Sísmica de Refracción
Una de las aplicaciones del método de refracción sísmica en la ingeniería civil es el estudio del subsuelo, para la determinación de las condiciones (meteorización, fracturación, alteración) y competencia de la roca, como también para detección de fallas geológicas. Este método mide el tiempo de propagación de las ondas elásticas, transcurrido entre un sitio donde se generan ondas sísmicas y la llegada de éstas a diferentes puntos de observación, como lo muestra la Fig. 1. Para esto se disponen en superficie una serie de sensores (geófonos) en línea recta a distancias conocidas, formando lo que se conoce como tendido sísmico o línea de refracción. A una distancia conocida del extremo del tendido, en el punto de disparo, se generan ondas sísmicas con la ayuda de un martillo o por la detonación de explosivos (Fig. 2), las cuales inducen vibraciones en el terreno que se propagan por el subsuelo y que son detectadas por cada uno de los sensores en el tendido. Los registros de cada sensor tienen información de la respuesta del terreno en función del tiempo y son conocidos como sismogramas. Estas trazas son analizadas en la refracción sísmica para obtener el tiempo de llegada de las primeras ondas de cuerpo, tanto onda P como también las llegadas de la onda S, a cada sensor desde el punto de disparo. El análisis e interpretación de estos datos permite calcular las velocidades longitudinales (Vp [m/s]), además de la determinación de los refractores que se pueden asociar a interfaces de los materiales del subsuelo en profundidad, lo que a su vez se puede interpretar litológicamente. (Fig. 3)
Funcionamiento del método.
- La refracción más comúnmente utilizada corresponde a determinar las primeras llegadas de las ondas de compresión (ondas P).
- El método se ejecuta en base a lo que determina la normativa internacional ASTM D 5777-95.
- Se determinan los valores de velocidad de las ondas P y de las ondas S en sedimentos y rocas.
- Permite la detección de la profundidad del basamento y definición de su relieve, dependiendo de variables como longitud del tendido, energía de la fuente sísmica, frecuencia de los geófonos empleados, rigidez de los suelos, entre otros aspectos.
- Para la determinación de módulos geotécnicos (modulo de Young y Coeficiente de Poisson) que permiten caracterizar y clasificar los suelos, desde un punto de normativa de diseño.
Limitaciones.
- Para que exista refracción de las ondas, la velocidad de propagación de estas debe ser estrictamente creciente con la profundidad. En el caso de suelos con capas intermedias de menor velocidad el método no las visualizará (capa ciega).
- Requiere disponer de zonas con suficiente extensión, ya que la longitud del tendido en superficie está directamente relacionada con la profundidad de investigación que se alcance.
- Dicha profundidad está condicionada por el tipo de fuente activa empleada (entre otros factores como se mencionó anteriormente). Es así, como mediante el uso de martillo se puede alcanzar una profundidad del orden de 30-50 metros.
Consideraciones
- La precisión del método requiere el uso de un levantamiento topográfico de detalle.
- Se considera que las ondas longitudinales se propagan a velocidades constantes en cada estrato para cada tendido sísmico (spread), que es la unidad básica de interpretación.
- Si la longitud del perfil supera la extensión de un spread, se debe considerar un traslape de geófonos para no perder información de los rayos.
- El contraste de velocidad entre estratos y el espesor de éstos, debe ser suficientemente alto para que queden representados con claridad en las curvas camino-tiempo.
Fig. 1 Sísmica de Refracción con Martillo.
Martillo
Martillo Mecánico
Explosivos
Fig. 2 (Fuentes de generación de onda)
Interpretación de perfil sísmico
Fig. 3 (Secuencia de proceso)