¿Qué es el método MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) y cómo se utiliza?

El análisis multicanal de ondas superficiales (Multichannel Analysis of Surface Waves, MASW) es una técnica que se extiende a estudios geotécnicos, ingeniería civil, exploración de recursos naturales y evaluación de riesgos sísmicos, y de aquí su enorme importancia para caracterizar el suelo y determinar la rigidez de los materiales hasta profundidades considerables. Veamos en detalle cómo funciona el método MASW, sus aplicaciones y su relación con técnicas complementarias.

¿Qué es el método MASW?

El método MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves, por sus siglas en inglés) es una técnica geofísica utilizada para evaluar las propiedades del subsuelo mediante el análisis de ondas superficiales, específicamente las ondas Rayleigh.

Lo que hace es obtener perfiles de velocidad de ondas de corte (Vs) para estudios de caracterización del suelo, evaluación de riesgos sísmicos y exploración geotécnica. El MASW se basa en la generación y registro de ondas sísmicas a través de un arreglo de geófonos alineados en la superficie del terreno.

A partir de la propagación de las ondas Rayleigh, se obtiene un espectro de dispersión que se interpreta para determinar la variación de la velocidad de ondas de corte con la profundidad.

El método MASW es de tipo sísmica activa, en el cual las ondas son generadas artificialmente con un impacto controlado (como un martillo o una fuente sísmica), generalmente se integra con un método pasivo,que aprovecha las vibraciones ambientales o el ruido sísmico natural.

Ondas sísmicas y su importancia

Las ondas sísmicas son vibraciones que se propagan en el interior de la superficie terrestre, pudiendo ser provocadas por eventos naturales como terremotos y erupciones volcánicas, así como a actividades humanas como explosiones y perforaciones.

Importancia de las ondas sísmicas:

• Exploración del interior terrestre: Permiten estudiar la composición y estructura del subsuelo mediante la propagación y velocidad de las ondas sísmicas.
• Evaluación de riesgos sísmicos: Su análisis ayuda a identificar zonas propensas a terremotos y a diseñar medidas de mitigación.
• Ingeniería geotécnica: Se utilizan para determinar la resistencia y estabilidad del terreno antes de la construcción de edificaciones y grandes infraestructuras.
• Monitoreo y alerta temprana: Los sistemas de detección de ondas sísmicas pueden generar alertas anticipadas que salvan vidas y minimizan daños.
• Investigación científica: Contribuyen al desarrollo de modelos sísmicos que mejoran el entendimiento de la dinámica terrestre y los movimientos tectónicos.

Principio de funcionamiento del método MASW

Su principio de funcionamiento se basa en la dispersión de estas ondas, que viajan a diferentes velocidades según la profundidad y las propiedades del suelo. Mediante un arreglo de geófonos alineados en la superficie, se registra la respuesta del terreno a una fuente sísmica, ya sea activa (como un golpe con un martillo) o pasiva (ruido ambiental).

Los datos obtenidos se procesan para generar curvas de dispersión y modelos 1D de velocidad del subsuelo. Así funciona:

• Generación de ondas sísmicas: Se producen ondas Rayleigh mediante una fuente activa.
• Registro con geófonos: Los sensores captan las ondas a medida que se propagan por el suelo.
• Análisis de dispersión: Se estudia cómo varían las velocidades de las ondas con la frecuencia.
• Construcción del perfil de velocidad: Se interpreta la información para obtener un modelo de velocidad 1D Vs con la profundidad.
• Aplicación en estudios geotécnicos y sísmicos: Permite evaluar la estabilidad del suelo y caracterizar el subsuelo para proyectos de construcción y mitigación de riesgos sísmicos.

Proceso de adquisición y análisis de datos

Para aplicar el método MASW, se siguen los siguientes pasos:

Selección de la ubicación

Para obtener resultados óptimos, es necesario elegir cuidadosamente el sitio donde se desplegarán los geófonos y la fuente sísmica, considerando factores como las condiciones del terreno, la presencia de ruido ambiental y las características geológicas del área.

Pasos en la selección de la ubicación para el método MASW:

• Evaluación del terreno: Se identifica un área libre de obstáculos y con una superficie relativamente uniforme para evitar interferencias en la propagación de las ondas.
• Reducción del ruido ambiental: Se minimiza la influencia de vibraciones externas, como tráfico vehicular o maquinaria pesada, que pueden afectar la calidad de los datos.
• Determinación de la longitud del arreglo: La distancia entre los geófonos debe ser adecuada para capturar una amplia gama de frecuencias y garantizar una correcta caracterización del subsuelo.
• Revisión de las condiciones geológicas: Se analizan los materiales presentes en el sitio para optimizar la interpretación de los resultados.
• Accesibilidad y seguridad: Se verifica que el área sea segura para la instalación del equipo y el trabajo del personal.

Disposición de los geófonos

Los geófonos son sensores sísmicos que registran las vibraciones del suelo y deben colocarse estratégicamente para captar la propagación de las ondas con la mejor resolución posible. Su correcta distribución hace que se tenga un análisis adecuado de la dispersión de las ondas y una caracterización precisa del subsuelo. Para hacerlo es necesario:

• Selección del número de geófonos: Se determina la cantidad de sensores a utilizar según el tipo de estudio y la profundidad de interés.Definición del espaciamiento: La distancia entre geófonos debe ser uniforme y adecuada de acuerdo al objetivo de estudio.
• Alineación rectilínea: Los geófonos se colocan en una línea recta sobre el terreno para garantizar la correcta propagación de las ondas.
• Conexión con el sistema de adquisición: Se verifican las conexiones entre los geófonos y el registrador sísmico para asegurar la captura de datos de calidad.
• Prueba de funcionamiento: Se realiza una prueba inicial para detectar posibles errores en la instalación antes de iniciar la adquisición de datos.

Generación de ondas sísmicas

En el método MASW activo, se emplean fuentes controladas, como golpes con un martillo sobre una placa metálica o el uso de una fuente de impacto más potente, como un vibrador sísmico. En el MASW pasivo, en cambio, se aprovechan fuentes de ruido ambiental, como el tráfico vehicular o actividades industriales.

• Selección del tipo de fuente: Se determina si se usará una fuente activa o pasiva según los objetivos del estudio y las condiciones del entorno.
• Ubicación estratégica de la fuente: En el MASW activo, la fuente debe colocarse a una distancia óptima del primer geófono para garantizar una adecuada propagación de las ondas.
• Control de la energía aplicada: Se ajusta la fuerza del impacto para generar ondas con la amplitud y frecuencia deseadas.
• Revisión de la respuesta sísmica: Se verifica que las ondas generadas sean captadas correctamente por los geófonos antes de continuar con la adquisición de datos.

Registro de las ondas

Este proceso se lleva a cabo mediante un sistema de adquisición de datos que recoge la información captada por los geófonos dispuestos en el terreno. La calidad del registro depende de factores como la correcta calibración del equipo, la minimización del ruido ambiental y la adecuada configuración de los parámetros de adquisición, como la frecuencia de muestreo y el tiempo de registro.

• Verificación del equipo de adquisición: Se revisa que todos los geófonos están correctamente conectados y funcionando antes de iniciar la medición.
• Configuración de los parámetros de adquisición: Se ajusta la frecuencia de muestreo y la duración del registro para garantizar una óptima captura de datos.
• Minimización del ruido ambiental: Se realizan pruebas para identificar y reducir interferencias que puedan afectar la calidad de los datos.
• Ejecución del registro sísmico: Se activa la adquisición de datos mientras se generan las ondas sísmicas, asegurando una correcta captura de la respuesta del suelo.
• Revisión de los datos obtenidos: Se analizan las señales registradas en tiempo real para detectar posibles errores y repetir la medición si es necesario.

Procesamiento de datos

Los datos adquiridos se someten a las siguientes etapas de análisis:

Análisis de la dispersión

Una vez adquiridos los datos, se procesan para identificar la relación entre la velocidad de propagación de las ondas Rayleigh y su frecuencia, lo que se conoce como curva de dispersión. El análisis es importante porque las ondas de diferentes frecuencias penetran a distintas profundidades, permitiendo caracterizar la estructura del terreno con precisión.

Pasos en el procesamiento de datos y análisis de dispersión:

• Preprocesamiento de los datos: Se eliminan ruidos e interferencias no deseadas para mejorar la calidad de la señal.
• Generación de la imagen de dispersión: Se aplica una transformación en el dominio de la frecuencia para obtener un gráfico que muestre cómo varía la velocidad de las ondas con la frecuencia.
• Extracción de la curva de dispersión: Se identifican los puntos en el gráfico para definir la curva de dispersión fundamental.
• Validación de los resultados: Se comparan con datos previos o modelos teóricos para verificar su precisión.
• Preparación de datos para inversión: La curva obtenida se utilizará en la siguiente fase para estimar la distribución de velocidades en el subsuelo.

Inversión de la curva de dispersión

Consiste en ajustar un modelo teórico que mejor se adapte a los datos experimentales registrados, logrando así una caracterización precisa de la estructura del subsuelo. La inversión es un procedimiento iterativo, en el que se comparan diferentes modelos de velocidad con la curva de dispersión medida hasta encontrar la mejor correspondencia entre ambos.

• Selección del modelo inicial: Se establece un modelo de velocidad preliminar basado en la información que se disponga del sitio.
• Ajuste iterativo del modelo: Se comparan los valores calculados con la curva de dispersión observada y se realizan modificaciones progresivas.
• Optimización del error: Se minimiza la diferencia entre el modelo teórico y los datos experimentales para mejorar la precisión.
• Validación del perfil de velocidad: Se analiza la coherencia del resultado con información geológica complementaria.
• Generación del perfil 1 D final de Vs: Se obtiene una representación confiable de la variación de la velocidad de ondas de corte con la profundidad del terreno.

Aplicaciones del método MASW

Su aplicación es clave en estudios de ingeniería civil, geotecnia y exploración ambiental, ya que permite determinar perfiles de velocidad de ondas de corte (Vs), esenciales para la caracterización de suelos y rocas.

MASW se complementa con otras técnicas geofísicas. Mientras la sísmica de refracción se enfoca en la propagación de ondas P para identificar interfaces entre materiales con diferentes propiedades elásticas, el MASW trabaja con ondas superficiales para una mejor evaluación de la rigidez del suelo en los primeros metros de profundidad.

Por otro lado, el georradar (GPR) emplea ondas electromagnéticas para detectar amplitudes de la onda electromagnética representadas por hipérbolas de reflexión, ideal para identificar interferencias presentes en el subsuelo.

Por otro lado, la tomografía de resistividad eléctrica permite estudiar los contrastes de resistividad del subsuelo, útiles en estudios hidrogeológicos y ambientales. La combinación de estos métodos optimiza la interpretación integrada, reduciendo la incertidumbre y mejorando la precisión en proyectos de construcción y monitoreo medioambiental-

Detección preventiva en obras

Antes de excavar, utiliza nuestro detector de tuberías metálicas para localizar servicios ocultos y evitar daños: diagnóstico rápido y fiable. Ir al contenido