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Republica Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior Facultad de Ingeniería Escuela: Geodesia Cátedra: Geofísica

Prospección sísmica por Refracción (Ejercicios)

Realizado por: Karla Moran C.I 19327934

Introducción Los métodos sísmicos o la prospección sísmica son procedimientos o técnicas de exploración del subsuelo. Aquí las ondas sísmicas se propagan hacia el interior de la tierra y se miden los tiempos de viaje de las ondas que regresan a la superficie después de sufrir refracción o reflexión en límites geológicos presentes en el subsuelo. Estos tiempos de viaje se pueden convertir en profundidades e, incluso, se puede cartografiar sistemáticamente la distribución en profundidad de las superficies de interés geológico. Los métodos sísmicos se enmarcan dentro de los métodos indirectos de investigación, es decir, dentro de aquellos que se realizan sin necesidad de alterar el terreno y que por tanto tampoco permiten la observación directa de este. Actualmente la sísmica de refracción es el método sísmico más empleado para el análisis de los terrenos, el otro método existente conocido como sísmica de reflexión suele utilizarse exclusivamente en investigaciones a gran profundidad, como por ejemplo en técnicas petroleras. En el siguiente informe se explicara de forma concreta y resumida el fundamento de la prospección sísmica por refracción, acompañando estos conceptos con una serie de ejercicios resueltos.

1.- Método de refracción sísmica: Este método estudia la medición del tiempo de viaje de las ondas refractadas críticamente en las interfaces entre las capas con diferentes propiedades físicas, fundamentalmente por el contraste entre impedancias acústicas. El método sísmico de refracción se basa, por lo tanto, en el hecho de la diferencia de velocidad de la onda sísmica en los distintos terrenos, y en que las ondas al cruzar la frontera entre dos tipos de terreno distinto sufren refracción, (al igual que sucede con las ondas de luz), cambiando su dirección en un ángulo cuyo valor depende de la relación entre las velocidades de onda de cada terreno. Utiliza como señal solo las ondas directas y las refractadas criticamente, por lo tanto, el resto de las ondas registradas seran consideradas ruido sismico. El impulso generador de la onda puede ser un impacto o una pequeña carga explosiva que se coloca en un punto de la superficie o en las paredes de un pozo (sísmica de pozos). Mediante geófonos (que son detectores de pequeñas vibraciones en el terreno), dispuestos a distintas distancias del punto de impacto, se mide el momento en que llega la primera onda que alcanza a un determinado geófono. De esta forma se obtiene la velocidad de transmisión. Cuando se produce el impulso, las ondas se emiten en todas direcciones. Una onda en particular recorre un camino por la superficie del terreno en dirección al geófono (onda directa). Otras ondas descienden con diversos ángulos respecto a la horizontal. Al encontrar un estrato inferior con diferente velocidad sísmica, la onda se refracta en el plano de contacto entre ambos terrenos. Existe una dirección de onda que al alcanzar el estrato inferior con un determinado ángulo de incidencia, su refracción se dirige por encima del estrato inferior paralelamente a la frontera entre terrenos. Esta onda, con su nueva dirección, continúa emitiendo energía hacia la superficie con un ángulo de refracción simétrico al de incidencia anterior, por lo que los geófonos pueden llegar a detectarla. Si la velocidad sísmica del terreno inferior tiene un valor mayor que la del terreno superficial, el tiempo necesario para que la onda refractada alcance un punto de la superficie puede llegar a ser menor que el requerido por la onda directa que viaja superficialmente, aún cuando la longitud del camino sea mayor. Los geófonos cercanos al impulso reciben en primer lugar la onda directa, pero a los que se encuentran a una cierta distancia les alcanza antes la onda refractada. 2.-Realización practica de este método: En el terreno a estudiar se realizan perfiles longitudinales sobre los que se colocan sensores espaciados entre sí una distancia conocida y generalmente regular. Estos sensores que se denominan geófonos van conectados a sismógrafos para registrar el movimiento y se “clavan” sobre la tierra firme.

Desde algunos puntos significativos del perfil se realiza un disparo, y el impulso de éste llega a los sensores provocando una perturbación que se registra en el sismógrafo. La medida de los tiempos de llegada de las ondas elásticas a los geófonos proporciona el valor de la velocidad de propagación y el espesor de los distintos materiales atravesados. Analizando el caso de dos capas (fig de abajo): al producirse el disparo las ondas se transmitirán a través del terreno, una onda (rayo directo) irá por la superficie y llegará a los geófonos con velocidad V1. Otras después de recorrer la capa 1 con velocidad V1 se refractarán atravesando la capa inferior siguiendo la ley de Snell:

con ic ángulo incidente, e ir ángulo transmitido. Por último, ciertas ondas se refractarán en la superficie de separación de las dos capas, esto ocurre cuando se produce el fenómeno de refracción crítica o total, para lo cual es necesario que la velocidad de propagación aumente con la profundidad. En la fig. para ir= 90º necesitamos el ángulo para el que se producirá la refracción crítica es ic= arcsen V1/V2). Ahora bien, como cada punto alcanzado por una onda se puede considerar como centro emisor de ondas secundarias, habrá una onda secundaria que llegará a un punto de la superficie y será registrada por uno de los geófonos. Se mide el tiempo transcurrido entre el momento del disparo y la llegada de la primera perturbación a cada geófono. Las primeras en llegar son las ondas directas, sin embargo a partir de un punto (distancia crítica) 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 . Técnica de sísmica de refracción 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 fenómenos de reflexión y refracción en las separaciones entre capas. Algunas de las ondas refractadas se mueven a través de la separación entre capas y vuelven a la superficie. A partir de cierta distancia las ondas refractadas llegan antes que las directas a los geófonos.

3.- Ventajas del método de Refracción: - Es una técnicas indirecta y por tanto de carácter no destructivo. - Más económico que la sísmica por reflexión - Generación de perfiles continuos frente a los tradicionales puntos de ensayo. - Pueden servir también para prever el comportamiento del terreno frente al sismo. 4.- Desventajas del método de Refracción: - Los resultados pueden ser ambiguos, sin embargo se pueden combinar los resultados de diferentes métodos para reducir la ambigüedad - A la hora de caracterizar un sistema multicapa, es necesario que la velocidad de propagación de las ondas aumente con la profundidad, para que se produzca el fenómeno de refracción crítica y las primeras llegadas detectadas en la superficie del terreno contengan información sobre las características 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.

Ejercicios

Conclusión La velocidad de transmisión de ondas sísmicas es un buen indicador de las características geotécnicas de los materiales. Dichas técnicas son aptas y utilizables dentro de los estudios geotécnicos de exploración pero a causa de sus desventajas en cuanto a la diferencia de velocidades de los medios, no es tan utilizada para estos fines específicos. La sísmica nos proporciona datos (sismograma) que son utlizados para graficar una dromocronica (diagrama de espacio-tiempo con los tiempos de llegada de las ondas sísmicas refractada y la directa) y posteriormente su analisis, lo cual nos permitira tener una idea muy clara de la clase de estructura geologica que se nos presenta y de sus componentes.