Tese de mestrado. Estruturas de Engenharia Civil. 2004. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Treze folhas são desdobráveis / Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Estruturas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Estructural, Sísmica y Geotécnica. Ingeniero Civil / Esta Tesis elabora el primer modelo 3D de velocidad de onda de corte para la Cuenca de Santiago utilizando la técnica de tomografía de ruido sísmico. La ocurrencia reciente y futura de terremotos en la zona central de Chile enfatizan la necesidad de contar con un modelo de velocidad de onda de corte que considere variaciones verticales y laterales, y que permita una evaluación acabada de respuesta sísmica de la Cuenca de Santiago. Este trabajo utiliza registros continuos de ruido sísmico provistos por una red temporal de estaciones banda ancha del Centro Sismológico Nacional (CSN) y parte de la red nacional de acelerógrafos (RNA) desplegados sobre la Cuenca. Las componentes verticales de los registros son utilizadas para estimar la función de Green empírica del medio a través del cálculo espectral de la correlación cruzada de ruido sísmico y su similitud con una función de Bessel del primer tipo de orden cero. Esta información es utilizada para calcular curvas de dispersión y tiempos de viaje de ondas Rayleigh para todos los pares de estaciones disponibles entre los 0,1[Hz] y 5[Hz]. La varianza asociada al cálculo de las curvas de dispersión es determinada utilizando el método de Bootstrap modificado para un número de 1000 remuestreos con reposición. Los tiempos de viaje estimados son invertidos mediante un esquema de mínimos cuadrados regularizados con peso, obteniendo mapas de velocidad de fase o tomogramas entre los 0,2[Hz] y 1,1[Hz]. Los mapas de velocidad de fase son utilizados para reconstruir curvas de dispersión en toda la Cuenca e invertir perfiles 1D de velocidad de onda de corte por medio de simulaciones de Monte Carlo. Luego, a partir de estos perfiles de velocidad, se elaboran mapas de velocidad de onda de corte a diferentes profundidades por medio de una interpolación de kriging ordinario y un modelo de variograma esférico. El modelo 3D de velocidad de onda de corte presenta variaciones laterales o anomalías de hasta un 20% del valor medio en el plano E-N, que disminuyen su amplitud a medida que aumenta la profundidad. Las variaciones detectadas en el modelo permiten establecer que el sector norte de la Cuenca posee una rigidez menor al sector sur, exceptuando la zona en donde se ubica el cerro San Cristóbal. La sensibilidad del modelo está acotada entre los 700[m] y los 5-6[km] de profundidad, por lo que carece de un nivel de resolución que permita dilucidar la transición entre las formaciones geológicas profundas y los sedimentos a nivel de superficie. Se recomienda complementar los resultados obtenidos desplegando estaciones temporales en aquellos sectores con mala cobertura de rayos, y campañas locales de medición que permitan mejorar la resolución superficial del modelo. Finalmente, se recomienda utilizar el modelo 3D de velocidad de onda de corte para realizar un modelamiento numérico del comportamiento dinámico de la Cuenca y analizar el efecto que genera la presencia de heterogeneidades de velocidad profundas sobre los acelerogramas y contenido espectral a nivel de superficie.

Muestra las ventajas de los ensayos geofísicos (métodos indirectos) en estudios geotécnicos como el represamiento de lagunas Chaupicocha, Chinchicocha y Totorapampa. Además determina las velocidades de propagación de las ondas P (Vp) y las ondas S (Vs) del subsuelo, mediante los ensayos de refracción sísmica, y los ensayos MASW o Análisis de Ondas Superficiales en Arreglo Multicanal, valores que permiten determinar en forma indirecta los espesores de los estratos del suelo de cimentación de los sectores de estudio. / Tesis

Las condiciones de sitio, las características geológicas y geométricas de los depósitos de suelo y la topografía superficial, influencian fuertemente en la amplitud, contenido de frecuencias y duración de las ondas sísmicas incidentes en un sitio. Esta influencia ha sido observada mediante la comparación de registros sísmicos obtenidos de sitios con diferentes condiciones geológicas locales. Este fenómeno es conocido como efecto de sitio. Revisa los estudios más relevantes acerca del efecto de sitio con el objetivo de analizar y comprender la influencia de las condiciones locales en la transferencia de movimiento de las ondas incidentes en un sitio. Para ello, se evaluará la amplificación del campo de ondas sísmicas por el efecto de la topografía superficial (en montañas y cañones) con modelos teóricos (2-D y 3-D) y resultados experimentales permitiéndonos ampliar los estudios a casos más complejos con la inclusión de factores realísticos como meteorización, erosión, efecto de estructuras geológicas vecinas y gradiente vertical de velocidad. Del mismo modo, se abordará el efecto de la geología superficial, teniendo en cuenta que en el efecto de sitio influye de forma muy importante la estructura geológica local en cuanto a su composición, geometría, propiedades dinámicas, etc. (Rogers et al. (1983), Bard (1983) entre otros). Asimismo, se presentará los estudios realizados por Benites and Haines (1994) en modelamiento del efecto de sitio en 2-D y 3-D para estructuras complejas con los resultados más significativos, para la interpretación de la transferencia del movimiento del suelo. / Tesis

Ingeniero Civil Eléctrico / En la actualidad, el estudio de los sismos se basa en la interpretación correcta de la señales que ellos emiten y que los humanos somos instrumentalmente capaces de medir. La señal que se obtiene de un sismo es conocida como traza sísmica y cuantifica la respuesta en velocidad que generan las ondas sísmicas en la superficie terrestre. La correcta caracterización de una señal sísmica entrega amplia información sobre el mismo, pudiéndose determinar cosas tales como su magnitud, lugar de ocurrencia, entre otros. Una de las principales características de una traza son la llegada de las ondas P y S, con las cuales se puede iniciar un primer análisis en la caracterización de una señal sísmica. La identificación de la aparición de estas dos ondas dentro de la traza sigue siendo un problema abierto en la sismología y que ha seguido siendo investigado con diversas técnicas de análisis de señales e inteligencia computacional. En este trabajo de título se proponen tres métodos para la identificación de las ondas P dentro de una traza sísmica: Método de los Espectrogramas, Método de los Fractales y Métodos de los Fractales modificado. El primer método utiliza técnicas en el dominio de la frecuencia, identificando las alzas energéticas que muestra el espectrograma para la identificación de la llegada de una onda, el segundo es un método que determina la ``dimensión fractal'' de cada punto del sismograma, logrando detectar en base a un cambio brusco de la dimensión generado por la llegada de la onda y, finalmente, el tercer método es un método mixto entre los dos anteriores, que mezcla sus características para una mejor identificación. Para la identificación de la onda S, se usó el algortimo Matching Basic Pursuit que es capaz de descomponer la señal en funciones wavelets. Usando esa metodología, la señal era descompuesta y era posible analizar sólo la onda S presente en la traza, pudiendo de esta forma identificar el tiempo de llegada de ésta. Los resultados de los métodos fueron positivos, el Método de los Espectrogramas y el Método de los Fractales obtuvieron cerca del 80% y 83% de detecciones correctas a menos de un segundo del tiempo real de la aparición de la onda P. El Método de los Fractales Modificado, que mezclaba características de ambos, elevó la cantidad detecciones al 88%. Por otro lado el método de reconocimiento de onda S obtuvo cerca del 83% de detecciones correctas en el mismo intervalo. En conclusión, los métodos propuestos en esta investigación mostraron ser eficaces, y se proyectan como una excelente solución a este problema de la sismología.

O SASW (\"Spectral Analysis of Surface Waves\") é um método geofísico de ensaio não destrutivo, baseado na geração e detecção de ondas elásticas de superfície (Rayleigh), e o estudo da natureza dispersiva desta onda. A aplicação desse método em geotecnia objetiva, a partir da determinação das velocidades de propagação das ondas S, definir os parâmetros elásticos dinâmicos dos diferentes materiais em subsuperfície. Este trabalho visou o desenvolvimento de um sistema instrumental para registro de ondas sísmicas e sua utilização na implementação, teste e avaliação do método SASW. O método SASW envolve a detecção de ondas superficiais do tipo Rayleigh e é realizado na superfície do terreno, não necessitando de furos de sondagem ou qualquer outra infraestrutura, tornando-se assim mais econômico do que os dois métodos sísmicos mais usados para o estudo de parâmetros elásticos do solo (\"crosshole\" e \"downhole\"), pois ambos métodos medem as velocidades de propagação de ondas de corpo P e S, e requerem a perfuração e revestimento de furos de sondagem. Como a natureza dispersiva da onda se dá em termos de freqüência, todo o processamento dos sinais é realizado no domínio da freqüência. A metodologia para execução dos ensaios SASW envolve três etapas: a) aquisição dos dados de campo; b) determinação da curva de dispersão das ondas Rayleigh e c) Inversão da curva de dispersão para obter um perfil de velocidade da onda S. Para cada uma das etapas foi feita uma descrição dos procedimentos adotados, com especial ênfase ao tópico b, uma vez que no processo de cálculo das curvas de dispersão ocorrem os maiores problemas do método. Foram escolhidos para apresentação e descrição três estudos de caso que permitiram discutir e avaliar em detalhe a aplicabilidade, vantagens e desvantagens do método. No primeiro caso, considerado como bom, as curvas de dispersão obtidas para diferentes espaçamentos de geofones se sobrepuseram numa ) determinada faixa de freqüências. No segundo exemplo, classificado como de qualidade intermediária, as curvas variaram pouco de uma para outra. No terceiro exemplo, considerado ruim, as curvas para diferentes espaçamentos entre geofones não convergiram, tendo sido necessário tentar uma nova estratégia para confeccionar a curva de dispersão representativa da área. A terceira etapa do método consiste na inversão da curva de dispersão. Diversos modelos iniciais foram gerados e todos eles, após algumas dezenas de iterações, apresentaram a mesma tendência. Para os ensaios no campus da USP obtiveram-se as curvas de dispersão coincidentes que permitiram a obtenção de um modelo de velocidade consistente. No caso do campus da UNICAMP os valores concordaram bem até 4 metros de profundidade com os valores de velocidade obtidos pelo ensaio \"crosshole\", porém para profundidades maiores do que 4 metros os valores divergem. No caso da UNESP (Bauru) os valores de ambos os métodos divergiram totalmente. Concluiu-se que, apesar do sistema instrumental desenvolvido ter se comportado bem, a completa automatização do ensaio é impossível pois no método de geração de curvas de dispersão, a intervenção do intérprete é fundamental. Isto é devido, em grande parte à dificuldade de geração de ondas de baixa frequência. / The Spectral Analysis of Surface Waves (SASW) is a non-destructive test based on the generation and detection of elastic surface waves (Rayleigh), and the study of the dispersion behavior of these waves. The application of this method to geotechnical problems aims at defining the elastic parameters of the different materials from the determination of the S wave propagation velocity. The objective of this thesis was to develop an instrumental system to record seismic waves and its utilization in the implementation, test and evaluation of the SASW method. The SASW method consists in the detection of Rayleigh surface waves and do not require boreholes or any other infrastructure since it is performed from thesurface. This allows it to be more economical than the crosshole or downhole tests that require the perforation and casing of boreholes to measure the P and S propagation velocities. The processing is carried out in frequency domain since the dispersive nature of the wave is in terms of frequency. The SASW methodology consists in three steps: a) data acquisition; b) determination of the dispersion curve of the Rayleigh wave and c) the inversion of the dispersion curve to obtain an S wave profile. It is presented a description of the adopted procedure for each step of the processing. Care was taken with the b) item since the major problems of the method appear during the calculation of the dispersion curve. Three case studies were presented. This allowed discussing and evaluating in detail the applicability, advantages and disadvantages of the method. The first case, classified as good, the dispersion curves, calculated from different geophone spacing, overlapped in a certain frequency window. In the second study, classified as intermediate quality, the dispersion curves presented some variations. The third example, classified as bad, the dispersion curves from different geophone spacing did not converge and it was necessary to try a new methodology to generate the dispersion curve of the area. The third step of the method consists in the inversion of the dispersion curve. Several initial models were generated and, after few dozens of iterations, presented the same trend. For the experiments in the USP campus very coincident dispersion curves were obtained and, consequently, a very consistent model was generated. In the UNICAMP campus case study the values agreed well, up to 4 meters of depth, with the crosshole results but diverge for higher depths. In the UNESP campus case study the results diverge completely. It was concluded that the instrument developed was appropriate to perform SASW tests. The automation of the tests is not possible due to the need of a high degree of interpret intervention. It is due mainly to the difficult to generate low frequencies.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civi l- Estruturas. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado. Estruturas de Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2004

O SASW (\"Spectral Analysis of Surface Waves\") é um método geofísico de ensaio não destrutivo, baseado na geração e detecção de ondas elásticas de superfície (Rayleigh), e o estudo da natureza dispersiva desta onda. A aplicação desse método em geotecnia objetiva, a partir da determinação das velocidades de propagação das ondas S, definir os parâmetros elásticos dinâmicos dos diferentes materiais em subsuperfície. Este trabalho visou o desenvolvimento de um sistema instrumental para registro de ondas sísmicas e sua utilização na implementação, teste e avaliação do método SASW. O método SASW envolve a detecção de ondas superficiais do tipo Rayleigh e é realizado na superfície do terreno, não necessitando de furos de sondagem ou qualquer outra infraestrutura, tornando-se assim mais econômico do que os dois métodos sísmicos mais usados para o estudo de parâmetros elásticos do solo (\"crosshole\" e \"downhole\"), pois ambos métodos medem as velocidades de propagação de ondas de corpo P e S, e requerem a perfuração e revestimento de furos de sondagem. Como a natureza dispersiva da onda se dá em termos de freqüência, todo o processamento dos sinais é realizado no domínio da freqüência. A metodologia para execução dos ensaios SASW envolve três etapas: a) aquisição dos dados de campo; b) determinação da curva de dispersão das ondas Rayleigh e c) Inversão da curva de dispersão para obter um perfil de velocidade da onda S. Para cada uma das etapas foi feita uma descrição dos procedimentos adotados, com especial ênfase ao tópico b, uma vez que no processo de cálculo das curvas de dispersão ocorrem os maiores problemas do método. Foram escolhidos para apresentação e descrição três estudos de caso que permitiram discutir e avaliar em detalhe a aplicabilidade, vantagens e desvantagens do método. No primeiro caso, considerado como bom, as curvas de dispersão obtidas para diferentes espaçamentos de geofones se sobrepuseram numa ) determinada faixa de freqüências. No segundo exemplo, classificado como de qualidade intermediária, as curvas variaram pouco de uma para outra. No terceiro exemplo, considerado ruim, as curvas para diferentes espaçamentos entre geofones não convergiram, tendo sido necessário tentar uma nova estratégia para confeccionar a curva de dispersão representativa da área. A terceira etapa do método consiste na inversão da curva de dispersão. Diversos modelos iniciais foram gerados e todos eles, após algumas dezenas de iterações, apresentaram a mesma tendência. Para os ensaios no campus da USP obtiveram-se as curvas de dispersão coincidentes que permitiram a obtenção de um modelo de velocidade consistente. No caso do campus da UNICAMP os valores concordaram bem até 4 metros de profundidade com os valores de velocidade obtidos pelo ensaio \"crosshole\", porém para profundidades maiores do que 4 metros os valores divergem. No caso da UNESP (Bauru) os valores de ambos os métodos divergiram totalmente. Concluiu-se que, apesar do sistema instrumental desenvolvido ter se comportado bem, a completa automatização do ensaio é impossível pois no método de geração de curvas de dispersão, a intervenção do intérprete é fundamental. Isto é devido, em grande parte à dificuldade de geração de ondas de baixa frequência. / The Spectral Analysis of Surface Waves (SASW) is a non-destructive test based on the generation and detection of elastic surface waves (Rayleigh), and the study of the dispersion behavior of these waves. The application of this method to geotechnical problems aims at defining the elastic parameters of the different materials from the determination of the S wave propagation velocity. The objective of this thesis was to develop an instrumental system to record seismic waves and its utilization in the implementation, test and evaluation of the SASW method. The SASW method consists in the detection of Rayleigh surface waves and do not require boreholes or any other infrastructure since it is performed from thesurface. This allows it to be more economical than the crosshole or downhole tests that require the perforation and casing of boreholes to measure the P and S propagation velocities. The processing is carried out in frequency domain since the dispersive nature of the wave is in terms of frequency. The SASW methodology consists in three steps: a) data acquisition; b) determination of the dispersion curve of the Rayleigh wave and c) the inversion of the dispersion curve to obtain an S wave profile. It is presented a description of the adopted procedure for each step of the processing. Care was taken with the b) item since the major problems of the method appear during the calculation of the dispersion curve. Three case studies were presented. This allowed discussing and evaluating in detail the applicability, advantages and disadvantages of the method. The first case, classified as good, the dispersion curves, calculated from different geophone spacing, overlapped in a certain frequency window. In the second study, classified as intermediate quality, the dispersion curves presented some variations. The third example, classified as bad, the dispersion curves from different geophone spacing did not converge and it was necessary to try a new methodology to generate the dispersion curve of the area. The third step of the method consists in the inversion of the dispersion curve. Several initial models were generated and, after few dozens of iterations, presented the same trend. For the experiments in the USP campus very coincident dispersion curves were obtained and, consequently, a very consistent model was generated. In the UNICAMP campus case study the values agreed well, up to 4 meters of depth, with the crosshole results but diverge for higher depths. In the UNESP campus case study the results diverge completely. It was concluded that the instrument developed was appropriate to perform SASW tests. The automation of the tests is not possible due to the need of a high degree of interpret intervention. It is due mainly to the difficult to generate low frequencies.