High resolution geophysical techniques based on the transmission of elastic waves in dry samples of gravels and sands were developed and implemented. Laboratory specimens of alluvial sand and gravel were prepared at different compaction levels. Low cost piezocrystals transducers were used as sources and receivers; and TL084 microprocessors as analog amplifiers. A TDS 210 Tektronix digital oscilloscope was used for A-D conversion. The specimens were subjected to stress simulating sediments at different subsurface depths. Propagation velocity, V P and frequency spectra were found to correlate with the applied effective stress and reflected nonlinear interparticle contact response. During the discharge cycle, V P values exceeded those of the initial load cycle, as grains were relocated and compacted in the loading process. Thus, compaction in a given sample may be obtained from seismic waves propagation, before and after loading.

Se presenta el desarrollo e implementación de técnicas geofísicas altamente resolutivas basadas en la transmisión de ondas elásticas en gravas y arenas secas mediante el empleo de instrumental de bajo costo desarrollado para este estudio. Las técnicas fueron aplicadas en muestras de arenas y gravas a escala de laboratorio con diferentes grados de compactación. La adquisición de datos se efectuó utilizando piezocristales de muy bajo costo como emisores y receptores de señales, y otros dispositivos sencillos tales como microprocesadores TL084 como amplificadores analógicos. Como sismógrafo y convertidor A-D de las señales se empleó un osciloscopio Tektronix TDS 210 con capacidad de almacenamiento de datos en PC. Las muestras fueron sometidas a varios estados de esfuerzo con el propósito de simular profundidades crecientes. Se observó una correlación marcada entre las velocidades de propagación V P y los espectros de frecuencia con los esfuerzos efectivos aplicados que reflejaron el carácter inherentemente no-lineal de los contactos entre partículas, tal como lo describe el modelo hertziano. Durante el ciclo de descarga, los valores de V P fueron mayores que los correspondientes al ciclo inicial de carga, debido a la reubicación (y compactación) de los granos durante el mismo. Por consiguiente es posible conocer el estado de compactación de las partículas en una muestra dada estudiando las propagación de ondas sísmicas, las cuales se calculan antes y después de la carga.

One of the inversion schemes most employed in seismic tomography processing is least squares and derived algorithms, using as input data the vector of first arrivals. A division of the whole space between sources and receivers is performed, constructing a pixel model with its elements of the same size. Spatial coverage is defined, then, as the sum of traveled length by all rays through every pixel that conform the medium considered. It is related, therefore, with the source-receiver's distribution and the form of the domain among them. In cross-hole array, rays do not evenly sample the properties of the medium, leading to non-uniform spatial coverage. It is known that this affects the inversion process. The purpose of this paper, then, was to study the problem of spatial coverage uniformity to obtain travel path matrices leading to inversion algorithms with better convergence. The medium was divided in elements of different size but with an even spatial coverage (named as 'ipixels'), and then it was explored how this improved the inversion process. A theoretical model was implemented with added noise to emulate real data; and then the vector of measured times was generated with known velocity distribution. Afterwards an inversion method using minimum length solution was performed to test the two domain divisions. The results showed that the fact of using ipixels not only improved the inversion scheme used in all cases; but in addition allowed to get convergence where it was impossible to do using pixels; particularly through the method considered. This is a direct result of the improvement of condition number of the associated matrices.

Uno de los esquemas de inversion más empleados en el procesamiento de datos de tomografía sísmica es ei de mínimos cuadrados y algoritmos relacionados, utilizando el vector de primeros arribos como datos de entrada. Se Neva a cabo una division del dominio completo entre emisores y receptores, con el objeto de disenar un modelo de píxeles dei mismo tamano. Se define Ia cobertura espacial como Ia suma de los tiempos de viaje de todos los rayos en cada uno de los píxeles que conforman el medio. Por Io tanto este parâmetro está relacionado con Ia distribución emisor-receptor y con la forma dei dominio entre los mismos. En ei dispositivo cross-hole los rayos no muestrean de igual forma ai medio, conduciendo a una cobertura espacial no uniforme. Se sabe que este inconveniente afecta ei proceso de inversion. El propósito de este artículo fué ei de estudiar ei problema de Ia uniformidad de Ia cobertura espacial a fin de lograr matrices de tiempo de viaje que conduzcan a algoritmos de inversion con mejor convergência. El medio se dividió en elementos de diferente tamano pero con cobertura espacial uniforme (denominados 'ipixels'). Se implemento un modelo teórico con ruido a fin de simular datos reales; y el vector de tiempos se calculo con una distribución conocida de velocidades. Luego se probo Ia convergência de Ias dos formas de division del dominio utilizando ei método de solución por mínima longitud del vector de tiempos. Los resultados demostraron que ei hecho de emplear ipixels no solo mejoró la inversion en todos los casos, sino además permitió lograr convergência en casos donde resultó imposible utilizando pixeles; particularmente con el método utilizado. Este es un resultado directo dei aumento de Ia condición de las matrices asociadas.

La determinación precisa de velocidades de propagación de ondas sísmicas reviste gran importancia en la geotecnia debido que a partir de las mismas es posible determinar, entre otros parámetros, los dinámicos: Elasticidad E, Rigidez G, Poisson ν, compresibilidad B; así como alcanzar un conocimiento sobre el comportamiento tenso-deformacional de las muestras de suelo estudiadas. La propagación de las ondas sísmicas considerada en los ensayos de laboratorio llevados a cabo en el presente trabajo es un fenómeno que produce ínfima deformación, por lo que no disturba el material. Ello permite aplicar los resultados en una escala más general para estudiar el comportamiento de los suelos in situ y predecir su respuesta a esfuerzos. Con el propósito de estudiar la respuesta de materiales particulados sometidos a excitaciones sísmicas a pequeña escala, se introdujeron sucesivamente muestras de gravas y arenas en una celda odométrica, excitándolas luego con señales impulsivas y registrándose los correspondientes sismogramas a través de transductores piezoeléctricos de uso general adosados en extremos de la celda. Si incrementó por intervalos la distancia emisor-receptor lo que posibilitó, a partir del trazado de las rectas de regresión correspondientes, calcular en forma precisa las velocidades de propagación (ondas P). Los ensayos se llevaron a cabo en muestras de suelo aluvional seco con tres tipos diferentes de granulometría. Se determinaron los respectivos espectros de frecuencia de las señales para dos estados de compactación considerados, lo que permitió aportar información sobre las características del medio en estado suelto y compacto. Los resultados mostraron que los piezocristales de uso general pueden ser adaptados para diseño y construcción de transductores que funcionen tanto como emisores como receptores de ondas y que permitan obtener registros con gran resolución en tiempo, posibilitando como consecuencia de ello cálculos muy precisos de las velocidades de propagación que lleven en una etapa posterior a determinación confiable de parámetros dinámicos del suelo.

The exact determination of seismic waves' propagation velocities has great importance in the geotechnics due to from that it is possible to determine, among other parameters, the dynamic ones: Elasticity E, Rigidity G, Poisson v, compressibility B; as well as to reach a knowledge on the stress-strain behavior for the studied soil samples. The seismic waves transmission considered in tests at laboratory scale carried out in the present work is a phenomenon that produces very small deformation, and so doesn't disturb the material. This allows to apply the results in a more general scale to study the behavior of soils in situ and to predict their answer to stress. With the purpose to study the response of particulate material subjected to seismic excitements at small scale, samples of gravels and sands were successively introduced in an odometric cell, exciting them with impulsive signals and registering the corresponding seismograms through general purpose piezoelectric transducers embedded in ends of the cell. The distance source-receiver was interval increased, which enabled, from the corresponding regression straight lines, to calculate in precise form the propagation velocities (for P waves). The tests were carried out in samples of dry alluvial soil with three different grain sizes. The respective frequency spectra of the signals were determined for two packing modes: loose and compact, what added information on the medium characteristics. The results showed that general purpose piezocrystals can be adapted for design and construction of a complete low cost acquisition system that brings great resolution in time, facilitating as consequence very precise calculations of the transmission velocities that take in a later stage to reliable determination of dynamic parameters of the soil.