Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW): a comparative study with active and passive sources, Rayleigh and Love waves and different modes of propagation

Este trabalho teve como objetivo a realização de um estudo sobre o método MASW (Análise Multicanal de Ondas de Superfície) avaliando-se comparativamente resultados obtidos por diferentes fontes (ativas e passivas), ondas Rayleigh e Love e diferentes modos de propagação das ondas de superfície. Dois ensaios sísmicos foram executados: com geometria de aquisição bidimensional e geofones triaxiais de 10Hz, e com geometria linear e geofones de componente vertical de 4,5Hz. Foram realizados estudos com as fontes marreta, compactador de solo, ruído ambiental e com o tráfego de veículos, a última através da técnica Passive Roadside MASW. Resultados de inversões com dados da componente vertical (ondas Rayleigh) das ondas de superfície foram avaliados com os de inversões conjuntas com a componente radial (ondas Rayleigh) e transversal (ondas Love). Analisou-se também os produtos de inversões da curva de dispersão do modo fundamental com os de inversões conjuntas com o primeiro modo superior. Os estudos foram realizados em frente ao Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciência Atmosféricas (IAG) localizado no interior do campus Cidade Universitária Armando de Salles Oliveira (CUASO) da Universidade de São Paulo (USP) no bairro do Butantã, São Paulo. A área de estudo possui informações de sondagem mista com descrição geológica do material e valores SPT (Standard Penetration Test) que foram utilizados para validação dos resultados. O compactador de solo demonstrou ser uma melhor fonte ativa em relação a marreta através de diferentes aspectos: geração de maior energia tanto na componente vertical quanto na transversal; espectros (V,f) de melhor qualidade; os dados apresentam a vantagem de poderem ser processados através da técnica f-k beamforming. A aquisição com o ruído ambiental não possibilitou a interpretação de curvas de dispersão devido ao pouco tempo de aquisição utilizado. Os dados obtidos pela técnica Passive Roadside MASW contribuíram com os dados de ativa através do registro de frequências mais baixas. Além disso, devido a clara identificação do 1° modo superior em seu espectro (V,f) foi possível a identificação do mesmo modo no espectro (V,f) dos dados de ativa, interpretação até então duvidosa. No entanto, a inversão conjunta das curvas de dispersão dos dados Passive Roadside com as dos dados de ativa não resultou em uma melhor inversão comparada com a inversão obtida apenas pelas curvas de ativa. A inversão conjunta de curvas das componentes radial (ondas Rayleigh) e transversal (ondas Love) com as curvas obtidas da componente vertical (ondas Rayleigh) também não trouxe um melhor resultado quando comparada com a inversão alcançada apenas com as curvas da componente vertical. A utilização do primeiro modo superior com o modo fundamental, no entanto, mostrou trazer melhoras significativas nos resultados das inversões em comparação com inversões apenas da curva do modo fundamental. Considerando as incertezas envolvidas os melhores resultados deste trabalho são convergentes com os dados de sondagem da área de estudo. No atual estágio de desenvolvimento do método MASW diversas etapas são bastante dependentes do operador. Neste sentido os estudos realizados neste trabalho contribuem para um melhor entendimento do método nos seus fundamentos, parâmetros de aquisição e processamento.This work aim to study the MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) method by comparing results obtained with different sources (active and passive), Rayleigh and Love waves and different modes of surface waves propagation. Two seismic tests were performed: one with two-dimensional acquisition geometry and 10Hz triaxial geophones, and the other with linear geometry and 4.5 Hz vertical component geophones. Studies were carried out with the following sources: sledgehammer, rammer compactor, ambient noise and vehicular traffic, the last through the Passive Roadside MASW technique. Inversions results with vertical component data (Rayleigh waves) were evaluated through joint inversions with the radial (Rayleigh waves) and transversal (Love waves) components. It were also analyzed the inversions results of the fundamental mode of the dispersion curve with the results of joint inversions with the first higher mode. The studies were carried out in front of the Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciência Atmosféricas (IAG) (Institute of Astronomy, Geophysics and Atmospheric Science) located inside the university campus Cidade Universitária Armando de Salles Oliveira (CUASO) of Universidade de São Paulo (USP) (University of São Paulo) in the neighborhood of Butantã, São Paulo. The study area has information with a geological material description and SPT (Standard Penetration Test) values that were used to validate the results. The rammer compactor showed to be a better active source in relation to sledgehammer through different aspects: generation of greater energy in vertical and transverse components; better quality of (V,f) spectrum; the data have the advantage that they can be processed using the f-k beamforming technique. The acquisition with ambient noise did not allow the dispersion curves interpretation due to the short acquisition time used. Passive Roadside MASW data contributed to the active data through the lower frequency. Besides that, due to the clear identification of the 1st higher mode in its (V,f) spectrum it was possible to identify the same mode in the (V,f) spectrum of the active data, interpretation that was, until then, doubtful. However, the joint inversion of the Passive Roadside dispersion curves with the active curves did not produce better results compared to the inversion obtained only by the active curves. The joint inversion of dispersion curves from radial (Rayleigh) and transversal (Love waves) components with the curves obtained by the vertical component (Rayleigh waves) also did not bring a better result when compared with the inversion achieved only by the vertical component curves. The use of the first higher mode with the fundamental mode, however, showed significant improvements in the joint inversions results compared to inversions only of the fundamental mode curve. Considering the uncertainties involved, the best results of this work converge with the a priori information of the study area. At the current MASW method stage of development, several steps are quite dependent on the operator. Therefore, the studies carried out in this work contribute to a better understanding of the method in its fundamentals, acquisition parameters and processing