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Geofísica aplicada a Geotécnia

Método Sísmico

Método de Refracción Sísmica

La Refracción Sísmica se basa en la propagación de ondas sísmicas, ondas P, originadas mediante súbitas deformaciones del terreno en la superficie (disparos de escopeta y/o iterativos golpes de una comba sobre una placa metálica). Dicho fenómeno de deformación de corteza genera frentes de onda que viajan por el subsuelo. Estos frentes de onda o simplemente ondas sísmicas, al encontrar interfaces entre dos medios con propiedades elásticas diferentes, provocan que parte de su energía continúe penetrando a mayor profundidad y otra parte viaje por la interfaz y regresa a la superficie donde es registrada por los geófonos.
En el campo se monitorea los registros y se realizaran disparos necesarios en cada punto para poder obtener la respuesta de la refracción original del suelo y basamento.

Método de Análisis Multicanal de Ondas Superficiales (MASW)

El método MASW o Análisis Multicanal de Ondas Superficiales es un método sísmico que permite determinar la estratigrafía del subsuelo bajo un punto en forma indirecta, basándose en el cambio de las propiedades dinámicas de los materiales que la conforman. Este método consiste en la interpretación de las ondas superficiales (Ondas Rayleigh u Ondas R) de un registro en arreglo multicanal, generada por una fuente de energía impulsiva sobre la superficie a una distancia predeterminada de la línea de estudio, obteniéndose el perfil de velocidades de onda de corte (V_s) para el punto central de dicha línea. El levantamiento de MASW y MAM se llevará a cabo empleando un sismógrafo digital de registro sísmico con cables antiestático y con 24 geófonos verticales de 4.5 HZ, con una distancia de 3 mts, entre cada geófono. Como fuente de vibraciones se empleará una comba de 10 kg, según escenario. Se efectuarán golpes a los extremos de la línea al 10%, 20% y 40% de la longitud del tendido optimizando la señal/ruido para cada punto de disparo. En el campo se monitorea los registros y se realizaran disparos necesarios en cada punto para poder obtener las velocidades de ondas de corte (Vs) (o espesores).

Método Análisis de Microtrepidaciones en Arreglos Multicanales (MAM)

Por su parte, el ensayo MAM o Análisis de Microtrepidaciones en Arreglos Multicanales, consiste en monitorear las vibraciones ambientales en arreglos predeterminados y mediante el análisis de dispersión de éstas determinar el perfil de velocidades de ondas S. La combinación de los métodos MASW y MAM, permiten obtener perfiles de ondas S hasta profundidades promedio de 60 a 100 m. En ambos métodos, la interpretación de los registros consiste en obtener de ellos una curva de dispersión (un trazado de la velocidad de fase de las ondas superficiales versus la frecuencia), filtrándose solamente las ondas superficiales, ya que son estas ondas las que predominan en el grupo de ondas, poseyendo alrededor del 70% de la energía del tren de ondas. Además, la velocidad de fase de estas ondas tiene un valor que varía entre el 90% al 95% del valor de la velocidad de propagación de las ondas S (Vs). Luego mediante un procedimiento de cálculo inverso iterativo (método de inversión) y a partir de la curva de dispersión calculada se obtiene el perfil sísmico del terreno en función de Vs para cada punto de estudio. El levantamiento de campo es similar al del método MASW, la única diferencia es en la generación de ondas.

Método de Cross Hole

Este ensayo sísmico utiliza dos o más sondeos para medir la velocidad de las ondas sísmicas (Vp y Vs). El dispositivo consiste en dos sondeos, el primero con la fuente emisora de energía y el segundo con el receptor situados a la misma profundidad. De esta manera se miden la velocidad de propagación de las ondas a través del material situado entre ambos sondeos. Repitiendo el ensayo a distintas profundidades se obtiene un perfil de velocidades Vs y Vp. Se recomienda utilizar más de dos sondeos para minimizar los errores resultados de las medidas del tiempo de disparo, los efectos del material superficial intersondeos y la anisotropía. Las velocidades de onda se calculan a partir de la diferencia en los tiempos de llegada en el par de sondeos. Los tiempos de llegada se determinan visualmente usando puntos de fase común (primera llegada, primer pico, etc.) o por medio de técnicas de correlaciones cruzadas usadas habitualmente en exploración petrolera. En función del tipo de fuente emisora utilizada en la generación de las ondas sísmicas, el contenido en ondas P y S es diferente. Por ejemplo, para explosivos el contenido en ondas P es mayor particularmente cuando se utilizan grandes cantidades y se detona cerca de la superficie del suelo. Las fuentes de tipo mecánico son ensayos de penetración tipo SPT, impactos verticales y cargas torsionales en la base del sondeo. Los impactos verticales también tienen un contenido elevado en ondas P, por ello se recomienda utilizar impactos horizontales en la superficie del suelo que generan mayor contenido en ondas SH. Las ventajas de este método son las siguientes:

Método de Down Hole

El método Down-Hole consiste en generar ondas sísmicas en la superficie, mediante golpes verticales y horizontales en una placa ubicada a una distancia de 1 a 3 metros aprox. del pozo, registrándose los tiempos de llegada de las ondas de compresión (ondas P) y cizalla (ondas S). Las ondas P y S son registradas mediante un geófono Triaxial situado en la parte inferior de la sonda, midiéndose éstas cada 0.5 a 1 metro (distancia nominal comúnmente empleada) hasta alcanzar la profundidad del pozo estudiado. Conociendo la geometría fuente-geófonos del dispositivo y los tiempos de llegada de las ondas sísmicas es posible calcular las velocidades de propagación a distintos niveles de profundidad a lo largo del pozo.

METODOS ELÉCTRICOS

Tomografía Eléctrica

La Tomografía Eléctrica o ERT (Electrical Resistivity Tomography) es un método de resistividades multielectródica, basado en la modelización 2D de la resistividad del terreno mediante el empleo de técnicas numéricas (elementos finitos o diferencias finitas). Es un método geoeléctrico no destructivo que analiza los materiales del subsuelo en función de su comportamiento eléctrico, diferenciándolos en función de su resistividad eléctrica. En la Figura se muestra un perfil en 2D obtenido con este método. La Tomografía Eléctrica tiene la finalidad determinar la distribución real de la resistividad del subsuelo. El factor clave es el número y distribución de las medidas de campo, ya que de estos depende tanto su resolución como la profundidad de investigación (se requiere obtener el mayor número de datos posible), con un espaciamiento adecuado entre medidas para conseguir la necesaria resolución lateral y también que las medidas se realicen involucrando de forma progresiva varios rangos de profundidad. El levantamiento de Tomografía Eléctrica se llevará a cabo empleando un Resistivimetro Marca IRIS, modelo PRO 10, con 25 electrodos a una distancia de 5m, entre cada electrodo cubriendo una longitud de estudio de 100m. Se utilizará como dispositivo electrodico de adquisición la configuración Polo-Dipolo.

SEV (Sondaje Eléctrico Vertical)

El método consiste en determinar el parámetro de resistividad a profundidad, mediante la inyección de corriente eléctrica en el subsuelo y la medición del potencial resultante a través de un arreglo electródico tetraelectródico. El Sondeo Eléctrico Vertical (SEV) como método geofísico de corriente directa (DC) es muy utilizado por su sencillez y la relativa economía instrumental apropiado para la adquisición en campo. El estudio de SEV (configuración Wenner) se realizará con el equipo de resistividad Syscal Pro. El cual permitirá conocer automáticamente el Auto potencial (SP), promediará las lecturas óptimas, calculará la resistividad Aparente y adicionalmente nos determinará el voltaje (V), Intensidad (I) y el potencial espontáneo (SP). La información obtenida de los SEV (resistividad) se procesará mediante el programa WINSEV, el cual permite preparar modelos directos e inversos.

METODOS ELECTROMAGNÉTICO

RESISTIVIMETRO

El SYSCAL Pro es un resistivímetro eléctrico versátil que combina un transmisor, un receptor y una unidad de conmutación en una sola carcasa. Se suministra con una batería de 12V. Las mediciones se llevan a cabo automáticamente (voltaje de salida, número de apilamiento, factor de calidad) después de la selección de los valores límite por el operador, estos se almacenan en la memoria interna. El SYSCAL Pro utiliza cables multi-núcleo para controlar un conjunto de electrodos conectados en una línea o en varias líneas. El número estándar de electrodos: 24, 48, 72, 96, 120, se puede incrementar a través del conmutador de unidades (Switch Pro) para imágenes en 2D o 3D. Los diez canales del sistema permiten llevar a cabo hasta 10 lecturas al mismo tiempo para una alta eficiencia.

  • Electrodos impolarizables
  • Rollos de Cables de Potencial
  • Rollos de Cable de Corriente
  • Combas 2lb
  • Software de análisis de datos

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

Es una técnica que se caracteriza por estudiar las variaciones de parámetros térmicos de las rocas y suelos (resistividad y conductividad térmica), puesto que los materiales muestran por lo general ciertos rangos de valores y dependen de las variables geotécnicas del material y componentes mineralógicos, teniendo en cuenta el contenido de agua o de sales disueltas presentes en las fracturas de las rocas o en la porosidad del suelo.