GEOFÍSICA

MÉTODOS SÍSMICOS

Métodos sísmicos

Los métodos sísmicos son técnicas geofísicas que utilizan el principio de propagación de ondas elásticas para estudiar las propiedades del subsuelo y obtener información sobre la estructura geológica, la ubicación de capas de roca, la presencia de fluidos subterráneos y otras características importantes. Estos métodos son ampliamente utilizados en la exploración geofísica, la prospección de recursos naturales, la ingeniería civil y la investigación geológica.

Los métodos de prospección sísmica se pueden clasificar según el tipo de ondas utilizadas para obtener información del subsuelo. Según este criterio se tienen métodos basados en ondas reflejadas, ondas cónicas o refractadas críticamente, ondas directas y ondas superficiales.

Principio físico de los métodos sísmicos: propagación de ondas elásticas para conocer las propiedades del subsuelo

Basados en clasificación anteriormente descrita, dentro de los principales métodos de prospección sísmica aplicados en la exploración geotécnica, se tienen los siguientes:

En EMPÍRICA contamos con los equipos y el personal idóneo para la realización de los siguientes ensayos sísmicos:

REFRACCIÓN SÍSMICA

Este método consiste en la medición de los tiempos de viaje de las ondas generadas por una fuente de energía impulsiva localizada en diferentes puntos a lo largo de un eje sobre la superficie del terreno, lo que permite determinar la estratigrafía del subsuelo en forma indirecta, basándose en el cambio de las propiedades dinámicas de los materiales que lo conforman.

Fuente sísmica para adquisición de datos de refracción sísmica

Este método de ensayo cuenta con multitud de aplicaciones:

ANÁLISIS MULTICANAL DE ONDAS SUPERFICIALES (MASW)

El ensayo de Análisis de Ondas Superficiales en arreglo multicanal (MASW, por sus siglas en inglés) es un método de exploración geofísica introducida en el año 1999 que permite determinar la estratigrafía del subsuelo 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) de un registro en arreglo multicanal, generadas por una fuente de energía impulsiva ubicada a una distancia predeterminada de uno de los extremos del tendido, obteniéndose el perfil de velocidades de ondas de corte (Vs) para el punto central de dicha línea.

Diagrama de adquisición de datos mediante ensayo MASW

El método MASW se utiliza comúnmente en estudios geotécnicos e investigaciones geofísicas para caracterizar la subsuperficie en términos de velocidades de onda sísmica. Es especialmente útil para identificar capas sedimentarias, determinar la profundidad del basamento rocoso y evaluar la presencia de anomalías geotécnicas. La información obtenida mediante el método MASW es valiosa en proyectos de ingeniería civil, planificación de cimientos y estudios geológicos.

Algunas de sus posibles aplicaciones son:

REFRACCIÓN DE MICROTREMORES (ReMi)

Este estudio consiste en medir el ruido ambiental con un arreglo de características y disposición similares al empleado en la sísmica de refracción convencional donde se aprovecha el "ruido ambiente" (paso de vehículos, funcionamiento de maquinarias, cercanía a fuentes activas, etc.) para obtener la relación señal/ruido y así poder obtener una curva de dispersión (en el espectro lentitud - frecuencia,) que permita obtener mediante inversión, un perfil unidimensional de la velocidad de onda de corte (Vs) en función de la profundidad.

Curva de dispersión de un ensayo ReMi
Curva de dispersión de un ensayo ReMi (espectro lentitud-frecuencia)

Este método se emplea frecuentemente en combinación con el ensayo MASW, ya que las bajas frecuencias analizadas permiten mejorar la curva de dispersión, y obtener información de los estratos más profundos de la columna litológica. Se utiliza comúnmente en estudios geotécnicos, evaluaciones de riesgos sísmicos y planificación de proyectos de construcción para comprender mejor las características del suelo y mejorar el diseño de estructuras.

Sus aplicaciones son las mismas que las del ensayo MASW:

Tendido sísmico para adquisición de datos por el método ReMi
ENSAYO SÍSMICO DOWNHOLE

El ensayo sísmico downhole, regido por la norma ASTM D7400 (Standard Test Methods for Downhole Seismic Testing), consiste en generar ondas sísmicas en la superficie del terreno mediante golpes verticales y horizontales, sobre una placa de acero ubicada a una distancia predeterminada de la boca de un sondeo, y registrar los tiempos de llegada de las ondas de compresión (ondas P) y de corte (ondas S), a un geófono triaxial ubicado en el interior del sondeo.

Diagrama de adquisición de ensayo sísmico downhole
Geófono triaxial empleado para la recepción de las ondas sísmicas
							en el interior del sondeo
Geófono triaxial empleado en los ensayos downhole

Conociendo la geometría fuente-geófono 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 terreno. Adicionalmente, conociendo los valores de densidad de los diferentes materiales del terreno, se pueden determinar de manera indirecta los módulos dinámicos de elasticidad (E), de elasticidad transversal (G) y coeficiente de Poisson (ν)

La perforación utilizada requiere de un tubo de plástico y un relleno interpuesto entre el sondeo y el tubo, hecho por arena o cemento con bentonita, al fin de prevenir el desarrollo de ondas guiadas en el nivel rígido cementado.

Aplicaciones:

ENSAYO SÍSMICO CROSSHOLE

El ensayo sísmico crosshole se emplea para determinar la velocidad de propagación de las ondas de compresión (onda P) y de corte (onda S) a diferentes niveles de profundidad, utilizando para ello dos o más sondeos.

La técnica consiste en generar pulsos sísmicos dentro de uno de los sondeos (emisor) y determinar el tiempo transcurrido desde que se genera el pulso hasta que se recibe, por medio de un geófono de tres componentes, en el otro sondeo (receptor). Conociendo la distancia que separa a ambas perforaciones, se puede obtener la velocidad de transmisión de las ondas sísmicas.

Diagrama de adquisición de ensayo sísmico crosshole

Las perforaciones utilizadas requieren de un tubo de plástico y un relleno interpuesto entre cada sondeo y el tubo, hecho por arena o cemento con bentonita, al fin de prevenir el desarrollo de ondas guiadas en el nivel rígido cementado.

Este ensayo permite estimar los módulos dinámicos de deformación del terreno, tales como módulo de elasticidad (E), módulo de elasticidad transversal (G) y coeficiente de Poisson (ν) de cada unidad geológica reconocida hasta la profundidad de investigación, e identificar posibles zonas de falla, de fracturamiento /alteración de rocas, etc.

Aplicaciones:

SÍSMICA PARALELA

Este ensayo fue desarrollado para atender a situaciones en las que existen dudas sobre la integridad y la longitud de los pilotes o pantallas cuando la estructura está completamente terminada. En estos casos no suele ser accesible la cabeza de los pilotes y es difícil utilizar otro método no destructivo.

Para ejecutar el ensayo se debe realizar una perforación paralela lo más próxima posible al pilote a ensayar (1 - 3 m), hasta una profundidad que sobrepase ampliamente la esperada en la cimentación (en al menos 5m).

Diagrama de funcionamiento del ensayo de sísmica paralela

A través del tubo de PVC instalado en el sondeo, se introduce hasta el fondo de la perforación una sonda receptora, la cual debe ser desplazada hacia arriba en incrementos regulares (normalmente 1 m).

A cada profundidad de la sonda, se provoca con el golpe de un martillo, una señal que se transmite por el pilote al terreno y a través de éste a la sonda receptora, registrando el tren de ondas que llega al sensor y midiendo el tiempo de llegada. Se registra una gráfica (tiempo-distancia) que recibe el nombre de dromocrónica. Partiendo de esta grafica se puede calcular la longitud del pilote y las velocidades de propagación de la onda en el hormigón y en el suelo.