Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Ingeniera Civil, Mención Hidráulica Sanitaria Ambiental / El flujo de gases existente entre el agua y el aire puede llegar a tener una gran importancia en la regulación de ciertos componentes claves en la calidad del agua, o cobrar importancia en ciclos de compuestos biogeoquímicos. La tesis se enfoca en la cuantificación de la transferencia de oxígeno entre el aire y el agua cuando la superficie de ésta se encuentra bajo la presencia de oleaje, limitando así el estudio a gases de baja solubilidad en primera instancia. Esto concentra la investigación en la capa líquida del agua, dado que es donde está el control de la transferencia. Para esto se realiza un estudio experimental perturbando la zona líquida de dos formas: viento sobre la superficie y olas progresivas generadas mecánicamente en un estanque de agua. El objetivo es determinar la variable característica que permita describir el estado de perturbación de la superficie libre y cuantificar la tasa de transferencia de oxígeno asociada. Las experiencias contemplan la medición de los niveles de oxígeno en un estanque de agua, ubicado en un túnel de viento, combinando los forzantes del agua. Se imponen vientos medios entre 0 y 15 m/s mientras que las ondas mecánicamente generadas varían tanto su altura (entre 1 y 4 cm) como su frecuencia (entre 1 y 3 Hz). Para cada una de las experiencias se mide una serie de tiempo de la elevación del agua, la pendiente instantánea y el perfil de viento en 4 puntos del estanque. Para completar el perfil del viento se mide la velocidad superficial del agua grabando trazadores sobre la superficie con una cámara de alta velocidad. La tasa de transferencia de oxígeno al agua se determina considerando mezcla completa en el estanque. La cantidad de oxígeno disuelto en el cuerpo de agua se reduce al comienzo de las experiencias agregando sulfito de sodio. La recopilación de datos muestra que efectivamente se ha simulado un fetch mayor al real con la inclusión de ondas mecánicamente generadas. Uno de los resultados del efecto combinado de los forzantes de la superficie libre en su perturbación es el logro de una mayor uniformidad en los distintos parámetros medidos. Además, en función de la frecuencia y altura de las ondas mecánicas, el fetch puede correlacionarse con una frecuencia adimensional, usualmente utilizada en mediciones mar adentro. La tasa de transferencia de oxígeno a través de la interfaz aire-agua se estudia tanto para el caso de ondas mecánicamente generadas como para cuando se tiene el efecto combinado de éstas con el viento. En ambos casos se adimensionaliza dicha tasa con un valor proporcional a la celeridad de las ondas. Para el primer caso, se encuentran relaciones similares a las obtenidas en otros estudios, siendo la pendiente media de la superficie libre el factor determinante de la tasa de transferencia de oxígeno. Finalmente, para el segundo caso, se construye otros parámetros adimensionales que describan la tasa de transferencia apropiadamente. Estos son el número de Reynolds con la velocidad superficial como escala de velocidad y la elevación media cuadrática como escala de longitud; y una razón de aspecto de la elevación y la longitud de onda la que puede interpretarse como la pendiente media de la onda.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / En el presente trabajo se estudia la estimación de estructuras de velocidad unidimensionales de onda de corte mediante el análisis de ondas internas SH refractadas e independientemente de ondas super ciales Love, ambas, muchas veces presentes en un mismo registro sísmico multicanal. El método de ondas super ciales Love permite determinar un modelo de velocidad mediante la modelación de curvas de dispersión, mientras que el método de refracción sísmica SH se basa en la modelación de las primeras llegadas de las ondas SH, correspondientes a las ondas de cuerpo refractadas en cada una de las capas del medio. Se desarrolló la metodología completa para obtener un modelo de velocidad desde el registro de ondas super ciales Love. Este proceso incluye el cálculo de curvas de dispersión teóricas desde un modelo de velocidad; el cálculo de curvas de dispersión empíricas desde registros sísmicos reales o sintéticos; y fi nalmente la modelación de estas curvas por prueba y error para la determinación de la estructura de velocidad de onda de corte en profundidad. El objetivo final es comparar la metodología desarrollada con el método de refracción sísmica aplicado a ondas de cuerpo SH, discutiendo las ventajas y desventajas de cada uno con respecto a la estimación de velocidades. Si bien estos métodos se basan en el análisis de distintas porciones del mismo registro sísmico, ambos buscan el mismo resultado, y es por lo tanto natural compararlos. La aplicación de los dos métodos mencionados se desarrolló sobre datos sísmicos reales correspondientes a ondas SH generadas y registradas mediante una fuente y receptores horizontales. La modelación de las curvas de dispersión teóricas versus experimentales indicó gran sensibilidad de estas a las propiedades del medio en las capas super ciales (primeros metros) y una sensibilidad descendiente en profundidad, probablemente debido a la ausencia de datos en bajas frecuencias (< 10 Hz). Por otra parte, el método de refracción sísmica muestra resultados consistentes con los del método de ondas super ciales Love, pero alcanzando mayores profundidades con mayor certeza. La utilización de los métodos mencionados puede llevarse a cabo complementariamente, aprovechando las ventajas de cada uno para disminuir las incertezas en los modelos de velocidad resultantes. Además, ambos métodos podrían ser empleados adicionalmente a estudios sísmicos enfocados a conocer la estructura de la velocidad compresional P en profundidad, obteniendo una estructura de velocidades bien determinada.

La estructura sísmica de la corteza y manto superior que yace debajo de América del Sur aún se mantiene pobremente caracterizada, particularmente en comparación con otras regiones, tales como Norteamérica y Eurasia. Esto se debe a que Sudamérica no cuenta con una red de sismógrafos permanente equivalente a la del hemisferio Norte y esa falta de instrumentación lleva a una subestimación de su sismicidad. Por otro lado, al no contar con una buena distribución de estaciones, los mecanismos de foco no pueden ser determinados en cualquier sitio para el caso de bajas magnitudes, lo cual dificulta avanzar en el conocimiento de los procesos dinámicos y de la estructura terrestre para esas regiones. Obviamente, si se contara con un número mayor de estaciones y con buena distribución, eventos de menor magnitud podrían ser detectados y analizados. La Red Nacional de Estaciones Sismológicas (INPRES) de la República Argentina está conformada por cincuenta estaciones. Hay diecisiete estaciones en el noroeste, veintisiete en el centro y oeste, tres al noreste y una en Patagonia y Tierra del Fuego. De todas estas estaciones sólo cinco corresponden a estaciones digitales de banda ancha. Claramente queda evidenciada la necesidad de lograr una mejor cobertura de nuestro territorio nacional, especialmente en la región este-sudeste. Con el fin de suplir esa falencia en esta zona, me he planteado como objetivo a largo plazo la implementación de una red digital con instrumental de última generación que abarque la zona patagónica. En este contexto, realicé como primer paso la actualización de la Estación sismológica de La Plata. Esta estación data de 1962 y ha formado parte de la red mundial World Wide Standard Seismographic Network (WWSSN) hasta el año 1996. Esta estación analógica había quedado desactualizada, de modo que su modernización era necesaria para mantener su contribución dentro del contexto internacional. Como segundo paso y continuando con el objetivo planteado, instalé dos nuevas estaciones en Trelew (Chubut) y Despedida (Tierra del Fuego) lo cual ya permite una mínima cobertura de la zona. La determinación del sitio adecuado para la instalación de una nueva estación requiere de un amplio estudio de prefactibilidad. El criterio más importante para la selección de un buen lugar es el bajo ruido sísmico, pero también hay que considerar que en algunos casos este criterio debe ser adecuado para asegurar una buena cobertura. Otros factores técnicos importantes en la definición del lugar son la accesibilidad y la posibilidad de contar con electricidad, mientras que el factor más importante como especificación no técnica, es el soporte local disponible. Este proceso requiere un exhaustivo análisis para optimizar todos estos parámetros, tratando de mantener la más alta calidad y que sea compatible con los recursos económicos disponibles. Por eso la necesidad de los estudios de calidad de los registros a fin de garantizar que los datos obtenidos satisfagan los parámetros necesarios para su incorporación a bases de datos internacionales como para confeccionar una base de datos local. Teniendo en cuenta estos criterios, en este trabajo describo los pasos seguidos para la actualización de la estación de La Plata y para la instalación de las nuevas estaciones, los distintos tipos de instrumentos utilizados y los estudios de ruido realizados a tal efecto. Luego presento el nivel de ruido en densidad de potencia espectral de la aceleración y lo comparo con las curvas de nivel de ruido tomadas como standards actualmente, dando cuenta de la calidad de los registros que se obtienen. Como ejemplo de la potencialidad y del procesamiento de los datos digitales que se están adquiriendo, presento luego dos estudios concretos, en este caso, con datos de la estación sismológica de La Plata. Las Aplicaciones desarrolladas en la segunda parte de este Trabajo de Tesis, son aportes al conocimiento de la tectónica y a la ingeniería sismorresistente en nuestro territorio nacional. En una primera aplicación, presento el análisis de dispersión de ondas Rayleigh a efectos de investigar las propiedades físicas del sistema litósfera-astenósfera en la región de las Sierras Pampeanas. A tal efecto realizo la inversión de las curvas de dispersión obtenidas y defino perfiles de velocidad de corteza y manto superior. Previo a realizar este estudio he analizado otras trayectorias continentales hacia La Plata a fin de comprobar que los datos de nuestra estación resultaban útiles para obtener curvas de dispersión que reflejen claramente las distintas trayectorias entre evento y estación. Como segunda aplicación, presento la determinación de los valores de aceleración a los que han sido sometidos los edificios más altos de la ciudad de Buenos Aires, al momento de estar excitados por las ondas sísmicas generadas en ocasión de sismos en el litoral chileno. La ciudad de Buenos Aires, con una población metropolitana de cerca de 10 millones de habitantes, está situada en el este de la gran llanura formada a partir de potentes capas de sedimentos aluviales que constituyen la pampa argentina. La actividad sísmica del área que la circunda es baja; sin embargo, la historia sísmica del oeste argentino así como de la costa oeste de América del Sur muestran que en cada centuria ocurren varios eventos sísmicos de magnitud mayor que Ms = 8, que pueden ser percibidos en esta zona. Teniendo en cuenta que actualmente los edificios más altos superan los cien metros de altura, es conveniente estimar las amplitudes del movimiento en los pisos superiores de estos edificios cuando son sacudidos por las ondas generadas por eventos sísmicos distantes y de gran magnitud. Este trabajo consta de tres primeros capítulos donde se realiza una presentación teórica de los conceptos en Sismometría, Estación sismológica moderna y Cálculo de ruido, que luego serán utilizados; otros tres capítulos, cada uno de los cuales corresponde a una de las estaciones sismológicas digitales que se han actualizado e instalado en estos últimos años y finalmente dos capítulos con Aplicaciones del uso de datos digitales obtenidos en la estación sismológica La Plata.

El presente trabajo de título es un estudio experimental acerca del efecto que las ondas superficiales generadas por viento tienen sobre la tasa de transferencia de oxígeno en la interfaz de un cuerpo de agua. De forma específica, la investigación busca caracterizar el comportamiento del oleaje generado dentro de cierto rango de velocidades del viento. La relación entre estas características y la tasa de transferencia de oxígeno observada constituye el principal objeto de estudio de esta investigación. Los experimentos se realizaron en un túnel de viento que contiene un estanque de agua. El diseño de la instalación permite la medición de perfiles verticales de velocidad sobre la superficie libre con el fin de caracterizar la evolución de la capa límite del flujo de viento a lo largo del estanque. Se registró la elevación y pendiente del oleaje utilizando un sensor de capacitancia, así como también procesando digitalmente secuencias de imágenes tomadas por una cámara de alta velocidad. El análisis de estas imágenes fue también cualitativo, permitiendo la observación de distintos estados del oleaje. La velocidad superficial del agua fue obtenida utilizando partículas trazadoras, cuya trayectoria fue registrada a través de una cámara de alta velocidad. Se utilizaron mediciones de la tasa de transferencia de oxígeno obtenidas en un trabajo anterior en la misma instalación experimental. Se realizaron experiencias en un rango de velocidades medias del viento entre 3.5 m/s y 11.3 m/s, las que generaron velocidades friccionales en el rango entre 0.1 m/s a 1.0 m/s. Varios estados del oleaje pudieron ser observados a lo largo del estanque para estas forzantes. Para una velocidad friccional de hasta aproximadamente 0.2 m/s, se obtuvo una superficie rizada con ondulaciones de pequeña escala. El oleaje se desarrolla rápidamente por sobre este valor, observándose un sostenido aumento en su amplitud y pendiente. Se registró un aumento singular en el valor de la pendiente del oleaje al alcanzar una forzante de aproximadamente 0.4 m/s. Éste coincide con la aparición de ondas con frentes de alta pendiente, poblados de ondas capilares parasitarias. La tasa de transferencia de oxígeno mostró un salto del 50% en su valor al alcanzarse este estado. Se observó igualmente un fuerte aumento en la velocidad friccional a partir de este momento. La tasa de transferencia mostró una dispersión considerable al ser parametrizada con la velocidad friccional del viento, aún cuando el ajuste concuerda con trabajos experimentales similares. Al ser comparados resultados de fuentes diversas, la dispersión crece sustancialmente. La pendiente cuadrática media del oleaje mostró un buen ajuste lineal con la tasa de transferencia de oxígeno para todo el rango de velocidades observado. El ajuste conseguido es concordante con una gran cantidad de investigaciones experimentales publicadas.

L'estiu de 2005, es varen instal·lar un sismòmetre de fons marí (OBS, sigles en anglès d'Ocean Bottom Seimometer) permanent, de tres components i banda ampla, i un sensor diferencial de pressió, a les immediacions de la plataforma petrolífera Casablanca (Repsol Investigaciones Petrolíferas S.A.), a uns 150 m de fondària i 50 km de la costa de Tarragona. Aquesta iniciativa, pionera a l'Estat espanyol, es va portar a terme en el marc del projecte Casablanca (REN2003-06577), concedit pel Ministerio de Educación y Ciencia a l'Institut Geològic de Catalunya (IGC) i l'Observatori de l'Ebre, amb l'objectiu de caracteritzar la detectabilitat de l'OBS i millorar el coneixement de la sismicitat i el risc sísmic a la zona. L'any 2007, després d'una reinstal·lació dels sensors en què es varen introduir millores, la transmissió satèl·lit en temps real del senyal al centre de recepció de dades sísmiques a l'IGC de Barcelona va possibilitar la integració de l'OBS a la xarxa sísmica de Catalunya.L'anàlisi de soroll sísmic ambiental a l'emplaçament de l'OBS Casablanca mostra nivells alts als tres components, especialment a baixes freqüències i a la banda microsísmica. Així mateix, s'observen variacions estacionals i la influència de les condicions meteorològiques i oceanogràfiques. La comparació dels nivells de soroll a l'OBS Casablanca amb el d'un altre OBS situat a la mar de Ligúria, amb una instrumentació semblant, però instal·lat a una fondària de 2500 m, mostra un comportament més sorollós a Casablanca, probablement a causa de la menor profunditat a què està situat.Tot i el seu comportament sorollós, l'OBS Casablanca ha enregistrat diversos sismes locals, regionals i telesismes. Malgrat la petita magnitud i l'escassesa de terratrèmols locals succeïts durant el període de funcionament de l'OBS, l'estació ha mostrat la seva utilitat de cara a la millora de les localitzacions hipocentrals dels sismes propers amb epicentre a la mar. Noves dades permetran la validació d'aquest resultat.El senyal de l'OBS Casablanca, juntament amb el d'estacions situades a la Península Ibèrica, el nord d'Àfrica i les Illes Balears, s'ha pogut utilitzar amb èxit en un estudi de tomografia d'ones superficials amb soroll sísmic ambiental realitzat al NE de la Península. El procediment de l'estudi tomogràfic ha inclòs un tractament del senyal a fi de minimitzar l'energia aportada pels terratrèmols i normalitzar les amplituds a totes les freqüències. Mitjançant el càlcul de la correlació creuada per a tots els parells d'estacions disponibles durant un període de més d'un any, s'ha trobat un senyal equivalent a la funció de Green del medi, que ha possibilitat la mesura de la velocitat de grup i de fase. La representació dels resultats en forma de mapes de dispersió mostra zones d'altes i baixes velocitats, coherents amb les principals estructures geològiques de l'escorça i part del mantell superior. / Durante el verano de 2005, se instalaron un sismómetro de fondo marino (OBS, siglas en inglés de Ocean Bottom Seismometer) permanente, de tres componentes y banda ancha, y un sensor diferencial de presión, en las inmediaciones de la plataforma petrolífera Casablanca (Repsol Investigaciones Petrolíferas S.A.), a unos 150 m de profundidad y 50 km de la costa de Tarragona. Esta iniciativa, pionera en España, se llevó a cabo en el marco del proyecto Casablanca (REN2003-06577), concedido por el Ministerio de Educación y Ciencia al Institut Geològic de Catalunya (IGC) y al Observatori de l'Ebre, con el objetivo de caracterizar la detectabilidad del OBS y mejorar el conocimiento de la sismicidad y el riesgo sísmico en la zona. En el año 2007, después de una reinstalación en la que se introdujeron mejoras, la transmisión satélite en tiempo real de la señal al centro de recepción de datos sísmicos del IGC en Barcelona posibilitó la integración del OBS a la red sísmica de Cataluña.El análisis del ruido sísmico ambiental en el emplazamiento del OBS Casablanca muestra niveles altos en las tres componentes, especialmente a bajas frecuencias y en la banda microsísmica. También se observan variaciones estacionales y la influencia de las condiciones meteorológicas y oceanográficas. La comparación de los niveles de ruido en el OBS Casablanca con los de otro OBS situado en el mar de Liguria, de instrumentación similar, pero instalado a 2500 m de profundidad, muestra un comportamiento más ruidoso en Casablanca, probablemente a causa de la menor profundidad a la que está situado.Aunque de comportamiento ruidoso, el OBS Casablanca ha registrado numerosos seísmos locales, regionales y teleseísmos. A pesar de la pequeña magnitud y la escasez de terremotos locales durante el periodo de funcionamiento del OBS, la estación ha mostrado su utilidad de cara a la mejora de las localizaciones hipocentrales de los seísmos cercanos con epicentro en el mar. Nuevos datos permitirán la validación de este resultado.La señal del OBS Casablanca, junto con la de estaciones situadas en la Península Ibérica, el norte de África y las Islas Baleares, se ha podido utilizar con éxito en un estudio de tomografía de ondas superficiales con ruido sísmico ambiental realizado al NE de la Península. El procedimiento del estudio tomográfico ha incluido el tratamiento de la señal para minimizar la energía aportada por los terremotos y normalizar las amplitudes para todas las frecuencias. Mediante el cálculo de la correlación cruzada para todos los pares de estaciones disponibles durante un periodo de más de un año, se ha obtenido una señal equivalente a la función de Green del medio, que ha posibilitado la medida de la velocidad de grupo y de fase. La representación de los resultados en forma de mapas de dispersión muestra zonas de altas y bajas velocidades, coherentes con las principales estructuras geológicas de la corteza y parte del manto superior. / During the summer of 2005, a three-component broad-band permanent ocean bottom seismometer (OBS) and a differential pressure gauge were deployed near the Casablanca oil platform (Repsol Investigaciones Petrolíferas S.A.) at a depth of about 150 m and 50 km away from the Tarragona coast (NE Iberian Peninsula). This initiative, pioneer in Spain, was carried out within the framework of the Casablanca project (RES2003-06577), given by the Ministerio de Educación y Ciencia to the Institut Geològic de Catalunya (IGC) and to the Observatori de l'Ebre. The aim of this project was to characterize the OBS detection threshold and to improve the knowledge of the seismicity and seismic risk in the area around. In 2007 satellite transmission was implemented to have continuous and real time data, which allowed integrating the OBS into the Catalan Seismic Network.A seismic ambient noise analysis at the Casablanca OBS site shows high levels on the three components, especially at low frequencies and at the microseismic band. Seasonal variations and the meteorological and oceanographic conditions influence are also observed. The comparison between Casablanca OBS noise levels and those from another OBS placed at the Ligurian Sea, equipped with similar instrumentation but installed at a depth of 2500 m, shows that the Casablanca site is noisier, probably due to its shallower deployment.Despite its noisy behaviour, the Casablanca OBS has recorded a number of local and regional earthquakes and teleseisms. Only few close small events have occurred during the OBS running period. Nevertheless, the station has shown its utility to improve hipocentral locations of close earthquakes with the epicentre offshore.The Casablanca OBS signal, together with that from stations placed at the Iberian Peninsula, northern Africa and Balearic Islands, has been successfully used in a surface wave tomographic study from ambient noise in the NE Iberian Peninsula. The tomographic study includes a signal processing to minimize the energy from earthquakes and to normalize the amplitudes for all frequencies. A signal equivalent to the Green function has been obtained through the cross-correlation between all the possible station pairs during a period longer than one year, allowing the measurement of group and phase velocities. The results, which are presented as dispersion maps, show areas of high and low velocities that are coherent with the main crust and upper mantle geological structures.

En la realización de este trabajo se obtendrán las expresiones analíticas que permiten describir las propiedades acústicas de una red de elementos dispersivos en el interior de una guía de ondas, permitiendo así, obtener en el límite de homogenización los parámetros efectivos que caracterizan al metamaterial y la verificación experimental de las propiedades acústicas del metamaterial. Matemáticamente este problema se tratará con la teoría de la dispersión múltiple, ya que las geometrías a tratar en este trabajo van a ser cilíndricas y dicha teoría se ha demostrado ser la mas efectiva para esos casos y usando la técnica de ¿mode matching ¿para la resolución general del problema de la dispersión de campo acústico en el interior de una guía de ondas. / Graciá Salgado, R. (2014). Diseño y caracterización de metamateriales acústicos basados en guías de onda [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/38759