Properties of Ion Patterns for Differential Swelling and Shrinking

El método MAM o Medición de Microtrepidaciones en Arreglos Multicanal es un método pasivo de exploración geofísica basado en el análisis de las vibraciones ambientales. No se requiere la utilización de una fuente externa de energía, como en los ensayos de Refracción Sísmica y MASW. Se utiliza un arreglo instrumental bidimensional sobre la superficie. Este método permite determinar la estratigrafía del subsuelo bajo un punto en forma indirecta, basándose en el cambio de las propiedades dinámicas de los materiales que la conforman, obteniéndose el perfil de velocidad de onda de corte (Vs) para el punto central de dicha línea. La combinación de los métodos MASW y MAM, permiten obtener perfiles de velocidad de onda de corte hasta profundidades promedio de 60 a 100 m.

La principal desventaja del análisis multicanal de ondas superficiales (MASW) activo es la máxima profundidad de investigación, que suele ser de 20 a 30 m. La cantidad de energía necesaria de la fuente activa para ganar un poco más de ondas de bajas frecuencias, para incrementar la profundidad de investigación, a menudo se incrementa en varios órdenes de magnitud, lo que hace que los esfuerzos con una fuente activa sea poco práctica y antieconómica.

Sin embargo las microtrepidaciones, que suelen ser de baja frecuencia (1-30 Hz), con longitudes de ondas que van desde unos cuantos kilómetros (fuentes naturales), a unas pocas decenas o cientos de metros (fuentes artificiales)

permiten obtener perfiles de la velocidad de onda de corte (Vs) a grandes profundidades de exploración. Un método de onda de superficie pasiva, llamado Medición de Microtrepidaciones en Arreglos Multicanal (MAM), es un método de exploración sísmica en el que las vibraciones ambientales son observadas por multi-receptores y su velocidad de fase es analizada.

La Figura 3.16 muestra el diagrama esquemático del método de onda de superficie pasiva utilizando las microtrepidaciones.

El primer investigador en dar mucha atención a las ondas superficiales de alta frecuencia es Aki, quien investigó las microtrepidaciones como ondas superficiales y presentó la teoría de la Autocorrelación Espacial (Aki, 1957). Okada (2003) había desarrollado a gran escala las medidas de arreglos de microtrepidaciones, utilizando microtrepidaciones de periodo largo, y utilizó un pequeño número (por lo general menos de diez) de receptores. Este método fue desarrollado más tarde como método pasivo MASW, que utiliza 12 o más geófonos para aprovechar completamente las ventajas del registro y procesamiento multicanal. Por lo tanto, tiene una mayor resolución en el análisis de la naturaleza modal y las propiedades azimutales de la onda superficial.

Figura 3.16: Esquema mostrando que las ondas superficiales de longitud de onda más corta reflejan la velocidad de la onda de corte (Vs) superficial y las más largas reflejan la velocidad de la onda de corte (Vs) más profunda. El perfil

de la onda de corte (Vs) puede calcularse midiendo la velocidad de fase para diferente longitud de onda (frecuencia).

Ondas de superficie de longitud

de onda corta Superficie de la Tierra

Superficie

Profundidad

Ondas de superficie de longitud de onda larga

3.2.4.1 Adquisición

A diferencia de los métodos de onda de superficie activa, la Medición de Microtrepidaciones en Arreglos Multicanal (MAM) no requiere de ninguna fuente, sino que utiliza un arreglo instrumental bidimensional sobre la superficie, tales como arreglos en forma de triángulo, círculo o en cruz (ver Figura 2.17). Dado que las fuentes de las microtrepidaciones se distribuyen al azar en el espacio (azimut y distancia desconocida), las microtrepidaciones no tienen una dirección de propagación específica. Por lo tanto, arreglos de dos dimensiones son necesarios para el cálculo de la velocidad de fase del microtremor y de la medida de arreglos de microtremor. En la fotografía 3.3 se puede apreciar el tendido de cables y geófonos en la medición de microtremores.

Fotografía 3.2: Arreglo tipo L para el método de medición de microtremores Fuente: Proyecto realizado por Georys Ingenieros

Teóricamente, arreglos isotrópicos, como un círculo o un triángulo equilátero, son preferibles en el método pasivo MASW. Sin embargo, los arreglos isotrópicos requieren amplio espacio y es difícil obtener tan amplio espacio en la zona urbana. Recientemente, varios estudios teóricos se han hecho sobre la aplicabilidad de los arreglos irregulares. El uso de arreglos irregulares en forma de L o arreglos lineales nos permite aplicar los métodos pasivos en zonas urbanas (Figura 3.17).

Se llegó a la conclusión que el efecto de la forma del arreglo en el cálculo de la curva de dispersión es insignificante, por esto se utilizó arreglos en forma de L, en círculo, en triángulo y en línea aplicados en diferentes partes del mundo.

Figura 3.17: Tipos de arreglos de método pasivo MAM. Fuente: Tipos de arreglos para ensayo MAM - Georys Ingenieros

3.2.4.2 Procesamiento

El sistema para procesar las ondas de superficie pasiva es similar al análisis multicanal de ondas superficiales (MASW) activo e incluye tres pasos: 1) generación de la imagen de la dispersión (velocidad de fase - frecuencia), 2) la extracción de la curva de dispersión de la imagen y 3) la inversión del perfil de la velocidad la onda de corte 1D (Vs) de la curva de dispersión (Figura 3.18). Para calcular la velocidad de fase de las microtrepidaciones por el análisis multicanal de las ondas superficiales, se utiliza el método de autocorrelación espacial propuesto por Aki (1957), porque la dirección de propagación de las microtrepidaciones se desconoce. Por lo tanto, se toma un tiempo de registro de microtrepidaciones suficientemente largo para determinar una dirección de propagación promedio; entonces es posible calcular la función de autocorrelación espacial y obtener la velocidad de fase.

Finalmente, a menudo es útil combinar las imágenes de dispersión activa y pasiva por dos razones: para aumentar el ancho de banda utilizable de dispersión (y por lo tanto, el rango de profundidad) y para identificar mejor la naturaleza modal de las tendencias de la dispersión (Figura 3.18c).

Tamaño del

arreglo Tamaño del

Figura 3.18: (a) Registro sísmico de las ondas superficiales del ensayo MAM y su respectiva (b) curva de dispersión, así como el (c) perfil sísmico de Vs que se

obtiene de la inversión de la curva de dispersión.

Fuente: Procesamiento propio utilizando data proporcionada por Zer Geosystem Perú SAC

(a)

(b)

(c)

(a)

(b)

(c)