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Detección de oquedades y anomalías

Una anomalía se define aquí como aquella parte de los materiales cercanos a la superficie que tienen propiedades elásticas significativamente diferentes al área de estudio circundante. Durante un estudio MASW, una anomalía dejara la firma de su presencia sobre los registros multicanal de varias formas. La más común será diferentes velocidades de fase para aquellas frecuencias  que se propagan a través o cerca de la anomalía. Otra será diferentes características de atenuación. Además, una anomalía podría revelar su presencia en la forma de generación de modos superiores de ondas de superficie, reflejadas y difractadas. La generación de modos superiores está íntimamente relacionada a inversiones de velocidad y su energía tiende a ser más significante en frecuencias más altas. Todas estas firmas de anomalías pueden aparecer en los registros multicanal cuando  o la fuente o los receptores se encuentran en o cerca de la localización de la anomalía.

Para esta aplicación se requiere un análisis de ondas de difracción BSA (Back Scattering Analysis). Pare ello, los mismos registros del ensayo MASW son utilizados por la herramienta BSA para identificar, por una inspección visual, la difracción de ondas propagadas hacia atrás causadas por anomalías presentes en el subsuelo. Una vez identificadas las características de difracción se procesan nuevamente los datos para conocer la profundidad mínima de existencia y la ubicación horizontal de ellas.  El análisis BSA procesa los datos adquiridos de tal manera de eliminar todas las propagaciones de onda hacia adelante producidas por la fuente y por cualquier otro objeto enterrado y realzar todas las propagaciones de onda hacia atrás producidas por esos mismos objetos enterrados.

Para evaluar en forma más precisa la profundidad de existencia de una anomalía se pueden procesar los datos con herramientas especializadas como, por ejemplo, el procesamiento CO (Common-Offset), el cual es construido realizando un barrido de distintos distanciamientos comunes entre fuente y receptores de todos los registros obtenidos en cada línea sísmica.

 

Figura 1. Ejemplo de estudio MASW 2D y la identificación de anomalías.

Figura 2: Ejemplo de sección  2-D para análisis ( BSA ) de ondas difractadas.

Figura 3 Ejemplo de sección CO.

 

 

Prospección de Fundaciones

Una aplicación interesante  de la metodología MASW es que permite determinar la forma y profundidad de diferentes tipologías de fundaciones en estructuras, por ejemplo en cepas y estribos de Puentes ya construidos. La metodología es sobre la base de un análisis de ondas sísmicas refractadas y difractadas. El método requiere generar, al igual que el ensayo MASW, vibraciones activas tanto en el suelo como en la estructura en estudio, para posteriormente realizar un análisis y separación de las ondas refractadas en el suelo y las difractadas en reverso por la estructura en el subsuelo. El análisis e interpretación de resultados se basa en la identificación de primeros arribos de las ondas, por medio de imágenes gráficas especiales, que son parte de módulos especializados de los softwares pertenecientes a Syncrona, y con los cuales se realiza el ensayo MASW.

Syncrona ha realizado servicios de este tipo para conocer la forma y profundidad en una cepa de un paso sobre nivel. La tipología de la  fundación estudiada en este caso particular, fue una fundación superficial de 5 metros de largo y 2 metros de profundidad, en cuya parte inferior habían sido hincados pilotes al suelo y adosados  al dado de fundación. En la figura 1 se muestra la configuración de adquisición adoptada y  los resultados obtenidos de la forma y tamaño de la fundación en la figura 2 y 3.

 

Figura 1 Cepa en estudio.

Figura 2 Sección Transversal  de Vs.

Paralelamente, los mismos datos adquiridos para generar la sección de Vs 2D se utilizan para analizar la difracción de ondas en reverso las cuales deberían mostrar  las ondas difractadas por elementos enterrados que tienen dimensiones comparables a las longitudes de onda analizadas. A través de una inspección visual se puede ver a que distancia horizontal se empiezan a generar estas ondas y por lo tanto la dimensión de la fundación.

Figura 3 Sección BSA.

 

Ripabilidad- Mapeo de Poisson y Modulo de Deformación

Texto en elaboración

Caracterización Geotécnica de Parques Eólicos con Métodos Geofísicos

Los proyectos de energía eólica van con ritmo acelerado y cubren grandes terrenos. Tales condiciones resultan en un incremento de los riesgos geotécnicos y se requieren exploraciones geotécnicas especiales con técnicas de análisis de datos diseñadas para manejar el riesgo en diferentes estados de desarrollo del proyecto. El uso de métodos geofísicos, además de los métodos de exploración del subsuelo tradicionales (calicatas y sondajes), es especialmente útil para recopilar datos críticos de diseño. Durante  las primeras etapas de desarrollo del proyecto, al usar métodos geofísicos cualitativamente rápidos, puede resultar ventajoso para la finalización del diseño del parque eólico y el diseño preliminar de la fundación.

Sin embargo, a medida que avanza el proyecto, se requiere una investigación geotécnica más completa. En todas las etapas de un proyecto, una comprensión de las herramientas geotécnicas disponibles, junto con sus riesgos asociados e implicaciones de costos, es esencial para minimizar la probabilidad de cambios de diseño que resultan en costos adicionales sobre la marcha. Por lo tanto, la caracterización geotécnica a través de métodos geofísicos presenta un enfoque de exploración optimizado para la eficiencia y el riesgo.

El objetivo es evaluar el riesgo y detectar fallas tan pronto como sea posible en la fase de desarrollo, que es el tiempo más oportuno para identificar riesgos geotécnicos significantes. En esta etapa, todavía hay oportunidades de cambios antes de gastar fondos de desarrollo significativos y una investigación geotécnica preliminar es crítica para planificar y asignar los riesgos para los inversionistas. Como en todos los grandes proyectos de gasto, las decisiones tempranas tienen impacto en el desempeño financiero. La motivación entonces, es minimizar el costo de la infraestructura civil relacionada con proyectos energéticos eólicos (cimientos de turbinas, vías de acceso e instalaciones tales como la subestación y la operación y mantenimiento de construcciones) a través de una redistribución racional del esfuerzo en la exploración  geotécnica.

 

SYNCRONA propone estudios geofísicos que utilizan el método sísmico de Análisis Multi-Canal de Ondas Superficiales (MASW) en todas las ubicaciones de turbinas que se propongan en un proyecto en particular.

Ventajas

  • Se excluyen lugares donde la roca esté en la superficie.
  • Proporciona perfiles de profundidad de velocidades de onda compresional y de corte.
  • La información se utiliza para obtener la estratigrafía del sitio y para estimar los módulos elásticos necesarios para verificar los requisitos de rigidez de la fundación.
  • Ayuda a identificar ubicaciones suaves o lugares con dificultades potenciales, por lo que disminuye la probabilidad de necesitar fundaciones muy grandes y costosas, además de costosas modificaciones de tierra en sitios blandos.
  • Es un método rápido y de costo cuantitativamente bajo, en comparación a los sondajes.
  • Un tendido sísmico aporta mucha mayor información que un sondaje, en términos de puntos de prospección.

 

Análisis de velocidad Compresional (Vp) y de corte (Vs) de mantos rocosos

Las velocidades (Vs y Vp) del manto rocoso pueden ser representadas en las imágenes de dispersión por patrones de energía creados por ondas de cuerpo refractadas, antes que por ondas de superficie, ya que las ondas refractadas también viajan horizontalmente a lo largo de la superficie. En la imagen de dispersión de un estudio MASW, estas ondas refractadas crean patrones de energía no dispersivos que ocurren en frecuencias mucho más altas (por ejemplo, 50 a 300 Hz, con velocidades entre  1.000 y 5.000 m/s) que aquellas de las ondas de superficie (por ejemplo, 5 a 50 Hz, con velocidades entre 0 y 1.000 m/s).

Ambas velocidades (P y S) siempre se originan simultáneamente, respecto a la orientación del impacto en el punto de fuente. Como consecuencia, en cualquier registro de campo de un estudio MASW, la refracción de onda P aparece como como un evento lineal, llamado comúnmente  primeros arribos, y luego, en un tiempo posterior, aparecen las refracciones de onda S, junto con las ondas de superficie y otras ondas de cuerpo. Estas refracciones de onda P y S de la roca se pueden repetir varias veces debido a las múltiples reflexiones dentro de la capa de suelo.

Luego, la energía de refracción  que aparece en las imágenes de dispersión está siempre contaminada de otros patrones de energía creados por eventos de onda de cuerpo (por ejemplo, de ondas reflejadas y difractadas de origen sísmico o acústico), así como de artefactos computacionales (por ejemplo, efectos de aliasing espacial y de borde).

Para mejorar la habilidad de estimar la velocidad de fase de refracción, todas las amplitudes de una imagen de dispersión son reunidas o apiladas (stacking) a lo largo del eje de la frecuencia. Este proceso suma todas las amplitudes constructivamente, alineadas a lo largo de una línea recta, lo cual resulta en un peak en la curva de  sumatoria de amplitudes, que ocurre en la más probable velocidad de fase que el patrón de energía observado puede representar.

Este proceso de sumatoria en el eje de la frecuencia se ilustra en la figura 3.  Los valores peak observados de Vs y Vp de la roca en la curva de sumatoria de amplitudes (figura 3), indican que la velocidad de corte del suelo es Vs suelo = 350 m/s (figura 1) y las posibles velocidades de la roca pueden ser Vp roca = 2500   m/s   y Vs roca = 1400     m/s. (figura 2)

Figura 1

Figura 2

Figura 3

 

Los patrones de energía de refracción pueden o no aparecer en la imagen de dispersión procesada de un registro de campo de un estudio MASW; esto es, las refracciones de ondas P y S podrían estar ahí, o solo una de ellas, o posiblemente ninguna de ellas pueda ser identificada. Existen varios factores que controlan esto: (1) la longitud del arreglo de receptores (L), (2) las propiedades de atenuación del suelo (Qs y Qp), (3) el contraste de velocidad entre el suelo y la roca, y (4) las características de la fuente sísmica.

Detección de acuíferos confinados

Texto en elaboración

 

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