ES2296596T3 - Mejoras en dispositivos de medicion de ondas sismicas o relativas a los mismos. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la medición de ondas sísmicas en un entorno (2), comprendiendo dicho procedimiento las etapas siguientes: proporcionar un instrumento de medición de ondas sísmicas, comprendiendo dicho instrumento una guía de onda a través de la cual una onda sísmica se puede propagar sustancialmente sin dispersión, comprendiendo la guía de onda una barra (3) provista de dos extremos (5), estando provista dicha barra (3) de unos medios para la medición de la deformación (6a, 6b, 6c y/o 6d) de la barra (3) resultante de la onda; y colocar dicho instrumento en el interior de una cavidad (4) en dicho entorno (2), caracterizado porque presenta las etapas siguientes: determinar la impedancia mecánica del entorno (2) en el cual está colocado el instrumento; seleccionar el material de la barra, la geometría de la barra (3) y la geometría de la cavidad (4) de tal forma que la impedancia mecánica de la guía de onda corresponda a la impedancia mecánica determinada del entorno (2); y colocar dicho instrumento dentro dicha cavidad (4) de forma que conecte con el entorno (2) en ambos extremos (5) del mismo.
Description
Mejoras en dispositivos de medición de ondas
sísmicas o relativas a los mismos.
La presente invención se refiere a un
procedimiento mejorado para la medición de ondas sísmicas.
Un gran número de víctimas y enormes pérdidas
económicas debidas a la destrucción de edificios y plantas
industriales son causadas por acontecimientos catastróficos
naturales tales como terremotos, corrimientos de tierra provocados
por inestabilidades geológicas e impactos de rocas causados por la
minería y grandes trabajos de excava-
ción.
ción.
Actualmente la sismología no predice con
fiabilidad los terremotos. Los instrumentos tales como los
sismógrafos y acelerómetros, actualmente utilizados para supervisar
tales acontecimientos han sido desarrollados principalmente con
vista a la medición únicamente de un parámetro de ingeniería el cual
es la aceleración. Éste es utilizado por los ingenieros para
calcular la carga que actúa sobre las estructuras resistentes a los
terremotos utilizando la masa estimada de la estructura. Además los
sismógrafos actuales fallan en el registro con buena precisión de
los valores pico de la aceleración, el desplazamiento, la velocidad,
el tiempo de elevación causado por movimientos fuertes en el campo
próximo crítico de terremotos fuertes (P. C. Jenkins, "Tecnología
de la sismografía" de "Terremotos: observación, teoría e
interpretación", editores: H. Kanamori y E. Boschi, Holanda del
Norte, 1983).
La falta de mediciones precisas de los
parámetros de las ondas sísmicas (incluyendo los valores pico de la
aceleración, el desplazamiento y la velocidad) impide un diseño
coherente de los edificios y de las plantas industriales
resistentes a los terremotos fuertes en el área próxima al
epicentro; este hecho ha sido demostrado por el derrumbamiento de
importantes construcciones en los recientes terremotos fuertes. Para
un diseño más coherente de edificios, sería una ventaja poder medir
directamente las ondas sísmicas que actúan sobre los edificios.
Esto es así porque la carga que actúa puede ser calculada con mayor
precisión conociendo el alcance de los fundamentos.
Es conocido que no existe una capacidad de
predicción científica fiable de los terremotos. Esto se ha
demostrado muy dramáticamente por la falta de preparación por parte
de las autoridades y de la población durante los últimos terremotos
importantes (Friuli, Ciudad de México 1985, Aegion 1995, Northridge
1994, Kobe 1995, Umbría 1927, Turquía 1999) la cual es una de las
razones del gran número de víctimas.
Algunos intentos empíricos de predecir los
terremotos han sido realizados en Grecia sobre la base del cambio
de la corriente eléctrica en el terreno durante algunos días antes
del terremoto y en Japón sobre la base del cambio del contenido de
cloruro y de azufre en el agua mineral pero éstos han sido en gran
medida en vano.
Los terremotos generalmente están causados por
la liberación de energía de la fractura o deslizamiento de grandes
masas de material geológico; la liberación de energía sísmica tiene
lugar a través de la propagación de la onda sísmica. Es conocido
que grandes fracturas son precedidas por pequeñas fracturas las
cuales dan lugar a niveles inferiores de liberación de energía y a
ondas sísmicas de baja amplitud. Son las precursoras de grandes
terremotos y para predecir los terremotos, deben ser observadas a
partir de micro temblores continuos normales de la tierra.
Los sismógrafos actuales tienen una relación muy
baja de la señal con respecto al ruido debido a las condiciones
medioambientales (por ejemplo el viento, el cambio de la temperatura
ambiente, la presión y la humedad) y los temblores de la tierra de
otro origen como para proporcionar registros fiables de las
precursoras. Por lo tanto la correlación de las características de
las ondas sísmicas con las diferentes fases del proceso de fractura
de las masas geológicas sobre la base de los registros de los
sismógrafos actuales es demasiado imprecisa para poder predecir
terremotos.
Los efectos de los daños de los terremotos
fuertes en las construcciones de ingeniería civil están limitados a
varias decenas de kilómetros (P. C. Jennings, "Tecnología de la
sismografía") a partir de fallas causativas. Fuera de esta gama,
el movimiento es todavía perceptible, pero típicamente está asociado
únicamente a daños no estructurales. Una consecuencia de esta
situación es que los detalles de los registros de los instrumentos
sismográficos normalmente no son de mucho significado en la
tecnología de la sismología.
Una razón es debido a que los sismógrafos se
salen de la escala en el campo próximo; están en escala únicamente
cuando el movimiento es demasiado débil y generalmente demasiado
disperso para ser altamente informativo sobre las sacudidas
fuertes. Una segunda razón es que las frecuencias naturales de los
transductores de la mayor parte de los sismógrafos son tan bajas
que la medición de la aceleración del terreno de alta frecuencia en
el campo próximo de terremotos fuertes a partir de los registros es
un proceso difícil e impreciso. Por lo tanto, existe una falta de
conocimiento de la amplitud, duración, contenido de la frecuencia y
extensión de las sacudidas fuertes.
Además, existe una falta de registros en el
campo muy próximo (por ejemplo, \Delta<20 km), en donde durante
un período inferior a un segundo la velocidad del suelo puede
alcanzar valores de 10 m/s, imponiendo un desplazamiento muy grande
en las estructuras de los edificios.
El contenido de alta frecuencia de los registros
sismográficos es importante para progresar en la tecnología de los
terremotos y en la predicción de terremotos fuertes porque los
movimientos fuertes dependen crucialmente del detalle de los
mecanismos de la ruptura de la falla. La medición del corto tiempo
de elevación a partir de los acelerógramos de alta frecuencia es muy
imprecisa debido al ruido y a la elevada variabilidad.
Asimismo, para la supervisión de las ondas
sísmicas en el suelo causadas por deslizamientos del terreno,
erosiones volcánicas, el impacto de rocas en minería y la
inestabilidad de las grandes construcciones de ingeniería civil
(por ejemplo, presas), se necesita un dispositivo que sea capaz de
registrar los parámetros de la onda tales como el tiempo de
elevación, la presión, el desplazamiento, la velocidad del suelo
tanto en el caso de ondas de baja amplitud como en el caso de ondas
de amplitud pico. Se espera que en estos casos la eficacia de la
predicción del desastre se incremente más rápido que en los
terremotos porque la correlación de los parámetros de la onda medida
con el estado de la fuente de la onda se puede establecer y
verificar de un modo mucho más fiable.
Un dispositivo de medición de la onda sísmica
es, por ejemplo, conocido a partir del documento JP 09 243607, el
cual da a conocer un dispositivo que mide ondas de sonido generadas
por el movimiento de las partículas del terreno entre ellas y el
dispositivo durante la actividad sísmica. Las ondas de sonido se
dirigen a lo largo de un haz de varillas de metal hasta un detector
un extremo del dispositivo, en el que las varillas de metal están
enterradas en el suelo y rodeadas por terreno. Esta forma de
funcionamiento altera inevitablemente algunos de los parámetros de
las ondas detectadas. Por consiguiente el dispositivo no puede
proporcionar una medición cuantitativa suficientemente precisa de
los parámetros de la onda sísmica, sino que meramente detecta
indirectamente la presencia de actividad sísmica.
La patente US nº 3.894.428 da a conocer unos
medios para la medición de tensiones casi estáticas en el interior
de rocas, en particular en el interior de rocas que rodean una
excavación minera. Estos medios comprenden varillas alargadas
dispuestas en el interior de agujeros taladrados provistos en la
roca. Las varillas están rígidamente empotradas en los agujeros
taladrados con adhesivo, cada varilla está adicionalmente provista
de una serie de galgas de tensión dispuestas a intervalos regulares
alrededor de la periferia de la varilla. Una disposición de este
tipo es adecuada para verificar la estabilidad de la estructura de
la roca en la cual está montada. Sin embargo, mientras las galgas
de tensión provistas en cada varilla pueden ser capaces de detectar
las ondas sísmicas incidentes, el dispositivo no es adecuado para
medir parámetros de ondas sísmicas principalmente debido a la
reflexión de la onda en los agujeros taladrados.
Un objetivo de la invención es proporcionar un
nuevo procedimiento de supervisión que permita la medición precisa
de todos los parámetros de la onda sísmica que puedan ser
correlacionados mejor con la fuente del acontecimiento catastrófico
(proceso de fractura de una falla) para permitir el progreso en la
predicción de tales acontecimientos catastróficos.
Según la invención, se proporciona un
procedimiento adecuado para la medición de ondas sísmicas en un
entorno en el cual se coloca un instrumento, en el que el
instrumento comprende una guía de onda a través de la cual una onda
sísmica se puede propagar sustancialmente sin dispersión, la guía de
onda comprendiendo una barra provista de dos extremos, la barra
estando provista de medios para la medición de su deformación. Según
un aspecto importante de la invención, una cavidad está dispuesta
en el entorno y la barra de la guía de onda está dispuesta en la
cavidad de tal forma que conecta con el entorno en ambos extremos de
la misma; y el material de la barra, la geometría de la cavidad y
la geometría de la barra se escogen de forma que la impedancia
mecánica de la guía de onda sea sustancialmente la misma que la
impedancia mecánica del entorno en el cual está colocado el
instrumento.
Como resultado de la propagación de la onda
sísmica a través de la guía de onda sin dispersión, no existe
modificación en la forma ni en la amplitud de la onda lo cual
permite que sus propiedades sean medidas a lo largo de la longitud
de la guía de onda.
Según la invención, se proporciona además la
utilización de un instrumento según la invención para medir una onda
sísmica.
La guía de onda es una barra montada en una
cavidad en el entorno. La impedancia mecánica de la guía de onda es
sustancialmente la misma que la del entorno en el cual está colocado
el instrumento según la invención.
Un acoplamiento sustancial de la impedancia
mecánica de la guía de onda y la del entorno se consigue
preferentemente escogiendo el material de la barra y la geometría de
la cavidad de la barra de tal forma que:
\rho_{1}C_{1}A_{1} =
\rho_{2}C_{2}A_{2},
en la
que:
\rho_{1} y \rho_{2} son la densidad del
entorno y de la barra, respectivamente;
A_{1} y A_{2} son el área de la sección
transversal de la cavidad y de la barra, respectivamente.
C_{1} y C_{2} son la velocidad de la onda
elástica en el entorno y en la barra, respectivamente.
Como resultado del acoplamiento sustancial de la
impedancia mecánica de la guía de onda y del entorno, se produce una
mejora en la entrada y en la propagación sin impedimentos de la onda
sísmica en la guía de onda.
La barra utilizada en la guía de onda
preferentemente es metálica (por ejemplo, aluminio). El diámetro y
la longitud de la barra y de la cavidad generalmente dependen de
las propiedades físicas del entorno en el cual se coloca la guía de
onda. Más preferentemente, las dimensiones de la barra son desde 100
hasta 150 mm de diámetro y desde 500 hasta 750 mm de longitud.
Fuentes de ruido provenientes de direcciones
conocidas preferentemente se suprimen alineando cuidadosamente el
eje de la barra de forma que se minimicen sus efectos.
La barra opcionalmente es hueca como por ejemplo
en forma de tubo, a fin de obtener un acoplamiento mejorado de la
impedancia.
Un entorno adecuado en el cual se puede colocar
el instrumento es, por ejemplo, el suelo o una cavidad en una
estructura de ingeniería civil, tal como por ejemplo los fundamentos
de una presa, un pilar de puente, los fundamentos de un edificio,
etcétera.
Los medios para la medición de la deformación
son preferentemente electrónicos. Más preferentemente, son de una
masa suficientemente baja que esté sustancialmente libre de los
efectos de la inercia. La ventaja de esto es que unos medios de
este tipo para la medición de la deformación pueden seguir la acción
impulsiva de las ondas sísmicas hasta unas frecuencias superiores a
100 kHz. Además unos medios de este tipo para medir la deformación
son capaces de medir un tiempo de elevación puntual de las ondas
sísmicas del orden de 10 microsegundos. Esto es una mejora sobre
las piezas constructivas de los sismómetros convencionales los
cuales, debido a sus mayores masas (las cuales pueden ser de muchos
kilogramos), no puede seguir con claridad los valores pico
impulsivos de las ondas sísmicas y los cuales sufren de los efectos
de la inercia que limitan algunos hercios las frecuencias de los
fenómenos que se pueden registrar. Más preferentemente los medios
para la medición de la deformación son una galga de tensión de
semiconductor de alta sensibilidad.
La guía de onda está preferentemente provista de
por lo menos dos medios para la medición de la deformación en el
que uno está dispuesto para medir la deformación en una dirección
sustancialmente paralela a un eje principal de la guía de onda y el
otro está dispuesto para la medición de la deformación en una
dirección aproximadamente a 45º con respecto al eje principal de la
guía de onda. La ventaja de una disposición de este tipo es que
cuando la guía de onda está adecuadamente instalada, es posible
distinguir cuando la presión y el desplazamiento en la interfaz
entre el instrumento y el entorno en el cual está colocado el
instrumento están impuestos por una onda sísmica longitudinal o de
movimiento lateral transversal.
Preferentemente la guía de onda está provista de
por lo menos cuatro medios para la medición de la deformación como
sigue:
Por lo menos dos medios paralelos de medición de
la deformación para medir la deformación de la guía de onda a lo
largo del eje principal de la guía de onda la cual esta provocada
por una onda sísmica longitudinal que se propaga en la dirección del
eje principal; y
Por lo menos dos medios oblicuos de medición de
la deformación para medir la deformación de la guía de onda en un
ángulo de aproximadamente 45º con respecto al eje principal de la
guía de onda la cual está provocada por una onda sísmica de
movimiento lateral que se propaga en la dirección del eje
principal.
Cada uno de los medios de medición de la
deformación preferentemente está conectado independientemente a un
amplificador de ancho de banda de gran frecuencia. La salida del
amplificador preferentemente se registra, por ejemplo estando
conectada a registrador transitorio, por medio de cables o mediante
una conexión por radio.
Cuando existen dos o más medios de medición de
la deformación conectados a amplificadores y que tengan la misma
alineación con relación al eje de la guía de onda, un amplificador
de uno de ellos tendrá un valor calibrado de alta ganancia a fin de
registrar las ondas sísmicas de baja amplitud (precursoras) mientras
un amplificador del otro tendrá una ganancia baja a fin de
registrar el valor pico elevado de la presión, el desplazamiento y
la velocidad de las partículas de las ondas sísmicas de alta
intensidad.
Por lo tanto en el ejemplo proporcionado
anteriormente en la presente memoria en el que existen cuatro medios
de medición de la deformación, los amplificadores de un medio
paralelo y uno oblicuo de medición de la deformación
preferentemente tienen un valor calibrado de alta ganancia a fin de
registrar las ondas sísmicas de baja amplitud (precursoras) y los
amplificadores de los otros medios paralelos y oblicuos de medición
de la deformación tendrán una ganancia baja a fin de registrar los
valores altos de la presión, el desplazamiento y la velocidad de las
partículas de las ondas sísmicas de alta intensidad.
Preferentemente, se utilizan amplificadores de
ancho de banda de frecuencia ancha (100 kHz) para condicionar las
señales desde los medios de medición de la deformación sin ninguna
modificación de la frecuencia a fin de permitir eventualmente el
filtrado del ruido del entorno de frecuencia conocida.
Cuando los medios de medición de la deformación
son electrónicos, preferentemente están conectados a su amplificador
o a su equipo de registro a través de circuitos electrónicos los
cuales están protegidos o se hacen insensibles de otro modo a los
efectos ambientales (por ejemplo, al cambio de temperatura) y a los
microtemblores de la tierra (por ejemplo, los efectos de plegado y
vibracionales). Esto es así a fin de reducir el efecto del ruido y
mejorar la claridad del registro de las ondas sísmicas de baja
amplitud especialmente comparadas con los registros de los
sismómetros tradicionales.
Todas las piezas del instrumento (por ejemplo la
barra, las galgas de tensión de semiconductor, los amplificadores y
el registrador transitorio) son de origen comercial y generalmente
se obtienen en versiones sólidas y resistentes a un entorno
severo.
Preferentemente por lo menos una pared de la
cavidad está modificada por uno o más cortes los cuales permiten
que el instrumento sea completamente unidireccional y para
optimizar, más preferentemente, el acoplamiento de la impedancia
mecánica entre el entorno y la guía de onda. Más preferentemente se
introducen cuatro cortes en el entorno a continuación de ambos lados
de las paredes de la cavidad paralelos al eje de la guía de
onda.
Con una disposición adecuada de los instrumentos
según la invención es posible medir ondas sísmicas en dos o tres
dimensiones. Por lo tanto, para la medición de ondas sísmicas en dos
dimensiones, preferentemente se utilizarán dos instrumentos según
la invención, colocados de tal forma que los ejes principales de las
guías de las ondas estén formando un ángulo de aproximadamente 90º
entre ellos. Para medir ondas sísmicas en tres dimensiones,
preferentemente se utilizarán tres instrumentos según la invención,
dispuestos de tal manera que los ejes principales de sus guías de
las ondas estén formando un ángulo de aproximadamente 90º entre
ellos.
Los parámetros que los instrumentos según la
invención miden con precisión en contacto físico directo con el
entorno en el que están colocados son la presión, el desplazamiento,
la velocidad de las partículas, el tiempo de elevación impuesto por
la onda sísmica al entorno para las ondas sísmicas longitudinales y
transversales.
El número creciente de parámetros de ondas que
se pueden medir con precisión y la asociación al tipo (esto es
longitudinal o transversal) de la onda única permite:
- en general una correlación con más profundidad
con el estado de la fractura de la falla la cual es la fuente del
terremoto;
- en el caso de ondas sísmicas de baja amplitud
(precursoras del terremoto), mejor correlación con el estado de la
fractura de la falla lo cual incrementa la capacidad de predicción
del acontecimiento catastrófico sobre la base de una correlación
lógica de causas-efectos;
- a los ingenieros diseñar, de un modo más
coherente que actualmente, edificios resistentes a los terremotos
utilizando los valores pico medidos de la aceleración, la presión,
el desplazamiento, la velocidad en el área próxima al epicentro.
La presión o la tensión ejercida por las ondas
sísmicas sobre el instrumento en su interfaz con el entorno
introduce la onda dentro del instrumento; esta onda deforma el
instrumento elásticamente y esta deformación \varepsilon está
medida preferentemente por los medios de medición de la deformación
como una función del tiempo t.
Mediante la aplicación de la teoría de la
propagación de la onda elástica uniaxial muy conocida en los medios
de medición de la deformación, es entonces posible calcular todos
los parámetros de la onda sísmica en la interfaz entre el entorno y
el instrumento utilizando la deformación medida
\varepsilon(t) (la cual es la variación de la deformación
\varepsilon a lo largo del tiempo t) de la guía de onda.
La presión P (con la tensión T) con respecto al
tiempo t ejercida en el suelo por la onda sísmica, la cual es igual
a aquella ejercida sobre la guía de onda P(t), viene dada
por:
P(t) = E
\varepsilon(t)
en la que E es el módulo de Young
del material utilizado para formar la guía de onda en el
instrumento.
El desplazamiento D con respecto al tiempo del
entorno impuesto por la onda sísmica, el cual es igual al
desplazamiento de la interfaz entre el entorno y el instrumento,
viene dado por:
D(t) =
C_{o} \int\limits^{t}_{o} \varepsilon
(t)dt
en la que C_{o} es la velocidad
de la onda elástica en la guía de
onda.
La velocidad de las partículas del suelo es:
V = C_{o}
\varepsilon(t)
El tiempo de elevación de la onda sísmica se
infiere directamente a partir del registro y la velocidad y la
aceleración del suelo se calculan a partir de los registros de los
desplazamientos.
Una ventaja adicional el instrumento de la
invención es que es capaz de medir tanto los parámetros de las ondas
sísmicas de baja amplitud como los de alta amplitud que corresponden
respectivamente a precursoras de terremotos y a los movimientos
fuertes en el campo próximo a un terremoto de gran magnitud.
Otra ventaja del instrumento de la invención es
que es capaz de medir valores pico muy grandes porque el límite
elástico del material utilizado para formar la guía de onda es
generalmente muy alto en comparación con el límite elástico de los
materiales locales en el entorno, evitando de ese modo el fenómeno
de saturación de los sismómetros tradicionales.
Una característica importante adicional del
instrumento de la invención, comparado con los sismómetros y los
acelerómetros tradicionales de movimientos fuertes, es la
posibilidad de una medición directa en contacto físico con el
entorno del valor pico de la presión, el desplazamiento, la
velocidad de las partículas, el tiempo de elevación, la velocidad y
la aceleración de una onda sísmica fuerte creada por un terremoto de
alta magnitud en el área próxima al epicentro. Los valores pico de
las ondas sísmicas fuertes no pueden ser registrados de forma
fiable mediante los sismómetros tradicionales porque los valores
pico de naturaleza impulsiva están caracterizados por una alta
frecuencia (> 100 Hz) mientras los sismómetros son típicamente
instrumentos inerciales para frecuencias inferiores a 25 Hz.
La capacidad del instrumento de la invención de
registrar con alta claridad los parámetros de las ondas sísmicas
impulsivas de alta amplitud es debido al hecho de que la onda
sísmica puede entrar y propagarse en la guía de onda sin ser
modificada en forma ni en amplitud debido a la continuidad de la
impedancia acústica en la interfaz entre el entorno y el
instrumento y porque la guía de onda generalmente se mantiene
sustancialmente elástica; éste no es el caso de los sismómetros en
donde el acoplamiento entre el sensor y el entorno en el cual está
colocado el sensor se realiza a través de elementos constructivos
los cuales no cumplen con este principio físico.
Hasta el momento, los valores pico de la
presión, la aceleración, la velocidad y el desplazamiento debidos a
terremotos fuertes no han sido medidos con precisión y aquellos
valores existentes están afectados por grandes errores. Esto es
especialmente cierto para la medición de la presión. La medición
directa de la onda de la presión que actúa sobre los fundamentos de
los edificios proporcionará una estimación mucho más precisa de la
carga que actúa sobre las estructuras durante un terremoto.
La comunidad de la tecnología sísmica sufre de
una carencia de datos precisos para diseñar de forma coherente
edificios resistentes a los valores picos de la fuerza, la
aceleración, el desplazamiento y la velocidad resultantes de
terremotos fuertes en la proximidad del área del epicentro; esta
carencia de valores picos precisos será eliminada por la
invención.
Otra característica importante de la invención
comparada con los sismómetros tradicionales es su capacidad de
tener una sensibilidad y una claridad muy altas en la medición de
los parámetros de ondas sísmicas de baja amplitud debido a la
sensibilidad extremadamente alta de los medios de medición de la
deformación provistos en la guía de onda.
La capacidad de la invención de registrar con
claridad parámetros de onda de ondas sísmicas de baja amplitud con
ruido reducido proporcionará a los sismólogos nuevas posibilidades
de correlacionar la onda sísmica de baja amplitud (precursoras) con
el estado de la ruptura de la falla y por lo tanto abre nuevas
perspectivas en la predicción de terremotos.
Las nuevas posibilidades en la predicción de
terremotos estarán ayudadas por experimentos en laboratorio de
fractura de rocas en donde los registros recogidos en campo se
pueden comparar con los registros en el laboratorio a fin de validar
los modelos de predicción de terremotos.
La invención se ilustra haciendo referencia a
los siguientes dibujos que no pretenden que limiten el alcance de
protección obtenida:
La figura 1 es una vista en planta esquemática
de un instrumento según la invención instalado en el suelo; y
La figura 2 es una vista en planta esquemática
del instrumento según la invención instalado en el suelo y conectado
a un equipo de registro.
La figura 1 muestra un instrumento según la
invención 1 instalado en el suelo 2. El instrumento comprende una
barra de aluminio 3 la cual está montada en una cavidad 4 y
conectada con el suelo en puntos 5. Medios de medición de la
deformación los cuales son galgas de tensión de semiconductor 6a,
6b, 6c están montados sobre la barra 3. La barra 3 y la cavidad 4
están dispuestas de tal forma que las ondas sísmicas son
transmitidas a través de la barra sin reflexión. Esto se demuestra
mediante la representación de la onda sísmica 7 precedente a través
de la barra en las direcciones representadas mediante las flechas 8
y 9.
\newpage
La figura 2 es una representación más detallada
del instrumento representado en la figura 1. Los números de
referencia utilizados tienen el mismo significado que en la figura
1. El eje principal de la barra se representa mediante una línea
discontinua 12. A partir de esto se puede ver que las galgas de
tensión de semiconductor 6c y 6a están montadas sobre la barra 3
formando un ángulo de 45º con respecto al eje principal 12 mientras
las galgas de tensión de semiconductor 6d y 6b están montadas sobre
la barra 3 de tal forma que son paralelas al eje principal 12. Cada
una de las galgas de tensión de semiconductor 6a, 6b, 6c y 6d está
conectada a un amplificador independiente 10a, 10b, 10c y 10d
respectivamente. Los amplificadores 10a y 10b son amplificadores de
acondicionamiento del ancho de banda de gran frecuencia con baja
ganancia para la medición de ondas sísmicas de alta amplitud
particularmente en el campo próximo a un terremoto fuerte. Por el
contrario 10c y 10d son amplificadores de acondicionamiento del
ancho de banda de gran frecuencia con alta ganancia para la medición
de ondas sísmicas de baja amplitud (por ejemplo ondas sísmicas
precursoras las cuales aparecen antes de un terremoto). Cada uno de
los amplificadores 10a, 10b, 10c y 10d está conectado a una entrada
de un registrador transitorio 11. Las paredes de la cavidad las
cuales son paralelas al eje principal de la barra 3 se extienden
mediante cortes en las direcciones 13, 14, 15 y 16 de tal forma que
el instrumento sólo es capaz de medir ondas sísmicas que se propagan
en la dirección del eje principal de la barra 3.
Claims (14)
1. Procedimiento para la medición de ondas
sísmicas en un entorno (2), comprendiendo dicho procedimiento las
etapas siguientes:
proporcionar un instrumento de medición de ondas
sísmicas, comprendiendo dicho instrumento una guía de onda a través
de la cual una onda sísmica se puede propagar sustancialmente sin
dispersión, comprendiendo la guía de onda una barra (3) provista de
dos extremos (5), estando provista dicha barra (3) de unos medios
para la medición de la deformación (6a, 6b, 6c y/o 6d) de la barra
(3) resultante de la onda; y
colocar dicho instrumento en el interior de una
cavidad (4) en dicho entorno (2),
caracterizado porque presenta las etapas
siguientes:
determinar la impedancia mecánica del entorno
(2) en el cual está colocado el instrumento;
seleccionar el material de la barra, la
geometría de la barra (3) y la geometría de la cavidad (4) de tal
forma que la impedancia mecánica de la guía de onda corresponda a la
impedancia mecánica determinada del entorno (2); y
colocar dicho instrumento dentro dicha cavidad
(4) de forma que conecte con el entorno (2) en ambos extremos (5)
del mismo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que la cavidad (4) y la barra (3) se seleccionan de tal forma
que:
\rho_{1}C_{1}A_{1} =
\rho_{2}C_{2}A_{2}
en la
que
\rho_{1} y \rho_{2} son la densidad del
entorno (2) y de la barra (3), respectivamente;
A_{1} y A_{2} son el área de la sección
transversal de la cavidad (4) y de la barra (3),
respectivamente;
C_{1} y C_{2} son la velocidad de la onda
elástica en el entorno (2) y en la barra (3), respectivamente.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el que la barra (3) es metálica.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la barra (3) es hueca.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los medios para la medición
de la deformación (6a, 6b, 6c y/o 6d) son de una masa
suficientemente baja, es decir, están suficientemente libres de los
efectos de la inercia.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, que comprende proporcionar por lo menos dos
medios para la medición de la deformación (6a y 6b) en el que uno
(6b) está dispuesto para medir la deformación en una dirección
sustancialmente paralela a un eje principal (12) de la guía de onda
(3, 4 y 5) y el otro (6a) está dispuesto para medir la deformación
en una dirección aproximadamente a 45º con respecto al eje principal
(12) de la guía de onda.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, que comprende proporcionar por lo menos
cuatro medios para la medición de la deformación (6a, 6b, 6c y 6d)
de la siguiente manera:
por lo menos dos medios paralelos para la
medición de la deformación (6b y 6d) los cuales miden la deformación
de la guía de onda a lo largo de un eje principal (12) de la guía de
onda la cual es provocada por una onda sísmica longitudinal que se
propaga en la dirección del eje principal (12); y
por lo menos dos medios oblicuos para la
medición de la deformación (6a y 6c) los cuales miden la deformación
de la guía de onda a un ángulo de aproximadamente 45º con respecto
al eje principal (12) de la guía de onda la cual es provocada por
una onda sísmica de movimiento lateral que se propaga en la
dirección del eje principal (12).
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los medios para la medición
de la deformación (6a, 6b, 6c y/o 6d) son electrónicos.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los medios para la medición
de la deformación (6a, 6b, 6c y/o 6d) están conectados de forma
independiente a un amplificador de ancho de banda de gran frecuencia
(10a, 10b, 10c o 10d).
\newpage
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que dos o más medios para la
medición de la deformación (6a y 6c) están conectados a unos
amplificadores (10a y 10c) y tienen la misma alineación con relación
al eje principal (12) de la guía de onda, en el que un amplificador
(10c) de por lo menos uno (6c) tiene un valor calibrado de alta
ganancia a fin de registrar ondas sísmicas de baja amplitud mientras
un amplificador (10a) de por lo menos otro (6a) tiene un valor
calibrado de baja ganancia a fin de registrar los valores pico altos
de la presión, el desplazamiento y la velocidad de las partículas de
ondas sísmicas de alta intensidad.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, comprendiendo la etapa del registro,
por medio de un equipo de registro (11), una salida de los medios
para la medición de la deformación (6a, 6b, 6c y/o 6d) y/o una
salida de la salida del amplificador (10a, 10b, 10c y/o 10d).
12. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, comprendiendo la etapa de la conexión
unos medios para la medición de la deformación (6a, 6b, 6c y/o 6d) a
un amplificador (10a, 10b, 10c y/o 10d) y/o a un equipo de registro
(11) mediante unos circuitos que son insensibles a los efectos
ambientales.
13. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, comprendiendo la etapa de la
modificación por lo menos una pared de la cavidad (4) por uno o más
cortes (13, 14, 15 y/o 16) los cuales permiten que el instrumento
(1) sea completamente unidireccional.
14. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, comprendiendo la etapa de la
introducción cuatro cortes (13, 14, 15 y 16) en el entorno a
continuación de ambos lados de las paredes de la cavidad paralelas
al eje principal (12) de la guía de onda.
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