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Microseismic Assessment of Deformation-Related Elastic Parameters in Structurally Different Dam Types: Evidence From Rockfill and Reinforced-Concrete Dams in Uzbekistan

Este estudio utiliza el análisis de la relación espectral H/V microsísmica para evaluar los parámetros elásticos relacionados con la deformación en presas de escollera y de hormigón armado en Uzbekistán, demostrando que estos métodos no invasivos identifican eficazmente las zonas de estrés-deformación influenciadas por el tipo estructural, la carga hidrostática y la heterogeneidad del material para un mejor monitoreo en regiones sísmicamente activas.

Autores originales: Nurali Mukhammadkulov Murodaliyev, Asilbek Rakhmat Rahmatov, Musulmonqul Muzaffar Qodirov, Xasan Baxtyorovich Isroilov, Isroil Zovqi Holmurodov, Iskandar Sunnatillo Allamberdiyev, Ural Omon Norboboyev

Publicado 2026-08-13

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CC BY 4.0

Autores originales: Nurali Mukhammadkulov Murodaliyev, Asilbek Rakhmat Rahmatov, Musulmonqul Muzaffar Qodirov, Xasan Baxtyorovich Isroilov, Isroil Zovqi Holmurodov, Iskandar Sunnatillo Allamberdiyev, Ural Omon Norboboyev, Behruz Bobur Boziyev, Madinabonu Zayniddin Fazliddinova

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

La sinfonía invisible de las presas

Imagine un tambor gigante. Cuando lo golpeas, la piel vibra, produciendo un sonido específico que te dice qué tan tensa está la piel, qué tan pesado es el tambor y si hay grietas en su interior. Ahora, imagine que ese tambor es un muro masivo que retiene un lago, y en lugar de golpearlo con una baqueta, escuchamos el tenue y constante zumbido de la propia Tierra. Este es el mundo de la sismología, el estudio de cómo las ondas se mueven a través del suelo. Los científicos han sabido durante mucho tiempo que toda estructura, desde un rascacielos hasta una presa, tiene una "frecuencia natural": un tono específico al que le gusta vibrar. Si el material dentro de la estructura cambia (como si las rocas se comprimieran más o el concreto se aflojara un poco), ese tono también cambia.

Este artículo profundiza en un truco ingenioso llamado "relación espectral H/V". Piense en ello como un detective que escucha el ruido de fondo de una ciudad para averiguar qué está sucediendo dentro de un edificio sin tener que romper nunca una ventana. Al comparar cuánto se sacude el suelo de lado a lado frente a arriba y abajo, los científicos pueden mapear la "rigidez" de una estructura. ¿Por qué es esto importante? Porque las presas son las guardianas de nuestra agua y seguridad. Si una presa comienza a deformarse o a debilitarse bajo la pesada presión del agua que retiene, necesitamos saberlo antes de que se convierta en un desastre. La pregunta no es solo "¿está la presa en pie?", sino "¿dónde exactamente está sintiendo más estrés?".

Sintonizando dos gigantes diferentes

Este estudio es como una comparación musical entre dos gigantes muy diferentes en Uzbekistán: la presa del embalse de Ohangaron, que es una pila gigante de rocas (una presa de escollera o de materiales sueltos), y la presa del embalse de Andijan, que es un muro sólido de concreto reforzado. Los investigadores querían ver si su método de "escucha" podía detectar el mismo tipo de problemas en ambos tipos de presas, a pesar de estar construidas con materiales completamente diferentes. Trataron las presas como gigantes instrumentos musicales, registrando las vibraciones ambientales (el zumbido natural de la Tierra) en varios puntos a lo largo de los muros.

Utilizando estas grabaciones, no solo escucharon las notas; calcularon los "parámetros elásticos". En lenguaje sencillo, determinaron qué tan elástico o rígido era el material en las profundidades de las presas. Calcularon cosas como el módulo de Young (cuánto resiste el material al ser comprimido o estirado) y el módulo de corte (qué tan bien resiste deslizarse o separarse). Hicieron esto midiendo la velocidad a la que las ondas sísmicas viajaban a través de la roca y el concreto, y qué tan denso era el material a diferentes profundidades.

El gigante de escollera (Ohangaron)
La presa de Ohangaron es un rompecabezas algo desordenado. Está construida en un antiguo valle de un río, por lo que su forma no es un rectángulo perfecto; es más alta en el centro y más baja en los costados. Cuando los científicos escucharon esta presa, descubrieron que su "rigidez" estaba por todos lados. El descubrimiento más interesante ocurrió en el punto de medición 6. Aquí, el módulo de Young saltó a unos masivos 19.36 GPa (gigapascales), y el módulo de corte alcanzó los 7.87 GPa.

Compare eso con los otros puntos de la misma presa: el Punto 2 tenía un módulo de Young de solo 0.77 GPa, y el Punto 3 era de 2.27 GPa. El punto de referencia a 1 km de la presa era incluso más bajo, con 0.97 GPa. Los autores sugieren que esto no es necesariamente una señal de daño, sino más bien una "anomalía de rigidez". Es como encontrar una sección de una banda elástica que de repente se convirtió en acero. Debido a que la presa está en un valle, la presión del agua es diferente en el medio que en los lados. Esta zona de alta rigidez en el Punto 6 sugiere que las rocas allí están increíblemente compactadas, creando un punto donde el estrés podría estar concentrándose de manera distinta al resto del muro. El artículo argumenta que este fuerte contraste es una señal de advertencia clave que debe vigilarse, no porque la presa esté rota, sino porque el estrés se está comportando de manera extraña en ese punto específico.

El gigante de concreto (Andijan)
La presa de Andijan es un bloque sólido de concreto reforzado, por lo que los científicos esperaban que fuera más uniforme. Y lo era, pero no perfectamente. El módulo de Young aquí varió desde 3.05 GPa en el punto "más blando" (Punto 5) hasta 9.72 GPa en el punto "más rígido" (Punto 1). Aunque la diferencia no fue tan extrema como en la presa de roca, seguía siendo significativa. El Punto 5 mostró una menor rigidez pero valores más altos para elementos como el coeficiente de Poisson (que mide cuánto se abulta un material cuando se comprime). Los autores sugieren que esto podría significar que el Punto 5 es más sensible a la presión del agua, quizás debido a cómo el concreto interactúa con la cimentación o el estrés local cerca de las estructuras de liberación de agua.

La conclusión: Escuchar la nota "equivocada"

El principal hallazgo de este artículo es que se pueden utilizar estas técnicas de escucha pasivas y no invasivas para mapear la "salud" de una presa sin necesidad de perforarla o tomar grandes muestras. El estudio sugiere que, si bien el método funciona tanto para presas de roca como de concreto, los resultados se ven diferentes porque los materiales actúan de manera distinta. La presa de roca mostró un pico de rigidez localizado y salvaje (Punto 6), mientras que la presa de concreto mostró un cambio de rigidez más gradual del Punto 1 al Punto 5.

Los autores son cuidadosos al decir que no han encontrado una presa "rota". En su lugar, han encontrado "zonas de contraste de rigidez". Piense en ello como un médico que encuentra un punto en su cuerpo que se siente más duro que el resto; no significa que usted esté enfermo, pero es un lugar al que hay que prestar especial atención. El artículo descarta explícitamente la idea de que estos números sean una medición directa de grietas o filtraciones. En cambio, son indicadores de dónde el estrés interno podría estar cambiando debido a la pesada presión del agua.

El estudio concluye que este método es una excelente herramienta para un chequeo inicial. Ayuda a los ingenieros a decidir dónde mirar más de cerca. Sin embargo, los autores enfatizan que esto es solo el comienzo. Para estar seguros de la seguridad de la presa, estos resultados de "escucha" microsísmica deben combinarse con otras verificaciones, como medir los niveles de agua, observar el terreno con GPS y realizar simulaciones por computadora. Es una nueva y poderosa forma de escuchar a los gigantes de la Tierra, asegurando que sigan zumbando con seguridad durante mucho tiempo.

Resumen Técnico: Evaluación Microsísmica de Parámetros Elásticos Relacionados con la Deformación en Tipos de Presas Estructuralmente Diferentes

Planteamiento del Problema
La estabilidad de las estructuras hidráulicas depende críticamente de la interacción continua entre el cuerpo de la presa, la cimentación, los niveles del agua del embalse y la presión hidrostática. Si bien los métodos de evaluación tradicionales (observaciones geodésicas, inspección visual y monitoreo piezométrico) son estándares, a menudo carecen de la capacidad para detectar variaciones espaciales en la rigidez dinámica dentro del cuerpo de la presa, particularmente durante las etapas tempranas o de deformación oculta. Además, la literatura existente suele tratar la evaluación de la deformación para tipos de presas específicos (por ejemplo, de escollera o de hormigón armado) de forma aislada, careciendo de un análisis comparativo sobre cómo los parámetros microsísmicos funcionan como indicadores diagnósticos a través de construcciones estructuralmente diferentes. El estudio aborda la cuestión metodológica de si los parámetros microsísmicos pueden servir como una base diagnóstica unificada para identificar el comportamiento elástico relacionado con la deformación tanto en presas de escollera como en presas de hormigón armado.

Metodología
El estudio emplea un enfoque microsísmico comparativo aplicado a dos instalaciones hidráulicas distintas en el este de Uzbekistán: el Embalse de Ohangaron (una presa de escollera) y el Embalse de Andijan (una presa de hormigón armado). La metodología se desarrolla a través de cuatro etapas:

Mediciones de Campo: Se realizaron observaciones microsísmicas pasivas utilizando registros de vibración ambiental. La presa de Ohangaron fue medida en nueve puntos a lo largo de su cuerpo y un punto de referencia a 1 km de distancia. La presa de Andijan fue medida en cinco puntos de su sección rígida de hormigón utilizando un instrumento sismométrico Guralp-6TDE con duraciones de registro de 20 a 30 minutos por punto.
Análisis de la Relación Espectral H/V: Se aplicó la técnica de la relación espectral horizontal-vertical (H/V) a los datos de vibración ambiental para determinar las frecuencias dominantes y las características de amplitud, interpretando estas curvas como señales diagnósticas del comportamiento de vibración natural de los cuerpos de las presas.
Estimación de Parámetros: Basándose en la interpretación de H/V, se estimaron la velocidad de onda de compresión ( $V_P$ ), la velocidad de onda de corte ( $V_S$ ) y la densidad volumétrica ( $\rho$ ) para diversas profundidades.
Cálculo de Parámetros Elásticos: Utilizando las velocidades y la densidad derivadas, se calcularon los parámetros elásticos relacionados con la deformación, incluyendo la relación de velocidad ( $K$ ), la relación de constantes de Lamé ( $q$ ), el módulo de corte ( $\mu$ ), el parámetro de Lamé ( $\lambda$ ), la relación de Poisson ( $\nu$ ) y el módulo de Young ( $E$ ).

Resultos Clave
El estudio revela que, si bien ambos tipos de presas exhiben una tendencia general de aumento de las velocidades de las ondas sísmicas, la densidad y los módulos elásticos con la profundidad (reflejando una mayor compactación y presión de confinamiento), sus distribuciones espaciales difieren significamente debido a su composición estructural:

Presa de Escollera de Ohangaron: Los parámetros elásticos están fuertemente influenciados por la heterogeneidad del material, las variaciones litológicas y la altura geométrica de la presa dentro de un valle montañoso. Se identificó una anomalía significativa de rigidez localizada en el Punto de Medición 6, donde el módulo de Young alcanzó 19.36 GPa y el módulo de corte alcanzó 7.87 GPa. Esto contrasta marcadamente con los puntos vecinos (por ejemplo, el Punto 2 con 0.77 GPa) y el punto de referencia externo (0.97 GPa). Los autores interpretan esto no necesariamente como un daño, sino como una zona de alto contraste de rigidez y potencial redistribución de esfuerzos bajo carga hidrostática.
Presa de Hormigón Armado de Andijan: La distribución de los parámetros elásticos está más controlada estructuralmente. Los valores del módulo de Young en las capas más profundas interpretadas oscilaron entre 3.05 GPa y 9.72 GPa. El Punto 1 mostró la mayor rigidez (9.72 GPa), mientras que el Punto 5 mostró la menor (3.05 GPa), pero se caracterizó por valores más altos de la relación de velocidad ( $K$ ), la relación de Lamé ( $q$ ) y la relación de Poisson ( $\nu$ ). Esta combinación en el Punto 5 sugiere una mayor sensibilidad a la deformación volumétrica y a la redistribución local de esfuerzos cerca de los elementos hidráulicos.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que los métodos microsísmicos ambientales, cuando se integran con el análisis espectral H/V y la estimación de parámetros elásticos derivados de la densidad, proporcionan una herramienta no invasiva para evaluar la condición técnica de las presas. El estudio demuestra que este marco metodológico unificado es aplicable tanto a estructuras de escollera como de hormigón armado, siempre que las interpretaciones tengan en cuenta los entornos de ingeniería y geológicos específicos (por ejemplo, la geometría del valle para la escollera frente a las juntas estructurales para el hormigón).

Los autores enfatizan que los parámetros elásticos calculados sirven como indicadores diagnósticos de los contrastes de rigidez y las zonas sensibles a la presión hidrostática, en lugar de evidencia directa de daños (como grietas o filtraciones). La contribución principal es la identificación de áreas prioritarias para la investigación detallada: el Punto 6 en la presa de Ohangaron y los Puntos 1 y 5 en la presa de Andijan. El estudio concluye que, si bien los datos microsísmicos son valiosos para la evaluación preliminar y la planificación de investigaciones detalladas, las conclusiones de ingeniería fiables requieren la integración de estos resultados con el monitoreo geodésico, las observaciones piezométricas y el modelado numérico.

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