UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

2014-0

Grupo n 02

Los mtodos ssmicos son un tipo de mtodo geofsico, y constituyen pruebas realizadas para la determinacin de las caractersticas geotcnicas de un terreno, como parte de las tcnicas de reconocimiento de un reconocimiento geotcnico .

Las ondas ssmicas que atraviesan un terreno pueden ser:

Longitudinales o de compresin.Transversales o de cizallamiento.Superficiales.

La velocidad de propagacin de las ondas ssmicas en el terreno depende de sus caractersticas de deformabilidad. En la hiptesis de suponer un comportamiento elstico para el terreno, la velocidad de las ondas longitudinales y transversales es funcin del mdulo elstico y del coeficiente de Poisson (ambos dinmicos), por lo que con ambas expresiones pueden obtenerse dichos parmetros.

Lasondas longitudinales(Ondas P) son ms rpidas que lastransversales(Ondas S), lo que dificulta la deteccin de estas ltimas en campo. Por ello, en general se obtiene el mdulo elstico a partir de la velocidad longitudinal, estableciendo hiptesis respecto al valor del coeficiente de Pisson. El mdulo dinmico tiene un valor mayor que el esttico, ya que se obtiene para incrementos tensionales pequeos como son los producidos por ondas ssmicas. La relacin entre el mdulo dinmico y el esttico se considera normalmente de 4, pero el rango puede estar entre 1 y 20.

En este mtodo se 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. Para esto se disponen una serie de sensores en lnea recta a distancias conocidas, formando lo que se conoce como tendido ssmico o lnea de refraccin - o reflexin - ssmica. 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 -, las cuales inducen vibraciones en el terreno que son detectadas por cada uno de los sensores en el tendido.

Mediante gefonos (que son detectores de pequeas vibraciones en el terreno), dispuestos a distintas distancias del punto de impacto, se mide el momento en que llega la primera onda que alcanza a un determinado gefono. De esta forma se obtiene la velocidad de transmisin.El equipo bsico consiste de los sensores; la unidad de adquisicin, en donde se almacenan los movimientos del terreno detectados por cada sensor; los cables de conexin entre los sensores y la unidad de adquisicin; el cable del trigger, que se encarga de marcar el momento de inicio de registro en la unidad de adquisicin.

La aplicacin de la refraccin ssmica en la ingeniera civil es para la determinacin de la profundidad a basamento en los proyectos de construccin de represas y grandes hidroelctricas, y para la determinacin de las condiciones (meteorizacin, fracturacin) y competencia de la roca en donde se asentarn las estructuras, as como por donde se realizarn los tneles. Tambin es muy til para deteccin de fallas geolgicas.

Otras potenciales aplicaciones del mtodo son: utilizacin del ruido ssmico para determinar el mdulo dinmico G en masas de arcilla; evaluacin del amortiguamiento; evaluacin de los lmites de Atterberg;determinacin de mdulos E y G en mecnica de rocas; e) explotacin de canteras;ubicacin de sondeos en roca y g) para determinar la capacidad de carga de los pilotes.

Una de las aplicaciones del mtodo de refraccin ssmica es tambin 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.

Fig. 1 Ssmica de Refraccin con Martillo.

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.

Explosivos Fig. 2 (Fuentes de generacin de onda)MartilloMartillo Mecnico

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)

Interpretacin de perfil ssmicoFig. 3 (Secuencia de proceso)

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.

ConsideracionesLa 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.

FENOMENOS DE LA PROPAGACION Cuando el medio en que se propagan las ondas ssmicas no es homogneo, se producen los fenmenos de difraccin, dispersin y scattering.

DIFRACCION Desvo de los rayos, en cierta extensin, ocurrido cuando se limita parte del frente de ondas.

DISPERCION Es la variacin de la velocidad de una onda con el cambio de frecuencia. En un medio elstico homogneo no hay dispersin, pero si la hay en un medio imperfectamente elstico como en la tierra. En refraccin ssmica no hay evidencia de que exista dispersin apreciable, excepto cuando se usan explosivos en inmediaciones de la explosin.

CONCEPTOS QUE DEBEMOS SABER:

SCATTERING Corresponde a la formacin de pequeas ondas que propagan la energa en todas las direcciones. Se produce cuando un frente de ondas choca con partculas libres u objetos pequeos comparados con su longitud de onda. Este fenmeno no es mayor para frecuencias altas. Parte de lo que se considera ruido en un registro puede deberse a este fenmeno ya que produce energa distribuida al azar en superficie.

FUENTES DE IMPACTO Generalmente martillos o porras. Como la energa transmitida al suelo por este tipo de fuente no es muy grande, se apilan varias decenas de golpes para modelar mejor las llegadas y suprimir el ruido. Tambin se utilizan otros medios mecnicos, por ejemplo dejando caer un gran peso de una altura de 2 3 metros. La energa asociada con cada uno de los golpes depende la energa cintica (E) que relaciona la masa del martillo (m) y la velocidad aplicada al martillo (v), obteniendo E = m*v2.

CONCEPTOS QUE DEBEMOS SABER:

CARGAS EXPLOSIVAS De mayor energa, son usadas especialmente para prospeccin petrolera. La explosin puede ocurrir en un tiempo de micro a milisegundos, dependiendo de la naturaleza y cantidad del explosivo y, del material que rodea sitio de explosin. DISPAROS Se utilizan balas o cartuchos de fogueo. La energa es mayor que la generada por martillo.

DETECCION DE LOS MOVIMIENTOS DEL TERRENO A travs de gefonos de una componente vertical, el movimiento del terreno es observado en diferentes puntos a lo largo del tendido de refraccin ssmica. Actualmente se usan 12, 24 48 gefonos. Estos sensores exigen mayor resistencia mecnica1 que aquellos usados en la sismologa tradicional debido a que en refraccin se requiere gefonos con frecuencias naturales de vibracin mucho mayores, entre 8 y 40 Hz. (1) La resistencia mecnica depende de la masa y de la constante de rigidez del sistema mecnico del sensor.

ADQUISICION Y ALMACENAMIENTO Las partes que componen el equipo de adquisicin y almacenamiento son:

1.- UNIDAD DE APILAMIENTO Y DIGITALIZACION Corresponde a la unidad donde se adquiere, digitaliza y procesan los datos. Tiene puertos especializados para recibir las seales enviadas por los gefonos; a cada gefono le corresponde un canal y sus seales son filtradas y digitalizadas de acuerdo con las opciones definidas por el usuario. 2.- CABLES SISMICOS Comnmente se usan dos cables para conectar en cada uno la mitad de los gefonos. Cada cable contiene a su vez cableado para llevar la seal de cada gefono a la unidad de adquisicin; cada uno de estos se llama canal. 3.- TRIGGER Cable conectado apropiadamente a la fuente ssmica, de tal manera que en el instante en que se golpea el suelo con el martillo o cuando la carga explosiva es detonada, el sistema de registro empieza a grabar.

CURVAS TIEMPO DISTANCIA Las curvas tiempo distancia se construyen con los tiempos de llegada de las ondas P a cada uno de los sensores, y la distancia de cada sensor al punto de disparo.