5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
1/19
UNIVERSITATEA DIN BUCURETI
FACULTATEA DE GEOLOGIE I GEOFIZIC
MASTER IGGA ANUL 1
- IUNIE 2014 -
1
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
2/19
CUPRINS
I. INTRODUCERE .......................................................................................................... 3
II. METODE DE INVESTIGARE GEOFIZIC .............................................................. 3
III. GEOFIZICA PENTRU GEOTEHNIC: O COMPONENT A CARACTERIZRII
GEOTEHNICE A AMPLASAMENTULUI................................................................ 4
IV. METODE DE DETERMINARE A ADNCIMII I MORFOLOGIEI ROCII DE
BAZ.............................................................................................................................. 5
1. Ground Penetrating Radar (GPR) ............................................................................. 6
2. Seismica de refractie .................................................................................................. 8
3. Seismica de reflexie ................................................................................................... 9 4. Metoda rezistivitii .................................................................................................. 11
5. Metoda electromagnetic a domeniului de timp (TDEM).................................. 12
6. Analiza spectral a undelor de suprafa ................................................................. 14
7. Gravimetrie ............................................................................................................... 16
BIBLIOGRAFIE ............................................................................................................... 19
2
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
3/19
Metodele de investigaie geofizice pot fi utilizate n geotehnic n scopul rezolvrii
problemelor inginereti i pot fi aplicate pn la adncimi uzuale de investigare de circa 90 m (darcare pot fi extinse la nevoie) i pot fi conduse de la suprafaa terenului natural, n foraje, N mediul
marin sau n aer.
Geofizica nseamn aplicarea principiilor fizicii n studiul scoartei terestre care este compus
din materiale cu proprieti fizice cum ar fi: densitatea, viteza de propagare a undelor acustice,
elastice, conductivitatea electric susceptibilitatea magnetic, constanta dielectric diferite
Instrumentele geofizice sunt concepute pentru a realiza hrile variaiei spaiale a
proprietilor fizice ale scoarei terestre, cu meniunea c nu pot nregistra variaiile pe scar reltiv
mic. Prin interpretarea nregistrrilor instrumentelor, respectiv a contrastelor (anomaliilor)
proprietilor fizice se pot realiza modele geologice cu diverse grade de detaliere,
care pot fi foarte utile inginerilor geotehnicieni. Datorit faptului c pot aprea ambiguitti ale
datelor, este necesar verificarea datelor geofizice prin comparatie cu investigatii geotehnice in situ
(foraje, etc)
Exist trei mari domenii de aplicare a metodelor de investigare geofizic i anume: geofizica
marin, geofizica de sond, i geofizica de suprafa.
n geofizica marin se utilizeaz metodele magnetice, de rezistivitate i seismic.
n geofizica de sond se aplic metode de cercetare a unui singur foraj sau a mai multorforaje (cross hole).
Achiziia datelor se face prin metode acustice (viteza undelor acustice, forma lor, etc) ,
electrice (rezistivitate normal, potenial spontan,rezistivitate lateral, microrezistivitate, inducie,
rezistivitate focalizat), hidrofizice, nucleare, gamma, gamma-gamma, neutroni, etc.
n geofizica de suprafa se folosesc metode pe baz de curent electric (echipotenial,
polatrizare indus, rezistivitate, potenial spontan), metode electromagnetice (domeniul de
frecvene electromagnetice, ungiul de nclinare, conductivitatea terenului, GPR, detectoare de
metal, seismoelectrice, metoda frecvenei joase VLF), metode nucleare, a cmpului de potenial,
3
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
4/19
gravimetria, metode seismice (bazate pe reflexia i refracia undelor seismice) metoda undelor de
suprafa (analiza spectral a undelor de suprafa SASW i metoda offsetului obinuit a undelor
Rayleigh.
Metodele de investigare geofizic sunt metode de cercetare nedistructive i noninvazive,
care nu deterioreaz structura terenului cercetat.
Investigarea geofizic este utilizat cu succes n domeniul geotehnicii deoarece este un
mijloc rapid i ieftin de a obine informaii despre subsol, n special n cercetrile pe arii extinse.
Geofizica pentru geotehnic poate oferi informaii pentru pozitionarea forajelor de
cercetare i a naturii terenului dintre forajele existente (de exemplu o intruziune izolat n masa
unor depozite sedimentare nu poate fi detectat prin lucrri de foraj)
De asemenea accesul la zona de studiu este uor datorit greutii reduse a aparaturii, iar
cercetarea se desfoar n condiii de siguran pentru operatori.Instrumentele geofizice pot fi utilizate sub poduri, linii de nalt tensiune, n pduri, locaii
contaminate, arii urbane, pe pante, n general n locuri unde alte mijloace de investigare geotehnic
(cum ar fi penetrometre, foreze) nu se pot folosi. Deloc de neglijat este aspectul c impactul asupra
mediului al metodelor de investigare geofizic este minor., aspect crucial cnd se lucreaz n arii
protejate, contaminate sau pe proprieti particulare.
n plus metodele geofizice sunt mai puin riscante i periculoase dect forajele de
investigare geotehnic i ofer inginerilor geotehnicieni nformaii care iajut s reduc numrulforajelor.
Investigarea geofizic pentru geotehnic nu este un nlocuitor pentru cercetarea prin forajesau teste in situ i de laborator. Ea ofer date preioase pentru planificarea acestora i furnizeaz o
imagine volumetric a subsolului cercetat, spre deosebire de celelalte metode, care sunt punctuale.
Pentru ingineria geotehnic prezint interes 12 metode de investigare geofizic, toate
conduse de la nivelul terenului natural, cu exceptia tomografiei seismice. Cele mai utilizate metode
geofizice sunt refracia seismic, reflexia seismic, MASW, ReMi, cross hole, tomografia seismic,
GPR, electromagnetice, rezistivitatea elecric, polarizarea indus, potenialul spontan i gravimetria.
(Anderson, 2006; Wightman et al., 2004)Aceste metode se utilizeaz pe amplasamentele de interes n scopul:
4
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
5/19
1. caracterizrii subsolului adncimea rocii de baz, tipul rocilor, limitele stratelor, nivelul
apei subterane, fluxul apei subterane, falii sau fracturi locale, etc;
2. proprietile inginereti ale terenului de fundare stiffness, densitatea, rezistivitatea
electric, porozitatea, etc;
3. detectarea golurilor subterane, a minelor abandonate, etc
4. detectarea obiectelor produse de om, ngropate n subsol reele de utiliti, rezervoare
subterane de stocare, etc.
Este evident faptul c investigarea geofizic are i dezavantaje i anume ambiguitatea
rezultatelor. n lipsa unor date de control externe, obinute prin alte mijloace de investigare
geotehnic in situ (foraje, pentrari dinamice, etc) datele din investigaiile geofizice singulare,
necomparate, pot fi transformate ntr-un numr infinit de modele ale terenului teoretice, corecte.
De aceea este necesar compararea datelor geofizice cu cele din investigaiile in situ.O alt limitare semnificativ este dat de perturbaiile care apatr n subsol din diverse cauze
i care nu pot fi clar decelate de condiiile naturale.
Printre utilizrile metodelor geofizice n geotehnic se numr i cea a determinrii
caracteristicilor geotehnice ale subsolului de pe amplasamentul studiat.
n referatul de fa voi aborda problema determinrii adncimii rocii de baz i a elaborrii
hrii morfologiei acesteia, problem important prin prisma faptului c determinarea ei este
important n proiectarea geotehnic i trebuie bine detreminat deoarece aceast adncime nu esteconstant i poate fi afectat de fracturi sau falii.
Determinarea celei mai bune metode investigare se face analiznd harta geologic i
seciunile geologice, care ofer date referitoare la proprietile fizice ale rocilor din zona studiat.De asemenea este necesar i estimarea adncimii la care se poate afla roca de baz, pentru c nu
toate metodele geofizice pot fi folosite la investigaii de adncime mare. Exist numeroase metode
de investigare geofizic, dup cum urmeaz:
1.Ground Penetrating Radar (GPR).
2.Refracia seismic.
3.Reflexia seismic
4.Metode geoeelectrice
5
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
6/19
5.TDEM.
6.Metoda conductivitilor
7.Analiza spectral a undelor de suprafa (SASW).
8.Analiza semnalului acustic cu software-ul SeisOpt
9.Gravimetria.
1. Ground Penetrating Radar (GPR)
Conceptul de baz: metoda se utilizeaz acolo unsde se presupune c roca de baz este
localizat la adncimi mici, nu exist acvifer freatic i roci argiloase. Dac aceste condiii sunt
ndeplinite, investigaia poate ajunge la civa metri.
Sistemul ground penetrating Radar
Instrumentul GPR este compus dintr-o unitate de achiziie a datelor, un emitor i o anten(receptor). Exist antene diferite pentru adncimi diferite de investigare, cele de frecven redus
asigur o adncime mai mare dar o rezoluie mai mic i invers, cele de frecven mai mare ofer o
rezoluie mai bun, dar limiteaz adncimea de investigare. Emitorul pulseaz n subsol unde
electro-magnetice de frecven ridicat, care sunt reflectate de obiecte sau de stratele geologice de
deasupra rocii de baz n funcie de constanta dielectric a acestora. Undele reflectate sunt captate
de ctre receptor, care le stocheaz n memorie.
6
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
7/19
Achiziionarea datelor
Investigaiile GPR sunt efectuate pri prinon mpingerea antenei n pmnt la fiecare pas
normal al unui operator, datele fiind stocate n receptor i prezentate pe ecranul acestuia:
Procesarea datelor
Datele sunt procesate asemntor cu cele achiziionate prin procedeul reflexiei seismice cuun singur canal. n acest pas se poate face normalizarea distanelor, scalarea orizontal, filtrarea
orizontal i vertical, coreciile vitezelor. n funcie de calitatea datelor nu este necesar procesarea
acestora, n cazul n care sunt necesare doar observaiile din teren pentru determinarea adncimii
rocii de baz.
Interpretarea datelor
nainte de a calcula adncimea rocii de baz, trebuie determinat viteza semnalului GPR n
subsol. Aceasta poate fi estimat n funcie de vitezele specifice fiecrui tip de pmnt sau poate fi
obinut n teren prin observaii deasupra unui obiect ngropat cunoscut.
Avantaje
Este o metod relativ rapid, care ofer date n timp real, odat cu progresul investigaiei. n
cazul n care sunt necesare adncimi mai mari de penetrare sau rezoluii nalte antenele pot fi
schimbate foarte uor.
Limitri
Probabil cea mai mare limitare a metodei vine din faptul c utilizarea aparaturii depinde
foarte mult deamplasament, respectiv de contrastul dintre proprietile dielectrice ale rocii de baz
i ale formaiunilor acoperitoare.
Adncimea de investigare depinde de frecvena antenei, de conductivitatea formaiunilor
acoperitoare i de prezena startelor de natur argiloas n acestea.
Dac se utilizeaz o anten cu frecven joas, rezoluia investigaiei este mai mic dect
dac se utillizeaz o anten cu frecven nalt. Dac antena de joas frecven nu este ecranat
undele sunt mprtiate n toate direciile.
Rezultatul poate fi influenat negativ de prezena n apropiere a linilor electrice subterane
sau supraterane care pot interfera cu semnalul GPR sau de investigaiile sub poduri unde pot avea
loc reflectri suplimentare de unde datorit grinzilor.
7
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
8/19
2. Seismica de refracie
Conceptul de baz
Este una dintre cele mai utilizate metode geofizice pentru determinarea adncimii rocii de
baz, n special pentru adncimi de pn la 30 m. Metoda presupune existena unei surse de
energie, usual un baros (pn la adncimi de 15 m) sau o greutate care cade de la nlime sau capsepirotehnice (pentru adncimi pn la 30 m). Undele seismice produse de surs penetreaz
formaiunile acoperitoare ale rocii de baz i sunt refractate pe roca de baz. n timp ce se
deplaseaz pe roca de baz aceste unde continu s emit energie seismic spre suprafa. Aceste
unde sunt captate de geofoni amplasai la suprafaa terenului. n interpretrile metodei seismice de
refracie pot fi utilizate att undele de compresiune (undele P) ct i undele de forfecare (undele S),
dar n mod obinuit se lucreaz cu undele de compresiune.
Schema investigrii prin seismica de refracie
Achiziia datelor
Proiectarea investigaiei necesit o bun nelegere a vitezei de propagare a undelor prin
roca de baz i a adncimii la care se gsete aceasta, precum i a vitezei undelor prin formaiunile
acoperitoare, respectiv s se cunoasc n mare ce tipuri de roci sunt acestea. n funcie de aceste
informaii se alege distana ntre geofoni, lungimea liniei de geofoni, timpul estimat pentru primasosire a undei de oc la fiecare geofon i cea mai bun poziie pentru sursa de zgomot.
8
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
9/19
Procesarea datelor
Primul pas n procesarea/interpretarea datelor seismice este decelarea timpului de sosire a
semnalului, numit primul semnal. Se elaboreaz un grafic care arat timpii de sosire i distana
dintre sursa undelor i geofon, denumit graficul timp distan.
Interpretarea datelor
Datele se pot interpreta utiliznd mai multe metode, cea mai utilizat fiind metoda GRM,
metoda reciproc generalizat. Interpretarea se face n scopul determinrii adncimii rocii de baz
sub geofonul X, prin cteva calcule simple prin msurarea timpului de propagare a undelor de la
surs la geofon.
Avantajele metodei
Metoda refraciei seismice d rezultate foarte bune acolo unde viteza de propagare aundelor prin roca de baz este mai mare dect cea de propagare prin rocile acoperitoare i are o
rezoluie mare.
Limitrile metodei
probabil cea mai restrictiv limitare este aceea c fiecare dintre suprafeele de refracie
inferioare (spre roca de baz) trebuie s aib viteza de propagare a undelor mai mare dect
suprafeele superioare. Totui, acest aspect este nu este limitativ dac n roca de baz senregistreaz viteze superioare fa de rocile acoperitoare.
Dac nivelul apei subterane se gsete n rocile acoperitoare sau aproape de roca de baz, se
poate distorsiona nregistrarea timpului de sosire a undelor refractate pe suprafaa rocii de baz
De asemenea pot aprea distorsiuni datorit zgomotului local (trafic auto, etc). Influena
acestui zgomot poate fi combtut prin utilizarea unei surse de mare energie sau prin repetarea
impactului.
3. Seismica de reflexie
Conceptul de baz
La aplicarea acestei metode se utilizeaz o surs seismic de suprafa, care creeaz unde
seismice n subsol. La interfeele dintre strate, acolo unde seschimb densitatea sau viteza de
propagare, o parte din aceste unde sunt reflectate napoi ctre suprafa, iar o parte trece subinterfaa respectiv. Undele care trec de prima interfa n adncime sunt apoi reflectate napoi
9
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
10/19
ctre suprafaa terenului de cea de a doua interfa i aa mai departe pn la roca de baz.
Geofonii amplasai la suprafaa terenului capteaz aceste unde reflectate.
Schema investigrii prin seismica de reflexie
Achiziia datelor
La suprafaa terenului se amplaseaz o linie de geofoni, care nregistreaz ocurile din surs
i undele reflectate de suprafeele de separaie, la intrevale regulate de timp i la stocheaz n
unitatea de achiziie a datelor. Geofonii i distana ocului iniial se aleg n funcie de scopul
urmrit. Numrul canalelor trebuie ales astfel nct s fie corelat cu adncimea de investigare.
Procesarea datelor
Exist i aici mai multe tehnici de procesare a datelor. Acestea includ filtrarea, coreciile
efectelor vitezei subterane i separarea traiectoriilor care provin din acelai punct de adncime
comun (CDP) pe suprafaa de reflexie. Obiectivul principal este acela de a obine un grup de
traiectorii seismice care pot fi suprapuse pentru a indica fiecare punct de reflexie ct mai clar
posibil. Linia care unete aceste puncte de reflexie constituie reflectorul.
Interpretarea datelor
Interpretarea cea mai bun a datelor este elaborarea unei seciuni seismice care s arate
relaia dintre punctele de adncime comun (CDP) i adncime.
Avantajele metodei
Avantajul major al metodei este acela c nu necesit o surs de putere mare pentru o
anumit adncime de investigare, comparativ cu metoda refraciei i c adncimea maxim este mai
mare dect cea atins prin refracie
10
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
11/19
Limitri
Metoda reflexiei necesit un volum mai mare de munc i este mai scump dect alte
metode de investigare geofizic i este utilizat pentru adncimi de investigare mai mari de 30 m.
Pn la aceast adncime este recomandat s se foloseasc metoda refraciei, care este mai
economic i mai uor de realizat.4. Metoda rezistivitii
Conceptul de baz
Aceast metod poate fi utilizat atunci cnd roca de baz i formaiunile acoperitoare au
rezistiviti diferite (majoritatea cazurilor). Investigarea se poate face pe dou direcii i anume
sondaje electrice verticale i profile, dar acestea din urm nu sunt uzuale deoarece sunt
utilizate mai mult pentru determinarea variaiilor laterale ale rezistivitii.
Sondaj de rezistivitate
Achiziia datelor
Se injecteaz un curent electric n sol prin electrozii A, B, voltajul fiind msurat ntre
electrozii M i N (vezi figura de mai jos).
n funcie de distana dintre electrozi se msoar rezistivitatea subsolului. Pasul urmtor:
distana dintre electrozi se mrete, curentul ptrunde mai adnc n teren i se efectueaz o nou
msurtoare. Se repet aceast procedur pentru distane tot mai mari ntre electrozi, nregistrndu-
se mai multe rezistiviti, corespunztoare distanelor respective. La terminarea msurtorilor se
elaboreaz un grafic rezistivitate/spaiu dintre electrozi, din care rezult c la spaiu mic ntre
electrozi rezistivitatea masurat este aceea a formaiunilor acoperitoare i la spaii mari cea a rocii
de baz. Curba rezistivitilor se interpreteaz cu ajutorul unui software care furnizeaz un model al
rezistivitilor care mbin rezistivitatea calculat cu datele din teren.
11
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
12/19
Avantajele metodei
Nu necesit creterea progresiv a rezistivitii stratelor cu adncimea, ele trebuie doar s
aib rezistiviti diferite. Procedurile din teren sunt simple i rapide, un sondaj pn la 50 m
necesit mai puin de o or.
Limitri
Datorit faptului c electrozii se nfig n pmnt, investigarea se realizeaz cu mare greutate
atunci cnd terenul este stncos sau este acoperit cu asfalt, beton, etc. n plus, dac terenul este
uscat, solul trebuie umezit pentru a realiza un contact electric ntre electrozi i teren.
n general distana dintre electrozii de curent poate fi de maxim trei ori mai mare dect
adncimea maxim de investigare. Astfel c dac roca de baz se gsete la adncimea de 15 m,
electrozii de curent trebuiesc dispui la maxim 45 m unul fa de cellalt. Variaia lateral arezistivitii sau prezena unor obiecte metalice n apropierea sondajului poate afecta acurateea
interpretrii adncimii.
5. Metoda electromagnetic a domeniului de timp (TDEM)
Conceptul de baz
Este o alt metod utilizat pentru obinerea distribuiei verticale a rezistivitilor terenului,
care poate fi utilizat foarte nbine n cazul stratelor cu conductivitate mare, dar poate fi utilizat i
n cazul stratelor cu rezistivitate mare, cum este n general cazul rocilor de baz. n prezent este
folosit n locul sondajelor electrice pentru c necesit timp mai puin i estimarea adncimilor este
mai precis.
Sondaj prin metoda electromagnetic a domeniului de timp
12
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
13/19
Achiziia datelor
Metoda const n micarea unuei antene ptrate, din srm, pe suprafaa terenului.
Lungimea laturilor antenei este aproximativ o jumtate din adncimea de investigare dorit.
O bobin receptor este amplasat n centrul antenei. Se emite un curent electric prin anten, curent
care este imediat oprit. Oprirea brusc a curentului din emitor determin generarea unui curentelectric n sol. Intensitatea acestui curent este legat de conductivitatea fiecrui strat din subsol,
curentul fiind cu att mai intens cu ct stratele au conductivitatea mai mic.
Voltajul curentului msurat n receptor nu ajunge instantaneu zero atunci cnd se oprete
curentul din emitor, ci are o mic decalare pn se oprete acest curent. Voltajul msurat de
receptor este apoi convertit n rezistivitate i se elaboreaz un grafic rezistivitate timp.
Ciclul de pornire oprire a curentului se repet de cteva ori ceea ce permite stocarea
voltajelor rezultate, mbuntind astfel raportul semnal/zgomot. Procedura se repet n diferite
puncte din aria studiat, pn la acoperirea total a acesteia i se realizeaz o curb a sondajului
pentru fiecare punct, care arat rezistivitate la diferite momente de decalare.
Procesarea datelor
Datele nregistrate n teren sunt trasferate n computer, singura procesare a datelor fiind
aceea de eliminare a datelor greite. Datele sunt apoi introduse ntr-un software special care
elaboreaz curbele sondajelor i faciliteaz interpretarea acestora.
Interpretarea datelor
Curba sondajului este interpretat cu ajutorul software-ului de specialitate penrtu a elabora
un model al rezistivitilor i grosimilor stratelor. Interpretorul construiete un model preliminar
care calculeaz curbele sondajului pentru acest model. Dup aceea modelul se ajusteaz cu noi
curbe pn se apropie de msurtorile din teren. Procesul este repetat pn se obine apropierea
cea mai mare ntre curbele modelului i cele din teren, proces numit inversiune.
Avantaje
Cel mai important avantaj este acela c aceast metod este superioar metodei rezistivitii,
n special pentru adncimi de investigare mai mari de 50 m i nu sunt necesari electrozi.
Limitri
Este o metod care determin distribuia vertical a rezistivitilor, mai greu de utilizat la
investigarea formaiunilor cu rezistivitate mare.
13
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
14/19
Cea mai mare problem o genereaz prezena n arealul studiat a gardurilor, liniilor de
transport a curentului electric, n general a structurilor care au n componen metal, care mpiedic
desfurarea caestui tip de investigaie.
6. Analiza spectral a undelor de suprafa
Conceptul de baz
Analiza spectral a undelor de suprafa (SASW) este o metod utilizat pentru msurarea
adncimii stratelor i a vitezei undelor de forfecare ale subsolului. n general metoda este utilizat
pentru determinarea vitezei undelor de forfecare n stratele cu grosime mare, la adncimile la care
aceasta se schimb dect pentru investigarea stratelor subiri. Metoda se bazeaz pe propagarea
undelor mecanice induse Rayleigh. Prin lovirea solulu cu un ciocan sau cu o alt surs se creeaz ound de deformare rapid, care include unda de suprafa sau Rayleigh. Aceast und este
nregistrat de dou traductoare amplasate coliniar cu punctul de impact, la intervale fixe.
Traductoarele, care pot fi chiar mici acceleratoare, nregistreaz trecerea undelor. Datele de ieire
sunt furnizate sub forma unor grafice a diferenelor de faz ntre cele dou traductoare, n funcie
de frecven. Se calculeaz curba de dispersie, un profil a undelor Rayleigh contra lungimilor de
und. Raportul dintre undele Rayleigh i cele de forfecare este de 0,9:1, astfel c pot fi estimate
vitezele undelor de forfecare. Efortul de forfecare (G) al terenului poate fi calculat din vitezaundelor de forfecare dac se cunoate densitatea materialului i poate fi obinut un tablou al
eforturilor n funcie de adncime.
Undele Rayleigh au viteze care depind de lungimea lor de und, un fenomen numit
dispersie. Undele au lungimi de und diferite, funcie de adncime, lungimile mai mari de und
nregistrndu-se la adncimi mai mari. Acest principiu este utilizat la determinarea grosimii
stratelor cu rezistene diferite
Schema variaiei undelor Rayleigh cu adncimea
14
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
15/19
Achiziia datelor
Dispersia undelor de suprafa pate fi msurat cu ajutorul unei surse active i a unui
aranjament liniar de receptoare. Curba de dispersie este apoi inversat pentru a determina profilul
corespunztor al vtezei undelor de forfecare.
Exist dou procedee utilizate n explorarea cu unde de suprafa SASW (cea mai utilizat)i MASW.
Sursele utilizate sunt alese n funcie de adncimea de investigare care trebuie atins. Sursele
grele genereaz frecvene joase care asigur o adncime de penetrare mai mare,n timp ce o
combinaie de surse grele i uoare ajut la investigarea zonelor adnci i mai apropiate de
suprafa n acelai timp.
Sursele intermitente sunt reprezentate de baroase i greuti (pentru adncimi de investigare
pn la 15 m), sursele continue: vibratoare electromagnetice ( pentru adncimi de investigare pn
la 40 m), oscilatoare cu mas excentric, utilaje terasiere grele (pentru adncimi de investigare ntre
30 i 150 m).
Undele seismice sunt nregistrate cu o pereche de receptoare verticale. Pentru adncimi de
investigare de pn la 100 m se utilizeaz geofoni de 1 Hz, iar pentru adncimi cuprinse ntre 10 i
30 m se folosesc geofonide 5 sau 10 Hz. Datele sunt nregistrate de ambele pri ale geofonilor,
pentru a capta undele n ambele direcii, nainte i napoi.Procesarea datelor
Datele sunt analiazte cu programe speciale care calculeaz adtele de faz a semnalelor de
intrare timp voltaj, n mod obinuit se negistreaz doar semnalele puterii ncruciate a spectrului
i a coerenei. Semnalul coerent ponderat este utilizat pentru a mri calitatea raportului semnal
zgomot. Procesarea iniial se face n teren i se poate elabora rapid un profil iniial al vitezelor
undelor de forfecare.
Interpretarea datelor
Interpretarea const n modelarea computerizat a vitezei undelor de suprafa pentru a
determina profilul vitezelor undelor de forfecare.
Avantajul major al acestei metode este acela c este non invaziv i non distructiv i c
poate fi investigat un volum mult mai mare din scoara terestr comparativ cu metodele prin
foraje.
15
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
16/19
Limitri
Adncimea de investigare este limitat de cea mai mare lungime de und care poate fi
generat de surs msurat cu acuratee n teren i modelat n computer. n general acest tip de
unde sunt generate de surse grele, dar condiiile de pe amplasament pot limita adncimea maxim.
Zgomotul determinat de activitile umane poate perturba raportul semnal zgomot la frecvenejoase.
Adncimeade investigare este o jumtate pn la otreime din cea mai mare lungime de
und; se pot realiza investigaii chiar pn la 1 m adncime.
Metoda poate fi utilizat pentru msurarea undelor de compresiune i forfecare pentru
depozite de grosime mare peste roca de baz.
7. Gravimetrie
Conceptul de baz
Prin aceast metod se msoar mici diferene spaiale ale cmpului gravitaional terestru.
Dac roca de baz i formaiunile acoperitoare au densiti diferite, valorile gravitaiei se schimb
deasupra suprafeei rocii de baz.
n cazul n care densitatea rocii de baz este mai mare dect cea a formaiunilor
acoperitoare, cmpul gravitaional este mai intens pe msura apropierii rocii de baz de suprafaa
terenului.
Instrumentul de msur se numete gravimetru i msoar diferenele spaiale din cmpul
gravitaional i nu valorile absolute ale gravitii.
Anomaliile cmplui gravitaional deasupra rocii de baz (concavitate sau convexitate)
depind de amplitudinea depresiunii sau convexitii, de lime, adncime i de contrastul dedensitate ntre roca de baz i formaiunile acoperitoare.
O suprafa extins a rocii de baz cu un contrast mare de densitate va produce anomalii
mari ale cmpului gravitaional, iar structuri cu extindere mic, chiar i cu un contrast mare de
densitate vor produce anomalii de amplitudine redus a cmpului gravitaional. Pentru c marimea
anomaliei depinde de proprietile structurii i de adncimea la care se gsete, uneori nici nu poate
fi observat. Datorit acestui fapt, nregistrrile valorilor cmpului gravitaional trebuie s se
realizeze cu mult acuratee. Variaiile anomaliilor cmpului gravitaional corespunztoare variaiei
16
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
17/19
suprafeei rocii de baz pot varia de la nedetectabile la sute de microgali.
Investigarea rocii de baz sub forma unui sinclinal
Achiziia datelor
Investigaiile se desfoar n aria de interes, n mod normal, n lungul unor profile, distana
dintre acestea se alege n funcie de estimarea extinderii spaiale a rocii de baz. Dac extinderea
este redus, liniile profilelor trebuie s fie mai apropiate dect n cazul n care roca de baz este
mai extins.
Este recomandabil ca nainte de cercetarea n teren s se modeleze matematic anomaliile
ateptate. Din modelare, n funcie de acurateea instrumentului se pot estima mrimea anomaliei i
spaiul necesar ntre profile.
Investigarea se realizeaz prin citiri ale valorilor cmpului gravitaional n lungul unor
profile care se suprapun peste locaia estimat a formei rocii de baz. Este recomandabil ca la
fiecare jumtate de or s se remsoare prima staie, pentru calibrarea instrumentului. Deoarece
gravitaia descrete cu distana fa de centrul Pmntului, cotele fiecrei staii se vor msura cu o
acuratee de 3 cm.Since gravity decreases with distance from the center of the earth, the elevation of each station
has to be measured to an accuracy of about 3 cm.
Procesarea datelor
Pentru procesarea datelor se aplic numeroase corecii citirilor valorilor gravitaiei. Pentru
fiecare citire se aplic corecii pentru cot, latitudine i dac exist variaii ale topografiei i pentru
aceasta.
17
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
18/19
Interpretarea datelor
Datele culese din tere se prelucreaz cu softuri care calculeaz cmpul gravitaional al
structurilor geologice introduse de operator. Apoi programul va schimba parametrii (forma,
adncimea) corpului cercetat (n acest caz roca de baz) pn cnd valorile calculate ale cmpului
gravitaional se potrivesc cu cele msurate n teren. Acest proces se numete inversie i este utilizatfrecvent n geofizic. Dup terminarea prelucrrii e obine o hart a valorilor cmpului
gravitaional.
Avantaje
Aceast metod necesit aparatur puin (un gravimetru i un instrument pentru citirile
cotelor), nu este invaziv i distructiv, putnd fi utilizat i n arii mai sensibile.
LimitriMsurtorile gravimetrice necesit o procedur laborioas de lucru: este necesar o calare
foarte atent, iar dup ce se face citirea mecanismul trebuie blocat pentru a stopa vibraiile n exces.
Instrumentul trebuie plasat pe un substrat tare care nu trebuie s se mite pn cnd se efectueaz
citirile i pentru toate puncte sunt necesare detrminri ale cotelor terenului.
Anomaliile generate de roca de baz devin din ce n ce mai mici, cu ct adncimea crete.
Modelarea iniial este important pentru stabilirea mrimii ateptate a anomaliei pentru a puteaestima dac sunt fezabile msurtorile n teren.
Dac ntre roca de baz i suprafa exist strate a cror grosime sau densitate variaz n
suprafa, ele vor crea anomalii ale cmpului gravitaional care pot fi interpretate drept anomalii ale
cmpului gravitaional al rocii de baz. De asemenea aceeai problem apare n zonele cu
fracturate.
Din pcate nici o metod de investigare geofizic, dintre cele prezentate mai sus, poate cuexcepia metodei GPR n condiii ideale, nu ofer o imagine de detaliu a suprafeei rocii de baz.
Totui, n condiiile n care se cunoate geologia zonei care trebuie cercetat i exist profile
geologice, se poate alege metoda de investigare adecvat condiiilor geologice i tectonice de pe
amplasament, astfel nct investigaia geofizic s ofere rezultate de o acuratee ct mai mare, care
s poat fi utilizate cu succes n activitile d eproiectare geotehnic.
18
5/24/2018 Metode Geofizice de Investigare Geotehnica
19/19
BIBLIOGRAFIE
1.William Owen: Geophysical Methods for Determining the Geotechnical Engineering
Properties of Earth Materials Revista Caltrans Division of Research and Innovation, 2010
2. Neil Anderson et al.: Geophysical Methods Commonly Employed for Geotechnical Site
Characterization - Transportation Research Circular, Number E-C130, 2008
3.K.H. Earley, D. Rudenko: Use of Geophysical Methods in a Geotechnical Investigation -
Proceedings: Second International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering,
June 1-5, 1988, St. Louis, Mo., Paper No. 2.64
4.Dr. Neil L. Anderson: Application of Innovative Nondestructive Methods to Geotechnical
and Environmental Investigations - Missouri Department of Transportation Research,
Development and Technology, Research Report 2003
5. U.S. Department of Transportation Federal Highway: Subsurface Investigations ,
Geotechnical Site Characterization Reference manual - Administration Publication
No. FHWA NHI-01-031 May 2002
6. www.cflhd.gov
19