Estimació dels paràmetres dinàmics dels sòls, procediment i aplicació a Barcelona

      Este trabajo se engloba dentro de esta temática como la continuación del Estudio Preliminar de Microzonación de Barcelona realizado por el Servei Geológic de Catalunya en 1994. En él se pretende llegar a caracterizar las propiedades dinámicas de los materiales que forman el subsuelo de la ciudad de Barcelona, así como las geotécnicas directamente ligadas a éstas, definiendo así la geología local mencionada previamente.

      La línea general seguida en este trabajo ha sido la de crear una metodología que permita definir estas propiedades dinámicas (velocidad de las ondas de cizalla, velocidad de las ondas de compresión, módulo de corte dinámico máximo, coeficiente de amortiguamiento y densidad), de una forma empírica, cómoda e inmediata, mediante parámetros usuales en la obra pública como es el ensayo de penetración estándar. Sin necesidad de recurrir a sofisticados ensayos de laboratorio o ensayos de prospección geofisica, configurándose como el primer trabajo realizado en España de estas características, contribuyendo en ampliar la escasa y dispersa bibliografia publicada hasta la actualidad, y proveyendo a la ciudad de Barcelona de medidas dinámicas, dada su práctica ausencia.

      En esta Tesina se puede distinguir una parte inicial teórica de una posterior de aplicación práctica. En la teórica podemos hallar descrito el comportamiento del suelo ante cargas dinámicas, los principales parámetros que definen las propiedades dinámicas de los suelos, y una exposición sintetizada de los diferentes tipos de ensayos, ya sean de laboratorio o de campo, para la obtención de estas propiedades desde el punto de vista de los rangos de deformación de corte que podemos encontrar en la naturaleza. También se ha realizado una exhaustiva recopilación de las principales correlaciones empíricas encontradas entre dichos ensayos, analizándose de una forma cualitativa los principales factores que pueden afectar las variaciones de valores de estos parámetros dinámicos en los suelos, y en forma de anexos una síntesis de la Teoría Elástica enfocada a nuestro estudio, y una descripción de las principales propiedades de los suelos.

      De forma práctica, tras mostrar los fundamentos de la metodología creada, así como el listado del programa que la procesa, es aplicada a una serie de puntos de la ciudad de Barcelona en función de las características geológicas de la ciudad, obteniéndose valores de los parámetros buscados, y analizándose sus rangos de valores tanto desde el punto de vista estadístico como geofísico.

2. Propietats dinàmiques dels sòls 7
2.1. Introducció 9
2.2. Mbdul de tall dinàmic (G) 11
2.3. Coeficient d’esmorteïment (D) 12

3. Assaigs. Obtenció experimental dels paràmetres dinàmics 15
3.1. Introducció 17
3.2. Assaigs de camp 17
3.2.1. Assaigs de camp de baixa deformació de tall 18
3.2.1.1. Reflexió sísmica 19
3.2.1.2. Refracció sísmica 20
3.2.1.3. Down-Hole (Up-Hole) 21
3.2.1.4. Cross-Hole 22
3.2.1.5. Conus sísmic de penetració 23
3.2.1.6. Testificació geofísica (logging) 24
3.2.1.7. Anàlisi espectral d’ones superficials 24
3.2.2. Assaigs de camp d’alta deformació de tall 25
3.2.2.1. Assaig de penetració estàndard 25
3.2.2.2. Conus de penetració 26
3.2.2.3. Dilatómetre 27
3.2.2.4. Pressiómetre 29
3.3. Assaigs de laboratori 30
3.3.1. Assaigs de laboratori de baixa deformació de tall 32
3.3.1.1. Columna ressonant 32
3.3.1.2. Impuls ultrasónic 34
3.3.2. Assaigs de laboratori d’alta deformació de tall 35
3.3.2.1. Triaxial cíclic 35
3.3.2.2. Tall cíclic simple directe 37
3.3.2.3. Tall torsional cíclic 38

4. Correlacions empiriques per determinar G_màx, D_màx i V_s 39
4.1. Introducció 41
4.2. Correlacions empiriques per determinar G_màx 41
4.3. Correlacions empiriques per determinar D_màx 45
4.4. Conclusions qualitatives sobre la variació de G_màx i D_màx enfront diferents factors 46
4.4.1. Variació qualitativa de G_màx enfront diferents paràmetres 47
4.4.2. Variació qualitativa de D_màx enfront diferents paràmetres 50
4.5. Correlacions de G_màx amb assaigs de camp d’alta deformació de tall 52
4.6. Correlacions de V_s amb assaigs de camp d’alfa deformació de tall 54

5. Procediment per la determinació dels paràmetres dinàmics dels sòls 59
5.1. Introducció 61
5.2. Determinació de G_màx i V_s 61
5.3. Determinació de V_p 66
5.4. Determinació del coeficient d’esmorteïment (D) 69

6. Exemples d’aplicació a Barcelona 73
6.1. Introducció 75
6.2. Situació geogràfica 76
6.2.1. Descripció dels materials 76
6.2.1.1. Substrat 76
6.2.1.1.1. Granit 77
6.2.1.1.2. Paleozoic 77
6.2.1.1.3. Terciari 77
6.2.1.2. Quaternari 78
6.2.1.2.1. Quaternari antic 78
6.2.1.2.2. Quaternari recent 79
6.3. Hipótesis i aproximacions fetes en els càlculs 80
6.4. Exemple 1. Aplicació del procediment per la determinació dels paràmetres dinàmics dels sòls a l’emplaçament del carrer Sant Pau 82
6.4.1. Sondeig 1 83
6.4.2. Sondeig 2 86
6.4.3. Sondeig 3 88
6.4.4. Sondeig 4 90
6.4.5. Sondeig promig 92
6.4.6. Resultats en funció de les capes 95
6.4.7. Càlcul de V_p 96
6.5. Exemple 2. Aplicació del procediment per la determinació dels paràmetres dinàmics dels sòls a l’emplaçament de l’avinguda Francesc Cambó 97
6.5.1. Sondeig 1 98
6.5.2. Sondeig 2 100
6.5.3. Sondeig 3 102
6.5.4. Sondeig 4 104
6.5.5. Sondeig promig 106
6.5.6. Resultats en funció de les capes 109
6.5.7. Càlcul de V_p 110
6.6. Exemple 3. Aplicació del procediment per la determinació dels paràmetres dinàmics dels sòls a l’emplaçament del carrer Infanta Carlota 111
6.6.1. Sondeig 1 112
6.6.2. Sondeig 2 114
6.6.3. Sondeig 3 116
6.6.4. Sondeig 4 118
6.6.5. Sondeig promig 120
6.6.6. Resultats en funció de les capes 122
6.6.7. Càlcul de V_p 123
6.7. Exemple 4. Aplicació del procediment per la determinació ciels paràmetres dinàmics dels sòls a l’emplaçament del carrer Bolivia 124
6.7.1. Sondeig 1 125
6.7.2. Sondeig 2 127
6.7.3. Sondeig 3 129
6.7.4. Sondeig 4 131
6.7.5. Sondeig promig 133
6.7.6. Resultats en funció de les capes 136
6.7.7. Càlcul de V_p 137
6.8. Exemple 5. Aplicació del procediment per la determinació dels paràmetres dinàmics dels sòls a l’emplaçament de la plaça de les Glories 138
6.8.1. Càlcul de V_s i G_màx en fondària 142
6.8.2 Resultats en funció de les capes 143
6.8.3 Càlcul de V_p 144
6.9. Exemple 6. Mesures observades dels paràmetres dinàmics dels sòls a 1’emplaçament del Port de Barcelona 145
6.9.1. Cross-Hole 1 146
6.9.2. Cross-Hole 2 146
6.9.3. Cross-Hole 3 147
6.9.4. Cross-Hole 4 147
6.9.5. Interpretació 148
6.10. Conclusions dels resultats obtinguts 150

7. Conclusions 155

Referències 161

Annexos 175
Annex 1. Conceptes elàstics 177
Annex 2. Propietats fisiques i classificació dels sbls 185
Annex 3. Programa CorrelSPT 201

      Aquest tipus de caracterització, ja sigui de forma directa o empírica, sempre está sotmesa a un alt grau d’incertesa, (variació del nivell freàtic durant 1’any, antiguitat de les dades, etc.). Es a dir, sempre que parlem del comportament dinàmic d’un sdl, encara que hagi estat estudiat pel mètode més sofisticat, estará sotmès a un grau d’error que cal estimar.

      Com a principals resultats obtinguts amb aquesta tesi, per tal de continuar la temática de la microzonació de Barcelona es poden destacar els següents:

      • Presentació d’una visió general dels principals paràmetres que determinen les propietats dinàmiques dels sòls, així corn la leva relació amb els diferents rangs valors de la deformació de tall.

      • Recopilació molt resumida dels principals tipus d’assaigs que permeten obtenir experimentalment els paràmetres dinàmics dels sèls, així corn les principals diferències entre ells.

      • Descripció dels conceptes elàstics, així corn de les relacions que es poden definir entre les constants elàstiques i les velocitats de propagació de les ones sismiques.

      • Confecció d’una Mista amb els principals rangs en que oscil•len paràmetres com la densitat, V_S i V_p per diferents tipus de roca, per tal de poder donar un valor orientatiu per un tipus de roca de la quai no es tenen mesures.

      • Descripció de les principals propietats fisiques que caracteritzen un determinat tipus de sdl, així corn l’explicació de la classificació de sòls més estàndard, utilitzada al llarg d’aquest treball.

      • Presentació qualitativa de la variació de les propietats dinàmiques dels sòls enfront diferents paràmetres geológics o geotècnics, així corn una amplia llista de correlacions empiriques amb assaigs de laboratori trobades a la bibliografia.

      • Recopilació de les correlacions empiriques trobades a la bibliografia entre assaigs de camp d’alta deformació de tall i la velocitat de propagació de les ones S o el módul de tall dinàmic màxim.

      • Exposició d’una petita visto general ide la Geologia de la ciutat de Barcelona, per tal de situar geogràfica i geológicament la zona d’estudi.

      • Definició amb més precisió del tipus de materials que composen el subsól. dels llocs d’estudi, així corn la potència de cada capa, la seva fondària, el nivell freàtic, la seva resistència a la penetració estàndard, etc.

      • S’han determinat empiricament, els paràmetres dinàmics que caracteritzen el subsól de diferents llocs de la ciutat de Barcelona.

      • Creació d’una metodologia, així corn un programa d’ordinador, que pot ser fàcilment modificable, en cas de què es trobin correlacions empiriques més adaptades a les condicions geológiques de la ciutat de Barcelona, per tal de determinar les propietats dinàmiques dels sòls de forma empírica i aproximada mitjançant paràmetres geotècnics usuals.

      
• Sempre s’ha posat de manifest el marge d’error amb el quai s’està treballant, per mig de paràmetres estadístics. S’ha fet una recopilació de les estimacions considerades en aquest treball, així com una discussió sobre la fiabilitat dels rangs de valors trobats en els resultats obtinguts.

      
Malgrat que la informació obtinguda no és molt nombrosa, en certa part, perquè en aquest treball l’objectiu principal no era el de fer un gran arxiu de dades, si no més bé idear una metodologia per tractar les dades, s’han obtingut resultats diferents per sis emplaçaments diferents de la ciutat de Barcelona.

      Senyalem també com a resultats d’aquest treball:

      • La precisió adquirida en la definició de la variació de la velocitat de propagació de les ones de tall en fondària als diferents emplaçaments d’estudi amb respecte les formules empiriques de la taula 4.5, que no requereixen un estudi de les condicions geológiques, figura 6.79.

      • Per la determinació posterior de paràmetres dinàmics dels sòls en diferents flocs de Barcelona, es podran utilitzar els mateixos tipus de valors per iguals condicions geológiques en condicions normals, doncs Ies variacions obtingudes d’un punt a un altre son significatives.

      Finalment corn a suggeriments per a millorar els resultats obtinguts i la metodologia emprada a la ciutat de Barcelona, podem destacar els següents:

      • Aplicació de mètodes geofisics en els mateixos punts d’estudi d’aquest treball, per tal de comprovar la veracitat d’aquests resultats, així com la metodologia seguida i les correlacions utilitzades.

      • Utilització de mètodes geofisics, a més dels anteriors, en punts estratègics de la ciutat de Barcelona, acompanyats d’assaigs de camp d’alta deformació (SPT o CPT), per tal de mirar d’obtenir noves correlacions empiriques, que eliminin la incertesa que suposa aplicar correlacions d’altres països.

      • Sondeigs profunds, per tal de delimitar amb exactitud la fondària del sostre del Terciari, aixi com la del Paleozoic, i tenir una relació exacta de la variació litológica en fondària del Terciari.

      • Mètodes geofisics a gran fondària per tal de determinar les propietats dinàmiques dels materials Terciaris i Paleozoics, així com la seva relació amb la fondària, per tal de definir amb més exactitud els paràmetres que caracteritzen el subsól dels llocs d’estudi.

      • Assaigs de laboratori, en concret el de Columna ressonant, per tal de poder definir amb més exactitud el coeficient d’esmorteïment dels diferents materials de la ciutat de Barcelona.

      • Arribar a definir un mapa geologic i geotècnic de la ciutat de Barcelona actual i amb el màxim d’informació d’interès per un estudi dinàmic.