Técnicas Geofísicas: Técnicas sísmicas.

agosto 26, 2020 Blog Comentarios 1 comentario

odas estas técnicastienen como objeto la determinación de las velocidades de las ondas elásticas dando como resultado una zonificación del terreno por velocidad de onda. Hay tres tipos (principales) de ondas: Vp, Vs y Vr (primarias, secundarias y Rayleigh). Las primeras son ondas de tracción-compresión, las segundas son ondas de cizalla y las últimas son ondas superficiales que producen un movimiento,delsuelo, circular y retrógrado. La relación entre estas velocidades y otros parámetros físicos del terreno;densidad y coeficiente de Poissson permiten el cálculo de coeficientes de deformación dinámicos para los materiales atravesados.

Análisis espectral de Ondas superficiales (AEOS).

Este método, también conocido por sus siglas en inglés SASW, se basa en el registro de las ondas superficiales generadas por una fuente de impacto, puntual o vibratoria, en dos sensores situados a una determinada distanciay la velocidad de cada frecuencia de un mismo tren de onda (dispersión). La penetración dependerá de la distancia entre sensores yentre estos y la fuente de impacto.

Una vez obtenidas las señales temporales se determinan sus espectros y comparando estosobtenemos las curvas de desfase y coherencia (figura 18).

Figura 18: desfase y coherencia de dos señales

Del análisis de estas curvas obtenemos la frecuencia (f) para una longitud de onda ). Paraobtener la velocidad de fase de la onda solo hay que determinar el producto fx. Una vez obtenidas las velocidades se determina la curva de dispersión (variación de la velocidad con la frecuencia)que se puede transformar a variación de velocidades con la profundidad. En la figura 19 se presenta la curva de dispersión obtenida en un ensayo real.La obtención de esta curva permite, mediante un proceso de inversión, obtener un modelo de capas de los estratos atravesados.Esta técnica permite el estudio de terrenos en los que existe una capa subyacente a otra de mayor velocidad (mayor rigidez) que en el caso de otras técnicas no es posibleabordar.Tiene importantesaplicaciones en el estudio de la rigidez de terraplenes y en los estudios de zonificación sísmica y el cálculo de riesgossísmicos. En la figura se muestran los distintos sensores, acelerómetros para distancias pequeñas y geófonos para las mayores, igualmente se presentan las imágenes de un vibrador electromagnético y de una fuente de impacto puntual utilizado paradistancias grandes.Se añade (inferior izquierda) una imagen de un dispositivo formado por dos acelerómetros y el vibrador electromagnético utilizado en un ensayo real.

Figura 20: Geófonos, acelerómetros y fuentes de señal utilizados en el ensayo AEOS.

Sísmica de refracción.

Este ensayo se basa en el hecho de que un impacto en superficie genera un tren de ondas elásticas que se propaga de forma esférica a través del material del subsuelo. Cuando existe una estructura estratificada donde las capas van aumentando su velocidad detransmisión con la profundidad se produce, según la ley de Shnell, una refracción de las ondas que pueden ser detectadas en superficie (ver figura21).

Figura 21: esquema de la trasmisión de ondas elásticas en un medio estratificado.

El ángulode llegada de la onda al receptor (geófono) es proporcional al cociente V1/V2 .El dispositivo utilizado,para realizar este ensayo, consiste en un sismógrafo (básicamente un osciloscopio multicanal) una ristra de geófonos colocados a distancias convenientes para obtener una relación profundidad/resolución idónea para el objetivo del estudio y una fuente generadora de impactos dotada de un dispositivo que marque el origende tiempos.

En la figura 23 se muestra el dispositivo completo del ensayo de sísmica de refracción.

Figura 23: Dispositivo para un ensayo de sísmica de refracción.

Con este dispositivo obtendríamos una señal para cada geófono. El tiempo obtenido, midiendo la primera llegada a cada geófono, sirve para obtener las llamadas curvas dromocronicas (tiempo-distancia). A partir de estas curvas y mediante un proceso de inversión sepuede deducir un modelo de capas de los materiales atravesados(ver figuras 24, 25 y 26). Esta técnica es muy útil cuando la estratificación eshorizontal, admitiéndose una pequeña inclinación de los estratos. Cuando existe una estratificación de inclinación fuerte o inversiónde velocidades (velocidad subyacente menor que la anterior) esta técnica no es aplicable. Enla figura 27se presenta una imagen con el método de implementación del ensayo.

Figura 24: Picado de las primeras llegadas de las ondas P a cada uno de los 24 geófonos.

Figura 25: Obtención de las curvas dromocrónicascon superposición de las obtenidas del modelo teórico de la figura siguiente.

Figura 26: Modelo de capas del terreno obtenido por inversión de los datos medidos en campo.

Figura 27: ejecución de unensayo de sísmica de refracción.

Métodos sísmicos en sondeos.

Estos métodos se utilizan para caracterizar, mediante las velocidades de onda los materiales comprendidos entre dos sondeos o alrededor en un solo sondeo. El ensayo Cross-holeprecisa del uso de 2 o 3 sondeos alineados.En uno de ellos se sitúa el emisor y en el otro u otros los receptores.Obtenemos VSV(velocidad de la onda S en la dirección vertical), aunque también se puede calcular VP.Para generar esta onda vertical,el Laboratorio, utiliza un martillo especial, que se ancla a las paredes del sondeo mediante unas zapatas de apertura hidráulica. El golpe se consigue por desplazamiento de una masa móvil con respecto a la parte anclada (figura 28).Como receptoresse utilizangeófonostriaxialesde pozo que se ajustan a las paredes del sondeomediante un sistema de membrana hinchable.La velocidad se determina a partir de la diferencia de tiempos entre los dos receptores o entre la fuente y el receptor.Se obtiene la variación de velocidades en función de la profundidad.

Para la ejecución de estos ensayos se necesita que los Sondeos estén entubadosy perfectamente solidarios con el terreno.Cuando no existe la posibilidad de ejecutar varios sondeos se recurre al ensayodenominado Down-Hole (figura 30) con el cual se mide la velocidad VSH(s horizontal).Para conseguir este tipo de onda se recurre a una fuente de energía reversibleque cizalla el terreno. Esta fuente se sitúaen superficie.

Figura 29: Esquema de ensayo de cross-hole.

El receptor es el mismo que se utiliza en el ensayo anterior. En ambos ensayos se utiliza, como equipo registrador, un sismógrafo ABEM Mk6.Al igual que el ensayo anterior el sondeo tiene que estar entubado y solidariocon el terreno.Si la separación entre la fuente y la boca del sondeo es pequeña (menor de 4m) las ondas viajan en una trayectoria casi vertical por lo que la onda se puede considerar directa y la velocidad se obtiene directamente como cociente entre la profundidad.

Testificación Geofísica de sondeos.

Es un método de prospección geofísica en sondeos mediante la introducción de sondas instrumentadas o equipadas con diferentes elementos y sensores.Un equipo de testificación cuenta con los elementos que se reproducen en la siguiente imagen.

Figura 31: Esquema de unn equipo de testificación de sondeos.

Este equipo permite el reconocimiento del terreno cercano al sondeomediante el registro continuo de un parámetrofísico del terreno. Cada sonda mide un parámetro determinado o en algunos casos son multiparamétrias.La distancia de terreno afectado por la medición dependerá de la sonda utilizada, el parámetro medido y el tipo de terreno por lo que a priori no se puede conocer el radio de acción. El Laboratorio cuenta con tres equipos de testificación;

Uno marca Robertson Geologgingque dispone de las siguientes sondas :Resistividad :mideresistividadaparentedel terreno, potencialespontaneoy radiacióngamma natural. Necesita que el sondeoestésin entubar y con fluido par asegurar un buen contacto eléctrico.Inducciónelectromagnética: mide la conductividad del terreno (inversa de la resistividad. Puede operar en sondeos entubados(de PVC) y con la presencia de fluido de perforación, agua o aire. Gamma espectral: mide la radiación total gamma y el contenido en potasio de la formación, uranio y torio.Se puede usar con entubación de PVC y con agua o aire en el sondeo. Sónicade onda completa: Mide Vp , Vs y Vs de la formación atravesada. Necesita la existenciade agua en el sondeo y sin entubación.No da buenos resultados en suelos, se utiliza en macizos rocosos.Televisión acústica: da una imagen acústica de las paredes del sondeo, la inclinometría, el diámetro del sondeo (deforma virtual) y permite determinar el RQD del sondeo. Necesita agua y sin entubación.Calidad de agua. Determina pH, potencial Redox, conductividad, nitratos y temperatura del agua. Calibre: determina el diámetro del sondeo. Flujo de agua mediante pulso térmico. Determina dirección del flujo y caudal.Tomamuestras: sirve para tomar muestras de agua o gases.Iclinométrica: mide inclinación de los sondeos.

Uno marca OYO con sondaPs logging. Determina la Vp y Vs de los materiales. El sondeo debe estar sin entubar y con fluido. La frecuencia de trabajo le hace apropiada para suelos y materiales blandos.

Uno marca HYTEC con TelevisiónópticaTodas estas técnicas se utilizan no solo para caracterizar el terreno sino que también sirven para realizar la correlación entre sondeos.

A continuación se presentan diversas imágenes de distintas sondas y de resultados obtenidos.