Soluciones Geofísicas

Cross Hole

Down Hole

GPR

Estación de vibración (H/V)

MASW y REMI

Pruebas de integridad (PIT)

Sondeos térmicos

Sondeo eléctrico Vertical (SEV)

Tendidos de refracción sísmica (TRS)

Tomografía de resistividad eléctrica (TRE)

Transitorio electromagnético (TEM)

Métodos Sísmicos

Activos

Tendido de Refracción Sísmica

Los métodos sísmicos de exploración, se ramifican en Sísmicos de refracción y de reflexión. Los primeros, estan comprendidos en tendidos de refracción sísmica (TRS), consiste en obtener la domocrónica (gráfica tiempo distancia), a partir de una fuente controlada, las mediciones de las distancias de las estaciones de los geófonos y los registros de tiempos obtenidos de los sismográmas. Las gráficas que se obtienen en el campo son analizadas y capturadas para su inversión matemática a un modelo estratificado (2D). Las cuales nos ayudan para evaluar las propiedades físicas y la calidad de las capas del subsuelo debajo de las líneas, por medio de las velocidades de las ondas compresionales, cortantes y los espesores de las capas.

Cross Hole | Down Hole

El método de cross-hole y down hole, son una variante de la metodología sísmica que se utiliza para determinar con mayor precisión y detalle las velocidades de propagación longitudinal y transversal de las capas que componen el subsuelo, para esto es necesario contar con una cápsula de explosión dentro de un pozo (en el caso de CH), donde se genere el disturbio elástico del medio y el receptor el cual es un tri –hidrófono colocado en el otro pozo para recibir las señales sísmicas.

Pruebas de Integridad (PIT)

El estudio Geofísico, en la modalidad de pruebas de continuidad a pilas. Por medio del método de sísmica de reflexión, consiste en analizar el viaje de las ondas compresionales en un medio encajonante, en este caso, es el concreto.

Se distribuyen doce geófonos en la superficie de la cima, de una forma equidistante, ya que la información de cada geófono es puntual y lineal; es decir la atribución de la información solo abarca en la pequeña área, debajo de cada geófono. Por lo tanto, se distribuye de tal forma que sea lo más representativo del cuerpo interno de la pila. Para el desarrollo de la prueba, se genera perturbaciones sísmicas en la cabeza de la pila a través de impactos mecánicos con una pequeña varilla de acero y un marro, los cuales están sincronizados electrónicamente, con el inició de grabación en el Sismógrafo.

Una vez obtenido el sismograma correspondiente se analizan los eventos coherentes que correspondan con el reflejo primario y se determina el tiempo de arribos.

Métodos Sísmicos

Pasivos

Masw

El método MASW es una técnica de investigación no invasiva (no hay necesidad de perforaciones), el cual permite determinar la velocidad de onda cortante vertical Vs mediante la medición de las ondas de propagación de las de superficie, con un arreglo de sensores (Geófonos) en el sitio. La colocación de los sensores debe de seguir un alineamiento de forma colineal, es decir en una línea recta con la distribución de los sensores en distancias equidistantes de preferencia no mayor a tres metros, uno del otro. Se recomienda a una distancia de dos metros.

Muestra segmentos colineales.

Un martillo bastante pesado (se recomienda mayor de 10 lb, en este caso se emplea, marro de 20 lb) será una buena opción, aunque cualquier otro tipo (por ejemplo, una caída del peso) que puede entregar más potencia de impacto en tierra puede ser una ventaja sobre un martillo debido a su potencial para generar frecuencias más bajas (longitudes de onda más largas) de las ondas de superficie, que equivalen a una mayor profundidad de investigación. El aumento del uso de estas otras fuentes a menudo no es suficiente para justificar el costo de los equipos y los inconvenientes en la operación de campo. El uso de una placa de impacto (también llamada placa base) ayudará al punto de impacto fuente se vuelven menos intrusiva en el suelo .Estudio detallado sobre el papel de la placa base en la generación de ondas de superficie aún no ha sido reportado y necesita ser llevado a cabo en un futuro próximo. En algunos casos, se ha informado de que una placa no metálica (por ejemplo, una placa de goma firme) puede generar energía notablemente más fuerte a la frecuencia inferior (por ejemplo, <10 Hz) parte de las ondas de superficie que la placa metálica convencional.

La adquisición de más de un registro en un lugar determinado usando múltiples impactos y luego sumando estos registros en una (aka, apilamiento vertical) puede suprimir el ruido ambiente de manera significativa y por lo tanto siempre es recomendable, sobre todo si la encuesta se lleva a cabo en una zona urbana. El número óptimo de los impactos de apilamiento se puede determinar cuándo hay poco cambio en la relación señal-ruido (S / N) en el registro sísmico que aparece durante el apilamiento. A menudo usamos 3-5 pilas verticales en Servicio Geológico de Kansas. También hemos notado que a los efectos de análisis MASW de apilamiento pueden ser aún más eficaces cuando en lugar de ello se aplica a la curva de dispersión (AKA, Entonada imágenes), que se produce en una etapa posterior del procesamiento de ondas de superficie. Este número, sin embargo, debe aumentar a medida que las ambientales aumenta el nivel de ruido y / o receptor de longitud total arreglo aumenta. Cuando las fuentes activas disponibles no son capaces de generar frecuencias suficientemente bajas como para cumplir con los requisitos de investigación en profundidad, a continuación, empleando pasiva MASW además de la encuesta activa podría ser capaz de proporcionar las bajas frecuencias (longitudes de onda deseadas de largo).

Esquema de un tendido MASW.
Se muestra la curva de dispersión
Se muestra puntos experimentales, modelo Rayleigth , curva aparente curva numérica
muestra el modelo de velocidad cortante
Remi

El método REMI activo y el pasivo ambos se pueden aplicar a los casos reales. Como método pasivo el procedimiento ReMi (Refracción Microtemblores) se utilizarán, ya que los resultados siempre por el REMI pasiva y ReMi son equivalentes. El método REMI consta de tres pasos (Roma, 2002): (1) en la primera etapa se determina la velocidad aparente de fase (o curva de dispersión) (2) en el segundo paso calcular la velocidad numérica de fase aparente (o dispersión curva), (3) en el último paso de la está determinar el perfil de velocidad de onda de corte vertical Vs, modificando los valores como el espesor h, la Vs cizallamiento y velocidades de las ondas de compresión Vp la relación de Poisson, la densidad de la masa de todas las capas, considerado en el modelo, hasta que las iteraciones se optimice entre la curva dispersión de datos experimental y la teórica Durante el paso 3, se puede determinar el modelos del sitio y la velocidad de onda de corte del perfil por medio de un procedimientos automáticos de ensayo y error, o una combinación de ambos. Por lo general, el número de capas, la relación de Poisson y la densidad de masa se asignan y sucesivamente, el grosor y la velocidad de onda de corte de las capas se modifican. Después de la onda de corte perfil de velocidad se ha determinado, a continuación, la Vs equivalente se puede calcular y por lo tanto la clase sísmica del sitio se puede establecer. Es significativo adquirir información adicional sobre la naturaleza geotécnica del sitio.

Espectro de Diseño del Sitio

Se elabora a partir del cálculo de espectros de respuesta del sitio, los cuales determinan la amplificación del terreno en base a la estratigrafía presente y las propiedades elásticas de los diferentes estratos involucrados. Esta metodología para calcular los espectros de diseño fue utilizada por diversos investigadores para modelar el comportamiento de los suelos ante solicitaciones sísmicas importantes como lo fueron los macrosísmos de septiembre de 1985 los cuales estan estipuladas en las normas oficiales N-PRY-CAR-6-01-005/01 y NORMAS DECONSTRUCCION DE LA ADMINISTRACIÓN PUBLICA DEL DISTRITO FEDERAL. Para cubrir satisfactoriamente esta etapa se utilizaron los programas de cómputo SHAKE de la universidad de Berkeley. Se conceptualiza el espectro de diseño del sitio como la envolvente de los espectros de respuesta, en el cual las ordenadas del espectro de aceleraciones (a), están expresadas como fracción de la aceleración de la gravedad (g). Dentro de la zonificación que pertenece a los sitios de estudio.

Ejemplo real de una grafica de aceleración espectral contra periodo.

Métodos Geoeléctricos

Sondeo Eléctrico Vertical

La modalidad de sondeos eléctricos Schlumberger. Es una modificación del método de Wenner, ya que también emplea 4 electrodos, pero en este caso la separación entre los electrodos centrales o de potencial (a) se mantiene constante, y las mediciones se realizan variando la distancia de los electrodos exteriores a partir de los electrodos interiores, a distancia múltiplos (na) de la separación base de los electrodos internos (a).

La configuración, así como la expresión de la resistividad correspondiente a este método de medición se muestra en la figura.

El método de Schlumberger es de gran utilidad cuando se requieren conocer las resistividades de capas más profundas, Esta configuración consiste de cuatro electrodos alineados entre sí, dos de los cuales (exteriores A y B) son para introducir la corriente eléctrica al terreno y los otros dos (interiores M y N) para medir la diferencia de potencial resultante, de tal forma que la distancia entre los electrodos AM, MN y NB deben ser iguales a una distancia a.

La modalidad de sondeos eléctricos Wenner. Introducidos en 1915, por el Dr. Frank Wenner del U.S. Bureau of Standards desarrolló la teoría de este método de prueba, y la ecuación que lleva su nombre.

Con objeto de medir la resistividad del suelo se hace necesario insertar los 4 electrodos en el suelo. Los cuatro electrodos se colocan en línea recta y a una misma profundidad de penetración, las mediciones de resistividad dependerán de la distancia entre electrodos y de la resistividad del terreno, y por el contrario no dependen en forma apreciable del tamaño y del material de los electrodos, aunque sí dependen de la clase de contacto que se haga con la tierra.

El principio básico de este método es la inyección de una corriente directa o de baja frecuencia a través de la tierra entre dos electrodos C1 y C2 mientras que el potencial que aparece se mide entre dos electrodos P1 y P2. Estos electrodos están enterrados en línea recta y a igual separación entre ellos. La razón V/I es conocida como la resistencia aparente. La resistividad aparente del terreno es una función de esta resistencia y de la geometría del electrodo.

En la figura se observa esquemáticamente la disposición de los electrodos, en donde la corriente se inyecta a través de los electrodos exteriores y el potencial se mide a través de los electrodos interiores.

Tomografía de Resistividad Eléctrica

El método Tomografía de resistividad Eléctrica, se realiza mediante el arreglo de calicatas eléctricas Schlumberger o el arreglo dipolo – dipolo. Los cual son ampliamente recomendados para determinar la distribución de las resistividades asociándolo a estructuras del subsuelo; como fallas geológicas, fracturas diques y cavidades. Con el arreglo de calicatas eléctricas se emplean cuatro electrodos colineales, dos de los cuales sirven para introducir corriente eléctrica al terreno (A y B) y para medir la diferencia de potencial se utiliza el dipolo (M y N). Mediante el arreglo dipolo – dipolo se emplean también cuatro electrodos, dos sirven para introducir corriente (C1 y C2) y dos para medir la diferencia de potencial (P1 y P2).

Equipos empleados para realizar los estudios eléctricos

Equipo resistivímetro GF instrumets modelo Ares automated resistivity imaging por su siglas en ingles. De manufactura checoslovaco. Medidor de resistividad del terreno, completamente digital, proporciona la lectura de resistividad. Su variabilidad, fácil operación en campo (sin PC), alimentación de una batería estándar de 12 V o de un generador, un amplio soporte de matrices de electrodos estándar y especiales y compatibilidad con software de interpretación generalizado lo convierte en una herramienta eficiente.

Aplicaciones

- En la industria de la construcción es ampliamente empleado en la prospección para localizar los estratos resistivos para el hincado de cimentaciones.

- Es herramienta para determinar estratos de posibles derrumbes o en estabilidad de taludes.

-Es una pieza fundamental en la prospección de cavidades o fracturas, que pudieran poner en riesgo las obras civiles.

- Dentro de los estudios de tierras físicas, es una parte fundamental, el empleo de Sondeos Eléctricos, para las configuraciones de puestas en tierra, por medio de la localización de estratos conductivos.

- Se emplea para determinar los estratos saturados de líquidos para su explotación, en los estudios geohidrológicos.

- Se emplea en la industria del saneamiento de focos contaminantes. Ya que ayuda en la localización de los cuerpos contaminante, formados por fluidos de lixiviados. Presentes en gasolineras o basureros.

Métodos Electromagnéticos

Georadar

La exploración mediante georadar se basan en el estudio de la propagación de ondas electromagnéticas en el subsuelo en un dominio de frecuencias que varían entre unas decenas de Mhz hasta algunos Ghz. Son ondas emitidas como impulsos temporales de muy corta duración, desde una antena emisora (Tx) que se desplaza por la superficie del terreno. Cuando estas ondas se encuentran con un contraste dieléctrico, se reflejan hacia la superficie (Leyde Snell - Descartes) donde sus características son medidas por una antena receptora (Rx). La propagación de las ondas a través del terreno está regida por las ecuaciones de Maxwell y dependen en gran medida de las características del medio en el que se propagan, así como de las propiedades dieléctricas y espaciales de las heterogeneidades que "van encontrando" las ondas.

Muestra cuatro imagenes, la primera es el radargrama crudo de los datos tomados de campo, en la segunda y tercera imagen, muestra el radargrama con dos tipos diferentes de filtros y finalmente en la imagen de abajo, muestra un modelo estrato-geologico del sitio de estudio.
Transitorios Electromagnéticos TEM

La técnica del TEM, consistió en utilizar una espira o bobina que está formada de un cuadro mediante cable del # 10 con dimensiones de 100 x 100 m (área de la bobina 10,000 m2), con el arreglo denominado "Loop coincidente", con una resistencia de 4 Ohms en el circuito, para lo cual se utilizó un cable especial. Con estas características del arreglo se logró una intensidad de corriente del orden de los 6 amperes, esto para cumplir con los 400 m de investigación propuestos.

Esquema de la teoria de los transitorios electromagneticos.
Perfil realizados por medio de TEM´s.

Metodos Térmicos

El TLS 100 es un analizador portátil de propiedades térmicas que mide conductividad/resistividad térmica, difusividad térmica y calor específico, utilizando algoritmos matemáticos y ajusta los datos de temperatura y tiempo con funciones exponenciales integrales usando un método de mínimos cuadrados no lineal. Esta solución matemática provee datos de conductividad/resistividad térmica con una exactitud en un rango de ± 5 %.

El analizador mide de 0 a 50 °C, cuenta con sensor de -50 a 150 °C, utiliza 4 baterías AA y el tamaño del equipo es de 15.5 cm x 9.5 cm x 3.5 cm; tiene un display de 3 cm x 6 cm, de 128 x 64 pixeles (LCD) y capacidad de almacenamiento de 4095 medidas en memoria flas, con una interface serial de 9 pines; su modos de lectura pueden ser manual y automático.

Pruebas de Laboratorio

• Análisis de velocidad de Ondas de Núcleos
• Resistividad y Conductividad Térmica en muestras

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