Aplicación
Mediciones ultrasónicas de velocidad y atenuación en muestras geológicas, como rocas y minerales.
Contexto
Existen técnicas de transmisión acústica del ultrasonido que han sido usadas para definir las propiedades mecánicas de los materiales geológicos. Específicamente, estas técnicas han sido usadas para cuantificar los parámetros físicos, como la dureza, el módulo elástico y la estructura del grano del material. También se han usado para monitorizar la compactación del suelo o arena bajo condiciones de laboratorio. Por lo general, dichos ensayos pueden ejecutarse por medio de muestras preparadas, con dos superficies planas paralelas, a través de técnicas de transmisión directa proporcionadas por sondas de baja frecuencia, tal y como se describe a continuación. Cabe agregar que los ensayos de campo se efectúan por lo general a frecuencias sísmicas muy por debajo del rango ultrasónico.
Equipamiento
Por lo general, las muestras geológicas preparadas pueden ser analizadas gracias a instrumentos ultrasónicos, como el detector de defectos EPOCH 650 ™ de Olympus. Para los modos de onda longitudinal y onda transversal se emplean pares de sondas de contacto de baja frecuencia. El uso de sondas especiales para un caso determinado dependerá de las propiedades acústicas del material a inspeccionar y de las dimensiones de la muestra; no obstante, las frecuencias de 1 MHz e inferiores son las empleadas de forma frecuente. Se requiere seleccionar la frecuencia para proporcionar formas de onda no distorsionadas además de una penetración adecuada.
Procedimiento
Las muestras pueden ser preparadas resultando en una variedad de formas y tamaños, pero siempre deben mantener dos superficies planas paralelas para el acoplamiento de la sonda. Por lo general, las muestras más comunes son los cilindros o bloques con niveles de espesor que van desde aproximadamente 2 pulgadas (50 mm) hasta 10 pulgadas (250 mm) en la dirección de la medición. El diámetro o ancho de la muestra debe ser superior al tamaño del elemento de la sonda utilizada. Puesto que la mayoría de los materiales geológicos presentan un alto nivel de dispersión con respecto a las frecuencias ultrasónicas, los análisis de transmisión directa por medio de sondas de emisión-recepción separadas son los que más se ejecutan. Determine el emisor del instrumento en modo de transmisión directa, y ajuste tanto la ganancia como el filtro para obtener la mejor respuesta. En los análisis de transmisión directa, el retardo cero de la sonda puede determinarse al juntar las sondas y usar esa señal como punto cero. El acoplante de gel es útil para ensayos de onda longitudinal a fin de minimizar la absorción en muestras porosas. Es necesario usar un acoplante especial de alta viscosidad, como el acoplante para onda transversal SWC-2 de Olympus, a fin de acoplar sondas de onda transversal.
El tiempo de tránsito del impulso puede ser medido con un detector de defectos, un osciloscopio o un monitor A-scan digital conectado a un generador de emisión/recepción. El software del detector de defecto también permite calcular la velocidad y medir.
Ondas longitudinales | Ondas transversales |
Medición del tiempo de tránsito unidireccional en arenisca de 3,75” (95 mm) ejecutada por medio de un detector de defectos EPOCH 650, dos sondas de onda longitudinal V102-SB y dos sondas de onda transversal V152-RB (ambos de 1 MHz, 1” de diámetro).
Las velocidades medidas junto con la densidad del material permiten calcular las propiedades elásticas como se describe en la nota de aplicación Medición del módulo elástico. La atenuación ultrasónica corresponde a las propiedades físicas, como la estructura del grano o la microfisuración de forma experimental; por ende, se usan muestras de referencia que representan condiciones conocidas para poder establecer la curva de calibración.
