Analysis of seismic landstreamer data for embankment integrity assessment

Abstract

Algunas de las principales causas de daños internos y erosión de los terraplenes son las inundaciones, filtraciones y actividad animal. Todos estos factores generan problemas de inestabilidad que conducen a un colapso parcial o total que pueden progresar sin ninguna evidencia superficial. En consecuencia, el monitoreo visual o técnicas de monitoreo localizadas no son efectivas. Las técnicas geofísicas para la caracterización de terraplenes han demostrado constantes progresos. En la literatura, hay evidencia de numerosos avances en la aplicación de estudios eléctricos y electromagnéticos. Los métodos de sísmica de refracción y ondas superficiales son muchas veces menos considerados porque los tiempos de adquisición y procesamiento de datos pueden ser muy prolongados y, en general, funcionan mejor para evaluar gradientes verticales de velocidad de una sección limitada del subsuelo, sin considerar las variaciones laterales del medio, lo que puede conducir a una caracterización errónea. Sin embargo, en las últimas dos décadas se han publicado estudios referentes a la aplicación de otros métodos de ondas superficiales para la detección y localización de inhomogeneidades en el subsuelo. En este trabajo se prueba la efectividad de cuatro parámetros extraíbles del análisis de ondas superficiales para la evaluación de la integridad de los terraplenes: cálculo de energía, exponente de decaimiento de energía, coeficiente de atenuación y densidad espectral. Los métodos se aplican a un set de datos adquiridos por medio de un landstreamer. Para lograr este objetivo, se aplicó y comparó el análisis sísmico de refracción clásico y las metodologías de ondas superficiales propuestas. Durante las fases de procesamiento, se tomaron en cuenta algunas limitaciones relacionadas con la adquisición de datos con landstreamer. La energía de la fuente (placa metálica) no era constante para todos los levantamientos adquiridos a lo largo de la línea. Por otro lado, se esperaban sismogramas muy rumorosos debido a la configuración del landstreamer. Para lidiar con estas limitaciones, las trazas de cada sismograma se normalizaron a la máxima amplitud de la traza más cercana a la fuente. Posteriormente, el conjunto de resultados se normalizo por la cobertura de datos a lo largo de la línea con el fin de equilibrar aún más la contribución de cada sismograma. Por último, se evaluó el impacto del ruido en la calidad de los resultados. La interpretación de los datos se realizó con el objetivo de identificar y localizar una tubería vacía dentro de un terraplén. Los resultados mostraron que la detección de la tubería en el modelo de velocidad obtenido a partir de la tomografía de refracción es inexacta y está influenciada por la interferencia Page | VII con otras anomalías geológicas cercanas. Por el contrario, los métodos de onda superficial funcionaron eficazmente detectando la tubería dentro del terraplén. Los resultados del cálculo de energía y densidad espectral muestran altas concentraciones de energía, centradas sobre la tubería, pero también sobre anomalías geológicas identificadas en el modelo de velocidad. El exponente de decaimiento de energía y el coeficiente de atenuación han demostrado ser altamente sensibles a los contrastes de velocidad entre los materiales del terraplén y han mostrado una marcada atenuación en ambos extremos de la tubería. La normalización de las trazas mejoró la interpretación de los resultados, y el ruido derivado de la configuración del landstreamer probablemente tuvo un impacto significativo en la calidad de los datos con offset negativo. El cálculo del gradiente horizontal de los cuatro parámetros estudiados permitió delimitar la posición de la tubería entre 28 y 35 m a lo largo de la línea de referencia estudiada. A partir de estimaciones aproximadas basadas en las longitudes de onda afectadas por las ondas superficiales, la profundidad de la tubería es consistente con la profundidad real. La combinación de estas cuatro técnicas aplicadas a los datos de landstreamer representa una herramienta eficiente y rápida para el monitoreo de terraplenes. La efectividad de estas herramientas se verificó por primera vez en este trabajo, y se presenta como un enfoque novedoso y rápido para la evaluación de la integridad de terraplenes.