Com este trabalho pretende-se determinar a velocidade das ondas de cisalhamento (VS) num aterro através do método da análise multicanal de ondas de superfície (MASW), estimando consequentemente as propriedades dinâmicas do solo. A velocidade das ondas de cisalhamento (VS) foram obtidas a partir da dispersão das ondas de Rayleigh. O presente documento relata a aquisição e processamento de 28 perfis sísmicos adquiridos entre Março e Julho de 2015. Na aquisição foi usado um conjunto de 24 geofones verticais com uma frequência natural de 10 Hz. Os recetores estavam ligados entre si com um espaçamento de 1,2 m, sendo deslocados em conjunto 4.8 m após a realização de um par de tiros. Por cada posição foram realizados 2 tiros, com diferentes distâncias ao primeiro geofone, 2.4 e 9.6 m, mas apenas o tiro mais afastado (9.6 m) foi usado para a obtenção das ondas S com o método MASW. De acordo com as condições do sítio, a fonte utilizada foi a PEG-40 ou um martelo. Uma vez que o método utiliza um impulso vertical e receção vertical, também foi possível determinar a velocidade das ondas longitudinais (VP), derivadas da análise de refração usando o software Rayfract Seismic Refraction & Borehole Tomography. Para este método, ambos os tiros com diferentes distâncias foram usados para a análise das ondas refratadas. Os modelos de ondas de compressão 2D foram utilizados para aferir a espessura e número de camadas, como modelo preliminar para o processamento em MASW. A inserção de um modelo a priori permite uma melhor modelação da curva de dispersão ao espectro de velocidades, minimizando assim a dispersão dos resultados após a inversão. Para a inserção dos dados no software Rayfract Seismic Refraction & Borehole Tomography, todas as distâncias e posicionamentos inerentes à aquisição tiveram de ser convertidos em números de estações, utilizando como unidade de medida a distância entre geofones. Estabeleceu-se como estação 0 a posição do geofone mais próximo do tiro (G1). Para a obtenção dos modelos 2D da velocidade das ondas compressivas, foram picadas as primeiras chegadas. Posteriormente, criou-se um modelo de camadas baseado no modelo de ondas refratadas para a análise das ondas superficiais. O processamento das ondas superficiais consiste basicamente em duas etapas principais: (1) obtenção do espectro de velocidades, que corresponde à dispersão da energia relacionando a frequência com a velocidade de fase. Neste espectro de velocidades podem-se distinguir diversos modos de propagação das ondas superficiais, no entanto só o modo fundamental foi picado; Posteriormente segue-se (2) a estimativa da velocidade de cisalhamento através da inversão do modelo a priori criado. Finalmente, os perfis 2D da velocidade das ondas s foram gerados devido à aquisição em série realizada. Para o processo de interpolação espacial, utilizou-se o Golden Software Surfer, onde cada perfil vertical 𝑉𝑆 foi representado no meio dos 24 geofones, entre o 12º e o 13º. Com o método MASW produziram-se cerca de 695 perfis verticais 1D para as ondas S, perfazendo um comprimento total de 3225 m. Na refração, para o cálculo da velocidade das ondas P, foram utilizados 1396 tiros, resultando num comprimento total de 4267 m. Finalmente, cada modelo 2D de velocidade das ondas S foi representada por um software 3D - Voxler 3, permitindo assim uma melhor perceção da das propriedades dinâmicas do solo ao longo do aterro. Através da disposição dos modelos verifica-se que o substrato rochoso vai ficando mais profundo à medida que se aproxima do mar, sendo também visível que a espessura de sedimentos do aterro é maior junto à costa do que para o seu interior. Fazendo um balanço geral, as linhas adquiridas em épocas diferentes apresentam velocidades diferentes nos sedimentos do aterro, nomeadamente os perfis adquiridos em Março apresentam velocidades cisalhantes inferiores aos adquiridos em Junho e Julho. Este facto pode dever-se à água presente no solo derivada da época das chuvas, que ocorre em Março. Ademais, os perfis mais próximos da costa apresentam velocidades inferiores a todos os outros perfis, independentemente da data de aquisição, e da energia de compactação inerente ao local. A velocidade das ondas de cisalhamento (𝑉𝑆) tende a aumentar com a profundidade, mas pode diferir com as condições do local, mais precisamente com a presença de água decorrente das chuvas ou da variação do nível de marés. As heterogeneidades na compactação de aterros também podem influenciar a sua velocidade. Neste trabalho, as inversões de velocidades podem ser vistas em todos os modelos 2D da velocidade das ondas S, entre os 0 m (MSL) até à base rochosa. Esta inversão encontra-se na mesma cota do nível freático e reflete, provavelmente, as variações das marés. Esta camada de baixa velocidade acima do substrato rochoso, em ocasiões de chuvas intensas, pode tornar ainda mais baixa a resistência ao cisalhamento. Para uma análise mais aprofundada da velocidade das ondas S, foram escolhidos três perfis: L01, L02 e L06 de modo a compará-los entre si. No L02, fez-se um levantamento das marés referentes aos 2 dias de aquisição, com o objetivo de analisar o efeito das marés na velocidade das ondas s. Nesta análise foi visível a mudança de maré que existia entre os dois dias de aquisição. Posteriormente, realizou-se uma comparação entre os perfis L01 e L02 de modo a perceber a influência da época das chuvas no comportamento do aterro. Feita a comparação, foi possível verificar que L01, adquirida em Março, atingia uma velocidade mínima na inversão de 245 m/s, enquanto L02, adquirida em Junho, atingia uma velocidade mínima de 293 m/s, mesmo estando o perfil L02 situado numa zona de maior energia de compactação. Por fim compararam-se dois perfis adquiridos na mesma época, mas que se localizavam em zonas com diferentes energias de compactação: L01 e L06. As velocidades mínimas atingidas na camada de inversão não diferem significativamente, sendo em L06, 𝑉𝑆𝑚𝑖𝑛=217 m/s. No entanto, apesar da energia de compactação do local onde L06 foi adquirida ser muito superior à do local onde a linha 01 foi adquirida, as velocidades cisalhantes do aterro não se apresentam superiores no modelo 2D obtido. Possivelmente a proximidade à costa e consequente influência da água, tenha maior impacto na variação da velocidade do que a energia de compactação. No entanto é possível verificar no perfil L06, uma mudança de velocidade entre as zonas com diferentes energias de compactação. Relativamente a análise do 𝑉𝑆30, todos os modelos apresentam valores superiores a 360 m/s, o que classifica o solo como muito denso ou como rocha “macia”, no entanto os perfis são muito heterogéneo sentre si. Para uma melhor avaliação dos dados e classificação do terreno, seria vantajoso realizar uma série de análises ao aterro depois de compactado, como perfuração, ensaios in situ, SPT, amostragem e os ensaios de laboratório. Estas análises possibilitariam uma comparação da velocidade das ondas S com modelos empíricos utilizando os ensaios SPT. Inclusive, o cálculo do modo de distorção seria mais verossímil caso fossem disponibilizados valores da densidade.

This report presents the Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) on a construction landfill. The main goal of the survey is to determine the shear wave velocities (VS) in order to estimate the dynamic properties of the soil. The velocity of shear waves (VS) were obtained from the Rayleigh wave’s dispersion. The present document reports the acquisition and processing of 28 seismic profiles (approximately 3225 m for MASW data) acquired between March and July 2015. In the acquisition, a linear array of 24 geophones spaced by 1.2 m was used for the active measurements. Since the method uses vertical impulse (PEG 40 and sledge hammer) and vertical recording, it was also possible to determine the compressional wave velocities derived from refraction analysis, using the Rayfract Seismic Refraction & Borehole Tomography software. The 2D compressional wave models were used to infer the thickness/ geometry of the layers, as well as preliminary input for MASW data processing /modeling, since applying an a priori model minimizes the dispersion of the final results. The processing consists of two main stages: imaging dispersion curves of surface waves and the estimation of near-surface shear-wave velocity by inversion of Rayleigh waves. Finally, a 2D S-wave velocity section was generated due to the CMP roll-along acquisition format. For the gridding process, the Golden Software's Surfer was used, placing each S-wave profile (VS versus depth) in the middle of the seismic spread with which it was calculated. Finally, each line was placed in its location and represented Voxler 3 3D software, allowing a better perception of the distribution of the dynamic properties of the soil along the landfill. Shear wave velocities (VS) generally increase with depth, but they can differ due to site conditions, water content, tide levels, landfill operation procedures, like compaction made on site, among others.

Tese de mestrado, Ciências Geofísicas (Geofísica Interna), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016