CARACTERIZACIÓN GEOFÍSICA USANDO PROSPECCIÓN GEOELÉCTRICA EN LOS CERROS ORIENTALES DE LA CIUDAD DE BOGOTÁ María Camila Polanía Betancourt Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales Ingeniería Topográfica Junio de 2017 Bogotá
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CARACTERIZACIÓN GEOFÍSICA USANDO PROSPECCIÓN GEOELÉCTRICA EN LOS
CERROS ORIENTALES DE LA CIUDAD DE BOGOTÁ
María Camila Polanía Betancourt
Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales
Ingeniería Topográfica
Junio de 2017
Bogotá
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERÍA TOPOGRÁFICA
CARACTERIZACIÓN GEOFÍSICA USANDO PROSPECCIÓN GEOELÉCTRICA EN LOS
Elaboración propia, en base a información encontrada en (Kearey , Brooks, & Ian Hill, 2002)
En la Tabla 1 se resume claramente los métodos de prospección geofísica, especificando la
propiedad física y el campo de fuerza que mide, además de la naturaleza de su origen.
3.3. Método Geoeléctrico
El método de prospección geoeléctrica tiene como fin identificar las formaciones geológicas y
los materiales presentes en el subsuelo, a partir de la observación y análisis de las variaciones en
las mediciones de las propiedades eléctricas de las rocas, dadas por el paso de corriente. Este
método de prospección se clasifica en dos categorías dependiendo de la naturaleza de la fuente.
Cuando la corriente es generada y aplicada al suelo la fuente de origen es artificial, por lo
tanto, se habla de los métodos de corrientes artificiales. Por otro lado, si la corriente proviene de
8
fuentes existentes, se trata de métodos de corrientes naturales. Así mismo, estas categorías se
subdividen en los de corriente continua y los de corriente alterna (Ilustración 2), dependiendo
del tipo de corriente circundante. (Estrada, Prospección Geoeléctrica para Ingenieros , 2012).
Las corrientes artificiales se generan de dos formas, una usando generadores (baterías), y otra,
usando motores a combustión que convierten la rotación en corriente, que bien puede ser
continua o alterna. Mientras que las corrientes naturales que son continuas, se generan debido al
fenómeno químico de oxidación–reducción, y las corrientes naturales que son alternas provienen
de la oscilación del campo magnético terrestre. (p.2)
Ilustración 2. Esquema de Clasificación del Método Geoeléctrico.
Elaboración propia.
9
3.4. Ley de Ohm
La ley de Ohm es la base teórica fundamental de la geoeléctrica, y en ella se plantea que la
variación de la tensión en una corriente eléctrica (∆𝑉), que circula entre dos puntos de un medio
determinado es proporcional a la intensidad de dicha corriente (𝐼) y a la resistencia que el medio
presenta al paso de la misma (𝑅). (Auge, 2008)
∆𝑉 = 𝐼 ∗ 𝑅 (3.1)
La resistencia se mide en ohmios (Ω) y depende de la naturaleza del medio conductor y su
geometría, ver: Ecuación (3.2). Tal como se observa en la Ilustración 3, en donde se tiene un
medio cilíndrico con longitud (L) y área (S).
Ilustración 3. Ley de Ohm.
Por otro lado, cada material presenta una resistencia diferente al paso de la corriente, por lo
que se define un factor de resistencia unitaria del material denominado resistividad (𝜌), este
concepto será ampliado más adelante.
Elaboración propia.
S
10
𝑅 = 𝜌 ∗𝐿
𝑆
(3.2)
Relacionando las Ecuaciones (3.1) y (3.2) se obtiene que:
∆𝑉 = 𝐼 ∗ 𝜌 ∗𝐿
𝑆
(3.3)
3.5. Propiedades Eléctricas de Las Rocas
3.5.1. Resistividad
La resistividad es considerada la propiedad más importante de las rocas, ya que las
variaciones o contrastes que presenta al aplicar corriente al medio, son las que permiten el
funcionamiento exitoso del método geoeléctrico. Auge (2008) afirma “Los contrastes en las
resistividades son los que permiten aplicar exitosamente los métodos de prospección geoeléctrica
mediante la inyección de corrientes continuas”. Esta propiedad se define como la resistencia que
presenta un medio de dimensiones unitarias al paso de la corriente (Estrada, 2012).
Volviendo a la Ecuación (3.2) se despeja la resistividad, (ver. Ecuación (3.4)) y se determina
su unidad de medida como ohmio*metro (Ω*m).
𝜌 = 𝑅 ∗𝑆
𝐿 (3.4)
3.5.2. Conductividad
La conductividad es la propiedad inversa a la resistividad, por lo tanto se considera como la
capacidad que tiene un medio de permitir el paso de corriente. Cuando un material transporta
11
electrones se habla de conductividad metálica o eléctrica (Estrada, Prospección Geoeléctrica
para Ingenieros , 2012). En los minerales y rocas es poco común encontrar esta característica,
pero existen casos, como el de la pirita, calcopirita, magnetita, grafito, etc.
Ya que en la mayoría de los casos la roca o sedimento es aislante, por su alta resistividad, la
corriente se conduce por el agua de impregnación que se encuentra en los poros. Este tipo de
conductividad es llamado conductividad electrolítica, se da por la circulación de iones. Y es
proporcional a la cantidad de agua y de sales ionizadas que se encuentran en los poros. En
consecuencia depende de: el factor de porosidad, factor de formación, factor de saturación y la
cantidad de sales disueltas. (p. 3)
3.5.3. Isotropía y anisotropía
“La Isotropía es la propiedad de los cuerpos de que alguna magnitud física, por ejemplo, la
conductividad, sea la misma en todas las direcciones. La anisotropía es lo opuesto, es decir que
las propiedades varíen según la dirección” (Estrada, Prospección Geoeléctrica para Ingenieros ,
2012). En geofísica se habla de Macroisotropía y Macroanisotropía, cuando un suelo isotrópico
presenta también anisotropía o viceversa, en consecuencia de la formación geológica en capas.
3.6. Distribución de La Corriente en El Suelo
El teorema de muestreo de Nyquist expresa que, para que una onda pueda ser reconstruida, la
frecuencia muestreada debe ser superior al doble de la frecuencia a muestrear. En geoeléctrica
esto determina que, la información útil en profundidad será aproximadamente la mitad de la
distancia total del muestreo en la superficie del terreno.
En un suelo homogéneo e isótropo, la corriente inyecta desde un electrodo puntual (A), se
distribuirá formando media esfera de radio r, debido a que el aire sobre la superficie del suelo
actúa como aislante. (Ilustración 4).
12
El circuito se cierra por medio de un electrodo de corriente en el punto (B), por el que sale la
corriente del material. (Estrada, 2012)
Ilustración 4.Distribución de la Corriente en el Suelo.
Tomado de: Cours de géophysique online de l'Université de Lausanne2.
Entonces, volviendo a la Ley de Ohm (ver Ilustración 3), La longitud del medio (L)
corresponde al radio de la esfera (r), y el área de la media esfera se define por la Ecuación (3.5).
𝑆 = 2𝜋 ∗ 𝑟2 (3.5)
Relacionando las Ecuaciones (3.3) y (3.5) se obtiene la ecuación para determinar variación de
tensión en una corriente que se propaga en el subsuelo (3.6):
∆𝑉 =𝐼 ∗ 𝜌
2𝜋 ∗ 𝑟
(3.6)
2 http://www-ig.unil.ch/cours/geophyse/pro2e.htm
13
Ilustración 5.Distribución de Los Electrodos.
Tomada de (Patzelt, Kottmann, & Waldohor, 2007)
La variación de la tensión bajo el subsuelo es medida por dos electrodos de potencial (M y N),
tal como se observa en la Ilustración 5. Aplicando la Ecuación (3.6) a la relación entre cada uno
de los electrodos de potencial y los de corriente, se obtiene la variación de la tensión parcial:
∆𝑉𝑀𝐴 =𝐼 ∗ 𝜌
2𝜋 ∗ 𝐴𝑀 ; ∆𝑉𝑀𝐵 =
𝐼 ∗ 𝜌
2𝜋 ∗ 𝐵𝑀
∆𝑉𝑁𝐴 =𝐼 ∗ 𝜌
2𝜋 ∗ 𝐴𝑁 ; ∆𝑉𝑁𝐵 =
𝐼 ∗ 𝜌
2𝜋 ∗ 𝑁𝐵
(3.7)
Entonces, la variación de potencial medida desde cada electrodo M y N, será la diferencia
entre el tensión medida en dicho electrodo a cada uno de los electrodo de corriente A y B.
14
∆𝑉𝑀 = 𝐼 ∗ 𝜌
2𝜋 ∗ (1𝐴𝑀⁄ − 1
𝐵𝑀⁄ )
(3.8)
∆𝑉𝑁 =𝐼 ∗ 𝜌
2𝜋 ∗ (1𝐴𝑁⁄ − 1
𝐵𝑁⁄ )
( 3.9)
Y finalmente la variación de potencial total será:
∆𝑉 = ∆𝑉𝑀 − ∆𝑉𝑁
∆𝑉 =𝐼 ∗ 𝜌
2𝜋∗ [
1
𝐴𝑀−
1
𝐵𝑀−
1
𝐴𝑁+
1
𝐵𝑁]
(3.10)
Ya que en la práctica los valores medidos son ∆V y I, y las posiciones de los electros son
conocidas, es posible definir la resistividad como:
𝜌 = 𝑘 ∗∆𝑉
𝐼 (3.11)
En donde k es el coeficiente geométrico del dispositivo, que depende de la distribución de los
electrodos:
𝑘 =2𝜋
[1
𝐴𝑀 −1
𝐵𝑀 −1
𝐴𝑁 +1
𝐵𝑁]
(3.12)
15
3.7. Dispositivos Electródicos
La Ecuación (3.12) aplica para una distribución aleatoria de electrodos, pero en la práctica se
utilizan estructuras definidas para su disposición, esto se conoce como “arreglo de electros” o
“dispositivo electródico” (Román, 2016). El coeficiente geométrico (k) se simplifica para cada
uno de ellos.
Los dispositivos electródicos utilizados de manera más común son: Schlumberger, Wenner y
Dipolo-Dipolo.
3.7.1. Dispositivo Schlumberger
En el dispositivo Schlumberger la distancia MN es pequeña en relación a la abertura AB,
aproximadamente AB/5>MN>AB/20, la distancia MN se mantiene constante, en tanto, las
lecturas de voltaje sean coherentes, mientras que los electrodos de corriente A y B se van
separando gradualmente. Entre más se mantenga contante la distancia MN en el arreglo menor
será la probabilidad de incurrir en errores o distorsiones en los datos adquiridos. (Román, 2016)
Ilustración 6. Dispositivo Schlumberger
Tomada de (Estrada,, 2012)
El coeficiente geométrico para el dispositivo Schlumberger se define como:
𝑘 = 𝜋𝐿2
2𝑙 (3.13)
16
Y volviendo a la Ecuación (3.11), se define la ecuación de resistividad para el dispositivo
Schlumberger como:
𝜌 = 𝜋𝐿2
2𝑙
∆𝑉
𝐼
(3.14)
3.7.1. Dispositivo Wenner
En el dispositivo Wenner las distancia entre electrodos se mantienen idénticas, esto quiere
decir que, AM=MN=NB, por lo que la variación de la posición se hace para todos los electrodos
en cada toma. (Román, 2016)
Ilustración 7. Dispositivo Wenner
Tomada de (Estrada,, 2012)
El coeficiente geométrico para el dispositivo Wenner se define como:
k = 2π*a (3.15)
Y volviendo a la Ecuación (3.11), se define la ecuación de resistividad para el dispositivo
Wenner como:
𝜌 = 2𝜋𝑎∆𝑉
𝐼 (3.16)
17
El dispositivo Lee es una variación de la disposición Wenner en la que se introduce un tercer
electrodo (O) en el centro del arreglo (C), y desde este se mide la diferencia de potencian entre
los electrodos MO y NO, ya que MO=NO=a/2. (Estrada, 2012). El coeficiente geométrico para
este arreglo se define como:
𝑘 = 6𝜋 ∗ 𝑎 (3.17)
3.7.1. Dispositivo Dipolo - Dipolo
En el dispositivo dipolo – dipolo la distancia entre los electrodos de potencial MN y los
electrodos de corriente AB es iguales y se denomina (a). Para este caso los electrodos de
corriente y de potencial se encuentran dispuestos a extremos opuestos, con respecto al centro del
arreglo, tal como se observa en la Ilustración 8. La separación de los electrodos se hace
gradualmente, todos los electrodos se mueven, manteniendo el centro del arreglo constante. La
variación de la distancia entre el centro de los electros AB y MN se determina como un factor (n)
de (a).
Ilustración 8. Dispositivo Dipolo - Dipolo
Tomada de (Estrada, 2012)
El coeficiente geométrico para el dispositivo dipolo – dipolo se define como:
18
𝑘 = 𝜋𝑎𝑛(𝑛 + 1)(𝑛 + 2) (3.18)
Y volviendo a la Ecuación (3.11), se define la ecuación de resistividad para el dispositivo
dipolo – dipolo como:
𝜌 = 𝜋𝑎𝑛(𝑛 + 1)(𝑛 + 2)∆𝑉
𝐼 (3.19)
3.8. Método de Resistividad
El procedimiento desarrollado para obtener las medición de la resistividad del subsuelo
depende del propósito geológico que se tenga, ya que existen dos procedimientos, las calicatas
eléctricas (CE) y los sondeos eléctricos verticales (SEV), utilizados para diferentes fines de
estudios geológicos.
Las calicatas eléctricas consisten en realizar un recorrido lateral del área de estudio con un
dispositivo electródico fijo y de esta manera determinar un valor de resistividad en diferentes
puntos a una profundidad constante, conociendo así las variaciones laterales del terreno, para
obtener curvas de igual valor de resistividad, conocidas como curvas isorresistivas y determinar
la forma de las estructuras geológicas a esa profundidad. (Román, 2016)
Ilustración 9. Calicatas Eléctricas
Tomada de (Estrada, 2012)
19
En un Sondeo Eléctrico Vertical (SEV) se obtiene una variación de la resistividad en relación
a la profundidad. Los electrodos se ubican de tal manera que se mida la resistividad en un punto
(O), que corresponde al centro del arreglo, y se van separando gradualmente para realizar
mediciones a diferentes profundidades, cada vez más grandes, hasta llegar a tener una separación
igual o preferiblemente mayor, entre los electrodos de corriente AB, al doble a la profundidad
que se desea para el estudio geológico, (Estrada, Prospección Geoeléctrica para Ingenieros,
2012). Debido a que la profundidad siempre estará referida al punto centro a partir de este
estudio es posible determinar los espesores de diferentes capas presentes en el subsuelo, en dicho
punto.
Ilustración 10. Sondeo Eléctrico Vertical
Tomada de (Estrada, 2012)
La resistividad resultante de los datos tomados para un SEV es denominada resistividad
aparente (ρa), debido a que es el resultado de la resistividad media de las capas por las que
circula la corriente, de manera que para la primera capa del subsuelo el valor de resistividad
aparente es igual a la resistividad real de dicha capa (ρ1), y cuando la profundidad aumenta ρa
tiende a la resistividad real de la última capa (ρn). (Estrada, Prospección Geoeléctrica para
Ingenieros , 2012)
20
Los datos tomados del SEV se grafican en escala logarítmica, relacionando la distancia AB/2
con los datos de resistividad aparente obtenidos, tal como se observa en la Ilustración 11, este
gráfico se denomina Gráfica de Resistividad Aparente y permite deducir la cantidad de estratos
presentes, ya que los puntos de cambio de concavidad representan variaciones de los estratos. Al
ser interpretada esta curva, permite determinar los espesores y resistividades reales de las
formaciones geológicas de la zona en estudio. (Román, 2016)
Ilustración 11. Gráfico Logarítmico de Resistividad Aparente
Tomado de: (Román, 2016)
Determinando los puntos de cambio de concavidad de la gráfica, se extrae información de los
intervalos de resistividad y el espesor para cada estrato del subsuelo, esta es la primera fase de la
interpretación, denominada corte geoeléctrico.
La segunda fase de interpretación consiste en generar el corte geológico o perfil de
profundidad, a partir del corte geoeléctrico y la información conocida sobre la geología del área
de estudio. Para desarrollar esta fase es fundamental tener conocimiento de la geología de la
zona, debido a que un valor de resistividad determinado puede corresponder a diversos tipos de
roca. (Román, 2016)
21
Ilustración 12. Fases de Interpretación SEV
Elaboración propia
22
Área Objeto de Estudio
Los Cerros Orientales de la ciudad de Bogotá, que hacen parte de la cordillera oriental del
país, son considerados de gran interés geológico, ya que, por las características de las
formaciones que los componen y su historia geológica, han representado gran diversidad de
recursos minerales e hidrológicos, que son de gran importancia para el desarrollo y
abastecimiento de la región.
En los cerros orientales de la ciudad de Bogotá se han realizado muchas investigaciones
orientadas a diferentes campos, tan diversos como la geología histórica, el aprovechamiento de
recursos minerales e hídricos, el ordenamiento territorial, la geotecnia, el análisis de
contaminación de los suelos, la recopilación y organización de información geológica en bases
de datos, entre otros. Siempre en la búsqueda de ampliar el conocimiento geocientífico de la
región y mejora la calidad de vida de los habitantes.
Ilustración 13. Ubicación Área de Estudio, Imagen Satelital.
Tomada de ArcGIS Online3
3 https://www.arcgis.com/home/webmap/viewer.html
23
La obtención, adecuada organización, manejo y análisis de la información geológica de los
cerros orientales de la ciudad de Bogotá, es fundamental para el desarrollo y crecimiento de la
ciudad, por eso es una zona de alta importancia en el campo de las geociencias en el país.
El área de estudio se encuentra sobre los cerros orientales de la ciudad de Bogotá, en la
localidad de Santa fe, dentro del campus de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas,
Facultad de Ciencias y Educación, sede Macarena (A). En la Ilustración 13, se observa la
Localización geográfica, dentro de la facultad y al costado superior derecho se encuentra una
vista ampliada de la zona.
El área sombreada en la Ilustración 13 corresponde a la zona en la que se realizó el
levantamiento geoeléctrico.
24
Geología Local
En los cerros orientales se encuentran rocas de origen marino y continental, que fueron
depositadas entre los periodos Cretáceo4 y Paleógeno5, se encuentran evidencias de depósitos
consolidados que datan de la época del Pleistoceno6 en adelante, del periodo Cuaternario7 se
encuentran depósitos de origen torrencial y otros no consolidados. (Osorio, Patiño, Riaño, &
Lozano, 2012)
El área de estudio se encuentra sobre la cordillera oriental del país, en los cerros orientales de
la ciudad de Bogotá, y se ubica sobre el Grupo Guadalupe8, que en su parte superior se compone
de areniscas, depositadas allí principalmente a finales del periodo Cretáceo. Dichas areniscas se
encuentran en los cerros de Monserrate, Guadalupe, la región del salto de Tequendama, entre
otros.
El grupo Guadalupe se compone de las formaciones: Arenisca Dura (Ksgd), Plaeners (Ksgp),
Arenisca de labor y Arenisca Tierna (Ksglt).
Las rocas resistentes del Grupo Guadalupe conforman las laderas de cerca del 60% de la zona
minera de Mochuelo, al sur-occidente de la zona minera del Tunjuelo. Es importante anotar que
la secuencia se encuentra afectada por procesos de tectonismo intenso. La mayor parte de
información presentada en este capítulo, se basa en (Veloza Franco, 2012).
4 Periodo geológico que se extendió desde hace 145 hasta hace 65 millones de años, aproximadamente. 5 Periodo geológico que se extendió desde hace 65 hasta hace 23 millones de años, aproximadamente. 6 Época del Cuaternario que se extendió desde hace 3 millones de años hasta el 10 000 a.C, aproximadamente. 7 Periodo geológico que se extiende desde hace 1,6 millones, aproximadamente, hasta nuestros días. 8 Grupo de formaciones geológicas que hace parte de los cerros orientales de Bogotá.
25
Equipos y Herramientas
En este capítulo se describe cada uno de los equipos y herramientas utilizados en el desarrollo
de esta investigación. Cabe anotar que, el equipo especializado para la exploración geoeléctrica y
los receptores GPS, empleados en este proyecto, son propiedad de la Universidad Distrital
Francisco José de Caldas y se encuentran disponibles en el Laboratorio de Topografía y
Geodesia, suscrito al Proyecto Curricular de Ingeniería Catastral y Geodesia.
6.1. Equipo de Geoeléctrica
La adquisición de datos de resistividad para el sondeo eléctrico vertical (SEV) se efectuó
utilizando el equipo Terrámetro ABEM SAS 1000. El cual permite realizar mediciones para
estudios de resistividad, de potencial inducido y potencial espontaneo. Además cuenta con un
sistema para promediar las señales SAS ( Signal Averaging System) , que permite la toma
automática de lecturas consecutivas y los resultados se promedian continuamente, con base a la
media o la mediana, dependiendo de la elección del controlador. (ABEM , 2009)
A continuación se presenta cada uno de los instrumentos que conforman el equipo.
Aparato receptor / transmisor SAS 1000 con un canal de entrada
Batería externa de 12 Voltios
Cable para la conexión con la batería
Cuatro cables conectores de corriente y potencial
Cuatro carretes, dos con un cable de 200 m de longitud cada uno y dos con un cable
de 100 m de longitud cada uno.
Cuatro electrodos de acero de 0.6 m de alto
Cuatro caimanes para la conexión de los cables a los electrodos
26
Ilustración 14. Equipo de Geoeléctrica Utilizado en El Trabajo de Campo.
Elaboración Propia
27
6.2. Equipo de Topografía
El posicionamiento geográfico del SEV se realizó utilizando los instrumentos que se listan a
continuación:
Dos receptores GPS de doble Frecuencia
Trípode
Base nivelante
Bastón
Ilustración 15. Equipo de Topografía Utilizado en El Trabajo de Campo.
6.3. Herramientas de Análisis
Para la descarga de los datos obtenidos en campo se utilizaron las aplicaciones TopSURV PC
y SAS 4000, para el procesamiento de dichos datos se utilizaron los softwares: Topcon Tools,
ArcGIS, QGIS, Magna Sirgas Pro, Google SketchUp y Excel.
Elaboración Propia.
28
Metodología
Para el desarrollo de este proyecto se realizó una amplia recopilación bibliográfica de temas
referentes a la prospección geofísica, con enfoque en el método geoeléctrico, posteriormente se
seleccionó dicha información teniendo en cuenta su influencia dentro del desarrollo del trabajo.
Esta información se encuentra expuesta en el capítulo titulado Marco Teórico.
La configuración seleccionada para el levantamiento geoeléctrico fue el arreglo
Schlumberger, debido a diferentes factores, como: las características del equipo geoeléctrico
utilizado (ver Equipos y Herramientas), las condiciones topográficas del área de estudio y
principalmente, una mayor calidad de los datos en comparación a otros arreglos para SEV,
debido a que para este caso, los electrodos de potencial permanecen el mismo punto y esto
reduce la posibilidad de información incorrecta.
El levantamiento topográfico del SEV se realizó a través de un posicionamiento GPS,
ubicando un receptor como base y utilizando otro como Rover en configuración cinemático.
Posteriormente se descargaron los datos de los receptores utilizando la aplicación TopSURV PC.
Los equipos usados en el levantamiento topográfico se describen en el subíndice Equipo de
Topografía, del capítulo Equipos y Herramientas.
En el software Topcon tools se post-procesaron los datos de las observaciones de GPS. Los
archivos rinex proporcionados por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC), para la
estación de operación continua BOGA de la red SIRGAS, se utilizaron para obtener el ajuste de
las observaciones recopiladas por el receptor base, tal como se observa en el reporte de post-
proceso (), y utilizando las coordenadas obtenidas para la base se ajustó la información
recepcionada con el Rover, obteniendo las coordenadas elipsoidales (elipsoide WGS84) del SEV
que se presentan en la Tabla 2.
29
Tabla 2
Coordenadas Elipsoidales SEV
Coordenadas Elipsoidales
SEV
Latitud: 04° 36’ 50,2439”N
Longitud: 74° 03’ 46,9544”W
Altura: 2720,2 m Elaboración propia
Las coordenadas planas se determinaron a partir de la trasformación de las coordenadas al
datum Magna sirgas, que se encuentra asociado al elipsoide GRS80 y su posterior conversión al
sistema de proyección Gauss-Kruger, origen central (Bogotá).
La ondulación geoidal en el punto del SEV es 26,66 metros, y se obtuvo a partir de la
aplicando el modelo geoidal para Colombia GEOCOL2004, definido por el IGAC. Teniendo en
cuenta la altura elipsoidal y la ondulación geoidal se determinó la altura hortométrica.
Tabla 3
Coordenadas Planas SEV
Coordenadas Planas Magna Gauss Kruger
Origen Central
SEV
Norte 1001963,405
Este 1001605,192
Altura Hortométrica 2693,54 Elaboración propia
El levantamiento geoeléctrico, como ya se ha mencionado, se realizó aplicando el método de
sondeo eléctrico vertical en configuración Schlumberger, utilizando el equipo que se describe en
el subíndice Equipo de Geoeléctrica del capítulo Equipos y Herramientas .
En campo se ubicó el punto central del sondeo y a partir de este se definió una distancia de
uno y medio metros a los electrodos de potencial, y una abertura de los electrodos de corriente de
seis metros para la primera medición, esta distancia se fue ampliando gradualmente hasta
alcanzar los cincuenta metros.
30
Los datos geoeléctricos fueron descargados usando el software SAS 4000 y procesados para
obtener los datos de resistividad aparente del terreno, posteriormente se graficó la resistividad
aparente calculada con respecto a la abertura AB/2 del sondeo para obtener la curva de
resistividades aparente (Ilustración 17) y aplicando el método grafico tradicional de
interpretación para analizar esta curva, se determinaron los puntos de cambio de concavidad, a
partir de los cuales se generó la curva de resistividades reales (Ilustración 18).
De la interpretación realizada a la gráfica de resistividades reales se obtuvo la cantidad de
estratos, la profundidad y espesores de cada uno. Esta información se graficó, utilizando el
software de diseño Google SketchUp, obteniendo los perfiles: geoeléctrico y geológico de
profundidad en el punto sondeado.
En los softwares ArcGIS y QGIS se compilo la información resultante y demás información
geográfica complementaria a la investigación, en una base de datos espacial, que se utilizó para
generar el mapa del proyecto.
En el siguiente diagrama, (Ilustración 16) se resume paso a paso el procedimiento efectuado
para ejecución de este proyecto de investigación.
31
Ilustración 16. Esquema Metodológico del Proyecto.
1. Recopilación Bibliográfica
2. 2-2.
2. Selección y Diseño de Configuración para
Levantamiento Geoeléctrico
3. Levantamiento Topográfico
4. Levantamiento Geoeléctrico
5. Procesamiento de Datos de Resistividad
6. Elaboración de Modelos Geológicos – Geofísicos e
interpretación de Datos
Elaboración Propia.
32
Resultados y Análisis de La Investigación
En el desarrollo de este proyecto se aplicó el método geoeléctrico por medio del estudio de
resistividades registradas en un sondeo eléctrico vertical, efectuado sobre los cerros orientales de
Bogotá, en la zona Centro de la ciudad, más específicamente, en el barrio La Macarena, dentro
del campus de la Facultad de Ciencias y Educación Sede Macarena A, de la Universidad Distrital
Francisco José de Caldas.
En la Tabla 4 se presentan los datos resultantes del levantamiento topográfico, efectuado para
determinar la ubicación geográfica del sondeo eléctrico vertical, en coordenadas elipsoidales y
planas. Las coordenadas elipsoidales del punto central de sondeo, referidas al elipsoide WGS84,
se obtuvieron a partir de un posicionamiento GPS y posteriormente fueron transformadas al
elipsoide GRS80 y convertidas en coordenadas planas de Gauss origen central.
Tabla 4.
Resultados de Posicionamiento GPS para Ubicación del SEV
Coordenadas Elipsoidales Coordenadas Planas
Latitud Norte
4° 36´ 50,24391” N 1001963,405
Longitud Este
74° 03´ 46,95438” W 1001605,192
Altura Altura H
2720,2 m 2693,54 m
Elaboración propia
8.1. Registros de Resistividades
El levantamiento geoeléctrico efectuado, por medio de un sondeo eléctrico vertical, arrojó
datos de tensión (medida en milivoltios) e intensidad (medida en miliamperios), que describen el
comportamiento de la corriente aplicada al subsuelo a diferentes profundidades. Dichas
profundidades dependen de las características geométricas del dispositivo electródico (definidas
en las distancias AB/2 y MN/2), y a partir de ellas se determinó el coeficiente geométrico del
33
dispositivo. En base a estos datos y aplicando la teoría geoeléctrica, se determinó la resistencia a
diferentes profundidades y finalmente se obtuvo la resistividad aparente del subsuelo a dichas
profundidades. Los resultados obtenidos en esta etapa de la investigación se presentan en Tabla
5.
Tabla 5
Resistividades Aparentes SEV Macarena
Estación MN/2
m
AB/2
m
V
(mV)
I
(mA)
V/I K ρ
(Ωm)
1 1,5 3 1600 115 13,91304 9,424778 131,1273
2 1,5 5 660 90 7,333333 26,17994 191,9862
3 1,5 10 240 70 3,428571 104,7198 359,0392
4 1,5 15 140 78 1,794872 235,6194 422,9067
5 1,5 25 92 80 1,15 654,4985 752,6732
Elaboración propia
En la Ilustración 17 se presenta la curva de resistividad aparente, resultante al relacionar las
resistividades aparentes obtenidas (en ohmios*metro) con la distancia AB/2 (en metros), para
cada medición, graficada en escala logarítmica.
Ilustración 17. Curva de Resistividad Aparente SEV Macarena.
100
1000
2 20AB/2 (m)
Sondelo Eléctrico Vertical Macarena
Series1
Res
isti
vid
ad A
par
ente
(ρa)
Ωm
ρa
Elaboración Propia.
34
Dentro de la gráfica de resistividad aparente se observa un comportamiento creciente de la
resistividad en relación a la distancia AB/2, es decir a la profundidad de las mediciones.
También, son evidentes los varios cambios de concavidad, que a simple vista dan una idea sobre
la cantidad de estratos identificables, como resultado de la aplicación del sondo eléctrico vertical.
A partir del análisis de la gráfica anterior, aplicando el método gráfico tradicional de
interpretación, se determinaron los puntos de cambio de concavidad, dando como resultado la
curva de resistividad real presentada en la Ilustración 18.
Ilustración 18. Curva de Resistividad Real.
En la curva de resistividad real, se encontraron siete estratos bajo el subsuelo, cuyos rangos
corresponden a los puntos de cambios de concavidad determinados. Del análisis de la gráfica de
resistividad real, se obtuvieron los datos de resistividad y profundidad de dichos estratos.
100
1000
2 20AB/2 (m)
Sondelo Eléctrico Vertical Macarena
Series1
Res
isti
vid
ad (Ω
m) ρa
ρ
Elaboración Propia.
35
El primer estrato detectado es, lógicamente, el más cercano a la superficie, y se extiende desde
dicha superficie hasta los tres metros de profundidad, la resistividad real para este estrato es
menor a los ciento treinta ohm*m.
El segundo presenta una resistividad real de ciento sesenta ohm*m y alcanza una profundidad
máxima de tres metros con ochenta centímetros, con un espesor de ochenta centímetros.
El tercero tiene una resistividad real de doscientos ohm*m y un espesor de tres metros con
cuarenta centímetros, alcanzando así una profundidad máxima de siete metros y veinte
centímetros.
Para el cuarto estrato se identificó una resistividad real de trescientos ochenta y cinco ohm*m
y una profundidad máxima de doce metros, con un espesor de cuatro metros con ochenta
centímetros.
La mayor amplitud se encontró en el quinto estrato, que, con un espesor de siete metros con
veinte centímetros, alcanza una profundidad de diecinueve metros y tiene una resistividad real de
cuatrocientos ohm*m.
El sexto estrato presenta una resistividad real de setecientos cincuenta y dos ohm*m y un
espesor de cinco metros con ochenta centímetros, alcanzando así la profundidad máxima de
investigación que corresponde a los veinticinco metros, por tanto para el estrato siguiente no es
posible identificar profundidad y teniendo en cuenta la tendencia creciente si asume una
resistividad se aproxima a los ochocientos ohm*m.
Los resultados de la interpretación anterior se sintetizan en la Tabla 6 y se presentan
gráficamente en el perfil geoeléctrico de profundidad (Ilustración 19).
36
Tabla 6.
Interpretación Geoeléctrica de Curva de Resistividades Reales.
Estrato Rango de
Profundidad
Espesor
(m)
Resistividad
(Ωm)
1 0 - 3 3 <130
3 - 3,8 0,8 160
3 3,8 - 7,2 3,4 200
4 7,2 - 12 4,8 385
5 12 - 19 7,2 400
6 19,2 - 25 5,8 752
7 25 - >25 800
Elaboración propia
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Ilustración 19. Perfil Geoeléctrico de Profundidad para El SEV Macarena.
ρ < 130 Ωm
ρ = 160 Ωm
ρ = 200 Ωm
ρ = 385 Ωm
ρ = 400 Ωm
ρ = 752 Ωm
Elaboración Propia.
38
8.2. Modelos Geológicos y Geofísicos
Para la caracterización estratigráfica y litológica de las capas identificadas previamente, (a
partir de las mediciones de resistividad efectuadas hasta una profundidad de veinticinco metros
por medio del sondeo eléctrico vertical practicado), fue fundamental la correlación con la
información existente, referente a la composición geológica de la zona. De este análisis se
determinó la composición litológica de cada uno de los estratos estudiados, teniendo como
resultado:
Para el estrato superior se determinó una litología principalmente arcillosa con presencia de
arenas y el estrato secundario se compone principalmente de sedimentos arenosos y limos. Estos
sedimentos de origen torrencial fueron depositados en el periodo cuaternario principalmente en
la época del pleistoceno.
El tercer estrato, que alcanza una profundidad de siete metros con veinte centímetros, está
compuesto principalmente por arenas y en el sustrato existe presencia de gravas, se encuentra
saturado. En el cuarto estrato la predominancia es de arenisca acompañada de arcillas, en menor
proporción.
La correlación para el quinto estrato di como resultado la presencia de arenisca saturada, de
origen marino, que fueron depositadas principalmente durante el periodo paleógeno. El sexto
estrato corresponde sedimentos de arenisca compacta. Los resultados del análisis de
interpretación geológica, se resumen en la Tabla 7, donde además de relacionar el análisis de
resistividades y espesores de los estratos, se toma en cuenta la posición geográfica y altura sobre
el nivel del mar de la superficie del sondeo y de cada uno de los estratos en su parte superior.
El análisis geológico se presenta gráficamente, en el perfile geológico de profundidad para el