METODOS DE REFRACCION

INTRODUCCIN. Principios de la elasticidad y ondas elsticas frente deOndas, propagacin de las ondas

La exploracin ssmica emplea las ondas elsticas que se propagan a travs del terreno y que han sido generadas artificialmente. Su objetivo es el estudio del subsuelo en general, lo cual permite obtener informacin geolgica de los materiales que lo conforman. La prospeccin ssmica es una herramienta de investigacin poderosa, ya que con ella se puede inspeccionar con buena resolucin desde los primeros metros del terreno (ssmica de alta resolucin o ssmica superficial; shallow seismic) hasta varios kilmetros de profundidad (ssmica profunda; deep seismic). As, para la ssmica profunda se utilizan fuentes de energa muy potentes (explosivos o camiones vibradores) capaces de generar ondas elsticas que llegan a las capas profundas del subsuelo, mientras que para la ssmica superficial se utilizan martillos de impacto, rifles ssmicos y explosivos de baja energa. De manera que el diseo de una campaa ssmica (equipo y material a utilizar) est en funcin del objetivo del estudio. Segn esto, la ssmica profunda se emplea en la deteccin de reservorios petrolferos (ya sea terrestre o martima), grandes estructuras geolgicas (plegamientos montaosos, zonas de subduccin, etc.), yacimientos minerales, domos salinos, etc. Mientras que la ssmica superficial tiene mucha aplicacin en la obra pblica y la ingeniera civil.La prospeccin ssmica se basa en el mismo principio que la sismologa, consiste en generar ondas ssmicas mediante una fuente emisora y registrarlas en una serie de estaciones sensoras (gefonos) distribuidas sobre el terreno. A partir del estudio de las distintas formas de onda y sus tiempos de trayecto, se consiguen obtener imgenes del subsuelo que luego se relacionan con las capas geolgicas (secciones ssmicas, campos de velocidades, etc.).

ONDAS ELSTICAS

La teora de la elasticidad se apoya en el comportamiento de un cuerpo sujeto a esfuerzos y deformaciones simultneas.

A partir de ello, el efecto de las fuerzas aplicadas y sus movimientos asociados, se desarrollan las ecuaciones de movimiento en las partculas de ese cuerpo. Incorporando las constantes de Lamme y realizando transformaciones matemticas convenientes, se llega a la representacin de la velocidad de transmisin de las ondas compresionales y transversales; en funcin de los mdulos elsticos. (El desarrollo completo puede verse en varios autores de la bibliografa).

En conclusin, la velocidad de las ondas compresionales o de dilatacin son ms rpidas que las ondas transversales.

En la teora de los terremotos, las ondas compresionales o de dilatacin se denominan: ondas P y las ondas transversales se denominan: ondas S pero tambin se propagan otro tipo de ondas, de mayor longitud de onda; se denominan superficiales por que su propagacin es por la superficie de la tierra;

Ondas superficiales: Ondas Love: se trata de movimientos transversales horizontalesOndas Rayleigh: son movimientos verticales y paralelos a las transversales.

Las ondas superficiales no son utilizadas en la prospeccin ssmica; se hace entonces necesario su eliminacin por medio de filtros y otros procedimientos.

Velocidad de ondas en el suelo y rocas

Las caractersticas de propagacin de un movimiento ssmico en el subsuelo slo dependen de las propiedades elsticas de las rocas que regularn la velocidad de propagacin de los movimientos ondulatorios.

Lo nico que se necesita para que se genere el movimiento ssmico es que en un espacio reducido se libere energa producida por un impacto de corta duracin. En la prospeccin ssmica, el movimiento ssmico se provoca artificialmente mediante dispositivos donde se controla la energa liberada.

Tomando en cuenta la gran variacin de constantes elsticas que pueden presentar los diferentes tipos de suelos y estructuras geolgicas del subsuelo, la energa ssmica necesaria para tener informacin del subsuelo puede ser muy grande, cuanto ms profunda sea la capa, mayor ser la energa requerida, y conforme aumente el nmero de cambios de medios elsticos, la energa susceptible de regresar a la superficie disminuye rpidamente.

SSMICA DE REFRACCINLa ssmica de refraccin realiz grandes aportaciones a la prospeccin ssmica en sus comienzos. Hasta la dcada de los 60 fue extremadamente popular, especialmente en la exploracin de cuencas sedimentarias donde condujo al descubrimiento de grandes campos de petrleo; posteriormente qued relegada por los avances del mtodo de reflexin que proporcionaba una informacin ms detallada [3]. Sin embargo, debido a su menor coste y al tipo de informacin que proporciona (campo de velocidades) la ssmica de refraccin es un potente mtodo que actualmente se emplea tanto en estudios de estructuras profundas de la corteza terrestre como en estudios del subsuelo ms inmediato (ripabilidad, rellenos anisotrpicos, compactacin de los materiales, etc.)

El mtodo se basa en la medicin del tiempo de viaje de las ondas refractadas crticamente en las interfaces entre las capas con diferentes propiedades fsicas; fundamentalmente por contraste entre impedancias acsticas (i = .v; en donde es la densidad y v la velocidad de la capa). La energa ssmica se genera mediante un impacto controlado en superficie (o a una determinada profundidad) que va propagndose en forma de onda elstica a travs del subsuelo interaccionando con las distintas capas, de manera que una parte de la energa se refleja y permanece en el mismo medio que la energa incidente, y el resto se transmite al otro medio con un fuerte cambio de la direccin de propagacin debido al efecto de la interfase (refraccin). De esta interaccin, la ssmica de refraccin solo considera las refracciones con ngulo crtico ya que son las nicas ondas refractadas que llegan a la superficie y pueden ser captadas por los gefonos

La ssmica de refraccin utiliza los tiempos de primeras llegadas del sismograma que corresponden a las ondas refractadas crticamente en las distintas capas del subsuelo. Cada una de estas capas se distingue por su impedancia acstica y se le llama refractor. El resultado de este mtodo es una imagen ssmica del terreno en forma de campo de velocidades [V(x,z)]; que posteriormente ser interpretado geolgicamente.

La distancia desde los receptores al punto de tiro debe ser considerablemente grande comparada con la profundidad de los horizontes que se desean detectar, debido a que las ondas viajan grandes distancias horizontales antes de ser refractadas crticamente hacia la superficie; por ello tambin se suele llamar ssmica de gran ngulo. Estas largas trayectorias de propagacin hacen que se disipe una mayor proporcin de energa y, en particular se produzca una absorcin de las frecuencias ms altas, en consecuencia los datos de refraccin son de bajas frecuencias comparados con los datos de reflexin y, a igualdad de fuente ssmica, se inspecciona menor profundidad.La ssmica de refraccin es especialmente adecuada cuando se desean estudiar superficies de alta velocidad, ya que brinda informacin de velocidades y profundidades en las cuales se propagan las ondas. Tambin es posible inspeccionar reas ms grandes mas rpidamente y de forma ms econmica que el mtodo de reflexin; a pesar de presentar una significante perdida del detalle Caso de una interfase inclinada entre dos medios: La interfase est inclinada hacia la izquierda.

v2- = una velocidad aparente menor con respecto a la velocidad correspondiente al segundo medio, se la registra cuando la onda de MINTROP corre a favor del buzamiento de la interfase. v2+ = una velocidad aparente mayor con respecto a la velocidad correspondiente al segundo medio, se la registra cuando la onda de MINTROP corre en contra del buzamiento de la interfase. Para la velocidad v2 correspondiente al segundo medio vale: v2- < v2 < v2+.

En ssmica de refraccin se mide el tiempo transcurrido entre el momento del disparo y la primera llegada de la perturbacin a cada gefono (bien la onda directa, o bien las ondas refractadas), y se trabaja normalmente con la velocidad de las ondas P (Vp). Las superficies donde se produce refraccin (refractores) vienen definidas por cambios de impedancia acstica (= densidad * velocidad), y se produce una refraccin total cuando el ngulo de incidencia alcanza un valor determinado segn la Ley de Snell.No obstante, la ssmica de refraccin convencional tiene algunas limitaciones que, sobre todo en ambientes urbanos, dificultan su aplicacin: Se necesita un ambiente sin ruidos, cosa casi imposible en reas urbanas. Se asume que existe un aumento de velocidad en profundidad, que aunque en general es un principio vlido, cuando existen capas de baja velocidad, no se detectan. Para determinar Vs, es preciso realizar ensayos especiales (cross-hole, downhole) que son complejos, caros y lentos.Adems de las ondas internas, las fuentes ssmicas pueden generar ondas superficiales (Raleygh y Love) que presentan un movimiento de vibracin de las partculas similar al de las ondas S (cizalla). Las ondas superficiales tienen como caracterstica principal que son dispersivas: son grupos de ondas en los que viajan diferentes fases, cada una con diferente velocidad de propagacin. En general las fases ms largas son las ms rpidas y las que ms penetran en el subsuelo. Dentro de las ondas superficiales, las ondas Raleygh son ondas ssmicas plano-poralizadas verticalmente

Modo de propagacin de las ondas Raleygh, cuya principal caracterstica es su carcter dispersivo.

Principios del mtodos de refraccin ssmica.

Cuando las ondas ssmicas pasan de un medio a otro en el que se propagan con velocidades diferentes, sufren refraccin. La ley de refraccin es sencilla. Si el rayo incidente sobre el contacto o interfaz entre dos medios, forma un ngulo i1 con la normal a la interfaz, el rayo refractado en el medio adyacente formar un ngulo i2 (figura) tal que:

sen i2 / sen i1 = V2 / V1

donde V1 y V2 son las velocidades ssmicas respectivas en los dos medios. Si V2 es mayor que V1 tendremos que sen i2 > sen i1 y por lo tanto, i2 > i1. De este modo, el rayo refractado forma mayor nguno con la normal, es decir, menor ngulo con la superficie que el rayo incidente.

Si el ngulo del rayo incidente toma un valor particular ic, tal que

sen ic = V1 / V2

sen i2 = 1 por lo que i2 = 90. En este caso el rayo refractado viaja a lo largo del contacto y el ngulo de incidencia ic se llama ngulo crtico.

Consideremos un recubrimiento de espesor h que descansa sobre un sustrato cuya velocidad ssmica es mayor (figura). Un rayo SA crticamente incidente ser refractado, de modo que se propagar a lo largo de la lnea AB1B2,..., sobre la interfaz, pero en diferentes puntos, tales como B1, B2,..., etc., su energa vuelve a pasar al primer medio, sobre rayos que forman ngulo con la normal en estos puntos iguales a ic. Estos rayos alcanzan la superficie del terreno en los puntos G1, G2, ..., etc.

Si se coloca una serie de gefonos sobre una lnea recta, a partir del punto de tiro, el primer rayo que llega a los gefonos ms prximos ser el directo que viaja por la superficie, es decir, SG. Sin embargo, en los gefonos ms distantes, el rayo que llega en primer lugar ser el refractado, porque recorre en su camino con la mayor velocidad V2 y a delanta al rayo directo. Por consiguiente, si representamos grficamente los tiempo de las primeras llegadas caern sobre una recta y el resto sobre otra recta, cuyas pendientes sependern respectivamente de las velocidades V1 y V2. Ms correctamente, las pendientes respectivas de los segmentos son iguales a las inversas de las velocidades respectivas, segn se indica en la figura.

Una vez determinadas de este modo las velocidades, el espesor de la capa superior puede hallarse a partir del "punto de ruptura" en el que se cortan las dos lneas. Si es Xc la distancia de dicho punto al de tiro, puede demostrarse que el espesor viene dado por:

Xc V2 - V1 h = -------- -------------- 2 V2 + V1

La figura siguiente representa un ejemplo de perfil de refraccin, realizado con un sismgrafo porttil de martillo.

El mtodo de refraccin se aplica en la ingeniera en la exploracin de minerales y en la ingeniera civil por ejemplo:i. para determinar la profundidad a una capa rocosa cubierta por aluviones por ejemplo. ii. para estimar la profundidad hacia una capa rocosa cubierta con sedimentos no consolidados. iii. para averiguar la posibilidad de fracturamiento de las rocas. i. El mtodo de refraccin ms sencillo para determinar la profundidad a un lecho rocoso como una secuencia de areniscas o un manto andestico cubierto por aluviones es el mtodo ABC. A y B denotan disparos ubicados en los dos extremos de un perfil, el disparo C se sita en la mitad del perfil (vase figura refrac1i.cdr).

La profundidad vertical con respecto al disparo C se calcula del modo siguiente:hc = 1/2 (tCA + tCB - tAB) (v1 v2)/(v22 - v12) donde hc = profundidad al lecho rocoso desde el disparo C medido verticalmente con respecto a la interfase situada entre el recubrimiento y el lecho rocoso.tCA, tCB, tAB = tiempos de viaje de superficie a superficie de un disparo al otro.v1 = velocidad del recubrimiento.v2 = velocidad correspondiente al lecho rocoso.Si v2 >> v1, lo que es un caso frecuente, se puede reemplazar v2 por v1 obteniendo:hc 1/2 v1 (tCA + tCB - tAB)En esta forma el clculo de la profundidad depende solo de la velocidad correspondiente al recubrimiento (v1) y de los tres tiempos de recorrido.Si v2 > 3v1 se obtiene un valor para hc con un error menor a 6%.Se puede aplicar la frmula sencilla 'hc 1/2 v1 (tCA + tCB - tAB)', si las siguientes condiciones estn cumplidas: El recubrimiento debe ser homogneo. La profundidad del lecho rocoso vara solo suavemente (echado pequeo). El contraste en las velocidades correspondientes al recubrimiento y al lecho rocoso es grande. ii. La ausencia de refraccin de alta velocidad siempre indica, que a profundidades someras menores a aproximadamente un tercio de la longitud del perfil de refraccin no se encontrarn capas rocosas.iv. Las velocidades de refraccin correspondientes en roca intemperizada y capas rocosas cubiertas con suelo indican una roca fracturada si son menores de 2100 a 2400m/s.

Interpretacin ssmica de refraccinInterSism s un programa que permite seguir el proceso de elaboracin de una seccin ssmica utilizando el mtodo de refraccin.

El programa permite gradualmente ejecutar cada fase de manera completamente automtica, dejando la posibilidad de intervenir manualmente para garantizar un completo control del proceso de clculo.El programa InterSism extrae los datos de campo directamente de los ficheros con formato SEG2, SEGY, SU o permite de insertar directamente los valores de las Primeras Llegadas, requiriendo la entrada de algunos datos, por ejemplo la posicin de los gefonos o de los disparos, no memorizados por el instrumento. La primera fase de los trabajos consiste en la determinacin de las Primeras Llegadas, el programa utiliza de modo integrado diversas metodologas, de la cross-correlation a la wavelet-analysis, reiterando el proceso para refinar los resultados obtenidos con contnuos controles entre los tiempos identificados y aquellos derivados de la interpolacin de los gefonos adyacentes. Las Primersa Llegadas pueden por lo tanto se verificadas y eventualmente corregidas manualmente operando directamente sobre la seal original.

La segunda fase consiste en el clculo de las dromcronas; InterSism puede elaborar hasta nueve disparos, de estos tres internos, y utiliza un procedimiento de bsqueda de mnimos desarrollado de forma analtica que garantiza el reconocimiento de las dromcronas que en valor absoluto presentan el mejor coeficiente de correlacin con los tiempos de las primeras llegadas determinadas anteriormente.

Es importante subrallar que para poder ejecutar correctamente las succesivas fases del trabajo es indispensable que los disparos efectuados en los extremos contengan segmentos de domcronas relativas a todos los estratos atravesados.En la primera fase el programa trabaja en cada domcrona individual; en la hiptesi que el nmero de estratos sea el que escoja el usuario, y determina cada posible distribucin de las distancias de cruce; despus compara los resultados obtenidos para las distintas domcronas con el fin de identificar; entre todas las posibles convinaciones de los puntos de codo, aquella que minimiza las desviaciones cuadrticas medias de la velocidad de cada estrato, consiguiendo as asignar los segmentos de las domcronas a los refractores correctos.Tambin en este caso es posible intevenir manualmente tanto en el nmero de estratos para cada diparo como en la posicin de las distancias de cruce.Sucesivamente a la contruccin de las domcronas y a la determinacin de la velocidad de propagacin de la seal ssmica en los diferentes estratos de terreno, InterSism pasa a la aplicacin del Mtodo del Recproco Generalizado (GRM) para la identificacin de la geometra de los refractores: el programa utiliza un procedimiento automtico que, partiendo de un valor de XY pre-establecido cero (con el que obtiene la funcin tiempo-profundidad convencional) y de la profundidad supuesta (calculada anteriormente debajo de cada gefono), experimenta diferentes valores XY con el fin de determinar la distancia XY ptima, es decir, la distncia por la cual los rayos directos e inversos emergen en proximidad del mismo punto del refractor.En el caso en que hayan sido slo uno o dos disparos el programa utiliza, para determinar la geometra de los refractores, el mtodo de tiempos interceptados.

Ventajas y desventajas de los Mtodos de Refraccin y Reflexin. En la pgina anterior, se intent describir algunas de las ventajas y de las desventajas en los mtodos ssmicos cuando son comparados con otros mtodos geofsicos. Como los mtodos elctricos, los mtodos ssmicos engloban un ancho rango de actividades y tales generalizaciones como esas hechas en pginas anteriores son peligrosas. Un mejor sentido para las inherentes fuerzas o debilidades de la metodologa ssmica pueden ser obtenidas comparando y contrastando los dos mtodos ssmicos predominantes, refraccin y reflexin, uno al otro. RefraccinReflexin

VentajaDesventajaVentajaDesventaja

Las observaciones generalmente ocupan pocas fuentes y receptores, as de est forma son mas baratos para adquirir.Porque muchas fuentes y receptores pueden ser usados para producir imgenes significantes del subsuelo de la tierra, las observaciones de reflexin ssmica pueden ser caras para adquirir.

El proceso es pequeo al hacer observaciones de refraccin con la excepcin de la escala de la traza o el filtrado para ayudar al proceso de obtener los tiempos de arribo del movimiento inicial.El proceso de la reflexin ssmica puede tener ser muy intenso en la computadora, requiriendo sofisticados equipos de cmputo a un elevado nivel de costo. As que las observaciones del proceso de la reflexin ssmica son relativamente caras.

Puesto que una porcin pequea de la grabacin del movimiento del suelo es usada, el desarrollo de modelos y la interpretacin no es ms difcil que nuestro trabajo con otros prospectos geofsicos.Porque 1) Es agobiadora la cantidad de datos colectados, 2) Las posibles complicaciones impuestas por la propagacin del movimiento del suelo a travs del complejo subsuelo, 3) Las complicaciones impuestas por alguna de las simplificaciones necesarias requeridas por el diseo del procesado de datos y 4) La interpretacin de las observaciones de la reflexin ssmica. Todo esto requiere de ms conocimientos especficos sobre el proceso.

Las observaciones de refraccin ssmica requieren relativamente de largos offsets fuente-receptor (distancias entre la fuente y donde el movimiento del suelo es grabado, por el receptor).Las observaciones ssmicas de reflexin son colectadas en pequeos offsets fuente-receptor.

La refraccin ssmica solo trabaja si la velocidad en la que se propagan los movimientos a travs de la Tierra se incrementa con la profundidad.Los mtodos de reflexin ssmica pueden trabajar sin importar como la velocidad a la cual se propaga el movimiento a travs de la Tierra vare con la profundidad.

Las Observaciones de la Refraccin ssmica son generalmente interpretadas en trminos de capas. Esas capas pueden tener buzamiento y topografa.Las observaciones de Reflexin ssmica pueden ser mas fcilmente interpretadas en trminos de geologa compleja.

Las observaciones de Refraccin ssmica solo usa el tiempo de arribo del movimiento del suelo en las diferentes distancias desde la fuente (ejem. offsets)Las observaciones de Reflexin ssmica usan totalmente el campo de onda reflejada (ejem. la historia de los tiempos de movimiento del suelo en las diferentes distancias entre la fuente y el receptor)

Una modelo del subsuelo es construido intentando reproducir los tiempos de arribo observados.El subsuelo es directamente representado desde las observaciones adquiridas.

Como puedes observar en la lista anterior, las tcnicas de reflexin tienen el potencial para ser ms poderosas en trminos de su habilidad para generar observaciones interpretables sobre estructuras geolgicas complejas. Como se dijo antes, sin embargo, esto viene con un costo. Este costo es principalmente econmico. Los prospectos de Reflexin son ms caros para proceder que los prospectos de Refraccin. Como una consecuencia, los interesados en ambiente e ingeniera optan por realizar prospectos de Refraccin cuando es posible. Por otra mano, la industria del petrleo usa las tcnicas de ssmica de Reflexin casi siempre excluyendo los dems mtodos geofsicos. En este grupo de notas, consideramos nicamente los mtodos de refraccin.

Los procedimientos y clculos de refraccin ssmicaEl mtodo de ssmica de refraccinEl mtodo de ssmica de refraccin usa una fuente de sonido (un martillo o una carga de plvora negra), y una unidad de grabacin (un sismgrafo), para calcular la seccin entre la superficie y la roca del fondo. La seccin ssmica ofrece: El espesor de capas distintas dentro del material no-consolidado La profundidad a la roca El tipo de roca al fondo La integridad de roca al fondo El sismgrafo:Un sismgrafo digital fabricado por ABEM (una compaa de Atlas Copco), el fabricante Sueco de los instrumentos geofsicos. "MINILOC" es una grabadora ssmica digital porttil con 36 canales virtuales. Los intervalos de muestras: 0.1, 0.2, 0.4 msec. El nmero de muestras: 2048 Los convertidores A/D: 16 bits El rango de frecuencia: 2 - 1000 Hz. El tiempo de grabacin: 200, 400, 800 msec. Los filtros "notch": 50, 60 Hz. Los filtros "low cut": nada, 35, 70, 105, 140, 175, 210, 245, 280 Hz. La impedancia de la entrada: 650 ohm. La lnea y ubicacin de geofonosPara un registro normal, hasta 30 m. de profundidad, los geofonos de frecuencia baja (14 + / - 0.7 Hz estn dispuestos a lo largo de la lnea de 108 metros con la separacin de 3 metros, y el desplazamiento de la fuente del sonido al geofono es 1.5 metro.. Las vibraciones se prueban cada 3 metros. Eso ofrece una resolucin de 3 metros. La fuente de sonido, en una superficie slida, es un martillo pesado con una almohadilla de caucho. Una escopeta ssmica, cargada con plvora negra, se usa en una superficie suave. La preparacin del terreno por hacer una seccin ssmicaLa superficie, a lo largo de las secciones planeadas, tiene que ser aclarada de la vegetacin. La anchura requerida es 1.5 m.. Un punto de la referencia topogrfica debe ser proporcionado para atar las secciones a la red topogrfica local. El procesamiento de los datos y las transformaciones matemticas1 /. Inicialmente, se asegura despus la grabacin que los registros son utilizables (sin los errores). 2 /. Despus, el algoritmo del software, aprobado por el fabricante del instrumento ssmico, calcula la seccin de distribucin de las velocidades del sonido que corresponden al registro. Esto proceso es independiente del nmero de capas, y trace los cambios verticales / laterales de las velocidades del sonido. La seccin final es el mejor modelo matemtico, calculado por el algoritmo de optimizacin, que corresponde a cada registro. El resultado es una seccin de distribucin de las velocidades del sonido. Las velocidades bajas corresponden a una capa del mantillo. Las velocidades intermedias corresponden a una capa de arena / arena gruesa / grava, mientras las velocidades altas indican la roca del fondo. Para verificar la calidad de una seccin de las velocidades, se calcula un mapa de confianza. Esto representa una proporcin de pruebas por la unidad de superficie de la seccin. Una proporcin de probas alta aumenta el nivel de confianza. Se adapta la configuracin de la serie de los geofonos para obtener, donde es necesario, la alta proporcin de probas. (Por ejemplo al fondo, el contacto con la roca) La velocidad de la propagacin del sonidoCada tipo de material tiene una especfica velocidad de la propagacin del sonido. Generalmente, el suelo est compuesto de tres tipos de material: la capa del mantillo encima, la capa de aluvin o eluvium saturada con el agua en el medio, y la roca al fondo. Las velocidades de la propagacin del sonido y el error promedio de la profundidadDebido a los cambios laterales de la propagacin del sonido en la capa del mantillo, un error afecta todas las estimaciones de profundidad. El perfil del contacto con la roca no es afectado o modificado; slo la profundidad al contacto con la roca puede tener un error. Un algoritmo de optimizacin, independiente del numero de las capas, reduce este error a menos de 5%, pero esto involucra largo tiempo para procesamiento de los datos. La calidad de las primeras llegadasEn ssmica de refraccin, se usan los tiempos de primeras llegadas. El ruido ambiental generado por una lluvia, un viento, un flujo de agua, una actividad humana / animal, o las lneas elctricas de 50 o 60 Hz. disimulan las primeras llegadas generadas por las fuentes de sonido de baja energa. Los estudios ssmicos cerca de un ro activo, o cerca de un camino frecuentemente usado, ponen ms tiempo. Adems, de usar filtros digitales, el operador revisa primeras llegadas y cualquier registro afectado es grabado de nuevo.

Una descarga del arma ssmica Los ejemplos de las secciones ssmicas en el Ecuador, Amrica del SurEl ejemplo de una seccin ssmica (la terraza aluvial de Ro de Napo)

El ejemplo de dos secciones ssmicas consecutivas (la misma rea)

Ssmica de refraccin. Extrapolacin a estudios geotcnicos en edificacin.ANTECEDENTES: la ssmica de refraccin es una tcnica que se encuadra dentro de los mtodos de exploracin geofsica y estudia la propagacin en el terreno de ondas ssmicas producidas artificialmente, estableciendo su relacin con la configuracin geolgica del subsuelo. Los mtodos ssmicos se enmarcan dentro de los mtodos indirectos de investigacin, es decir, dentro de aquellos que se realizan sin necesidad de alterar el terreno y que por tanto tampoco permiten la observacin directa de ste. Actualmente la ssmica de refraccin es el mtodo ssmico ms empleado para el anlisis de los terrenos, el otro mtodo existente conocido como ssmica de reflexin suele utilizarse exclusivamente en investigaciones a gran profundidad, como por ejemplo en tcnicas petroleras.Aunque no existe normativa al respecto, s podemos encontrar ejemplos de caracterizacin del terreno atendiendo a la velocidad de propagacin de las ondas elsticas en la actual norma sismorresistente NCSE-94 (art. 2.3.1 Clasificacin del terreno), as como numerosa bibliografa que incluye tablas de velocidades para los diversos materiales, especialmente rocas donde ms ha sido aplicada esta tcnica.

BASES TERICAS DEL MTODO: -Descripcin del mtodo El mtodo ssmico consiste en la generacin de un impulso elstico en la superficie y en el posterior anlisis del movimiento en el suelo de la onda creada por ese impulso. Para el ensayo se utilizan las ondas P, primarias o longitudinales, que son aquellas en las que la direccin del movimiento coincide con la de propagacin. El mtodo de refraccin ssmica se basa en que: a) Segn la naturaleza del terreno vara la transmisin velocidad de propagacin- de las ondas elsticas. b) Los contactos entre los estratos con diferente velocidad de transmisin de las ondas ssmicas, definen superficies de separacin donde las ondas experimentan fenmenos de refraccin. Esto permitir determinar la profundidad a la que aparecen nuevas capas. -Realizacin del ensayo:En el terreno a estudiar se realizan perfiles longitudinales sobre los que se colocan sensores espaciados entre s una distancia conocida y generalmente regular. Estos sensores que se denominan gefonos llevan incorporados sismgrafos para registrar el movimiento y se pinchan sobre la tierra firme. Desde algunos puntos significativos del perfil se realiza un disparo, habitualmente mediante golpeo con un martillo de 8kg, y el impulso de ste llega a los sensores provocando una perturbacin que se registra en el sismgrafo. La longitud de los perfiles suele situarse habitualmente entre 25 y 100m, con separacin entre gefonos que no suele exceder los 5m, con objeto de garantizar el detalle de la investigacin. Los puntos de golpeo suelen ser como mnimo tres en cada perfil, situados al inicio, mitad y final de ste. Si los perfiles exceden de longitudes de 60m, el nmero de puntos de golpeo es habitualmente de cinco. La medida de los tiempos de llegada de las ondas elsticas a los gefonos proporciona el valor de la velocidad de propagacin y el espesor de los distintos materiales atravesados. Analizando el caso de dos capas (fig 1): al producirse el disparo las ondas se transmitirn a travs del terreno, una onda (rayo directo) ir por la superficie y llegar a los gefonos con velocidad V1. Otras despus de recorrer la capa 1 con velocidad V1 se refractarn atravesando la capa inferior siguiendo la ley de Snell: con ic ngulo incidente, e ir ngulo transmitido. Por ltimo, ciertas ondas se refractarn en la superficie de separacin de las dos capas, esto ocurre cuando se produce el fenmeno de refraccin crtica o total, para lo cual es necesario que la velocidad de propagacin aumente con la profundidad. En la fig. 2 para ir= 90 necesitamos el ngulo para el que se producir la refraccin crtica es ic= arcsen V1/V2).Ahora bien, como cada punto alcanzado por una onda se puede considerar como centro emisor de ondas secundarias, habr una onda secundaria que llegar a un punto de la superficie y ser registrada por uno de los gefonos. Se mide el tiempo transcurrido entre el momento del disparo y la llegada de la primera perturbacin a cada gefono. Las primeras en llegar son las ondas directas, sin embargo a partir de un punto (distancia crtica) llegan primero las ondas refractadas, es decir, las que circulan por los niveles inferiores del subsuelo. La mayor distancia recorrida por estas ondas es compensada por la mayor velocidad.

Figura 1. Tcnica de ssmica de refraccin en modelo de dos capas. Tras producirse el disparo unas ondas se desplazan directamente por la superficie -ondas directas- mientras que otras atraviesan el terreno experimentando fenmenos de reflexin y refraccin en las separaciones entre capas. Algunas de las ondas refractadas se mueven a travs de la separacin entre capas y vuelven a la superficie. A partir de cierta distancia las ondas refractadas llegan antes que las directas a los gefonos.

RESULTADOS DEL ENSAYOLa velocidad de transmisin de ondas ssmicas es un buen indicador de las caractersticas geotcnicas de los materiales. Son comunes en la bibliografa las tablas de velocidades de los diversos materiales rocosos, aunque se observa una importante dispersin en los valores de velocidad debido a la variabilidad de la composicin litolgica, o de la estructura interna, al porcentaje de poros o vacuolas y a la saturacin en agua. A medida que los materiales se degradan y aumenta el grado de alteracin, la velocidad disminuye. Adems de proporcionar informacin sobre la naturaleza del sustrato rocoso y sus cambios laterales, la ssmica de refraccin permite estimar aproximadamente el modulo de elasticidad a partir de frmulas dinmicas en funcin de la velocidad de propagacin y del coeficiente de Poisson- de las formaciones investigadas, el grado de fracturacin y la ripabilidad o facilidad de excavacin. Tambin proporcionan ptimos resultados a la hora de determinar la profundidad del nivel fretico, ya que dicho nivel constituye un refractor muy caracterstico con velocidad de propagacin de 1500m/s (velocidad de propagacin del sonido en el agua). VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL ENSAYO: VENTAJAS: -Generacin de perfiles continuos frente a los tradicionales puntos de ensayo. -Pueden servir tambin para prever el comportamiento del terreno frente al sismo. -Son tcnicas indirectas y por tanto de carcter no destructivo. INCONVENIENTES: -Los resultados pueden ser ambiguos, sin embargo se pueden combinar los resultados de diferentes mtodos para reducir la ambigedad. Las perforaciones pueden reducirse a tan slo confirmar los resultados obtenidos, especialmente en los puntos de inters. -A la hora de caracterizar un sistema multicapa, es necesario que la velocidad de propagacin de las ondas aumente con la profundidad, para que se produzca el fenmeno de refraccin crtica y las primeras llegadas detectadas en la superficie del terreno contengan informacin sobre las caractersticas y profundidad a las que se encuentra el segundo estrato. Esto se traduce en que debe aumentar continuamente la rigidez de los estratos con la profundidad. -Necesidad de mano de obra cualificada para trabajar con los equipos y el software de interpretacin de los ensayos.

CONCLUSIONES: Dichas tcnicas ms consolidadas en ingeniera civil, son aptas y utilizables dentro de los estudios geotcnicos de edificacin, pero dado por un lado que no son mtodos contrastados por la experiencia, al menos en el caso de los estudios geotcnicos para edificacin y por otro que pueden contener ambigedades en los resultados en ciertos casos, deben tratarse con cautela y por tanto sera necesario que vinieran acompaados de otros ensayos comunes aceptados (sondeos o en su caso ensayos de penetracin o calicatas) que complementaran o corroboraran los resultados.

ConclusionesLa aplicacin de la tcnica de refraccin por microtremor a los estudios geofsicos de caracterizacin del subsuelo para la ampliacin las nuevas lneas La tcnica presenta una gran profundidad de penetracin, alcanzndose profundidades de 90 m con 24 gefonos de 10 Hz, separacin entre ellos de 5 m. Es capaz de detectar inversiones de velocidad ssmica incluso a profundidades superiores a los 30 m. La tcnica es aplicable en hormign, materiales saturados y rellenos, y resulta recomendable enriquecer la seal en altas frecuencias mediante el golpeo aleatorio con martillo para ganar resolucin en los primeros metros. Resuelve las investigaciones ssmicas en zona urbana, y tiene una clara aplicacin a microzonificacin ssmica.

BIBLIOGRAFIA http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todos_s%C3%ADsmicos" http://plata.uda.cl/minas/apuntes/Geologia/EXPLORAC/TEXT/04001refraccin.htm#4.5%20Mtodo%20de%20refraccin http://www.geoandsoft.com/espanol/geofisica_programa_interpretaci%F3n_s%EDsmica_refracci%F3n_primeras_llegadas_drom%F3cronas.htm http://www.redesgeo.org/modules.php?name=Calmecac&file=sismica&cap=sismo1_3 http://www.sgguarani.org/index/pdf/proyecto/licitaciones/hidro/tecgeofis/tec_geofis.pdf http://www.minas.upm.es/fundacio/ftproot/2001-2002/GrupoB/Alonso/LAAlonso.pdf http://www.minelinks.com/seismic/info_es.html http://www.demecanica.com/Geotecnia/geotecnia.htm Ingeniera Geolgica. Luis I. Gonzlez de Vallejo, Carlos Oteo Maza, Luis Ortuo, Mercedes Ferrer. Editorial Prentice Hall. Geologa aplicada a la Ingeniera Civil. Juan Manuel Lpez Marinas. Dobrin, M.B. (1976) Introduction to Geophysical Prospecting, 3rd Edition. Mc Graw Hill. Griffths y King (1971) Geofsica aplicada para ingenieros y gelogos. Paraninfo, Madrid. Parasnis, D.S. (1970) Principios de geofissica aplicada. Paraninfo, Madrid. Telford, Geldart, Sheriff and Keys (1976) Applied Geophysics. Cambridg University Press.