentran: NCh 2745 Anlisis y Diseo Ssmico de Edificios con Aislacin Ssmica; NCh 3332 Estructuras-Intervencin de construcciones patrimoniales de tierra cruda; NCh 1508 Estudio de Mecnica de Suelos; NCh 3362 Requisitos mnimos de diseo, instalacin y operacin para ascensores electromecnicos frente a sismos, ex NTM 6; NCh 3359 Requisitos para edificaciones estratgicas y de servicio comunitario, ex NTM 3; NCh 3363 Diseo Estructural Edificaciones en reas de riesgo de inundacin por tsunami o seiche, ex NTM 7; NCh 3357 Diseo ssmico de componentes y sistemas no estructurales, ex NTM 1; NCh 3364 Geotecnia - Ensayo de Penetracin Estndar, y el anteproyecto de norma Estudio o proyecto de ingeniera estructural.

Siguiendo con la difusin de material que sin duda ser un real aporte al sector, este ao nos es grato presentar el Manual de aplicacin de tcnicas geofsicas basadas en ondas de superficie para la determinacin del parmetro Vs30, realizado bajo el alero del Comit Mecnica de Suelos que sesiona en el Instituto de la Construccin presidido por el ingeniero Miguel ngel Jaramillo- y cuya autora corresponde al profesor de la Pontificia Universidad Catlica de Chile Esteban Sez Robert; al investigador del Centro Sismolgico Nacional de la Universidad de Chile, Felipe Leyton Flrez, al exalumno de ambos, Francisco Humire Guarachi.

Esperamos que este Manual sea de utilidad para todos los profesionales y empresas que trabajan en esta importante rea de la ingeniera, que es un tema de investigacin activo en el mundo.

Una vez ms agradecemos el trabajo de todos quienes hicieron posible la elaboracin de este Manual, y en especial a los integrantes del Comit de Mecnica de Suelos, por su importante y generoso aporte.

Bernardo EcheverraPresidente

Instituto de la Construccin

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PrlogoLuego del terremoto del Maule de 2010, surgi la necesidad de revisar el sistema de clasificacin ssmica de suelos vigente en Chile. En dicha revisin, se incorpor la medicin del promedio de velocidades de onda de corte en los 30 m superficiales (Vs30) al sistema de clasificacin existente. Este requerimiento marc el inicio de un rpido aumento de profesionales y empresas que ofrecen el servicio de estimacin de dicho parmetro. Sin embargo, pronto comenzaron las dudas debido a la variabilidad de las tcnicas empleadas, dispersin de resultados y justificaciones de dichos resultados.

En virtud de esta realidad, el Comit Mecnica de Suelos, que funciona bajo el alero del Instituto de la Construccin desde 2010, evalu trabajar en un documento para normar la ejecucin de ensayos de geofsica para la determinacin del parmetro Vs30.

Antes de elaborar una norma, los profesionales participantes del Comit Mecnica de Suelos coincidieron en el desarrollo de un manual de procedimientos y recomendaciones, en lugar de un documento normativo, puesto que los mtodos basados en la dispersin de ondas de superficie (MOS) contina siendo hasta la actualidad un tema de investigacin activo a nivel mundial. Prueba de ello es que ao tras ao aparecen nuevas tcnicas, interpretaciones o mtodos de estimacin de errores en la literatura especializada. Adicionalmente, los especialistas opinaron que no existe hasta ahora ninguna tcnica que sea completamente infalible y que asegure un resultado satisfactorio y razonablemente confiable para la diversidad de casos encontrados en la prctica.

En ese sentido, el presente documento tiene el propsito de presentar en forma sinttica la experiencia de los autores empleando los MOS para la determinacin del parmetro Vs30 en varias regiones y condiciones geolgicas del pas. El documento sintetiza las recomendaciones de ejecucin de las mediciones en terreno y del posterior anlisis de datos de ms de 600 estudios de este tipo en los que han participado los autores en distintas localidades de Chile.

El nfasis del manual radica en separar el estudio claramente en dos etapas: registro de datos en terreno y su posterior anlisis en gabinete, as como insistir en que la mejor estrategia para asegurar resultados satisfactorios es la combinacin de tcnicas complementarias. El documento presenta las convicciones personales de los autores, en cuanto a las estrategias a seguir en cada una de estas fases, de forma que tienen el sesgo natural de los resultados obtenidos con equipos y herramientas de anlisis propios. Es ms, el presente manual, en ningn caso pretende imponer como nica estrategia de medicin o anlisis las recomendaciones presentadas, pues con toda seguridad existen formas alternativas de conducir estudios que aseguren resultados igualmente satisfactorios.

Deseamos manifestar nuestro muy especial a agradecimiento a Francisco Humire, nuestro exalumno, hoy colega y amigo, sin l este documento jams hubiera sido posible de elaborar. Adicionalmente agradecemos el apoyo para la elaboracin de algunas secciones de Alix Becerra y la labor de coordinacin de Claudia Fuentes, secretaria tcnica del Comit Mecnica de Suelos del Instituto de la Construccin

Finalmente deseamos agradecer el invaluable aporte de las empresas R&V Ingenieros y CMGI, las que permitieron sacar adelante este documento en un plazo razonable. Finalmente, deseamos agradecer a todas los colegas que asistieron a las reuniones de discusin en el Comit Mecnica de Suelos, plantearon sus propias ex