Ensayo de Refraccion por microtremores (REMI)
¿Que son y para que se utilizan los Ensayos refraccion por microtremores (ReMi)?
El método ReMi es un método de onda sísmica de superficie (similar a los métodos SASW y MASW) que utiliza ruido ambiental y ondas de superficie para generar un perfil detallado de velocidad de onda de corte vertical (Sv) a profundidades de hasta 100 metros.
Antes de 1999, los perfiles de ondas de corte sísmicas se obtenían usando refracción de ondas de corte, penetrómetro de cono sísmico o técnicas de fondo de pozo / pozo cruzado.
Las técnicas de fondo de pozo y de pozo cruzado tienden a ser más confiables, pero pueden ser costosas. La técnica ReMi proporciona una forma no invasiva de obtener un perfil vertical de la onda de corte y, a diferencia de los métodos de perforación, esta técnica proporciona una muestra de onda de corte de un mayor volumen de material, lo que permite una columna de velocidad de onda de corte más representativa que se promedia. a lo largo de la matriz sísmica.
El método ReMi es capaz de detectar capas delgadas e inversiones de velocidad y, como tal, es altamente confiable y se usa comúnmente para medir Vs30 para determinaciones de movimiento del suelo de diseño sísmico.
ReMi también se puede utilizar en cualquier sitio para medir la variación lateral de la velocidad de la onda de corte en materiales cercanos a la superficie. Debido a que prospera en entornos ruidosos, el método ReMi es ideal para el perfilado de ondas de corte en entornos urbanos donde la refracción sísmica está excluida debido a grandes cantidades de ruido ambiental.
Además, el método ReMi también es muy útil para la delimitación estratigráfica en entornos geológicos complejos donde incluso falla la refracción de ondas de corte.
Las características distintivas de la técnica ReMi son 1) que utiliza una matriz lineal que no requiere disparos al estilo CMP y 2) que se basa principalmente en el ruido ambiental para generar las ondas de Rayleigh.
Tabla de Contenido
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Definicion: ¿Que son los microtremores?
La superficie de la Tierra siempre está en movimiento a frecuencias sísmicas, incluso sin terremotos. Estas vibraciones constantes de la superficie de la Tierra se denominan microsísmos o microtremores. El término microtremor (s) se usa más comúnmente en el campo de la ingeniería sísmica
Matriz de medicion de microtremores
Las observaciones de matriz del componente vertical de los microtremotos se realizan con frecuencia para estimar las estructuras del subsuelo como una distribución de velocidad de onda de corte en áreas urbanas o ambientalmente sensibles.
Una técnica clave es el “método de estudio de microtremor” (Okada, 1998; Okada et al., 1990) que utiliza microtremotos que se encuentran en abundancia en cualquier parte de la superficie de la tierra.
El análisis de los registros se realiza utilizando el método espectral de potencia (f – k) frecuencia-número de ondas (Asten y Henstridge, 1984; Horike, 1985; Matsushima y Okada, 1990; Yamanaka et al., 1999) o la autocorrelación espacial (SPAC ) método (Aki, 1957; Henstridge, 1979; Okada, 1998).
En los últimos años, ambos métodos se han vuelto de gran interés como una herramienta que podría producir información más cuantitativa, como la velocidad de la onda de corte y el espesor de los sedimentos sobre el sótano.
Tanto el método f – k como el SPAC se basan en los supuestos de que los microtremores son un proceso estocástico estacionario espacio-temporal. El método f – k es una aplicación de la técnica desarrollada para detectar una explosión nuclear utilizando una red sísmica con un diámetro de hasta 200 km.
El parámetro estadístico denominado densidad espectral de potencia del número de ondas de frecuencia (espectro f – k) desempeñó un papel central en la detección de explosiones nucleares.
Su principio es detectar señales sísmicas relativamente potentes del ruido, y puede separar ondas superficiales multimodo así como ondas corporales, pero requiere una matriz de sismómetros con conjuntos de estaciones distribuidas uniformemente en acimut, con una variedad de distancias entre estaciones para asegurar estimaciones de alta resolución para el espectro de potencia f – k. Esta técnica requiere una gran cantidad de estaciones en la matriz, al menos siete, para obtener resultados confiables (Kudo et al., 2002).
Origen del metodo o ensayo de microtremor de refraccion (REMI)
El microtremor de refracción (ReMi) es un estudio geofísico realizado en superficie desarrollado por el Dr. John Louie (y otros) basado en principios previamente existentes de evaluación de ondas superficiales y en particular ondas Rayleigh.
La tecnología de microtremor de refracción se desarrolló en la Universidad de Nevada y es propiedad del Estado de Nevada. Optim de Reno, Nevada tiene la licencia exclusiva para desarrollar la tecnología, ReMi ha estado disponible comercialmente desde 2004.
Dado que las ondas Rayleigh son dispersivas, las ondas que se propagan se miden a lo largo de una matriz sísmica lineal y se evalúan en relación con la frecuencia de las ondas. y lentitud (o la inversa de la velocidad).
Debido a las características dispersivas de las ondas de frecuencia más alta que viajan a través de las condiciones más someras y las ondas de frecuencia más baja que pasan a través de materiales más profundos, se puede generar un perfil de subsuelo 1-D basado en la velocidad con la profundidad.
Tecnica de onda de corte del microtremor (REMI) de refraccion en caracterizacion geotecnica
- La técnica microtremor de refracción (ReMi) proporciona una caracterización simplificada de volúmenes relativamente grandes del subsuelo en perfiles verticales (de profundidad) unidimensionales.
- Los datos de campo se pueden recolectar usando equipo de refracción sísmica; Los datos de ReMi y de refracción sísmica se pueden recopilar utilizando las mismas configuraciones de matriz de geófonos.
- Las fuentes de energía de ondas superficiales para ReMi pueden ser ruido ambiental o variar desde trotar para arreglos cortos hasta vehículos de campo para arreglos largos.
- Los perfiles ReMi se pueden realizar de manera efectiva en áreas urbanas con una actividad considerable utilizando el ruido ambiental como fuente de energía.
- Las velocidades de la onda de corte (onda S), el parámetro típico de material geológico medido, son una función de los módulos de las diversas masas de material en el perfil del subsuelo.
- Los contactos suelo / roca o los contrastes entre horizontes materiales geológicos más débiles y más fuertes pueden interpretarse a partir de los datos de ReMi.
- Se pueden desarrollar perfiles preliminares del subsuelo a partir de esta información, y se puede lograr la caracterización de perfiles subsuperficiales entre perforaciones geotécnicas, pozos de prueba y perfiles geofísicos de refracción sísmica.
- Cuando se realiza junto con la refracción sísmica, ReMi puede caracterizar un horizonte de velocidad más baja subyacente a una condición de horizonte de velocidad más alta (inversión de velocidad) que se pasa por alto utilizando la refracción sísmica estándar.
- Sobre grandes volúmenes del subsuelo en una dimensión por instalación, donde la longitud de instalación apropiada está relacionada con la profundidad de investigación deseada.
- ReMi es descrito por Louie (2001), donde se aplica para obtener perfiles de ondas s verticales a profundidades de hasta 100 metros para la caracterización del sitio sísmico de terremotos.
- La base teórica de los métodos es la misma que el análisis espectral de ondas superficiales (SASW) y el análisis múltiple de ondas superficiales (MASW).
- Sin embargo, los datos de campo se pueden recopilar utilizando equipos sísmicos de exploración pequeños estándar moderno.
- La interpretación y el análisis de ReMi se realizan utilizando el software apropiado que está disponible para computadoras personales de escritorio y portátiles.
- Para la caracterización de la sismicidad del sitio, se necesitan geófonos de baja frecuencia apropiados y arreglos de geófonos relativamente largos.
- Este documento está destinado a describir las aplicaciones de ReMi para trabajos de ingeniería geotécnica que se pueden aplicar al transporte y otras instalaciones.
- Solo en un corto tiempo; las aplicaciones aumentarán a medida que el método se utilice más ampliamente y la profesión geotécnica gane experiencia y confianza con él.
- Los proyectos completados que requirieron una profunda capacidad de investigación han incluido la asistencia en la caracterización del sitio sísmico e interpretar la profundidad del lecho rocoso para respaldar los estudios de gravedad.
- Interpretar los perfiles del módulo del subsuelo para ayudar a caracterizar y modelar el hundimiento diferencial del suelo y las fisuras de la tierra en las presas de control de inundaciones.
- Las aplicaciones geotécnicas más típicas han incluido la caracterización de las condiciones de los cimientos en las presas de control de inundaciones.
- La caracterización geotécnica del sitio en una importante instalación de telescopio de interferometría óptica y en los sitios de turbinas eólicas, y la caracterización de los perfiles del subsuelo para las condiciones de túneles para un proyecto de transporte de personas a través de un aeropuerto importante.
- ReMi también se ha aplicado para interpretar la profundidad del fondo de un relleno sanitario no controlado.
- La capacidad de realizar de manera rápida, simple y efectiva la caracterización de ondas S in situ utilizando este método geofísico de superficie podría tener un impacto revolucionario en la caracterización geotécnica del sitio.
Pasos principales para realizar un ensayo ReMi por LOUIE
El método ReMi (Microtremors de refracción) ha sido desarrollado por Louie (Louie, 2001). Consta de tres pasos, al igual que el método MASW:
- El primer paso se refiere a la determinación de la curva de dispersión experimental de las ondas de Rayleigh;
- El segundo paso coincide con el cálculo de la curva de dispersión aparente numérica
- El tercer paso consiste en invertir la curva de dispersión aparente para encontrar el perfil de onda de corte vertical del sitio.
En el método ReMi la curva de dispersión experimental se obtiene pasando del dominio (t-x) recogido en el sitio al dominio (p-f) mediante una transformación p-tau, o slantstack y una transformada de Fourier sucesiva. Siguiendo las indicaciones dadas por Louie (Louie, 2001) la transformación p-tau se puede escribir como:
Donde la pendiente de la recta p = dt / dx es la inversa de la velocidad aparente Va en la dirección x. El siguiente paso toma cada traza p-tau en la ecuación A (p, tau) (3) y calcula su transformada de Fourier compleja en la dirección del tiempo tau o de intercepción:
El espectro de potencia S (p, f) es la magnitud al cuadrado de la transformada compleja de Fourier:
Donde el * denota el conjugado complejo. Esto completa la transformación de un registro de distancia-tiempo (x-t) en espacio de p-frecuencia (p-f). El parámetro de rayo p para estos registros es el componente horizontal de lentitud (velocidad inversa) a lo largo de la matriz.
Esto significa que una vez que se han evaluado el espectro y la curva de dispersión experimental en el dominio (p-f), es sencillo calcular la curva de dispersión experimental en el dominio (v-f).
Selección de la curva de dispersión experimental.
En su artículo, Louie explica que la curva de dispersión experimental debe obtenerse del espectro en el dominio (pf) eligiendo no los máximos del espectro, sino el borde inferior de la velocidad más baja, pero con una relación de picos razonable.
Él dice que la razón de tal procedimiento es que los arreglos son lineales y no registran una fuente activada en línea, por lo que algo de energía de ruido llegará oblicuamente y aparecerá en las imágenes de lentitud-frecuencia como picos a velocidades aparentes Va más altas que las reales. velocidad de fase en línea v:
siendo «a» el ángulo de propagación fuera de la dirección de la línea. Louie también menciona que seleccionar el límite inferior del espectro excluirá el ruido y los modos superiores de Rayleigh, por lo que solo el modo fundamental de Rayleigh formará la curva de dispersión experimental.
También se dice que si se sabe que la dirección de origen se alinea con la matriz (es decir, a = 0), entonces se deben elegir los máximos del espectro en lugar del límite inferior.
En opinión de los autores, las consideraciones de Louie sobre la dirección a de la fuente son válidas solo si el espectro en el dominio (p-f) se calcula utilizando el componente horizontal del campo de ondas de Rayleigh.
Dado que las ondas de Rayleigh forman un movimiento de onda en forma de elipse durante la propagación, el movimiento de onda se puede descomponer en los componentes vertical y horizontal.
La dirección de la fuente «a» influye en la intensidad del componente horizontal proyectado a lo largo de la dirección de la matriz, pero no en el componente vertical.
Por tanto, si sólo se mide y analiza sucesivamente el componente vertical del campo de ondas para calcular el espectro, entonces la dirección de la fuente “a” no influye en el espectro en sí.
Esto implica que la selección de la curva de dispersión experimental aparente debe realizarse tomando los máximos del espectro, de la misma forma que se hace en el procedimiento MASW.
Se puede probar que esta consideración es válida en el ejemplo que se muestra a continuación. Hemos superpuesto la curva de dispersión experimental obtenida con el método MASW activo con el espectro en el dominio (p-f) proporcionado por el método ReMi.
Equipos y procedimientos de campo ensayo REMI
El método utiliza equipo normalmente empleado en estudios de refracción sísmica. Este equipo consta de un sismógrafo, geófonos colocados en una matriz y una fuente sísmica.
Una matriz consta de 6 a 48+ geófonos colocados en algún intervalo a lo largo de la superficie del suelo para medir las ondas que se propagan y están conectados a un sismógrafo que registra los datos.
Las ondas de Rayleigh se generan a partir de fuentes sísmicas que se describen como activas, pasivas o una combinación de ambas. Por ejemplo, las fuentes activas pueden ser fuentes generadas a partir de un martillo que golpea una placa u otras fuentes que se crean cerca de la travesía.
Las fuentes pasivas pueden ser el tráfico de carreteras cercanas, equipos de construcción trabajando a distancia, etc. Se capturan y almacenan varias grabaciones (normalmente de 15 a 60 segundos de duración) para su posterior análisis.
Como se realizan múltiples recorridos a lo largo de la superficie del suelo, los perfiles 1-D pueden compilarse para generar un perfil 2-D de las condiciones del subsuelo. Vale la pena señalar que, dado que las travesías sísmicas suelen tener condiciones «promedio» a lo largo de la longitud de la travesía hasta cierto punto, las expectativas y limitaciones de los métodos geofísicos deben cumplirse.
Aplicaciones del ensayo o metodo de microtremor de refraccion (REMI)
El metodo ReMi es util para determinar:
- Respuesta sísmica específica del sitio Potencial de licuefacción Compactación del suelo Geología del subsuelo, el método de microtremor de refracción (ReMi) proporciona un medio eficaz y eficiente para adquirir información general, unidimensional, sobre grandes volúmenes del subsuelo con una configuración de equipo.
- El método se puede utilizar para estimar los perfiles de velocidad de las ondas de corte y proporcionar datos de clasificación de suelos NEHRP e IBC Vs30 específicos del sitio.
- Las pruebas se realizan en la superficie del suelo sin necesidad de un pozo revestido especialmente. Además, dado que este método mide el “ruido” sísmico ambiental, se puede realizar en áreas sísmicamente ruidosas como zonas de construcción y entornos urbanos.
- La adquisición de datos consiste en configurar una matriz lineal de geófonos y registrar el “ruido” sísmico ambiental. Se deriva una curva de dispersión de onda de corte y se utiliza para modelar la velocidad de onda de corte subsuperficial.
- La profundidad efectiva de la investigación está relacionada con la longitud del conjunto de geófonos y la respuesta de frecuencia del sistema de medición. Adquisición de datos ReMi Adquisición de datos ReMi en una instalación de almacenamiento de granos.
- El método ReMi (Louie 2001) se basa en el análisis espectral de ondas superficiales (SASW) y el análisis multicanal de ondas superficiales (MASW) como se describió por primera vez a la comunidad de ingenieros de terremotos (Nazarian y Stokoe 1984). Con SASW, los perfiles de velocidad de corte se obtienen a partir de las velocidades de fase de la onda de Rayleigh interpretadas a partir de las formas de onda sísmica.
- La interpretación SASW se realiza en el dominio de la frecuencia y asume que las llegadas más energéticas son ondas de Rayleigh. La aplicación de un análisis de velocidad en el dominio del tiempo permite la separación de las ondas de Rayleigh de las ondas corporales y otros ruidos coherentes.
- El método ReMi transforma los resultados de la velocidad en el dominio del tiempo en el dominio de la frecuencia y combina muchas llegadas durante un largo período de tiempo, lo que permite un fácil reconocimiento de las ondas superficiales dispersivas.
9. Esta dispersión se muestra en el espacio p-f donde se pueden realizar selecciones de curvas de dispersión. Estos picos se utilizan para modelar la geología del subsuelo y las velocidades sísmicas.
Caracterizacion geofisica del suelo utilizando el ensayo de refraccion por microtremores (ReMi)
- La técnica de microtremor de refracción (ReMi) proporciona una caracterización simplificada de volúmenes relativamente grandes del subsuelo en perfiles verticales (de profundidad) unidimensionales.
- Los datos de campo se pueden recolectar usando equipo de refracción sísmica; Los datos de ReMi y de refracción sísmica se pueden recopilar utilizando las mismas configuraciones de matriz de geófonos.
- Las fuentes de energía de ondas superficiales para ReMi pueden ser ruido ambiental o variar desde trotar para arreglos cortos hasta vehículos de campo para arreglos largos.
- Los perfiles ReMi se pueden realizar de manera efectiva en áreas urbanas con una actividad considerable utilizando el ruido ambiental como fuente de energía.
- Las velocidades de la onda de corte (onda S), el parámetro típico de material geológico medido, son una función de los módulos de las diversas masas de material en el perfil del subsuelo.
- Los contactos suelo / roca o los contrastes entre horizontes materiales geológicos más débiles y más fuertes pueden interpretarse a partir de los datos de ReMi.
- Se pueden desarrollar perfiles preliminares del subsuelo a partir de esta información, y se puede lograr la caracterización de perfiles subsuperficiales entre perforaciones geotécnicas, pozos de prueba y perfiles geofísicos de refracción sísmica.
- Cuando se realiza junto con la refracción sísmica, ReMi puede caracterizar un horizonte de menor velocidad subyacente a una condición de horizonte de mayor velocidad (inversión de velocidad) que se pasa por alto utilizando la refracción sísmica estándar.
Fuentes:
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