Sismica Ondas superficiales terrestres, adquisición activa y pasiva – MASW

Aspectos generales

El comportamiento de los materiales bajo diferentes tipos de cargas es un factor importante en el diseño de estructuras que pueden estar sujetas a movimientos del suelo inducidos por temblores de tierra, el paso de trenes, el tráfico rodado, el funcionamiento de maquinaria, etc.

En el diseño de estas estructuras se utilizan módulos de cizallamiento de menos del 0,001 %. Dado que el módulo de cizallamiento está directamente relacionado con la velocidad de cizallamiento, es posible obtener este módulo después de medir las velocidades de cizallamiento. El módulo de cizallamiento medido de esta manera representa el módulo de cizallamiento en deformaciones muy pequeñas y, por lo tanto, proporciona la medición máxima de la rigidez (Gmax).

Las ondas superficiales combinan las características de las ondas de compresión y las ondas de cizallamiento. Estas son ondas guiadas que se propagan por la superficie del suelo a un espesor cercano a una longitud de onda (λ).

Cuando las ondas superficiales se propagan en un medio constituido por una sola formación, su velocidad de propagación es constante. En cambio, cuando este medio está constituido por varias capas de diferentes características, entonces se dice que la velocidad de propagación de la onda es dispersiva. Esto significa que la velocidad de propagación depende de la profundidad, es decir de la frecuencia. Esto significa que las longitudes de onda tienen diferentes profundidades de penetración:

baja frecuencia - fuerte penetración
alta frecuencia - poca penetración.

Penetración de las ondas superficiales terrestres y ejemplo de modelo geológico

El principio MASW

Generamos una onda superficial utilizando una fuente sísmica terrestre. Las ondas sísmicas (ondas de Rayleigh) se registran utilizando una antena multicanal y un registrador sísmico. Nuestro software de procesamiento de datos en línea calcula las curvas de dispersión para cada uno de los puntos de disparo.

Estas curvas describen las propiedades de propagación de las ondas superficiales. Se utilizan para calcular las velocidades de las ondas de cizallamiento para formaciones cercanas a la superficie (hasta 50 m de profundidad).

Dado que la velocidad de las ondas de cizallamiento es directamente proporcional al módulo de cizallamiento, esto nos da una indicación inmediata sobre el perfil de inflexibilidad o rigidez del terreno sin necesidad de taladrar, realizar agujeros transversales u otra técnica costosa. Esta técnica no es destructiva.

Dispositivo de adquisición para un perfil de onda superficial terrestre

Los métodos sísmicos convencionales utilizados para medir las velocidades de compresión y de cizallamiento son los métodos de perforación de agujeros transversales y perforación en fondo de pozo que requieren el uso de perforaciones largas y costosas.

Correlación de perfiles de velocidad de cizallamiento
por MASW (Vs SP46 y 40) y por cross-hole

Características clave

La velocidad de propagación de las ondas superficiales está muy relacionada con las características de cizallamiento del medio (más del 95%). El resto está en función de las características de compresión del medio y la densidad de los materiales. Al analizar la velocidad de dispersión de la onda superficial, se obtiene el perfil de la velocidad de cizallamiento Vs para la superficie cercana. Como la velocidad Vs es directamente proporcional al módulo de cizallamiento del suelo (Gmax), nos informa sobre las variaciones de rigidez del medio. La geología del subsuelo cercano se describe, por lo tanto, en términos de velocidad de cizallamiento y rigidez.

También es posible medir velocidades de onda de cizallamiento decrecientes con la profundidad, lo que significa que se pueden detectar formaciones blandas situadas debajo de formaciones duras.

La geología del subsuelo cercano se describe, por lo tanto, en términos de velocidad de cizallamiento y rigidez (Gmax).
Permite un bajo coste para tener un perfil de la velocidad de cizallamiento (en función de la profundidad), a lo largo de un recorrido lineal de varios kilómetros. De este modo, se pueden identificar más fácilmente las variaciones.
Las penetraciones observadas son del orden de 30 m de media, con máximos cercanos a 50 m. Esta penetración está en función de las características del subsuelo y de la técnica utilizada (fuente sísmica, martillo, caída de peso y registro de ruido microsísmico (microtemblor)).
Las inversiones de velocidad son medibles cuando son marcadas
Las zonas descomprimidas son detectables.
Las interpretaciones presentan un error inferior al 10 %.

Applicaciones

Estudios de los emplazamientos de construcción :

Cualificación del emplazamiento para grandes obras.
Análisis del riesgo de licuefacción, estabilidad de pendientes,
Cartografía del techo de la roca,
Cartografía de zonas de baja velocidad de cizallamiento,
Cálculo de la velocidad de cizallamiento y estimación del módulo de rigidez (Gmax) a lo largo de perfiles de varios kilómetros.

Estudio de taludes y diques :

Evaluación de taludes, diques de tierra,
Evaluación del grado de compactación de terraplenes,
Control de inyección

Estudio de trazados lineales :

Evaluación de aceras, redes viarias, pistas y túneles

Descripción de los equipos

Antena multicanal de 24 a 192 geófonos
Fuente sísmica (masa, caída de peso, escopeta sísmica "shotgun", explosivos, generador de vibraciones)
Registrador sísmico (GEODE Geometrics)
Software de control calidad
Software de procesamiento de los datos de ondas superficiales

Corte en 2D de velocidad de cizallamiento obtenido en un perfil sísmico (72 geófonos)

Características del sistema

Las ondas superficiales terrestres son utilizables siempre que una superficie sea accesible,
Método aplicable en entornos industriales mediante el uso de ruido ambiental (microsísmico),
Penetración máxima media del orden de 30 m, y hasta 50 m observada en determinadas condiciones del emplazamiento,
Detección de inversiones de velocidad de las ondas de cizallamiento.
Medición de Gmax de sedimentos muy blandos a formaciones sobreconsolidadas o de roca.

Resultado del análisis MASW

Poca profundidad de investigación – terreno kárstico

Resultados obtenidos a partir de 6 dispositivos de 72 geófonos separados por 1 metro.

Cartografía en 2D en un trazado lineal, cortes a profundidad constante

Cartografía en 2D en una superficie, cortes a profundidad constante

El análisis MASW :

se realiza utilizando adquisiciones de disparos sísmicos o de ruidos sísmicos (véase la sección DCOS SismOcean),
a partir del ruido sísmico, se utiliza el mismo principio de extracción de "paneles" que el descrito en el folleto DCOS. En esta configuración, la interpretación en velocidad de cizallamiento está separada por distancia que separa los geófonos (1 perfil vertical de velocidad de cizallamiento cada dos metros por ejemplo).

El análisis MASW está bien adaptado para la cualificación del emplazamiento que presenta riesgos de inversión de la velocidad de cizallamiento (zonas descomprimidas), de licuefacción...
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 una treintena de metros. El uso conjunto del análisis DCOS y MASW permite una caracterización completa de un emplazamiento utilizando los mismos datos sísmicos y equipos.

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