Metodos Eléctricos

MÉTODOS ELÉCTRICOS

Son aquellos que estudian las respuestas del terreno cuando se propagan a través de las corrientes eléctricas continuas (DC). El parámetro físico que se controla es la resistividad y la interpretación final se hace en función de las características geológicas de la zona en que se aplican. Su aplicación es muy frecuente en Ing. geológica. La resistividad es una propiedad intrínseca de las rocas y depende la litología, estructura interna y sobre todo de su contenido en agua, no siendo por tanto, una propiedad isótropa en la masa rocosa.

Formula de archie relaciona la resistividad de la roca, P del agua contenida en los poros, PW, y la porosidad Ҩ:

P= aҨ-mS-nPW

Siendo S la saturación y los términos a, m, n. coeficientes experimentales. Es frecuente utilizar la formula anterior con valores promedio:

P= (ҨS)-2Pw

La medida de las resistividades del subsuelo se lleva a cabo en los siguientes pasos

1. Introducción en el terreno de una corriente continua de intensidad I, mediante dos electrodos, denominados A y B, conectados a una fuente de energía.

2. Medida de la diferencia de potencial ΔV, generada por el paso de la corriente, entre dos electrodos denominados M Y N

3. Calculo de la resistividad el espesor de terreno afectado por el paso de la corriente

La resistividad que se obtiene no corresponde a una unidad litológica concreta, si no que define a el conjunto de materiales afectados por el paso de corriente, y se denomina resistividad aparente

Pa=K(ΔV/I)

Donde K es la constante de configuración geométrica del dispositivo en cada medida, que depende de las distancias entre electrodos AM, MB, AM y NB. Modificando la configuración de electrodos se obtienen múltiples posibilidades de investigación. Lo más frecuente es utilizar configuraciones normalizadas, siendo las más comunes las denominadas Schlumberger y Wenner. La primera es simétrica, con los electrodos de potencial MN interiores y alineados con los de corriente AB, y separación entre M-N inferior a 1/5 de A-B. En la segunda la disposición es igual, salvo que las distancias A-M, M-N y N-B son iguales

Los equipos a emplear son similares para las distancias configuraciones y consisten en una caja de baterías, electrodos de corrientes y potencial, cables de conexión y resistivimetros los métodos más comunes

Sondeos Eléctricos Verticales (SEV)

Esta técnica consiste en separar sucesivamente los electrodos de corriente A y B del punto central, siguiendo una línea recta, y medir la resistividad en cada disposición. La resistividad aparente calculada será, por tanto, la correspondiente a mayores espesores según se van separando los electrodos. Se emplea generalmente la configuración Schlumberger. El resultado que se obtiene del SEV es la variación de la resistividad r con la profundidad en el punto central del perfil investigado. Las profundidades más habituales de investigación están entre 0 y 200 m.

Calicatas Eléctricas (CE)

Para su realización se adopta un dispositivo de tipo Wenner, donde las distancias entre electrodos son iguales moviendo lateralmente el dispositivo a lo largo de un perfil seleccionado.

De esta manera se detectan las variaciones laterales de la resistividad aparente, Pa, a una profundidad aproximadamente constante. Las profundidades más habituales de investigación están entre 0 y 50 m.

Dipolo-Dipolo o pseudosecciones

Se sitúa el dipolo MN lateralmente al AB y alineado con él. Posteriormente y manteniendo fijo el dipolo AB, se desplaza sucesivamente el MN: a continuación se mueve un paso AB y se repite el proceso.

El resultado de esta técnica es un perfil de resistividades en el terreno opseudosección La interpretación de las investigaciones eléctricas se realiza mediante aplicaciones informáticas que proporcionan unos resultados más confiables por el parecido con el modelo geológico real

Método sísmico

Estudia la propagación en el terreno de ondas sísmicas producidas artificial mente, estableciendo su relación con la configuración geológica del subsuelo. La velocidad de propagación depende básicamente de las constantes elásticas y la densidad del medio.

Los contactos entre los cuerpos geológicos con diferente velocidad de transmisión de las ondas sísmicas, definen superficies de separación en las que las ondas sufren refracción, reflexión o difracción.

En ingeniería geológica se emplea básicamente la sísmica de refracción, que estudia la energía que vuelve a la superficie tras sufrir refracción total en superficies límites del subsuelo. El modelo normal del subsuelo presenta velocidades crecientes en profundidad, si bien hay excepciones donde se dan alternativas de niveles de diferente competencia y velocidad de propagación de ondas.

Sísmica de refracción

Dentro de los métodos sísmicos es el más empleado. Consiste en la realización de perfiles longitudinales instrumentados con sensores, espaciados entre si una distancia conocida y general mente regular.

La energía que libera el disparo, habitual mente mediante golpeo con un martillo de 8 kg, llega a los sensores provocando una perturbación que se registran en un sismógrafo. La longitud de los perfiles suele situarse habitual mente entre 25 y 100m, con separación entre geófonos que no suelen exceder los 5m, con objeto de garantizar el detalle de la investigación. Los puntos de golpeo suelen ser, como mínimo 3 en cada perfil, situados a él inicia mitad y final de cada perfil. Si los perfiles exceden longitudes de 60m, el número de puntos de golpeo es habitual mente de 5.

La medida de los tiempos de llegada de las ondas elásticas a los geófonos proporciona el valor de la velocidad de propagación y espesor de los distintos materiales atravesados. Se mide el tiempo transcurrido entre el momento del disparo y la llegada de la primera perturbación a cada geófono. Las primeras en llegar son las ondas directas; sin embargo, a partir de un punto, llegan primero las ondas refractadas, es decir, las que circulan por los niveles inferiores del subsuelo. La mayor distancia recorrida por estas ondas es compensada por la mayor velocidad la dromocona es la función lineal que relaciona el tiempo de llegada de la primera onda con la distancia recorrida por la misma. A cada refractor corresponde una dromocrona, y las características de dicha recta permiten calcular la velocidad del medio y la profundidad a la que se encuentra la superficie de

refracción. La recta pasa por el origen corresponde a las llegadas de las ondas directas lo normal es que los refractores no sean planos y por tanto que los tiempos de llegada de la señal desde el refractor no esté perfectamente alineado según una recta. Existen varias formas de obtener la profundidad y velocidad bajo cada geófono, bajadas en las desviaciones de la recta teórica que se observan para los tiempos de llegada a un geófono cuando se mide el tiempo de ida y cuando la abertura es de vuelta.

La velocidad de transmisión de ondas sísmicas es un buen indicador de las características geotécnicas de los materiales. Son comunes en la bibliografía las tablas de velocidad de los diversos materiales rocosos, aunque se observa una importante dispersión en los valores de velocidad debido a la variabilidad de la composición litológica o de la estructura interna, al porcentaje de poros o vacuolas y a la situracion en agua. A medida de los materiales se degradan y aumenta el grado de alteración, la velocidad disminuye. El grado de alteración de las rocas condiciona de forma definitiva la velocidad de propagación de ondas sísmicas; una roca sana como un granito pude representar una velocidad de 5000m/s mientras que si su alteración es intensa la velocidad puede viajar hasta 1000m/s o menos la sísmica de refracción se emplea en ing geológica para la determinación de espesores de recubrimientos, de la estructura de subsuelos la ripabilidad de los materiales, ubicación de áreas de préstamo etc.

Sísmica de reflexión

Este método se ha empleado poco en la Ing. geológica, si bien cada vez es mas utilizado para definición de estructuras geológicas profundas.

El método consiste en medir los tiempos de llegada de las ondas sísmicas, generadas mediante una fuente de energía apropiada, a los sensores dispuestos alineados según un perfil, tras ser reflectadas en la superficie de contacto las distintas unidades vitológicas, fallas, superficies de discontinuidad, etc. A partir de los tiempos de llegada de las ondas

longitudinales a los geófonos y las velocidades de los distintos horizontes, se pueden reconstruir las trayectorias de las ondas primarias y delimitar la disposición estructural de los distintos horizontes sísmicos a lo largo del perfil. La claridad con que se observan estos reflectores es función de un coeficiente de reflexión que depende de la amplitud de la onda incidente y reflectada, de la diferencia de material inferior y superior al reflector, y de la relación de velocidades de propagación de ondas P entre ambos materiales. Cuando mayor se a la diferencia de competencia entre los materiales que limitan una superficie de discontinuidad o contacto litológico, más clara mente se observa el reflector la técnica de la sísmica de reflexión presenta la ventaja, respecto a otras técnicas geofísicas, de que permite representar gráficamente múltiples horizontes con un único disparo, sin perder precisión de manera significativa con la profundidad.

Método gravimétrico

Se basan en el estudio de las diferencias entre los valores medidos del campo gravimétrico terrestre en un lugar y el valor que teóricamente debía tener en ese lugar. Las anomalías están originadas por heterogeneidad en la densidad del subsuelo, y son positivas y negativas según que existan en el lugar un cuerpo de mayor o menos densidad que la del entorno. La unidad de medida es el miligal (mgal=10 -3cm/s2)) o la unidad gravimétrica (ug=10-4cm/s2). Los apartados de medida son los gravimétricos con precisión de 0.01mgal en los normales y 0.001mgal en los modelos micro. Los gravimétricos no dan medidas directas de la gravedad, y los valores medidos deben sufrir una serie de correcciones que añadirán un apellido a la anomalía para indicar que se ha efectuado una determinada corrección. Los métodos gravimétricos son útiles para localizar cualquier fenómeno en le que la variación de densidad sea su característica fundamental., en Ing. geológica se aplican para la detección de huecos y su cubicación, localización de galerías, zonas con importantes pérdidas de finos con la consiguiente disminución de densidad, zonas con tratamientos del terreno con aumento de densidad, etc.

Esta técnica se aplica generalmente mediante la realización de perfiles longitudinales, a base de puntos alineados de medida, o retículas con espaciado constante. La separación de los puntos de medida debe plantearse en función de la magnitud y profundidad de la anomalía a investigar.

En Ing. geológica tiene gran aplicación la microgravoimetria, útil para investigar anomalías gravimétricas de pequeña escala, y general mente con espaciados entre puntos de medida de un metro o menos, y con sensibilidad de los equipos de uno µgal (1/10-6gal).

Método magnético

Su fundamento consiste en el estudio de las variaciones locales del campo magnético terrestre, obteniendo medidas absolutas de la componente vertical del campo magnético. Las anomalías son debidas en la susceptibilidad magnética de los suelos y rocas, y a la presencia de minerales permanentemente magnetizados. Los resultados que se obtienen no pueden ser interpretados directamente de manera cuantitativa a partir de los datos de campo; suelen interpretarse de forma cualitativa. En Ing. geológica las principales aplicaciones son la localización de conducciones metálicas enterradas, contactos litológicos, fallas, diques, masas mineralizadas, etc., siendo su utilidad muy limitada.

La principal ventaja de la magnetometría es que se trata de un método rápido y económico, emplean incluso menos de 30s en la lectura de cada estación. En área a investigar se cubre habitual mente con una retícula de puntos de medición de espaciado regular y separación variable, en función del objetivo de la investigación. Como norma general la separación entre puntos de medida debe ser como máximo la mitad de la dimensión horizontal menor del cuerpo o anomalía a investigar.

Los equipos más usados en la actualidad son los magnetómetros de protones.

Los trabajadores de campo pueden verse seriamente afectados por la presencia de tendidos eléctricos, vías férreas, vehículos de movimiento o si el terreno es muy heterogéneo.