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2.4 METODOS SISMICOS. Se basan en la medicin de variaciones de
velocidad de propagacin de ondas de choque, producidas de forma
natural (sismos) artificial (por un impacto en el suelo o por una
explosin), con los cuales se puede obtener una imagen aproximada de
la estratigrafa del terreno. Los mtodos ssmicos ms utilizados son:
Mtodo Up-Hole, Down-Hole y Cross-hole; Mtodo de Medicin de Ondas
Superficiales MASW y SASW; Mtodo de Reflexin y Refraccin Ssmica;
los cuales se fundamentan en la teora de ondas. As mismo, se aclara
que la ley de Snell, el principio de Fermat y el principio de
Huygens son
TSRTendidos de refraccin ssmica
Una de las aplicaciones del mtodo de refraccin ssmica en la
ingeniera civil es el estudio del subsuelo, para la determinacin de
las condiciones (meteorizacin, fracturacin, alteracin) y
competencia de la roca, como tambin para deteccin de fallas
geolgicas. Este mtodo mide el tiempo de propagacin de las ondas
elsticas, transcurrido entre un sitio donde se generan ondas
ssmicas y la llegada de stas a diferentes puntos de observacin,
como lo muestra la Fig. 1. Para esto se disponen en superficie una
serie de sensores (gefonos) en lnea recta a distancias conocidas,
formando lo que se conoce como tendido ssmico o lnea de refraccin.
A una distancia conocida del extremo del tendido, en el punto de
disparo, se generan ondas ssmicas con la ayuda de un martillo o por
la detonacin de explosivos (Fig. 2), las cuales inducen vibraciones
en el terreno que se propagan por el subsuelo y que son detectadas
por cada uno de los sensores en el tendido. Los registros de cada
sensor tienen informacin de la respuesta del terreno en funcin del
tiempo y son conocidos como sismogramas. Estas trazas son
analizadas en la refraccin ssmica para obtener el tiempo de llegada
de las primeras ondas de cuerpo, tanto onda P como tambin las
llegadas de la onda S, a cada sensor desde el punto de disparo. El
anlisis e interpretacin de estos datos permite calcular las
velocidades longitudinales (Vp [m/s]), adems de la determinacin de
los refractores que se pueden asociar a interfaces de los
materiales del subsuelo en profundidad, lo que a su vez se puede
interpretar litolgicamente. (Fig. 3)
Funcionamiento del mtodo. La refraccin ms comnmente utilizada
corresponde a determinar las primeras llegadas de las ondas de
compresin (ondas P). El mtodo se ejecuta en base a lo que determina
la normativa internacional ASTM D 5777-95. Se determinan los
valores de velocidad de las ondas P y de las ondas S en sedimentos
y rocas. Permite la deteccin de la profundidad del basamento y
definicin de su relieve, dependiendo de variables como longitud del
tendido, energa de la fuente ssmica, frecuencia de los gefonos
empleados, rigidez de los suelos, entre otros aspectos. Para la
determinacin de mdulos geotcnicos (modulo de Young y Coeficiente de
Poisson) que permiten caracterizar y clasificar los suelos, desde
un punto de normativa de diseo.
Limitaciones. Para que exista refraccin de las ondas, la
velocidad de propagacin de estas debe ser estrictamente creciente
con la profundidad. En el caso de suelos con capas intermedias de
menor velocidad el mtodo no las visualizar (capa ciega). Requiere
disponer de zonas con suficiente extensin, ya que la longitud del
tendido en superficie est directamente relacionada con la
profundidad de investigacin que se alcance. Dicha profundidad est
condicionada por el tipo de fuente activa empleada (entre otros
factores como se mencion anteriormente). Es as, como mediante el
uso de martillo se puede alcanzar una profundidad del orden de
30-50 metros.
Consideraciones La precisin del mtodo requiere el uso de un
levantamiento topogrfico de detalle. Se considera que las ondas
longitudinales se propagan a velocidades constantes en cada estrato
para cada tendido ssmico (spread), que es la unidad bsica de
interpretacin. Si la longitud del perfil supera la extensin de un
spread, se debe considerar un traslape de gefonos para no perder
informacin de los rayos. El contraste de velocidad entre estratos y
el espesor de stos, debe ser suficientemente alto para que queden
representados con claridad en las curvas camino-tiempo
DH
Down hole
Funcionamiento
El mtodo Down-Hole consiste en generar ondas ssmicas en la
superficie, mediantes golpes verticales y horizontales en una placa
(Fig.1) ubicada a una distancia de 1 a 3 metros aprox. del pozo,
registrndose los tiempos de llegada de las ondas de compresin
(ondas P) y cizalle (ondas S).
Fig.2: Gefono Triaxial para ensayos Down-holeFig.1: Esquema de
un ensayo Down-HoleLas ondas P y S son registradas mediante un
gefono triaxial (Fig.2) situado en la parte inferior de la sonda,
midindose stas cada 1 metro (distancia nominal comnmente empleada)
hasta alcanzar la profundidad del pozo estudiado. Conociendo la
geometra fuente-gefonos del dispositivo y los tiempos de llegada de
las ondas ssmicas (Fig.3) es posible calcular las velocidades de
propagacin a distintos niveles de profundidad a lo largo del pozo
(Fig.4).
Fig.3: Curvas Camino-TiempoFig.3: Perfiles en profundidad Vp
(Azul) y Vs
AplicacionesBasados en la velocidad de propagacin de las ondas
de compresin (ondas P) y de cizalle (ondas S); y la densidad de los
materiales este ensayo permite estimar los mdulos dinmicos de
deformacin del terreno, tales como, Razn de Poisson, Mdulo de
Corte, Mdulo de Young, Modulo Volumtrico Dinmico, entre otros.Entre
las principales aplicaciones destaca: Es uno de los mtodos
geofsicos activos actualmente recomendado para la obtencin de la
velocidad de propagacin de las ondas de corte y con ello la
clasificacin de suelos segn el DS61 of. 2011. Reconocer los
contactos entre las distintas unidades litolgicas reconocidas hasta
la profundidad de investigacin. Evaluar las caractersticas
geotcnicas de cada unidad geolgica e identificar posibles zonas de
falla, de fracturamiento/alteracin de rocas, etc. Con los mdulos
que se obtienen, se pueden realizar clculos del comportamiento
ssmico en diversas estructuras u obras civiles, segn normativa de
diseo vigente.
Limitaciones Requiere de una gran precisin en la determinacin de
los tiempos de llegada de las ondas ssmicas (Fig.5) Para la
aplicacin del mtodo, la habilitacin del pozo debe asegurar la
integridad de ste a medida que se ejecuta el ensayo. Las lecturas
pueden sufrir posibles distorsiones por presencia de fluidos en el
sondeo, por lo que se recomendara algn perfilaje de tipo acstico en
el caso de contar con un pozo que presente dicha caracterstica.
Excesivo o insuficiente impulso al generar la onda, segn
profundidad en la que es captada por el receptor, puede influir en
la calidad de seal/ruido. Importancia en que la sonda se desplace
centrada a medida que baja o sube por el pozo, pues podra afectar
los tiempo de llegada en que son recogidas por el sensor receptor y
propiciar una interpretacin errnea respecto de la isotropa del
medio.
MTODO DOWN-HOLE.En el caso del mtodo Down-Hole, un receptor
(gefono o hidrfono) es adherido a lapared de un sondaje, como se
ilustra en la Figura 2.13, para la medicin de los tiemposde viaje
de las ondas ssmicas propagndose hacia abajo, a partir de la fuente
ubicada enla superficie del terreno. El receptor es instalado
sucesivamente a las profundidadesdeseadas, mientras se genera la
onda para cada profundidad en la superficie. La fuenteutilizada
para la generacin de ondas suele ser una placa de madera firmemente
adheridaa la superficie y golpeada manualmente por un martillo. Si
la placa es golpeadahorizontalmente, generar una onda de corte
directa en la direccin horizontal. La ondalongitudinal (onda P) es
generada golpeando la placa verticalmente o dejando caer unpeso
sobre sta.49Con los datos obtenidos a partir de este ensayo, se
recurre a la representacin en unacurva, de los tiempos de llegada
versus la profundidad; el valor inverso de la pendientede esta
curva representa la velocidad de propagacin de la onda ssmica.El
ensayo Down-Hole es usado con ms frecuencia, debido a que genera
ondasssmicas de corte S con mayor facilidad que otros mtodos (como
el Up-Hole), as comosu realizacin en reas de ciudades muy pobladas,
donde el espacio disponible eslimitado.Entre las aplicaciones ms
importantes de este mtodo se encuentran: Deteccin decapas ciegas y
la medicin de la razn de amortiguamiento del suelo.El uso de este
mtodo ha sido prevalente en Japn, debido a que puede ser
combinadocon perforaciones del ensayo SPT. En El Salvador se
realizaron los primeros ensayos deeste tipo en algunos municipios
del AMSS (San Salvador, Ciudad Delgado, Apopa yAntiguo Cuscatln)
llevados a cabo por la empresa Consorcio Italiano, para
ladeterminacin de la velocidad de ondas ssmicas en los 15 metros
superiores del estratode Tierra Blanca, con el fin de confirmar el
efecto amplificador de los movimientosssmicos a los cuales se ve
sometido dicho estrato. Dichos ensayos fueron realizados enel ao
1988.Algunas de las limitaciones que este ensayo presenta son: el
grado de alteracin delsuelo cuando se realiza el sondeo, posibles
efectos de fluidos en el sondeo, excesivo oinsuficiente impulso,
efectos de ruido ssmico y efectos del nivel fretico. As mismo,
laexpansin geomtrica y el amortiguamiento pueden influir en las
longitudes de onda ypor tanto las velocidades de las ondas S pueden
tener una interpretacin incorrecta para50profundidades superiores a
30-60 m.10 El mnimo espesor de un estrato que puede seridentificado
mediante un ensayo Down-Hole es del orden de 2 a 3 m y la mayor
parte delos datos obtenidos a partir de este ensayo, son gruesos
promedios de las velocidadessobre varios estratos delgados.Figura
2.13 Ensayo down-hole, disposicin detallada de la conexin de cables
algefono triaxial, trigger, equipo de adquisicin y
amplificador.4
