Estructura de la Monografa
Estructura de la Monografa
TITULO: Conceptos de ciencias bsicas y su relacin en los mtodos
de estudio de suelos.
1. RESUMEN
2. INTRODUCCION
.
Objetivo General:
Identificacin de conceptos de Fsica, Qumica, Biologa y su
relacin en los mtodos de estudio de suelos
Objetivos Especficos:
Recopilacin y revisin de la informacin Delimitacin y organizacin
de la informacin Identificacin y descripcin de los mtodos de
estudio de suelos Realizar el esquema general de cada mtodo de
estudio de suelos Realizar la descripcin detallada de cada etapa
del mtodo de estudio de suelos (incluye todos los mtodos)
Identificacin y descripcin de la tecnologa usada en cada etapa de
los mtodos de estudio de suelos (incluye todos los mtodos)
Identificacin y descripcin de las aplicaciones en la ingeniera y la
sociedad Identificacin y descripcin del impacto en el medio
ambiente y la sociedad Identificacin de conceptos de Fsica, Qumica,
Biologa en cada etapa de de los mtodos de estudio de suelos
Definicin de conceptos de Fsica, Qumica, Biologa identificados
Relacin de conceptos de Fsica, Qumica, Biologa (Leyes y Teoras de
la Ciencia) Redaccin del Informe final
3. CAPITULO I MARCO TEORICO
4.1 Definicin, historia, aplicaciones, etc. de los mtodos de
estudio de suelos
MTODO ELECTRICO:
ANTECEDENTESEl mtodo de resistividad elctrica para exploracin de
suelos est comprendido dentro del grupo de los llamados Mtodos
Geofsicos, que proporcionan informacin rpida y econmica, operando
sobre la superficie del terreno. Se apoya, como lo indica su
nombre, en medir la resistencia elctrica que determinado tipo de
suelo ofrece al paso de una corriente elctrica inducida en su
interior. Como dicha resistencia, medida en cm, es muy variable
dentro de un mismo tipo de suelo, y por no obtener muestras
representativas, el mtodo tiene la desventaja de su difcil
interpretacin.Como en la regin no se ha encontrado experiencia
suficiente del uso del mtodo de resistividad con fines
estructurales, se program el presente trabajo para tratar de
definir, en base a modelos preparados, el distinto comportamiento
en suelos previamente conocidos.La informacin obtenida de trabajos
realizados con otros fines por distintos autores, permite apreciar
una parcial superposicin de valores dentro de los entornos de
variacin definidos para distintos tipos de suelos, lo cual es uno
de los motivos de la difcil interpretacin de resultados antes
mencionada.
Mtodo de resistividad elctrica: Este mtodo se basa en el hecho
de que los suelos, dependiendo de su naturaleza, presentan una
mayor o menor resistividad elctrica cuando una corriente es
inducida a travs. Su principal aplicacin est en el campo de la
minera, pero en mecnica de suelos se ha aplicado para determinar la
presencia de estratos de roca en el subsuelo.La resistividad
elctrica de una zona de suelo puede medirse colocando cuatro
electrodos igualmente espaciados en la superficie y alineados; los
dos exteriores, conectados en serie a una batera son los electrodos
de corriente (medida por un miliampermetro), en tanto que los
interiores se denominan de potencial de la corriente circulante.El
mtodo sirve, en primer lugar, para medir las resistividades a
diferentes profundidades, en un mismo lugar y, en segundo, para
medir la resistividad a una profundidad, a lo largo de un perfil.
Lo primero se logra aumentando la distancia entre electrodos, con
lo que se logra que la corriente penetre a mayor profundidad. Lo
segundo se logra conservando la distancia constante y desplazando
todo el equipo sobre la lnea a explorar.Las mayores resistividades
corresponden a rocas duras, siguiendo rocas suaves, gravas
compactas, etc, y teniendo los menos valores los suelos suaves
saturados.
MATERIALES, EQUIPOS Y MTODOSSe ejecutaron mediciones in situ
donde posteriormente se identificaron los estratos
correspondientes, confeccionndose luego tablas donde se vinculan su
clasificacin y la resistencia elctrica medida. Se estudiaron las
distintas variables en un modelo de laboratorio con procedimientos
normalizados y configuracin Wenner de electrodos, tal como se
procedi en campo.
Materiales:
Ensayos de campo:Se han realizado mediciones sobre suelos en los
que se tiene informacin de poseer caractersticas particulares como
para estudiar con ellos los valores de resistencia elctrica in
situ, en condiciones totalmente naturales.
Ensayos de laboratorio:A los fines de poder disponer de
resultados con propsitos de realizar comparaciones, se utilizaron
suelos tipos para preparar ensayos a pequea escala en laboratorio,
siguiendo las normas pertinentes para la configuracin de electrodos
adoptada.
Equipos:
Ensayos de campo:Elementos para la extraccin de muestras
confiables para clasificarlas y obtener de ellas su contenido de
agua.Medios de alineacin para la correcta ejecucin de lecturas con
configuracin Wenner de electrodos.
Ensayos de laboratorio:Instrumental necesario para la
identificacin y clasificacin de los suelos utilizados en
laboratorio y en campo.
Mtodos:Ensayos de campo:Simultneamente con el uso del medidor de
resistividad se utiliz el mtodo del barreno para la extraccin de
muestras de suelo en el punto medio de la lnea recta sobre la cual
estn dispuestos los electrodos equidistantes uno con otro. Las
mediciones se realizaron en lugares donde el suelo natural estaba
conformado por tipos de suelos caractersticos.Las humedades fueron
obtenidas con muestras separadas en profundidad cada una de ellas
en 20 cm. Aquellas que estuvieron destinadas a ser clasificadas
fueron extradas siguiendo disposiciones tcnicas de
VialidadNacional.
Ensayos de laboratorio:La finalidad de estos ensayos es estudiar
la variacin del valor de resistividad que poseen suelos
caractersticos de la zona. Las mediciones se realizaron con
distintos tenores de humedad dados artificialmente a un mismo
suelo, compactado dentro del molde normalizado siguiendo las normas
respectivas del ensayo estndar de compactacin. Se utilizaron
distintos suelos cuya clasificacin corresponda a familias tipo de
la zona, a los fines de tener un cuadro general de valores.Al igual
que en campo, se utiliz la configuracin de electrodos dada por
Wenner, con una separacin constante de 5 cm. entre cada uno. Para
atenuar el efecto producido por las paredes del molde se los
separaron del mismo 2,5 cm., como as lo indican las normas
britnicas. La profundidad de lectura, que resulta igual a la
separacin de electrodos, para este ensayo se mantuvo constante.
DISCUSIN DE RESULTADOSEnsayos de campo:En los cuatro ensayos que
figuran abajo se pone en evidencia la variacin de la resistividad
con el tipo de suelo, y ms an con la profundidad a que se realiza
la lectura. Se observa que para todas las curvas, salvo la de la
localidad de Pto. Barranqueras, hasta los 2.50 m., los valores de
resistividad disminuyen con la profundidad. Para las curvas de
Estacin Meteorolgica (UNNE), Paran (ribera zona Pto. Vilelas)
yBarranqueras, para las profundidades de 3.20 m, 1.40 m, y 2.50 m,
respectivamente, se encontr el nivel fretico, el cual se pone en
evidencia por un leve cambio en la continuidad de las curvas. Tal
caracterstica permitira que, una vez representados grficamente los
valores relevados en campo, se pueda determinar la profundidad a
que se encuentra la napa sin ser necesaria una perforacin.Si se
comparan las mediciones de resistividad de 18 m obtenidos en los
estratos estudiados, a excepcin de las de Barranqueras, se observa
que este mismo valor corresponde a un suelo arcilloso de mediana
plasticidad
Los mtodos elctricos son un tipo de mtodo geofsico, y
constituyen pruebas realizadas para la determinacin de las
caractersticas geotcnicas de un terrenoEsta prospeccin tiene como
objetivo determinar la resistividad elctrica de las rocas que
constituyen el subsuelo y su distribucinSONDEO ELECTRICO VERTICAL
(SEV) intenta distinguir o conocer las formaciones geolgicas que se
encuentran en profundidades mediante algn parmetro fsico este mtodo
es muy antiguo pero se sigue utilizando debido a su sencillez y a
la relativa economa del equipo necesario su finalidad es averiguar
la distribucin vertical en profundidad de las resistividades
aparentes bajo el punto sondeado a partir de medidas de diferencia
de potencial en la superficie.
4.2 Estado de la tecnologa en los mtodos de estudio de suelos y
sus aplicaciones en el mundo4.3 Estado de la tecnologa en los
mtodos de estudio de suelos y sus aplicaciones en el Per4.4 Estado
de la tecnologa en los mtodos de estudio de suelos y sus
aplicaciones en Arequipa4.5
4. CAP II ETAPAS DE LOS METODOS DE ESTUDIO DE SUELOS Y SUS
APLICACIONES EN LA INGENIERIA
5.1 Esquema general de los mtodos de estudio de suelos (hacer un
diagrama)
Mtodos Ssmicos
Los mtodos ssmicos de prospeccin geofsica se fundamentan en el
estudio de la propagacin de las ondas elsticas en el medio. La seal
ssmica, que puede ser generada artificialmente (martillo, cada de
pesos,) o ser natural (ssmica pasiva), es registrada mediante unos
sensores (gefonos) distribuidos de forma adecuada en el
terreno.
Gefono
Grfica que se obtiene de los gefono
Los principales mtodos ssmicos son: Lassmica de refraccin,
basada en el estudio de las ondas directas y refractadas
crticamente, define las distintas capas presentes en el medio con
sus velocidades ssmicas as como zonas de alteracin, fallas,
fracturas, rellenos, deslizamientos, Tcnica geofsica de aplicacin
muy extendida en obra civil y geotecnia ya que, adems de lo
mencionado, permite definir los grados de excavabilidad y
ripabilidad de los materiales. Lassmica de reflexin, fundamentada
en el estudio de las ondas reflejadas, permite definir objetivos
muy similares a la refraccin pero alcanzando profundidades muy
superiores (varios kilmetros). Latomografa ssmica de superficie,
cuyo desarrollo en campo es similar a la ssmica de refraccin pero
con una mayor densidad de puntos de disparo, permite obtener,
mediante un proceso interactivo, modelos de inversin de velocidad
ssmica partiendo de un modelo inicial. Lassmica pasiva REMIse basa
en el anlisis espectral de las ondas superficiales para definir la
distribucin de velocidad de onda S (Vs) con la profundidad. Tcnica
de aplicacin muy extendida en medios con fuerte ruido ssmico (medio
urbano, zonas con trfico u obras, etc.) y tambin empleada como
complemento a tcnicas que definen velocidad ssmica de onda P
(Vp).
Esquema de campo de la ssmica de refraccin y de la ssmica
pasiva
Losensayos down-hole y cross-hole:son tcnicas geofsicas en
sondeo que se basan en el estudio de las ondas directas y refractas
para obtener la distribucin de velocidades ssmicas de ondas P y S.
Estos valores, junto con la densidad de los materiales, permite
definir los mdulos elsticos de los mismos fundamentales para
distintos clculos geotcnicos. Latomografa ssmica en sondeos:nos
permite definir con gran precisin la distribucin de velocidades
ssmicas Vp entre dos sondeos mediante una alta densidad de pares
punto de disparo receptor. Lassmica paralela:es un ensayo ssmico en
sondeo que permite definir la profundidad de elementos
constructivos enterrados (muros, pantallas, pilotes,) gracias al
cambio brusco de velocidad ssmica que se produce en su lmite.
Georadar GPR
El mtodo geofsico del georadar GPR (Ground Penetrating Radar)
estudia las reflexiones de las seales electromagnticas producidas
por una antena emisora y recogidas por otra antena, en este caso
receptora de la seal, ubicadas en un sistema mvil y ligero de uso
muy sencillo.Este mtodo electromagntico emplea frecuencias altas
(desde 20 MHz hasta 1GHz) lo que permite obtener muy alta resolucin
en el estudio siendo baja su profundidad de penetracin (unos pocos
metros).En los estudios GPR la antena se desliza por el suelo
observndose a tiempo real la seal registrada (radargrama) en una
pantalla donde las mximas amplitudes se corresponden con la seal
reflejada en discontinuidades del terreno (cambios litolgicos del
terreno, presencia de huecos, servicios o galeras, restos
arqueolgicos, etc.).Esta tcnica se emplea de manera muy habitual en
la localizacin de servicios, oquedades o restos arqueolgicos,
auscultacin de tneles,El principal problema del georadar es la
profundidad de estudio ya que la alta frecuencia de la seal se
atena muy rpidamente en el medio, en mayor medida cuanto ms
conductor sea ste (presencia de agua, materiales conductores,).
Debido a ello las antenas presentan amplios rangos de penetracin ya
que sta no solo depende de la frecuencia (cuanto mayor es la
frecuencia ms resolucin obtendremos y menor penetracin) sino tambin
de las caractersticas del medio.
Grfica que se observa en el display del georadar debido a una
cavidad.
Servicios subterrneos detectados por el georadar
Georadar: abajo el emisor-receptor y arriba el ordenador-display
donde se registra la seal
Mtodos Elctricos
Los mtodos elctricos en corriente continua (Geoelctrica) se
fundamentan en el estudio de la propagacin de la seal elctrica en
el medio. La Geoelctrica ha desarrollado multitud de dispositivos
(Schlumberger, Wenner, dipolo-dipolo, polo-dipolo, etc.)El fin
ltimo es el conocimiento de las resistividades elctricas presentes
en el subsuelo mediante las medidas de diferencia de potencial
(electrodos M y N) generadas por la inyeccin de una corriente
elctrica en el subsuelo (electrodos A y B). Las dos tcnicas
geoelctricas ms empleadas, principalmente en obra civil, geotecnia,
hidrogeologa y medio ambiente, son las tomografas elctricas y los
sondeos elctricos verticales SEVs. Latomografa elctrica: muy
desarrollada desde la aparicin de los equipos multielectrodo,
permite obtener secciones 2D de alta resolucin de resistividad
elctrica real mediante la inversin de pseudosecciones de
resistividad aparente. Las tomografas elctricas no son ms que
distintos niveles de las calicatas elctricas tradicionales sobre
los que se realiza una inversin para obtener modelos 2D de
resistividades reales.
Tomografa Elctrica Lossondeos elctricos verticales SEVs:permiten
obtener la distribucin de resistividades reales con la profundidad
en un punto (informacin 1D) mediante la inversin de curvas
resistividad aparente distancia AB. Con los SEVs podemos alcanzar
varios kilmetros de profundidad siempre y cuando se cumplan ciertos
condicionantes.Aunque no son estrictamente mtodos elctricos en
corriente continua podemos incluir en este apartado, al estar
relacionados con caractersticas elctricas de los materiales, los
estudios de polarizacin inducida (obtenemos informacin de
resistividad elctrica y cargabilidad de los materiales), cuerpo
cargado o potencial espontneo (mtodo de campo natural).
Mtodos Potenciales
Los mtodos potenciales de prospeccin geofsica comprenden las
tcnicas que emplean campos potenciales, como el gravimtrico o el
magntico, en el estudio del subsuelo. Como norma general con estos
mtodos se obtienen imgenes 2D en planta que permiten definir
cambios laterales de los materiales asociados a cambios en las
propiedades fsicas de los mismos (densidad, susceptibilidad
magntica,). Estos mtodos geofsicos no precisan de ninguna fuente
artificial sino que miden un campo natural presente en el medio
mediante perfiles o mallas de datos. Los principales mtodos
potenciales son la prospeccin gravimtrica y la magntica.
LaGravimetra: se basa en el estudio del campo gravimtrico terrestre
con el fin de detectar cambios de materiales o variaciones en la
densidad de los mismos. La prospeccin gravimtrica suele realizarse
en forma de malla (datos equiespaciados en las dos direcciones
horizontales, X e Y) de forma que podemos definir un mapa 2D de
gravedad resultado de aplicar distintas correcciones (topografa,
deriva, mareas, etc.) a los datos originales. Una vez aplicadas
estas correcciones obtendremos las imgenes de Bouguer y Residual en
las que se pretenden definir o aislar los cambios locales (anomalas
gravimtricas) objetivo final del estudio. La gravimetra se aplica
principalmente en minera metlica y geotecnia (deteccin de huecos y
cavidades). LaMagnetometra:se basa en el estudio del campo magntico
terrestre con el fin de localizar cambios de materiales o
variaciones en las propiedades magnticas de los mismos. Al igual
que la Gravimetra suele realizarse en forma de malla obtenindose
como resultado final un mapa 2D en el que se ha aplicado alguna
correccin (deriva, reduccin al polo,). La Magnetometra es un mtodo
bastante rpido y econmico y se emplea principalmente en arqueologa,
minera metlica y geologa estructural.
Mtodos ElectromagnticosExisten modalidades en los mtodos de
exploracin elctrica del subsuelo, cada una de ellas con su propio
campo de aplicacin, sus ventajas y sus defectos. A continuacin se
da un bosquejo de la clasificacin de los mtodos geoelctricos ms
importantes y difundidos.a) Mtodos de campo natural (potencial
espontneo, corrientes telricas,).b) Mtodos de campo artificial, ya
sea constante (cuerpo cargado, sondeos elctricos, calicatas) o
variable (sondeos de frecuencia, transitorios,) y polarizacin
inducida.APLICACIONES:Los ms importantes y difundidos son los
siguientes:a) Investigaciones tectnicas para la bsqueda petrleo.b)
Estudios para la localizacin de aguas subterrneas.c) Estudios
complementarios para cartografa geolgica bajo recubrimiento.d)
Estudios d e cuencas carbonferas.e) Localizacin de yacimientos de
otros minerales tiles.f) Investigaciones de firmes, cimentaciones y
desprendimientos de tierras para Ingeniera Civil.g) Localizacin y
ubicacin aproximada de materiales de construccin.h) Investigaciones
a profundidad muy reducida para la localizacin de objetos y
edificaciones enterradas, como gua y ayuda para investigaciones
arqueolgicas.i) Estudios de de zonas muy profundas de la corteza
terrestre.j) Estudios geotrmicos.PROPIEDADES ELECTROMGNETICAS DE
LAS ROCAS:La aplicacin de los mtodos geoelctricos exige el
conocimiento de las propiedades electromagnticas de las rocas y de
los minerales que las constituyen. Estas propiedades se expresan
fundamentalmente por medio de tres magnitudes fsicas que son:
La resistividad elctrica (o su inversa la conductividad T) La
constante dielctrica e; y La permeabilidad magntica
Las propiedades que interesan al prospector son las de las rocas
y minerales tal como se encuentran en la naturaleza, con sus
impurezas, fisuras, diaclasas, humedad, etc.
LA RESISTIVIDAD:
Por Fsica elemental sabemos que si aplicamos un potencial V a un
cuerpo de seccin constante A, la corriente I es proporcional al
potencial V:
Donde R es la llamada resistencia del cuerpo.
Tambin sabemos que la resistencia R de un material dado es
proporcional a su longitud L es inversamente proporcional a la
seccin A atravesada:
Donde es la resistividad del material y est expresada en O .
m.
La resistividad es una medida de la dificultad que la corriente
elctrica encuentra a su paso en un material determinado. Pero,
igualmente poda haberse considerado la facilidad de paso, surgiendo
as el concepto de conductividad que es el inverso de la
resistividad:
La unidad de conductividad es: mho / m
Clases de conductividad en minerales y agua: El siguiente cuadro
muestra las clases de conductividad:
Resistividad de las aguas naturales:
El agua pura es muy poco conductora, a causa de su muy reducida
disociacin por lo que puede considerarse como aislante. Las aguas
que se encuentran en la naturaleza presentan conductividad
apreciable ya que siempre tienen disuelta alguna sal. La cantidad y
clase de sal disuelta depende de la naturaleza de la roca con que
las aguas hayan estado en contacto en su marcha por la superficie
del terreno, o subterrnea. La cantidad de sales de las aguas suele
oscilar entre 0,1 g/l y 35 g/l (esta ltima cifra de las aguas
marinas).
Se da a continuacin una lista de los mrgenes de variacin de la
resistividad de las aguas naturales:
Agua de lagos y arroyos de alta montaa1000 a 3000 r.m.
Aguas dulces superficiales10 a 3000 r.m.
Aguas salobres superficiales2 a 10 r.m.
Aguas subterrneas1 a 20 r.m.
Agua de lagos salados0,1 a 1 r.m
Aguas marinas~ 0,2 r.m
Aguas de impregnacin de rocas0,03 a 10 r.m
Resistividad de las rocas:
Si la resistividad de las rocas dependiese nicamente de los
minerales que la forman, habran de considerarse a las rocas
aislantes en la inmensa mayora de los casos. Afortunadamente todas
las rocas tienen poros en mayor o menor proporcin, los cuales estn
ocupados parcial o totalmente por electrolitos por lo que las rocas
se comportan como conductores inicos de resistividad muy variables
segn los casos. Se hace necesario estudiar la resistividad de
medios heterogneos, las que se compondrn en los casos ms sencillos
de 2 materiales, uno de los cuales tiene una resistividad y sirve
de matriz a otro de resistividad que est disperso en el interior
del primero.
A continuacin se presenta un grfico con las mrgenes de variacin
ms comunes en algunas rocas y minerales. La fisuracin, impregnacin
de agua salada, etc., pueden extender estos lmites. La anisotropa
de las rocas:
La resistividad de muchos minerales, y como consecuencia, la de
las rocas que stos constituyen, varan con la direccin considerada,
es decir que estos cuerpos son anistropos. Entonces la resistividad
no puede considerarse como un escalar, sino por un tensor simtrico
, lo que exige el conocimiento de 6 componentes.
Si se toman como ejes de coordenadas los principales del tensor,
la cosa se simplifica, entonces la resistividad queda determinada
por 3 datos:
El coeficiente de anisotropa es:
La anisotropa de la mayora de las rocas no suele exceder de A =
1,1 pero algunas de ellas, por razn de su textura, alcanzan valores
notablemente ms altos.
Resistividad y temperatura:
El estudio de la variacin de la resistividad de las rocas en
funcin de la temperatura se debe a dos cuestiones: por un lado, el
posible efecto de las temperaturas bajas propias de pases de
latitud muy elevada, con zonas de congelacin permanente y por otro,
las altas temperaturas que reinan en las zonas inferiores de la
corteza y parte superior del manto, al alcance de sondeos elctricos
ultra profundos.
Los estudios demuestran que cuando la conductividad se debe al
agua contenida en los poros, el descenso de temperatura produce un
aumento rpido de la resistividad en las proximidades de 0 C,
seguido por un crecimiento mas suave a temperaturas aun ms
bajas.
El aumento producido a la temperatura como se aprecia en la
figura, aproximada del punto de congelacin es ms fuerte cuando la
roca es de grano grueso (curva a) que cuando es de grano fino
(curva b).
PERFILES ELECTROMAGNTICOS:
Se efectuaron un total de 8 perfiles electromagnticos en el
dominio de la frecuencia, de 100 metros, 4 a lo largo de la
direccin de las cerradas de las presas y 4 perpendiculares a stas,
en la zona del vaso para localizar la existencia de posibles
fracturas, as como determinar los cambios laterales que se
presentan tanto en la zona de la cerrada como en los bordes de la
presa en la parte de mayor altura de agua.
El modo de trabajo elegido para la realizacin de los perfiles ha
sido con ambas bobinas coplanares dispuestas segn un plano
horizontal. La distancia entre el emisor y receptor ha sido de 40 m
y el paso entre estaciones fue de 5 metros. Las frecuencias
utilizados fueron las siguientes:
14 000 Hz | 7 040 Hz | 3 520 Hz | 1 700 Hz | 880 Hz | 440
Hz.
Los mtodos electromagnticos o mtodos elctricos en corriente
alterna se basan en el estudio del subsuelo a travs de los cambios
en las propiedades elctricas y magnticas de los materiales que lo
componen.Los mtodos EM pueden ser de campo natural o artificial,
pueden estudiar con detalle los primeros metros o alcanzar varios
kilmetros de profundidad con menor resolucin, pueden proporcionar
informacin 1D, 2D o 3D del medio,, son, por lo tanto, muy diversos
y capaces de definir objetivos muy diferentes.Los denominados
electromagnticos ligeros emplean aparatos relativamente sencillos
que permiten realizar calicatas electromagnticas de zonas grandes
en relativamente poco tiempo. Proporcionan informacin en planta de
conductividad elctrica que permite definir cambios laterales de
materiales hasta unas pocas decenas de metros de profundidad. Se
aplican principalmente en arqueologa y geotecnia.Los
electromagnticos profundos, bien sean en el dominio del tiempo o en
el de frecuencias, emplean bucles o dipolos de gran tamao junto con
antenas receptoras de campo magntico. Su principal aplicacin est
dentro de la hidrogeologa y la minera metlica aunque por su gran
penetracin pueden utilizarse en cualquier estudio geolgico
profundo. Dentro de este grupo podemos destacar: Lossondeos
electromagnticos en el dominio del tiempo(SEDT) permiten obtener
informacin 1D o 2D de resistividad elctrica hasta un mximo de un
kilmetro de profundidad. Lossondeos magneto telricosque
proporcionan informacin 1D, 2D y 3D de resistividad elctrica hasta
varios kilmetros de profundidad utilizando las corrientes telricas
naturales. En zonas con ruido se puede emplear una corriente
artificial como fuente alcanzndose menor profundidad de estudio
pero con mayor calidad de medidas.Por ltimo los equipos
electromagnticos de baja frecuencia o VLF (Very Low Frequency) se
basan en el estudio de ondas de frecuencia entre 10 y 30 KHz. Se
emplea principalmente en geologa estructural
5.2 Descripcin de las etapas de los mtodos de estudio de
suelos
1. MTODOS SSMICOSLos mtodos ssmicos representan una herramienta
indispensable en la prospeccin geofsica.Esto debido a que mediante
estos se obtiene una mayor cantidad de informacin en relacin a
estructuras presentes en el subsuelo, que en comparacin con
cualquier otro mtodo de prospeccin geofsica. Entre los mtodos
ssmicos de la geofsica aplicada se distinguen dos principalmente,
los de refraccin y los de reflexin ssmica. La base de estos mtodos
es la medicin del tiempo de propagacin de las ondas elsticas,
transcurrido entre el sitio donde se generan las ondas ssmicas y la
llegada de estas a diferentes puntos de observacin. Cada uno de
estos mtodos se emplea dependiendo del objetivo, y la profundidad
que se desee alcanzar en subsuelo.Produciendo artificialmente unas
ondas ssmicas y detectando los tiempos de llegada de las ondas
producidas, una vez reflejadas o refractadas en las distintas
formaciones geolgicas, se puede obtener una imagen muy aproximada
de las discontinuidades ssmicas. Estas discontinuidades coinciden
generalmente con las discontinuidades estratigrficas.1.1 MTODO DE
REFRACCIN SSMICAEstudia la respuesta del terreno cuando se propaga
a travs de una onda de compresin (onda P) producida por medios
mecnicos en la superficie. El mtodo de refraccin ssmica, es un
mtodo de reconocimiento general especialmente en trabajos de
ingeniera civil, exploracin petrolera, y estudios hidrogeolgicos.
Permite la localizacin de los acuferos (profundidad del estrato),
la posicin y tamao del acufero. Este mtodo es particularmente usado
en reconocimiento de reas donde prcticamente no se cuenta con
informacin geolgica de la zona. El parmetro que se analiza es la
velocidad de propagacin de la onda a travs de los materiales del
subsuelo en funcin de la compacidad de los mismos.La ssmica de
refraccin resulta ser uno de los mtodos de mayor utilidad en la
prospeccin geofsica y la geotecnia, debido a que permite obtener
informacin sobre las estructuras geolgicas presentes en el
subsuelo. Adicionalmente, la ssmica de refraccin permite obtener
informacin somera del subsuelo para generar modelos de velocidades
y determinar el espesor y la profundidad de la roca. Este mtodo
estudia bsicamente la propagacin de las ondas en el subsuelo a
partir de impulsos ssmicos, generados mediante el uso de una
fuente, y gefonos colocados en el terreno, con el fin de adquirir
registros ssmicos a travs de los cuales se generan curvas distancia
versus tiempo. Con estas curvas se logran generar modelos de capas
con sus velocidades respectivas. En conjunto con los datos
geolgicos de campo, este modelo ssmico permite generar en
profundidad un modelo tectnico y estratigrfico en reas con poca
informacin de superficie. Aunque dicho mtodo posee poca resolucin
en escala vertical, es una importante herramienta cuando se
requiere conocer las propiedades del subsuelo a poca profundidad ya
que posee una gran resolucin horizontal.Principios bsicos de ssmica
de refraccinEn un levantamiento de ssmica de refraccin, una fuente
que genera una perturbacin ssmica la cual se propaga dentro del
subsuelo; esta perturbacin viaja pasando por puntos donde cambian
las propiedades elsticas del medio. En esas interfaces, ocurre un
proceso de particin de la energa, por lo cual una porcin de la
energa continua su propagacin hacia el interior de la tierra,
mientras que la otra porcin regresa a la superficie, donde es
registrada por dispositivos detectores (gefonos).Estas
perturbaciones ssmicas, originan los diferentes tipos de ondas que
conocemos entre las cuales destacamos las ondas Love, ondas
Rayleigh, ondas S y ondas P. Estas ltimas son tambin conocidas como
ondas longitudinales las cuales resultan de inters fundamental en
la prospeccin con ssmica de refraccin.Equipos de Medicin de
refraccin ssmica:El equipo de medicin de refraccin ssmica se
compone bsicamente por una fuente generadora de ondas ssmicas,
sensores que detectan las ondas (gefonos) y el equipo de adquisicin
y almacenamiento (sismgrafo).1.2 MTODO DE REFLEXIN SSMICAEl mtodo
de reflexin ssmica se basa en las reflexiones del frente de ondas
ssmicas sobre las distintas interfaces del subsuelo. Estas
interfaces (reflectores) responden, al igual que en la refraccin, a
contrastes de impedancia que posteriormente se relacionaran con las
distintas capas geolgicas. Las reflexiones son detectadas por los
receptores (gefonos) que se ubican en superficie y que estn
alineados con la fuente emisora. Dado que las distancias entre la
fuente y los gefonos son pequeas respecto a la profundidad de
penetracin que se alcanza.Este mtodo es el ms empleado en
prospeccin petrolfera ya que permite obtener informacin de capas
muy profundas. Permite definir los lmites del acufero hasta una
profundidad de 100 metros, su saturacin (contenido de agua), su
porosidad. Permite tambin la localizacin de los saltos de falla.La
ssmica de refraccin y la ssmica de reflexin se diferencian
particularmente por un elemento de geometra, es decir la refraccin
usa principalmente grandes distancias entre fuente receptor de tal
manera que la onda ssmica viaje principalmente de manera
horizontal, a lo largo del subsuelo, en vez de manera
vertical.Fuente Ssmica:Principalmente lo que se desea es generar
ondas ssmicas a travs de una fuente controlada, es decir que pueda
controlarse la localizacin y el tiempo. Entre las que podemos
mencionar:Fuentes de impacto: Generalmente mandarrias o martillos;
la energa transmitida al suelo por este mtodo no es muy grande, por
lo cual se deben apilar varias veces los impactos al suelo, con el
fin de mejorar la seal de llegada y suprimir el ruido. Existen
varias fuentes de impactos, medios mecnicos, por ejemplo dejando
caer un gran peso de una altura de 2 a 3 metros.Cargas explosivas:
Representa un tipo de fuente que genera mayor energa; son usadas
por lo general en prospeccin petrolera. La explosin puede ocurrir
en un tiempo corto, de micro a milisegundos, dependiendo de la
naturaleza y cantidad del explosivo como del material que rodea el
sitio de explosin.Disparos: Se utilizan balas o cartuchos; la
energa generada es mayor que la producida por la fuente de impacto
y por lo general menor al producido por las cargas explosivas.1.3.
LATOMOGRAFA SSMICA DE SUPERFICIE Cuyo desarrollo en campo es
similar a la ssmica de refraccin pero con una mayor densidad de
puntos de disparo, permite obtener, mediante un proceso iterativo,
modelos de inversin de velocidad ssmica partiendo de un modelo
inicial.1.4. LASSMICA PASIVA REMISe basa en el anlisis espectral de
las ondas superficiales para definir la distribucin de velocidad de
onda S (Vs) con la profundidad. Tcnica de aplicacin muy extendida
en medios con fuerte ruido ssmico (medio urbano, zonas con trfico u
obras, etc.) y tambin empleada como complemento a tcnicas que
definen velocidad ssmica de onda P (Vp).1.5. LOSENSAYOS DOWN-HOLE Y
CROSS-HOLESon tcnicas geofsicas en sondeo que se basan en el
estudio de las ondas directas y refractas para obtener la
distribucin de velocidades ssmicas de ondas P y S. Estos valores,
junto con la densidad de los materiales, permiten definir los
mdulos elsticos de los mismos fundamentales para distintos clculos
geotcnicos.1.6. LATOMOGRAFA SSMICA EN SONDEOSNos permite definir
con gran precisin la distribucin de velocidades ssmicas Vp entre
dos sondeos mediante una alta densidad de pares punto de disparo
receptor.1.7. LASSMICA PARALELAEs un ensayo ssmico en sondeo que
permite definir la profundidad de elementos constructivos
enterrados (muros, pantallas, pilotes,) gracias al cambio brusco de
velocidad ssmica que se produce en su lmite.
TOMOGRAFA ELCTRICA
3.1Introduccin.
La Tomografa elctrica es un mtodo de resistividad
multielectrdico, basado en la modelizacin 2-D de la resistividad
del terreno mediante el empleo de tcnicas numricas (elementos
finitos o diferencias finitas). Destacar que actualmente se est
avanzando en la modelizacin 3-D.De uso generalizado tanto en Europa
como en EE.UU, en la resolucin de un amplio abanico de problemas
ingenieriles e hidrogeolgicos, en Espaa contina siendo una tcnica
poco extendida y conocida bajo el nombre genrico de Tomografa
elctrica.No obstante destacar que en la bibliografa anglosajona
(i.e. Dahlin[ ]), se distinguen dos nomenclaturas en funcin de la
disposicin de los electrodos en el terreno: Electrical imaging en
el caso que se dispongan en superficie (fig. 1), o Electrical
tomography si se hallan en el interior de sondeos verticales. (fig.
2).
Si bien a nivel terico no existen diferencias significativas
entre ambas variantes, en esta tesina solo nos centraremos en la
descripcin del Electrical imaging, ya que adems de ser la tcnica ms
adecuada para el estudio de problemas de filtracin (en donde se
precisan perfiles de gran longitud), es tambin la variante ms
econmica, fcil y rpida de implementar en el campo. La aparicin de
la Tomografa elctrica ha supuesto un salto cualitativo espectacular
con respecto a los mtodos de resistividad convencionales , tcnicas
que aunque se han estado utilizando durante varias dcadas en
estudios de filtracin de agua, su limitada resolucin 2-D les
confera en general un papel secundario frente a otras tcnicas (i.e.
Potencial espontneo).Este avance se debe fundamentalmente a dos
razones:
En primer lugar porque estos mtodos convencionales solo utilizan
4 electrodos, siendo necesario para cada medida variar manualmente
sus posiciones en el terreno (proceso relativamente lento y
pesado). En cambio el mtodo de Tomografa elctrica es una tcnica
multielectrdica, en el que todo el proceso de adquisicin de datos
est totalmente automatizado.Esto nos permitir poder realizar un
gran nmero de medidas, tanto en profundidad como lateralmente, en
un breve espacio de tiempo (del orden de 500 medidas en una hora y
media), obteniendo por tanto modelos 2-D de gran resolucin.
En segundo lugar porque el empleo de tcnicas numricas nos
permitir poder procesar eficazmente todo este gran volumen de
informacin.
3.2Objetivo del mtodo.
El objetivo de este mtodo se basa en obtener una seccin 2-D de
resistividades reales del subsuelo, modelo a partir del cual
podremos determinar la presencia o no de filtraciones de agua en
profundidad, mediante la localizacin de reas en donde tengamos una
disminucin anmala del valor de la resistividad del terreno.
Para ello ser preciso el empleo de un programa de inversin, con
el que transformar las resistividades aparentes obtenidas de la
campaa de campo, a valores de resistividad real.
3.3Principios tericos bsicos.
3.3.1 Esquema bsico del funcionamiento del mtodo.
Independientemente de que la Tomografa elctrica sea una tcnica
multielectrdica, la base terica de su funcionamiento es anloga al
de los mtodos de resistividad convencionales.
Los mtodos convencionales solo precisan 4 electrodos y se basan
en introducir en el terreno, un campo elctrico de corriente
continua mediante dos electrodos de corriente (A,B) conectados a un
miliampermetro, mientras que con los otros dos electrodos (M,N) y
que estn conectados a un milivoltmetro, mediremos cual es la
diferencia de potencial elctricaV entre esos dos puntos, parmetro a
partir del cual podremos calcular el valor de la resistividad (ver
3.3.2) en el punto medio del dispositivo y a una profundidad
determinada (ver 3.5.3).
Existen diferentes configuraciones a la hora de colocar los 4
electrodos, siendo las ms utilizadas Wenner (la variante ) y
Schlumberger. Tambin tenemos la denominada configuracin
Wenner-Schlumberger (muy utilizada en Tomografa elctrica).
Escogido el dispositivo y realizada la primera medida, si lo que
se persigue es medir como vara la resistividad del terreno sobre la
vertical del punto medio o, iremos expandiendo los electrodos que
en el caso de usar el dispositivo Wenner, debern ser los 4 (para
mantener la condicin de AM=MN=NB), mientras que para Schlumberger
(o Wenner-Schlumberger) solo expandiremos los electrodos A y B.
Este anlisis de la variacin vertical del valor de la resistividad
es lo que se conoce con el nombre de sondeo elctrico vertical
SEV.
En cambio si lo que pretendemos es medir la variacin lateral de
la resistividad del terreno, bastar con mover los 4 electrodos
solidariamente (tanto para Wenner como Schlumberger) hacia uno u
otro lado. Esto es lo que se conoce como calicata elctrica.
Como se puede apreciar la obtencin de las medidas en los mtodos
convencionales es un proceso significativamente lento y pesado.
Partiendo de estos conceptos bsicos, la gran innovacin del mtodo
de Tomografa elctrica con respecto a los mtodos convencionales,
reside en que ahora todas las medidas se realizarn de forma
totalmente automatizada, es decir sin necesidad de mover
manualmente ningn electrodo. Ello se debe a que por un lado
trabajaremos con un gran nmero de electrodos en el terreno
(dispuestos equiespaciadamente), y por otro lado a que nuestro
dispositivo de medida de resistividades, se encargar de realizar
automticamente toda la secuencia de medidas preestablecida,
formando para ello y segn las especificaciones predefinidas, todas
las posibles combinaciones de 4 electrodos.
De esta forma se ir obteniendo la variacin de resistividad del
subsuelo tanto en profundidad como lateralmente. En la figura 5
tenemos un ejemplo de la secuencia de medicin utilizando el
dispositivo Wenner.
3.3.2 La resistividad elctrica.
Cuando introducimos corriente elctrica en el terreno, sta se
puede propagar de tres maneras diferentes a travs del subsuelo:
conduccin dielctrica (asociada a materiales muy poco conductivos o
aislantes), conduccin electrnica (asociada a materiales con
electrones libres, i.e. los metales) yconduccin electroltica
(asociada al movimiento de los iones presentes en el fluido
intersticial del terreno).La conduccin electroltica es el modo de
propagacin ms importante, y en el que se basa los mtodos de
resistividad.En un semiespacio homogneo e istropo de resistivida d
, y sometido a una intensidad I, el valor del potencial V de un
punto situado a una distanciar con respecto a un electrodo puntual
es
Partiendo de la expresin [3.1] , para una disposicin electrdica
como la mostrada en la figura 3, el potencial medido por los
electrodos de medida M y N ser.
Por lo que la diferencia de potencialVMN entre ambos puntos
ser
Si ahora despejamos obtendremos el valor de la resistividad para
el punto medio del dispositivo. La resistividad no es ms que una
medida de la dificultad que la corriente elctrica encuentra a su
paso por un material determinado.
En donde a se mide en Ohmios-metro, I enAmperios, y V en
Voltios. El trmino K es el factor de penetracin o coeficiente del
dispositivo y depender de las distancias entre los electrodosAhora
bien la resistividad calculada a travs de la expresin [3.4] , en
general corresponder a la resistividad aparente del terreno y no a
la resistividad real.
Ello se debe a que el subsuelo esta compuesto generalmente por
distintos materiales, por lo que el campo elctrico introducido en
el terreno afectar simultneamente a diversas capas, de forma que la
resistividad medida corresponder a un valor intermedio de todas
ellas. Solo para suelos homogneos o para profundidades de
investigacin muy superficiales, el valor de resistividad medido
coincidir con el de la resistividad real.
3.3.3Factores que afectan a la resistividad.
La resistividad elctrica es un parmetro que vara en funcin de
las caractersticas del terreno. Algunos de los factores que lo
influencian son (Ward [ ]):
- El grado de saturacin del terreno. - La temperatura.-
Porosidad y la forma de los poros.- La salinidad del fluido.- El
tipo de roca. - Los procesos geolgicos que afectan a los
materiales.- La presencia de materiales arcillosos con alta
capacidad de intercambio catinico.Es precisamente esta estrecha
relacin entre la resistividad elctrica y el grado de saturacin del
terreno, lo que permite el utilizar estos mtodos de resistividad en
la bsqueda de focos de filtracin de agua en el subsuelo. En este
sentido, incrementos del contenido en agua del terreno provocarn
disminuciones de la resistividad.En lo que concierne a los otros
factores, destacar que la salinidad del fluido, la porosidad del
terreno, y la temperatura (si bien ste es un factor poco
importante), presentan un comportamiento anlogo al del grado de
humedad. Un caso curioso es el de la sal, ya que sta se comporta
como un excelente aislante en estado seco, mientras que en
disolucin confiere al terreno una alta conductividad.
Existen algunas frmulas empricas en las que se intenta expresar
la relacin entre la resistividad y algunos de estos factores, como
por ejemplo la porosidad o la saturacin del terreno. Una de las ms
conocida y aplicable a acuferos limpios esla de Archie [5] .
En donde S es el coeficiente de saturacin, w es la resistividad
del fluido de los poros,r es la resistividad del terreno, la
porosidad, n 2, 1.4 m 2.20 es el coeficiente de cimentacin y 0.6 a
1. En la siguiente figura (Orellana[ ]) se exponen algunos de los
rangos tpicos de resistividad, en donde de forma implcita ya estn
recogidos la influencia de algunos de los factores anteriormente
citados. No obstante destacar que los rangos pueden variar
significativamente en funcin de las caractersticas del
problema.
3.4 Equipo requerido.
El equipo que se precisa para la ejecucin del mtodo consta de:
Electrodos: no son ms que unas barras metlicas cuyo nmero variar en
funcin del problema Cable: es de gran longitud, con conexiones cada
cierto intervalo a fin de poder conectar los electrodos.
Conectores: son unos pequeos cables de cobre con pinzas en los
extremos. Son los que se encargan de conectar los electrodos al
cable. Ordenador porttil: en l tenemos el software que nos permite
por un lado determinar las variables de trabajo: tipo de
dispositivo electrdico, nmero de electrodos, espaciado entre ellos,
nmero de medidas a realizar, etc., y por otro lado procesar y
visualizar los resultados obtenidos. Unidad central
(resistivmetro): es el cerebro de todo el dispositivo. Se encarga
de ejecutar de forma automtica toda la secuencia de medidas
predeterminada, verificar el buen estado de las conexiones, as como
almacenar digitalmente todos los resultados de campo. Una batera:
es la fuente de alimentacin de todo el sistema.
En las figuras 8 y 9 se muestran en detalle los elementos que
conforman el dispositivo de medida. Corresponden al material
utilizado en Cardona, en donde el resistivmetro utilizado es el
modelo compacto SYSCAL JUNIOR V.II.2a (de la casa IRIS).
3.5 Metodologa de campo. 3.5.1 Planificacin de la campaa de
reconocimiento.
Los aspectos ms importantes que deberemos definir en la fase de
planificacin de la campaa de campo son: Delimitar los objetivos
perseguidos. El nmero de perfiles a realizar y su ubicacin.
Profundidad mxima de investigacin. El dispositivo electrdico, nmero
y separacin de los electrodos. Medidas preventivas que se deben
adoptar para asegurar la calidad de los datos. El Electrical
imaging se basa en la obtencin de perfiles 2-D de resistividad del
terreno (ver fig. 1), por lo en el caso de analizar posibles
filtraciones en alguna estructura lineal (i.e. presa), bastar
simplemente con disponer el perfil (o perfiles) de electrodos lo ms
paralelo posible a la traza de la estructura.
En el caso de querer cartografiar en planta las posibles
trayectorias del agua, bastar con disponer transversalmente a la
traza del flujo diferentes perfiles de electrodos a lo largo de su
recorrido, de forma que su correlacin nos permitir establecer una
imagen cuasi 3-D del recorrido del agua. En cuanto al nmero de
electrodos ste es muy variable, si bien un nmero cercano a 50
electrodos es bastante frecuente. Estos se disponen de forma
equidistante oscilando de 1 a 10 m para problemas ingenieriles
(Griffiths[ ]), si bien para problemas de filtraciones de agua un
espaciado entre 1 y 2 metros es lo ms aconsejable. Dos aspectos muy
importantes a tener en cuenta, son la profundidad mxima de
investigacin y el rea de definicin del mtodo, aspectos ambos
estrechamente ligados.En el Electrical imaging el campo de
definicin disminuye con la profundidad (ver fig. 1). En
consecuencia, a la hora de planificar el trabajo de campo hemos de
tener presente esta prdida de definicin en los laterales del
perfil. En el caso de querer confeccionar un perfil de gran
longitud (mediante la unin de varios perfiles individuales), ser
necesario establecer cierto solape entre perfiles a fin de intentar
reducir esta indefinicin en los extremos.En cuanto a la profundidad
mxima de investigacin, sta depende esencialmente de la longitud del
perfil (a mayor longitud mayor profundidad), si bien el dispositivo
electrdico utilizado tambin influir en cierta medida (ver
3.5.3).
3.5.2Colocacin del dispositivo y adquisicin de los datos.
En primer lugar se procede a colocar los electrodos en
superficie de forma equiespaciada, intentando siempre que formen
una lnea recta. Se deben definir cual es el origen y final del
perfil a fin de no tener problemas en la fase de interpretacin. Se
intentar adems que la topografa del terreno sea lo ms plana posible
para evitar tener fenmenos anmalos en las medidas de resistividad.
En el caso que esto sea inevitable, el software permite minimizar
este fenmeno mediante el ajuste de la malla.
Los electrodos se clavarn en el terreno lo suficiente como para
garantizar un buen contacto electrodo-suelo. Una vez colocados, los
conectaremos al cable por medio de los conectores. Ahora, a travs
del porttil configuraremos todas las variables del
dispositivo:nmero de electrodos utilizados, distancia entre ellos,
dispositivo electrdico de medida, as como el nmero de medidas que
queremos realizar (destacar que podemos suprimir aquellas medidas
que creamos oportunas, aspecto que supone un ahorro de tiempo
significativo). Concluida la configuracin, se transfieren estas
especificaciones a la unidad central para que sta pueda realizar
automticamente toda la secuencia de mediciones prefijada. Sin
embargo, antes de iniciar las mediciones y tambin mediante la
unidad central, se procede previamente a la verificacin de que
todas las conexiones funcionan correctamente, y que la resistividad
entre electrodo-suelo es suficientemente baja como garantizar unos
buenos resultados (en el trabajo prctico se impuso como valor mximo
de potencial aceptable 2mV). En el caso de tener valores superiores
generalmente basta con clavar un poco ms los electrodos, o
humedecer el terreno para mejorar la conductividad.
Una vez est todo dispuesto, se inicia la secuencia de medidas
que hayamos predeterminado, proceso que tardar ms o menos tiempo en
funcin del nmero de medidas a realizar. En general obtener del
orden de 500 medidas comportar un tiempo de clculo cercano a la
hora y media. Una vez terminado todo el proceso de captura de
datos, toda la informacin almacenada digitalmente se vuelca en el
porttil, a fin de proceder a su procesado e interpretacin con el
programa correspondiente.
3.5.3 Profundidad de investigacin.
La profundidad a la que se sita cada medida de resistividad es
un tema de cierta ambigedad, dado que sta no solo depende de la
disposicin de los electrodos (ms espaciados mayor profundidad),
sino tambin de la propia resistividad del terreno.
Como primer paso, se procede a situar cada medida a una
profundidad aparente, que corresponde a la profundidad de
investigacin ptima en el caso de un terreno homogneo (Edwards [ ]).
Para Wenner es dea / 2 siendo a la distancia entre electrodos.
Posteriormente el programa de inversin no solo transformar las
resistividades aparentes a reales, sino tambin situar cada medida a
su profundidad real. En la prctica, y una vez definidos los
parmetros de estudio, el software nos permite visualizar la
distribucin lateral y en profundidad de todas las medidas a lo
largo del perfil, de forma que en funcin de nuestras exigencias,
podremos adecuar la profundidad mxima aparente de investigacin
eliminando los puntos de medida que creamos conveniente. El
dispositivo electrdico tambin influye en la profundidad mxima de
investigacin. En este sentido con Wenner-Schlumberger se consigue
un aumento del 10-15% con respecto al obtenido por Wenner puro.
3.5.4 Procesado de los datos de campo.
Nuestro objetivo es obtener un modelo 2-D de resistividades
reales a partir de la pseudoseccin de resistividades aparentes
obtenida del terreno. Para ello se precisar un programa de
inversin. Estas tcnicas de inversin se basan en realizar todo un
proceso iterativo con el que obtener un modelo de resistividades
reales, tal que el modelo de resistividades aparentes que generara,
sea lo ms similar posible a la pseudoseccin de resistividades
aparentes medida en el campo.Las tcnicas de inversin que existen
hoy en da se puede clasificar en dos grandesgrupos (Olayinka [
]):
1. Block inversion method
2. Smoothness-constrained inversion method
Aparte de las cuestiones de implementacin y funcionamiento
interno, el aspecto diferenciador ms significativo entre estos dos
mtodos de inversin, reside en el tipo de problemas en el que cada
una de estas tcnicas es ms eficiente.
El Block inversion method ofrece buenos resultados para aquellas
situaciones en las que el terreno presente grandes contrastes de
resistividades, es decir que tengamos regiones en donde la
resistividad sea homognea en su interior, y a su vez muy
diferenciada con respecto a las regiones adyacentes.
Esto lo convierte en un mtodo ideal para la delimitar con
bastante precisin la geometra de cuerpos con resistividades muy
diferenciadas entre s (i.e. situar una tubera en un terreno
bastante homogneo). El principal inconveniente reside en la
necesidad de introducir un modelo previo, a partir del cual el
ordenador proceder a iterar hasta ajustar el modelo calculado al de
campo. No obstante y dado que en problemas de filtracin de agua en
el subsuelo, las variaciones de resistividad del terreno sern
graduales (en especial en los suelos), esta tcnica no es eficiente.
El Smoothness-constrained inversion method (deGroot-Hedin[ ]), es
en realidad el mtodo de inversin ptimo para el anlisis de problemas
en donde tengamos variaciones graduales de resistividad en el
terreno, como por ejemplo en filtraciones de agua o vertidos de
contaminantes. Adems este mtodo (basado en el Gauss-Newton
least-squares method), presenta la gran ventaja de que no requiere
de un modelo inicial, a partir del cual empezar el proceso
iterativo.Dado su excesivo coste computacional, junto a la poca
capacidad de los ordenadores de la poca, se desarroll el mtodo
Quasi-Newton least-squares (Loke and Barker [ ] ), que es
aproximadamente unas 10 veces ms rpido que el mtodo convencional,
si bien ste precisa que la variacin de los valores deresistividad
sean ms suaves, a fin de poder obtener unos buenos resultados. Para
el trabajo de cardona, el programa de inversin utilizado fue el
RES2DINV ver. 3.50, software que corresponde a la casa Geotomo
Software. En la referencia [ ] se puede consultar un manual acerca
del funcionamiento del programa, no obstante y a modo de sntesis el
esquema bsico de funcionamiento es el siguiente:
1.Verificar los datos de campo. El programa permite visualizar
las medidas obtenidas a fin de poder eliminar posibles valores
errneos (se distinguen por presentar valores muy diferenciados al
de los puntos adyacentes).
2.Definir el valor de los parmetros de clculo necesarios en el
proceso de inversin. Los valores con los que trabaja por defecto el
programa son satisfactorios en la mayora de los problemas.3.
Discretizacin del terreno en bloques (manual o automtica). Por
defecto el programa trabaja con diferencias finitas, con un nmero
de bloques inferior al de lecturas y cuyo tamao aumenta un 10% (o
25%) con la profundidad. No obstante podemos modificar manualmente
la caractersticas de la discretizacin, as como trabajar con
elementos finitos (ideal en el caso de tener topografa
irregular)
4. Inicio de los clculos:
El programa genera un modelo homogneo de resistividades.
Posteriomente calcula el modelo de resistividades aparentes que se
deriva del modelo de resistividades reales. Compara el modelo
aparente calculado con el medido en el campo.Comienza un proceso
iterativo con el fin de encontrar un modelo de resistividades
reales, tal que la diferencia entre el modelo de resistividades
aparentes calculado y el medido sea mnimo. El proceso finaliza
cuando se alcance un RMS inferior al predefinido. No obstante es
frecuente limitar el nmero de interaciones (por defecto el programa
tiene un mximo de 5 iteraciones).Visualizacin de los resultados:
pseudoseccin de resistividades aparentes medida en el campo, modelo
de resistividades aparentes calculado por el ordenador y el modelo
de resistividades reales.
3.5.5 Interpretacin de los resultados.
La deteccin de filtracin de agua en el subsuelo, se basa en
localizar disminuciones anmalas del valor de la resistividad en el
modelo real.Sin embargo, que valores de resistividad podemos
considerar que son suficientemente bajos como para considerar que
puede existir un flujo de agua, depender de cada problema en
concreto, y en especial de la litologa del terreno.En consecuencia
es interesante tener un previo conocimiento de la geologa de la
zona, ya que de esta forma regiones de similar geologa pero con
disminucionesde resistividad significativas, podrn ser asociadas
como zonas con presencia importante de agua en profundidad.
3.6 Ventajas y limitaciones del mtodo.
Las ventajas que presenta este mtodo son las siguientes: Gracias
a que el proceso de captura de los datos est totalmente
automatizado, podremos realizar un gran nmero de medidas, de forma
que obtendremos secciones 2-D de excepcional resolucin tanto en
profundidad como lateralmente. Gracias a esta visin bidimensional
de alta resolucin, el mtodo de Tomografa elctrica nos permitir:
1. Detectar zonas susceptibles de presentar focos de filtracin,
as como caracterizar geomtricamente el problema (i.e. estimar la
profundidad del flujo). 2. Abordar de forma eficaz problemas en
terrenos con elevada complejidad estructural. 3. Ubicar con gran
eficiencia otro tipo de procedimientos (i.e. sondeos opiezmetros),
dado que nos marca lugar y profundidad a la que se encuentra la
anomala.
El procesado de los datos se puede realizar en el propio campo,
mediante la ayuda de un porttil y en un tiempo muy reducido. Esta
manera de actuar, casi a tiempo real, le confiere al mtodo una gran
versatilidad a la hora de resolver posibles problemas surgidos
durante todo el proceso de campo, o decidir la ejecucin de nuevos
perfiles que inicialmente no estaban proyectados
Podemos controlar la profundidad mxima de estudio.Es un mtodo no
destructivo.
Las principales limitaciones de este mtodo son: Disponer del
material requerido. A diferencia de otros mtodos, la Tomografan
elctrica precisa de un equipo bastante caro.Como pasa en todos los
mtodos de resistividad elctrica, la presencia de material muy
resistivo en superficie imposibilita un buen funcionamiento del
mtodo, siendo necesario la utilizacin de otras tcnicas, en este
caso las electromagnticas, en los que no se precisa un contacto
fsico con el suelo.
5.3 Identificacin y descripcin de la tecnologa usada en cada
etapa de los mtodos de estudio de suelos (incluir los distintos
mtodos)5.4 Identificacin y descripcin de las aplicaciones del
estudio de suelos en la ingeniera y la sociedad5.4 Identificacin y
descripcin del impacto en el medio ambiente y la sociedad debido al
estudio de suelos y sus aplicaciones
Las aplicaciones son las siguientes:
Deteccin de cavidades y oquedades en rocas. Investigaciones
policiales (bsqueda de enterramientos ilegales, zulos, Trabajo
forense). Estudio de canalizaciones subterrneas o servicios en
cualquier tipo de Terreno. Estudio de cimentaciones en edificios
medianeros (vuelo de cimentacin, canto y estado de la misma).
Arqueologa y deteccin de vas, murallas y restos fsiles enterradas.
Patologas en la construccin
5.5
5. CAP III IDENTIFICACION Y DEFINICION DE CONCEPTOS DE FISICA,
QUIMICA, BIOLOGIA EN LAS ETAPAS DE LOS METODOS DE ESTUDIO DE SUELOS
Y SUS APLICACIONES
6.1 Identificacin de conceptos de Fsica, Qumica, Biologa en las
etapas del estudio de suelos y sus aplicaciones
6.2 Definicin de conceptos de Fsica, Qumica, Biologa 6.3 Relacin
de conceptos de Fsica, Qumica, Biologa en las leyes y teoras de la
ciencia6.4 ...
6. CONCLUSIONES
7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
8. ANEXOS
