Detección de anomalías subterráneas – DCOS


Aspectos generales


Durante los trabajos de ingeniería civil, la presencia de anomalías subterráneas (vacíos, relieves kársticos, alteraciones geológicas, constituye un riesgo significativo:

En todos los casos, la presencia de una cavidad representa, a más o menos largo plazo, un riesgo de aparición de socavones. La detección de estos vacíos es, por tanto, necesaria y esto antes o después de realizar los trabajos.

La detección de estas anomalías geológicas ahora es posible mediante un nuevo análisis basado en la medición de las ondas superficiales (onda de Rayleigh) y el estudio de sus propiedades. Este enfoque, que está patentado y se utiliza hoy en día, fue desarrollado por SismOcean.

Las ondas superficiales son ondas guiadas que se propagan por el suelo hasta un espesor cercano a su longitud de onda (λ). Cuando el emplazamiento está constituido por diferentes capas geológicas, estas ondas se vuelven dispersivas.

Esta dispersión significa que la velocidad de propagación depende de la frecuencia, es decir, de la profundidad. De hecho, las longitudes de onda tienen diferentes profundidades de penetración (baja frecuencia: fuerte penetración, alta frecuencia: poca penetración). El análisis desarrollado por SismOcean utiliza las características de esta dispersión para localizar las anomalías geológicas.

Análisis DCOS

El método DCOS se basa en un análisis estadístico de la distribución de la energía de las ondas superficiales y no utiliza un modelo numérico. No hay ninguna hipótesis previa sobre la geología local.

El ruido sísmico ambiental (micro-temblor) natural o producido por la actividad humana (carretera, industria...) se utiliza para detectar anomalías subterráneas. Se ha desarrollado un software de control de calidad de los datos medidos para visualizar la distribución de energía de las ondas superficiales contenidas en el micro-temblor.

Se despliega una cadena de receptores compuesta por 96 geófonos equidistantes para las mediciones. El procesamiento DCOS se aplica a paneles de 24 o 48 sensores con ayuda de una ventana deslizante que permite extraer cada grupo de geófonos (paneles).

  • Extracción de paneles con ayuda de una ventana deslizante


La distribución de energía se calcula en cada dirección del panel extraído: directa (de 1 a 24) e inversa. Esta distribución se analiza estadísticamente utilizando la mitad de los geófonos del panel extraído.

Cuando no hay anomalías geológicas, la energía medida por las dos partes de la antena es similar. En cambio, la presencia de una heterogeneidad modificará esta distribución de energía.

  • Distribución de energía modificada por una anomalía subterránea


La longitud de la ventana de análisis se adapta de acuerdo con la profundidad de penetración requerida:
  • 24 sensores - poca penetración (hasta 11-12 m),
  • 48 sensores - fuerte penetración (hasta 23-24 m).

Para un dispositivo compuesto por 96 sensores, la extracción por paneles proporciona:
  • 73 análisis DCOS utilizando 24 sensores,
  • 49 análisis DCOS utilizando 48 sensores.

La distancia entre cada uno de los análisis DCOS corresponde a la distancia que separa los geófonos.


Características clave

  • Detección y localización de diferentes tipos de anomalías subterráneas: cavidades naturales, relieves kársticos, galerías, zona descomprimida, accidentes geológicos...
  • Las cavidades pueden estar vacías, o llenas parcial o completamente de agua o sedimentos.
  • Se realiza un análisis DCOS para cada uno de los paneles extraídos.
  • El análisis DCOS no requiere mucho tiempo y se realiza sin un modelo numérico (no hay ninguna hipótesis previa sobre la geología local).
  • Se mide el ruido sísmico natural o antropogénico para realizar el análisis. Esto permite trabajar en un entorno urbano o industrial.
  • En determinadas configuraciones, se puede usar el ruido sísmico generado por un vehículo que circula a lo largo de los sensores.


Equipo

  • Equipo terrestre.
  • Cable receptor multisensores compuesto por 96 (o más) geófonos equidistantes (1, 2, 2.5, 3 m, …)
  • Fuente sísmica: ruido sísmico (micro-temblor).
  • Registrador sísmico (GEODS de Geometrics).
  • Software de control de calidad de datos para la adquisición.
  • Computador de campo.


  • Registrador y computador

  • Geófonos


Análisis

El software de análisis DCOS se ejecuta en un PC.


Aplicaciones

Estudio para emplazamientos de construcción :
  • Calificación del emplazamiento antes de las obras.
  • Detección de relieves kársticos.
  • Detección de cavidades artificiales: minas antiguas, canteras, galerías, tanques, conductos...
  • Zona de terreno localmente descomprimido.
  • Cartografía de las anomalías subterráneas.

Estudio de diques en tierra :
  • Calificación del estado de los diques,
  • Localización de anomalías puntuales o extendidas (vacíos, cavidades, partes alteradas, zonas descomprimidas...)

Estudio de estructuras lineales :
  • Evaluación de carreteras, vías férreas, túneles y futuros trazados.
  • Localización de las anomalías presentes en los desarrollos ya realizados o en proceso de serlo.


Interpretación por MASW y por DCOS

A partir de los mismos datos registrados, se puede realizar una interpretación clásica de tipo MASW, que da acceso a la velocidad de cizallamiento del medio (consulte la sección de SismOcean sobre las Ondas Superficiales Terrestres).

La combinación de los dos estudios MASW y DCOS permite identificar algunas de las anomalías DCOS encontradas: áreas descomprimidas, variaciones locales en la geología (ruptura de las tabularidades, ascenso del sustrato, etc.).


Resultados del análisis DCOS


Poca profundidad de investigación: galerías subterráneas artificiales

  • La profundidad se expresa en longitud de onda
    (profundidad aproximadamente ≈1 / 2 de la longitud de onda).


Investigación a poca y gran profundidad: Correlación geotécnica

  • Géophones


Resultados en 2D, cortes a profundidad constante


El análisis DCOS :
  • se realiza para cada uno de los paneles extraídos (73 para una investigación a poca profundidad y 49 para una investigación profunda),
  • la separación es la distancia que separa los geófonos (1 análisis cada 2 metros, por exemplo),
  • requiere poco tiempo y no necesita modelo numérico.

El análisis DCOS es muy adecuado para la detección y localización de anomalías subterráneas tales como: cavidades naturales o artificiales, zonas descomprimidas, variaciones locales de la geología...

Este análisis se puede realizar en todos los emplazamientos de superficie despejada.
En un entorno ruidoso (emplazamiento industrial o urbano), este método tiene la ventaja de utilizar el ruido sísmico ambiental con una penetración media máxima de aproximadamente 20 m.

Hasta la fecha, se han realizado alrededor de 40 km de estudios con el método DCOS (ferrocarriles, autopistas, karst, marnières, sitio urbano).