APLICACIONES DE LAS ONDAS DE RAYLEIGH 1. ANALISIS ESPECTRAL DE ONDAS RAYLEIGH. CARACTERIZACION GEOTECNICA NO INTRUSIVA Es un método alternativo de caracterización geotécnica, no intrusivo, más rápido y económico que los procedimientos utilizados normalmente para la determinación de perfiles de velocidad de onda de corte en profundidad, tales como cross-hole y down-hole. Esta nueva prospección utiliza las particulares características de propagación de las ondas Rayleigh en medios estratificados. La propagación de ondas Rayleigh en semiespacios infinitos, elásticos, isótropos y homogéneos sólo depende de las propiedades mecánicas del medio. Sin embargo, en medios estratificados, la geometría de las capas de suelo genera el fenómeno conocido como dispersión, producto de la existencia de un medio con dimensiones finitas. Este fenómeno se puede modelar utilizando las condiciones de borde que se generan en las interfaces de los estratos, obteniendo así una relación en la cual la velocidad de propagación de las ondas Rayleigh además de depender de las propiedades mecánicas del medio, es función de la frecuencia de la onda. Esta dependencia de la velocidad de propagación con la frecuencia queda caracterizada en las llamadas curvas de dispersión, las cuales nos permitirán obtener, previo análisis espectral, proceso de inversión y optimización, el perfil de velocidades de onda de corte en profundidad.
2. Steady State Rayleigh Method Este método fue desarrollado por Jones, al observar en terreno que la velocidad de propagación de ondas Rayleigh en superficie era función de la frecuencia. El método en terreno consistía en colocar un vibrador vertical en superficie funcionando a una determinada frecuencia, generando una señal. Con la ayuda de un sensor, nos movemos en una línea recta imaginaria fija a partir del vibrador, alejándonos hasta una distancia en la cual observamos que nuestro sensor y el vibrador se encuentran en fase, i.e., vibran a la misma frecuencia. Cuando esto ocurre, se asume que la
distancia entre el vibrador y el sensor equivalen a una longitud de onda. A continuación se presenta un esquema de la configuración en terreno del método.
Asumiendo como verdadera ésta hipótesis sobre la longitud de onda ( ), y conociéndola frecuencia f del vibrador, obtenemos la velocidad de la onda captada (asumida completamente Rayleigh) a través de la relación:
Una vez obtenida la velocidad de onda Rayleigh, se procede a la obtención del perfil de velocidades de onda de corte en profundidad y su consiguiente perfil de rigideces. Para esto, asumimos lo siguiente: Asumimos que la relación entre la velocidad de onda Rayleigh y corte es:
Asumimos que esta velocidad encontrada, ocurre a una profundidad que está en directa relación con la longitud de onda, , a través de la relación:
Repitiendo esto para distintas frecuencias del vibrador, obtenemos una curva de la velocidad de propagación en función de la frecuencia, que se conoce como curva de dispersión, la cual nos permite obtener el perfil de velocidades de onda de corte en profundidad.
El objetivo primordial de este método es detectar perturbaciones de los frentes de onda que indiquen la presencia de defectos en el material. Para ello empleamos ráfagas de ondas de Rayleigh y un sistema de Holografía por Televisión de doble pulso. En un primer paso obtenemos el cambio de fase óptica entre pulsos del láser usando el método de la transformada de Fourier espacial (MTFE).
El método demostró entregar una descripción correcta de terrenos donde la rigidez aumenta gradualmente en profundidad, pero es obsoleto si existe un estrato más rígido sobre otro de menor rigidez, limitación hasta hoy difícil de superar. Un elemento que determina la sencillez del método es el factor de escala, que simplifica el procedimiento respecto de los métodos geofísicos, no solo por las magnitudes de las longitudes de ondas, sino también por las distancias entre la fuente y los sensores usados en la detección de señales, que combinadas con las características dispersivas de la onda tienen una gran influencia en los registros. Otra hipótesis crítica es que se asume que la superposición modal existente en la propagación de ondas coincide con el primer modo. Si conociéramos de manera precisa la separación modal existente, el método sería mucho más efectivo. La flexibilidad del método ha permitido implementarlo en la caracterización de pavimentos, depósitos de relleno y elementos estructurales, variando la implementación del método a través de cambios en el tipo de fuente, análisis de señales, etc. Las últimas técnicas permiten utilizar vibraciones ambientales, obteniendo no solamente la rigidez, sino también el amortiguamiento.
3. DETECCIÓN DE DEFECTOS CON ONDAS ULTRASÓNICAS SUPERFICIALES Y HOLOGRAFÍA POR TELEVISIÓN Es una técnica para calcular la amplitud y fase mecánicas de un tren de ondas ultrasónicas de amplitud manométrica que se propaga en una superficie.
La interferometría electrónica de patrones de speckle, también conocida como Holografía por televisión (HTV), es ya una consolidada técnica óptica de campo completo, que ha sido usada con éxito, entre otros, en el campo de los ensayos no destructivos. La aparición de los láseres pulsados hizo posible aplicarla también al estudio de eventos transitorios. Las ondas de Rayleigh se usan desde los años 50 para detectar defectos en la superficie de un cuerpo o dentro del material, cerca de la superficie. La utilización de HTV pulsada con ráfagas de ondas de Rayleigh combina las mejores características de ambos: la iluminación pulsada proporciona un alto grado de inmunidad a las perturbaciones ambientales; el uso de eventos transitorios elimina las reflexiones no deseadas en los bordes de las probetas y, mediante una temporización adecuada, permite explorar secuencialmente una superficie; por último, las ondas de Rayleigh tienen un carácter no dispersivo y pueden viajar largas distancias sin apenas atenuación.
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