Índice Resumen Ejecutivo...........................................................................1 Metodología de Trabajo.................................................................2 Introducción..................................................................................3 Geoísica ! "ismología...................................................................# "ísmica de Reracción....................................................................$ "ísmica de Re%e&ión......................................................................' Tomograía "ísmica de "u(er)cie...................................................* "ísmica +asiva REMI......................................................................* M,todo "ísmico -on/0ole...........................................! ross/0ole 1 ross/0ole..................................................................................11 "ísmica +aralela..........................................................................12 vances de la Geoísica en "ismología..........................................13 onclusión..................................................................................1# 4ibliograía.................................................................................1$
Resumen Ejecutivo La geofísica es la ciencia que se encarga del estudio de la Tierra desde el punto de vista de la física. Su objeto de estudio abarca todos los fenómenos relacionados con la estructura, condiciones físicas e historia evolutiva de la Tierra. Todas las investigaciones de las distintas ciencias que comprende la Geofísica han tenido en un principio el objetivo de describir y conocer la Tierra y los fenómenos físicos observados. ero tambi!n ha sido un objetivo de la Geofísica el conocimiento del interior de la Tierra, de las propiedades "sicoquímicas de sus materiales y en general la constitución interna del planeta. #entro de los m!todos de estudios de esta se encuentran los m!todos sísmicos los cuales han desempe$ado un papel fundamental en la sismología actual. La sismología se ocupa del estudio de terremotos, sismos, temblores y de otras vibraciones producidas natural o arti"cialmente en la Tierra, en la luna y en otros planetas. Los m!todos sísmicos m%s usados actualmente son&
"ísmica de Reracción "ísmica de Re%e&ión Tomograía "ísmica de "u(er)cie "ísmica (asiva REMI Ensa!os don/5ole ! cross/5ole Tomograía sísmica en sondeos "ísmica (aralela 'l conocimiento de la Tierra como hoy en día se conoce sus dimensiones, estructura y composición, así como sus propiedades físicas y el papel de nuestro planeta en el sistema solar son algunas de las cuestiones que tratado la geofísica envuelta con la sismología.
Metodología de Trabajo ara la elaboración de este trabajo se buscó información de diferentes fuentes haciendo prioridad en el internet, utili(ando informaciones de datos geofísicos, sismológicos, sísmicos y reali(ando una comparación entre estos usando el conocimiento previo adquirido en la asignatura de Geofísica )plicada * y Geofísica )plicada **. +inalmente se hi(o un an%lisis usando los conocimientos b%sicos de Geología.
Introducción )l empe(ar este trabajo de investigación que b%sicamente trata de la geofísica aplica a los estudios de sismología, es decir los aportes reali(ados por la geofísica a esta rama, se trata de eplicar cómo a lo largo del tiempo la geofísica ha ido incursionando poco a poco en el %rea de la sísmica y como gracias a sus m!todos principalmente el m!todo sísmico hoy en día se conoce la sismología de una forma que hace - a$os atr%s hubiese sido ineplicable. 'l m!todo sísmico actualmente consta de varios m!todos tales como& Sísmica de /efracción, Sísmica de /e0eión, Tomografía Sísmica de Super"cie, Sísmica pasiva /'1*, 'nsayos do2n3hole y cross3hole, Tomografía sísmica en sondeos, Sísmica paralela. Gracias a cada uno de estos m!todos se hicieron descubrimientos bastante importantes en el estudio de la tierra, tales como& • • • • • • •
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Se descubrió que la tierra posee n4cleo que la mantiene viva. Se pueden medir los terremotos, gracias al sismógrafo. 5omposición de la tierra. La edad de las rocas. or medio de su composición química. rofundidad de los oc!anos. Los continentes. y como es la imagen real de nuestro planeta. Se estudian los cambios climatológicos que sufre el planeta. 6 el motivo que lo causa. Se puede medir, el calor, el frio, la humedad, entre otros. Gracias a la tecnología.
Geoísica ! "ismología Geofísica La geofísica es la ciencia que se encarga del estudio de la Tierra desde el punto de vista de la física. Su objeto de estudio abarca todos los fenómenos relacionados con la estructura, condiciones físicas e historia evolutiva de la Tierra. )l ser una disciplina eperimental, usa para su estudio m!todos cuantitativos físicos como la física de re0eión y refracción de ondas mec%nicas, y una serie de m!todos basados en la medida de la gravedad, de campos electromagn!ticos, magn!ticos o el!ctricos y de fenómenos radiactivos. 'n algunos casos dichos m!todos aprovechan campos o fenómenos naturales 7gravedad, magnetismo terrestre, mareas, terremotos, tsunamis, etc.8 y en otros son inducidos por el hombre 7campos el!ctricos y fenómenos sísmicos8. Sismología 'l termino 9sismología: se deriva del termino greco 9seismos: signi"cando terremoto. La sismología se ocupa del estudio de terremotos, sismos, temblores y de otras vibraciones producidas natural3 o arti"cialmente en la Tierra, en la luna y en otras planetas. 'l estudio de terremotos incluye su detección y la determinación de su localidad, de su magnitud, su energía y de los movimientos tectónicos causantes. ;tros objetos de estudio son las vibraciones relacionadas con el volcanismo y aquellas generadas por los oc!anos, por el viento y ondas atmosf!ricas. )dem%s la sismología se encarga del estudio de la estructura interna de la Tierra. Los ramos de la sismología son los siguientes& •
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Los terremotos& detección, locali(ación, magnitud, momento, energía, movimiento a lo largo de fallas. 'l estudio de la estructura interna de la tierra y de otras planetas a trav!s de ondas sísmicas. La delineación de la geología de las cuencas sedimentarias en la b4squeda de petróleo, gas y carbón. La delineación de depósitos minerales. La determinación del espesor del hielo en los glaciares empleando eplosivos y otras fuentes energ!ticas. 'l reconocimiento de la corte(a terrestre superior en la hidrología y en la eploración para agua subterr%nea. 'l estudio del subsuelo
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para la construcción de edi"cios, cortinas de embalses y carreteras empleando eplosivos y otras fuentes energ!ticas. La sismología teórica o matem%tica y el procesamiento de los datos. Los m!todos sísmicos de prospección geofísica se fundamentan en el estudio de la propagación de las ondas el%sticas en el medio. La se$al sísmica, que puede ser generada arti"cialmente 7martillo, caída de pesos,<8 o ser natural 7sísmica pasiva8, es registrada mediante unos sensores 7geófonos8 distribuidos de forma adecuada en el terreno.
La geofísica es la responsable de diversos avances en el %rea de sismología puesta que es la 4nica que pude hacer estudios a profundidades para los respectivos avances en la sismología y la responsable por igual de los avances en los conocimientos de la complejidad de la sismicidad de la tierra es muy difícil que. =oy en día es difícil que se haga una perforación sin antes haber reali(ado un estudio por el m!todo de prospección sísmica. Los principales m!todos sísmicos son& • • • • • • •
Sísmica de /efracción Sísmica de /e0eión Tomografía Sísmica de Super"cie Sísmica pasiva /'1* 'nsayos do2n3hole y cross3hole Tomografía sísmica en sondeos Sísmica paralela
"ísmica de Reracción >na de las aplicaciones del m!todo de refracción sísmica en la ingeniería civil es el estudio del subsuelo, para la determinación de las condiciones 7meteori(ación, fracturación, alteración8 y competencia de la roca, como tambi!n para detección de fallas geológicas. 'ste m!todo mide el tiempo de propagación de las ondas el%sticas, transcurrido entre un sitio donde se generan ondas sísmicas y la llegada de !stas a diferentes puntos de observación, como lo muestra la. ara esto se disponen en super"cie una serie de sensores 7geófonos8 en línea recta a distancias conocidas, formando lo que se conoce como tendido sísmico o línea de
refracción. ) una distancia conocida del etremo del tendido, en el punto de disparo, se generan ondas sísmicas con la ayuda de un martillo o por la detonación de eplosivos 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. 'stas tra(as son anali(adas en la refracción sísmica para obtener el tiempo de llegada de las primeras ondas de cuerpo, tanto onda como tambi!n las llegadas de la onda S, a cada sensor desde el punto de disparo. 'l an%lisis e interpretación de estos datos permite calcular las velocidades longitudinales 7?p @mAsB8, adem%s de la determinación de los refractores que se pueden asociar a interfaces de los materiales del subsuelo en profundidad, lo que a su ve( se puede interpretar litológicamente.
+uncionamiento del m!todo •
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La refracción m%s com4nmente utili(ada corresponde a determinar las primeras llegadas de las ondas de compresión 7ondas 8. 'l m!todo se ejecuta en base a lo que determina la normativa internacional )ST1 # CDDD3EC. Se determinan los valores de velocidad de las ondas y de las ondas S en sedimentos y rocas. ermite la detección de la profundidad del basamento y de"nición de su relieve, dependiendo de variables como longitud del tendido, energía de la fuente sísmica, frecuencia de los geófonos empleados, rigide( de los suelos, entre otros aspectos. ara la determinación de módulos geot!cnicos 7módulo de 6oung y 5oe"ciente de oisson8 que permiten caracteri(ar y clasi"car los suelos, desde un punto de normativa de dise$o.
Limitaciones ara que eista refracción de las ondas, la velocidad de propagación de estas debe ser estrictamente creciente con la profundidad. 'n el caso de suelos con capas intermedias de menor velocidad el m!todo no las visuali(ar% 7capa ciega8. /equiere disponer de (onas con su"ciente etensión, ya que la longitud del tendido en super"cie est% directamente relacionada con la profundidad de investigación que se alcance.
#icha profundidad est% condicionada por el tipo de fuente activa empleada 7entre otros factores como se mencionó anteriormente8. 's así, como mediante el uso de martillo se puede alcan(ar una profundidad del orden de F3C metros. 5onsideraciones La precisión del m!todo requiere el uso de un levantamiento topogr%"co de detalle. Se considera que las ondas longitudinales se propagan a velocidades constantes en cada estrato para cada tendido sísmico 7spread8, que es la unidad b%sica de interpretación. Si la longitud del per"l supera la etensión de un spread, se debe considerar un traslape de geófonos para no perder información de los rayos. 'l contraste de velocidad entre estratos y el espesor de !stos, debe ser su"cientemente alto para que queden representados con claridad en las curvas camino3tiempo.
"ísmica de Re%e&ión 'l m!todo sísmico de re0eión se basa en las re0eiones del frente de ondas sísmico sobre las distintas interfaces del subsuelo. 'stas interfaces 7re0ectores8 responden, al igual que en la refracción, a contraste de impedancia que posteriormente se relacionan con las distintas capas geológicas. Las re0eiones son detectadas por los receptores 7geófonos que se ubican en super"cie y que est%n alineados con la fuente emisora. #ado que las distancias entre la fuente y los geófonos son peque$as respecto a la profundidad de penetración que se alcan(a 7"gura **.8, el dispositivo eperimental soporta que se est! operando en Hcorto )nguloHI asegurando así la obtención de re0eiones y, distingui!ndose de la sísmica de refracción o de Hgran %nguloH.
5on el "n de conseguir un mejor reconocimiento de la (ona de estudio, se reali(a un n4mero de disparos mayor y se aumenta la cantidad de geófonos en comparación con los empleados en un per"l de refracción de longitud equivalente. 'l resultado es un grupo de tra(as sísmicas procedentes de todos los tiros que se anali(an, procesan y luego se reordenan en conjuntos de Hpuntos re0ectores comunesH. , los cuales contienen la información de todas las re0eiones halladas.
Tomograía "ísmica de "u(er)cie La tomografía sísmica es un m!todo geofísico similar a la sísmica de refracción tradicional. La principal ventaja de este m!todo es el grado de detalle de los modelos y que la presencia de capas de baja velocidad, fuertes gradientes laterales o elevados bu(amientos no son limitaciones. La tomografía sísmica se basa en la inversión de residuos 7diferencia entre tiempos de recorrido de ondas observado y teórico8. 'l proceso de inversión es un proceso iterativo, en el que un modelo inicial se actuali(a hasta dar lugar al modelo "nal. ;tra ventaja de la tomografía sísmica es la posibilidad de determinar, de forma cuantitativa 7valor del mínimo de los residuos8 y cualitativa 7a trav!s de la distribución espacial de los rayos dentro del modelo8, el
grado de certe(a de las soluciones alcan(adas, lo cual es muy 4til a la hora de reali(ar la interpretación del modelo.
"ísmica +asiva REMI La /efracción de 1icrotremores 7/'1*8 consiste en medir el ruido ambiente con un arreglo de características y disposición similares al empleado en la sísmica de refracción convencional 7+ig. a8. 's un m!todo que aprovecha el Jruido ambienteJ 7paso de vehículos, funcionamiento de maquinarias, cercanía a fuentes activas, etc.8 pero de ser muy silencioso el terreno, se puede emplear una fuente no controlada de ubicación conocida para enriquecer la ra(ón se$alAruido y así poder obtener una curva de dispersión 7en el espectro lentitud K frecuencia, +ig. b i(quierda8 que permita claramente obtener mediante inversión, un per"l unidimensional de la velocidad de onda de corte 7?s8 en función de la profundidad de investigación alcan(ada 7+ig. b centro y derecha8. 'sto 4ltimo depender% de la longitud del tendido, espaciamiento geófonos, frecuencia del arreglo de geófonos empleados, rango de frecuencias que se eciten con el ruido ambiente 7yAo golpes8, entre otros aspectos.
)vances en la sísmica por el m!todo /'1*. ) raí( de los da$os estructurales evidenciados por el 4ltimo terremoto interplaca que sacudió a 5hile 5entro3 Sur el -D de febrero del -, la norma de #ise$o Sísmico de 'di"cios M5hNFF sufrió modi"caciones. Mace así el #ecreto Supremo MO del a$o -, el cual hace hincapi! en que la clasi"cación de suelos se realice de acuerdo al par%metro de rigide( a bajas deformaciones, empleando para ello la velocidad de ondas de corte 7ondas de propagación ?s, correspondiente a ondas de cuerpo con movimiento de partículas ortogonales a la dirección de propagación, las que viajan m%s lento que las ondas de compresión, ?p8. La velocidad de propagación de las ondas de ci(alle puede ser obtenida mediante ensayos invasivos 7sondajes, calicatas, do2n3hole, cross3hole,
entre otros8, o mediante geofísica de ondas super"ciales 7/ayleigh8 7S)SP, 1)SP y /e1i8.
)plicaciones • •
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Los resultados permiten caracteri(ar geot!cnicamente los suelos. Se pueden determinar contrastes de rigide(, de complementarse con resultados de refracción sísmica se pueden obtener los módulos din%micos del suelo 7oissonQs /atio, módulo de 5orte, de 'lasticidad, ?olum!trico, entre otros8. 'n minería se emplea por ejemplo para determinar espesores de depósitos 7ilas /;18, dado el contraste de velocidades con el subsueloA/oca. Se pueden reali(ar mediciones en pavimento yAo losas de hormigón, reempla(ando la punta del geófono por un disco que se coloca solidario al terreno.
?entajas •
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or el contrario que la sísmica de refracción, este m!todo permite caracteri(ar unidades de menor velocidad entre medio de capas de mayor ?s, observando velocidades reversas. 5on el mismo arreglo lineal de geófonos, se puede obtener información a lo largo de la sección, traslapando la información proporcionada por subset de sensores. 1!todo no invasivo, económico, y de f%cil ejecución. Se puede ejecutar de forma complementaria el ensayo de sísmica de refracción, cambiando la forma en que se genera el frente de ondas, la longitud y tasa de muestreo, pues se emplea la misma disposición de geófonos, mismo tipo de sensores 7componente vertical8. 'n general, se pueden alcan(ar profundidades mayores que las alcan(adas por el mismo arreglo de un ensayo de refracción sísmica, dado que la atenuación de las ondas super"ciales es m%s lenta que las de cuerpo.
M,todo "ísmico -on/0ole ! ross/0ole +uncionamiento 'l m!todo #o2n3=ole consiste en generar ondas sísmicas en la super"cie, mediantes golpes verticales y hori(ontales en una placa 7+ig.8 ubicada a una distancia de a F metros apro. del po(o,
registr%ndose los tiempos de llegada de las ondas de compresión 7ondas 8 y ci(alle 7ondas S8.
Las ondas y S son registradas mediante un geófono triaial 7+ig.-8 situado en la parte inferior de la sonda, midi!ndose !stas cada metro 7distancia nominal com4nmente empleada8 hasta alcan(ar la profundidad del po(o estudiado. 5onociendo la geometría fuente3 geófonos del dispositivo y los tiempos de llegada de las ondas sísmicas 7+ig.F8 es posible calcular las velocidades de propagación a distintos niveles de profundidad a lo largo del po(o 7+ig.N8.
)plicaciones Rasados en la velocidad de propagación de las ondas de compresión 7ondas 8 y de ci(alle 7ondas S8I y la densidad de los materiales este ensayo permite estimar los módulos din%micos de deformación del
terreno, tales como, /a(ón de oisson, 1ódulo de 5orte, 1ódulo de 6oung, 1odulo ?olum!trico #in%mico, entre otros. 'ntre las principales aplicaciones destaca& •
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's uno de los m!todos geofísicos activos actualmente recomendado para la obtención de la velocidad de propagación de las ondas de corte y con ello la clasi"cación de suelos seg4n el #S of. -. /econocer los contactos entre las distintas unidades litológicas reconocidas hasta la profundidad de investigación. 'valuar las características geot!cnicas de cada unidad geológica e identi"car posibles (onas de falla, de fracturamientoAalteración de rocas, etc. 5on los módulos que se obtienen, se pueden reali(ar c%lculos del comportamiento sísmico en diversas estructuras u obras civiles, seg4n normativa de dise$o vigente.
Limitaciones •
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/equiere de una gran precisión en la determinación de los tiempos de llegada de las ondas sísmicas. ara la aplicación del m!todo, la habilitación del po(o debe asegurar la integridad de !ste a medida que se ejecuta el ensayo. Las lecturas pueden sufrir posibles distorsiones por presencia de 0uidos en el sondeo, por lo que se recomendaría alg4n per"laje de tipo ac4stico en el caso de contar con un po(o que presente dicha característica. 'cesivo o insu"ciente impulso al generar la onda, seg4n profundidad en la que es captada por el receptor, puede in0uir en la calidad de se$alAruido. *mportancia en que la sonda se desplace centrada a medida que baja o sube por el po(o, pues podría afectar los tiempo de llegada en que son recogidas por el sensor receptor y propiciar una interpretación errónea respecto de la isotropía del medio.
ross/0ole Los ensayos de 5ross3=ole permiten estimar módulos el%sticos 7din%micos8, coe"ciente de oisson, módulo de 6oung, módulo de ci(alla, etc, del terreno. 'stos par%metros son muy importantes a la hora de determinar el grado de rigide(, compresión y deformación del terreno y son empleados en estudios geot!cnicos.
'l m!todo est% basado en determinar la velocidad de propagación de las ondas de compresión 78 y de ci(alla 7S8 a diferentes niveles de profundidad.
ara la ejecución del ensayo, es necesario un mínimo de dos sondeos. La t!cnica consiste en generar pulsos sísmicos dentro de uno de los sondeos 7sondeo emisor8 y determinar el tiempo transcurrido desde que se genera el pulso hasta que se recibe, por medio de un geófono de tres componentes, en el otro sondeo 7sondeo receptor8. 5onociendo la distancia que separa ambos sondeos, se puede obtener la velocidad de transmisión de las ondas sísmicas. )dem%s, es necesario calcular, de manera independiente, la densidad de los materiales etraídos de los sondeos.
"ísmica +aralela 'l m!todo de Sísmica aralela se utili(a para determinar la longitud de elementos de cimentación 7pilotes, muros pantalla, etc.8 y se basa en determinar la profundidad a la que se observa un cambio brusco en la velocidad de propagación de las ondas , ya que la velocidad de propagación de las ondas sísmicas en los materiales que componen los elementos de la cimentación es, por lo general, muy superior a la del medio que rodea la cimentación. ara reali(ar el ensayo se introduce una serie de sensores 7hidrófonos8 en un sondeo próimo a la cimentación que se pretende anali(ar. 1ediante una ma(a se golpea en la parte superior de la cimentación y
se registra en los hidrófonos situados en el interior del sondeo la vibración que se propaga en el terreno. Las ondas sísmicas se propagan hacia abajo a lo largo de la cimentación con una velocidad aproimadamente constante hasta el momento de llegar a la base del mismo. 'n este punto las ondas sísmicas se propagan con una velocidad inferior, la correspondiente al medio que rodea a las cimentaciones. 'ste cambio brusco de velocidad se detecta anali(ando el tiempo de llegada de las ondas sísmicas a cada uno de los hidrófonos y se mani"esta mediante un cambio de pendiente en los diagramas tiempo3distancia 7dromocronas8.
vances de la Geoísica en "ismología 'l conocimiento de la Tierra como hoy en día se conoce sus dimensiones, estructura y composición, así como sus propiedades físicas y el papel de nuestro planeta en el sistema solar son algunas de las cuestiones que trata la Geofísica envuelta con la sismología. Todas las investigaciones de las distintas ciencias que comprende la Geofísica han tenido en un principio el objetivo de describir y conocer la Tierra y los fenómenos físicos observados. ero tambi!n ha sido un objetivo de la Geofísica el conocimiento del interior de la Tierra, de las propiedades "sicoquímicas de sus materiales y en general la constitución interna del planeta y aquí es donde entra la sismología con m%s detalles, usando sus m!todos los cuales han sido eplicados cada uno de ellos en este documento. 'l desarrollo espectacular en las 4ltimas d!cadas, tanto de la instrumentación como de la tecnología de observación desde sat!lites y cohetes, ha permitido una observación m%s profunda del entorno eterno de la Tierra, así como la utili(ación de eplosiones nucleares y t!cnicas de procesado de se$ales ha permitido un conocimiento m%s re"nado de su interior m%s profundo. 1uchos de los avances tecnológicos nos han permitido con m%s facilidad conocer nuestro planeta, tanto la parte eterna como la interna. )lgunos de los descubrimientos que se han reali(ado en el mundo sobre el planeta en que vivimos por medio de la geofísica y sismología son& • • • • • •
Se descubrió que la tierra posee n4cleo que la mantiene viva. Se pueden medir los terremotos, gracias al sismógrafo. 5omposición de la tierra. La edad de las rocas. or medio de su composición química. rofundidad de los oc!anos. Los continentes. y como es la imagen real de nuestro planeta.
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Se estudian los cambios climatológicos que sufre el planeta. 6 el motivo que lo causa. Se puede medir, el calor, el frio, la humedad, entre otros. Gracias a la tecnología. Llego a la conclusión que gracias a los avances tecnológicos, la geofísica ha evoluciona, y se han hecho muchos descubrimientos sobre la tierra.
onclusión )l terminar este trabajo de la geofísica en los estudios de sismología se ha podido demostrar la importancia que ha jugado la geofísica y sus m!todos para la investigación profunda de la tierra y los avances en la investigación sísmica. 'n este trabajo quedó m%s que claro que los m!todos geofísicos principalmente los m!todos sísmicos juegan un papel fundamental en lo que es el estudio de los suelos a profundidades y los avances sismológicos. Gracias a los m!todos geofísicos de hoy en día la sismología es una de las ramas m%s importantes dentro de la geología.
4ibliograía http&AA222.ingenieria.unam.mArevista"AejemplaresA?FMNA?FMNart D.pdf http&AA222.geo"sica3consultores.esAesAsismica.html http&AAtecnologiageo"sica.blogspot.comA http&AA222.proteccioncivil.chiapas.gob.mAsiteAdescargasAdocumentosALo s)vancesy/etosSismicos.pdf