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ESTUDIO GEOFSICO
TCNICAS
Resistividad Modalidad Schlumberger
UBICACIN
Boulevard va Atlixcyotl ACCESO NORTE A
LOMAS DE ANGELOPOLIS
Para
GRUPO JHOSPI S.A. DE C.V.
Septiembre de 2014
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ndice
1. Introduccin 3
2. Localizacin 4
3. Objetivos 6
4. Marco Geolgico 7
4.1. Fisiografa 7
5. Trabajo de Campo 10
5.1. Trabajo de campo Sondeo Elctrico 10
6. Procesamiento de Datos 13
7. Resultados 16
7.1. SEV-01 17
8. Conclusiones 26
9. Bibliografa 28
10. Caractersticas del equipo 29
11. Certificado de calibracin 33
12. Fotografas 38
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1. Introduccin
Se contrataron los servicios de ANIMAL SOIL S.A. de C.V. para
realizar una
exploracin indirecta por medio de estudios geofsicos en la
modalidad de sondeos elctricos
verticales tipo Schlumberger. Los cuales son comnmente empleados
para obtener una
estratigrafa del suelo relacionando parmetros elctricos del
suelo. En este caso el
parmetro de resistividad elctrica y el de conductividad
elctrica. Los cuales se pueden
asociar a diferentes tipos de materiales por los que pasa las
lneas de flujo elctrico.
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2. Localizacin La zona de estudio se ubica en la ciudad de
Puebla en el estado de Puebla. En el Boulevard via Atlixcyot a la
altura de Lomas de Angelopolis.. Vase las figuras 1, 2 y 3
Figura 1. Localizacin de la zona de estudio en el estado de
Puebla. (Imagen tomada de Google Earth, 2014)
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Figura 2. Localizacin de la zona de estudio en la ciudad de
Puebla (Imagen tomada de Google Earth, 2014)
Figura 3. Localizacin de la zona de estudio en la boulevard va
Atlixcyotl (Imagen tomada de Google Earth, 2014)
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3. Objetivos
Las mediciones de resistividad tiene como objeto conocer el
valor real de la resistividad de la tierra, en trminos de ohms
metro.
Estimar la profundidad y espesor de cada una de las capas que
conforman el modelo geoelctrico.
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4. Marco Geolgico
4.1. Fisiografa
En ciencias de la tierra, una regin se considera provincia o
regin fisiogrfica cuando presenta un origen geolgico unitario sobre
la mayor parte de su rea, as como una morfologa y litologa propias
y distintivas. Estas unidades a su vez pueden ser divididas en una
serie de subprovincias fisiogrficas, que pueden presentar elementos
discordantes conocidos como discontinuidades fisiogrficas.
Las regiones fisiogrficas en que se ha dividido nuestro pas son:
Pennsula de Baja California, Llanura Sonorense, Sierra Madre
Occidental, Sierras y Llanuras del Norte, Sierra Madre Oriental,
Gran Llanura de Norteamrica, Llanura Costera del Pacfico, Llanura
Costera del Golfo Norte, Mesa el centro, Sistema Volcnico
Transversal, Pennsula de Yucatn, Sierra Madre del Sur, Llanura
Costera del Golfo Sur, Sierras de Chiapas y Guatemala, y Cordillera
Centroamericana.
La mayor parte de las regiones fisiogrficas estn formadas por
montaas y planicies que en ocasiones dan lugar a terrenos muy
accidentados, y en otras a paisajes con suaves pendientes.
El hecho de que el relieve de algunas regiones sea muy
accidentado, ha constituido una barrera para integrarlas al
desarrollo del pas; pero tambin ha sido un reto para la sociedad
mexicana, que ha efectuado un gran esfuerzo construyendo
carreteras, puentes, presas y otras grandes obras de ingeniera.
(Vase la figura 4)
Figura 4. Fisiografa (Imagen tomada de INEGI, 2010)
La regin fisiogrfica Sistema Volcnico Transversal.
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El Cinturn Volcnico Transmexicano (CVT) constituye una expresin
fisiogrfica con una extensin de unos 920 km (Figura 20), que
bisecta a la porcin intermedia de la Repblica Mexicana desde el
Ocano Pacfico hasta el Golfo de Mxico, es decir, desde Baha
Banderas en el estado de Jalisco, hasta Punta Delgada es el estado
de Veracruz. La zona volcnica del CVT en su extensin norte-sur es
variable; en su porcin central, desde la ciudad de San Luis Potos
hasta el poblado de Chaucingo en el estado de Morelos, tiene
alrededor de 400 km; mientras que entre el poblado de Teziutln,
Puebla y la ciudad de Orizaba, Veracruz, hacia el Golfo de Mxico,
tiene aproximadamente 100 kilmetros.
La provincia tectnica del Cinturn Volcnico Transmexicano est en
proceso de emersin, afectada por esfuerzos distensivos que generan
sistemas estructurales de fosas y pilares en algunos lugares
complejos, y cuyo arreglo geomorfolgico es el de un desarrollo
numeroso de valles escalonados hacia el centro del Cinturn Volcnico
Transmexicano. Muchos de estos valles estn elevados, por ejemplo,
en los estados de Nayarit y Colima, en la Cuenca de Colima, al
occidente de Mxico, tienen una altitud de unos 400 metros sobre el
nivel del mar y se elevan hasta unos 2600 metros en las cuencas de
Toluca y Tlaxcala.
Se han distinguido cuatro regiones geomorfolgicas mayores en las
que se localizan grandes fosas tectnicas: 1) Tepic-Chapala, 2)
Colima, 3) Michoacn, y 4) cuencas de Toluca, de Mxico, de
Puebla-Tlaxcala y la Oriental. Estas regiones de grandes planicies
contienen sedimentos lacustres, aluviales, fluviales y
volcano-sedimentarios (tobas, piroclastos arenosos y breccias); la
secuencia sedimentaria est interestratificada e interdigitada con
derrames volcnicos de diferente composicin mineralgica y qumica,
emitidas en distintas pocas.
La mayor actividad volcnica en el Cinturn Volcnico Transmexicano
se manifest en el Plio-Cuaternario, por lo que al CVT se le
considera de esta edad. A las rocas volcnicas oligo-miocnicas que
les subyacen se les asocia con la prolongacin de la Sierra Madre
Occidental. Sin embargo, existen evidencias locales en los estados
de Michoacn y Jalisco, que sealan que el vulcanismo
pre-Plio-Cuaternario y el Plio-Cuaternario forman parte del Cinturn
Volcnico Transmexicano, ya que las secuencias volcnicas estudiadas
en esta regin son similares al resto de las rocas gneas que
constituyen al CVT. Los dos periodos de vulcanismo, del
Oligoceno-Mioceno y del Plioceno-Cuaternario, estn separados por
una etapa de inactividad volcnica. El intervalo de estabilidad en
la regin de los Humeros, Michoacn, comprende desde el cese de la
actividad, hace 3 500 000 de aos, hasta su reactivacin, hace 1 000
000 de aos. Sin embargo, estas desactivaciones volcnicas no son
consistentes geocronolgicamente, puesto que varan en magnitud y de
un lugar a otro, en el tiempo y en el espacio.
Geologa
El Cinturn Volcnico Transmexicano tiene caractersticas geolgicas
multigenticas, puesto que aparenta ser consecuencia del
desplazamiento sucesivo de las tres placas tectnicas mencionadas,
desplazamiento en el que la Placa de Cocos obstaculiza el
movimiento de la de Norteamrica, dando origen a una fisura
cortical. En esta zona de debilidad se manifiesta la expulsin
volcnica como producto de la subduccin o asimilacin de la Placa de
Cocos; as el Cinturn Volcnico Transmexicano contina en emersin, por
lo que se generan esfuerzos distensivos de occidente a oriente, que
dan origen y forman la fosa de Baha de Banderas, los grabenes de
Chapala y de Cuitzeo, las cuencas de Toluca, de Mxico, de
Puebla-Tlaxcala y la oriental, que se prolonga hasta Punta Delgada
en el estado de Veracruz (Aguayo y Marn, 1987). La ruptura cortical
en Baha de
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Banderas pudo ser propiciada por la Placa Rivera, que al ser
subducida actu como cua e hizo que, en la regin de Cabo Corrientes
se manifestaran sistemas conjugados de fallas y de fracturas que
son sumamente complejos (Figura 12).
Debido a la subduccin de la Placa de Cocos y a la efusin del
magma hacia la superficie, los primeros esfuerzos fueron
compresivos y produjeron estratovolcanes generalmente de composicin
variable: andesitas, riolitas y dacitas. Durante este proceso la
provincia tectnica del Cinturn Volcnico Transmexicano sigui su
desarrollo y pas por etapas sucesivas de distensin con vulcanismo,
erosin y sedimentacin aluvial, fluvial y lacustre. Cuando los
bloques de origen distensivo se conformaron escalonadamente hacia
la porcin central del Cinturn Volcnico Transmexicano, se
presentaron otros episodios volcnicos de tipo explosivo con lavas y
piroclastos de composicin bsica a intermedia (Vase la figura 5)
Figura 5. Geologa (Imagen tomada de INEGI, 2010)
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5. Trabajo de Campo
5.1. Trabajo de Campo de Sondeo Elctrico Vertical
Para realizar las lecturas en campo:
1. Antes de iniciar con las lecturas geofsicas, se debe se
ubicar el punto central del sondeo elctrico.
2. Posteriormente se determina la direccin donde se colocaran
los electrodos. Ya que se debe de hacer una inspeccin del sitio y
valorar los posibles obstculos que pudieran interrumpir con la
aberturas.
3. Primer paso. Se debe coloca una referencia por medio de una
varilla metlica. Esta referencia, nos sirve como punto de inicio
para tomar las distancias electrodicas. Es decir las distancia de
separacin entre cada uno de los electrodos de potencial y
electrodos de corriente. Siempre respetando estas distancias.
4. Segundo paso. Posteriormente se empieza a tomar las lecturas
de corriente que se inyecta al medio por medio de los electrodos
metlicos, los cuales deben de estar clavados en el suelo natural.
Es importante cuidar en todo momento que las aberturas de las
mediciones, sean colineales, es decir que se siga una lnea recta
imaginaria.
Figura 6. Muestra segmentos colineales.
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Estas lecturas de la corriente inducida al subsuelo se miden por
medio de un multmetro. El cual nos proporciona los valores de la
corriente medida en miliamperes.
5. Tercer paso De igual manera, se coloca los electrodos de
potencial, en el terreno natural, de acuerdo a las separaciones del
arreglo Schlumberger. Estas lecturas, tambin se realizan por medio
de un multmetro digital, el cual nos proporciona primero el
potencial natural del terreno y posteriormente, el potencial
generado por el flujo de corriente inducida por el resistivimetro.
Nos proporciona los valores del campo potencial medido, en
milivolts.
Cada lectura de estos parmetros. Se anotan en hojas debidamente
preparadas para este trabajo. Donde se colocan los valores de
corriente, de potencial natural, potencial inducido, resistividad
calculada y se grafica en una grafica logartmica. Donde se observa
y analiza el comportamiento de la curva, durante la adquisicin de
datos en campo. Lo cual es de suma importancia, ya que nos permite
corregir y/o repetir lecturas durante los trabajos en campo.
6. Cuarto paso. Es importante revisar los principios de este
mtodo, para evitar errores en campo. Se utilizan cuatro electrodos
dos para introducir corriente elctrica al terreno (A y B). Al igual
que otros dos electrodos para medir la diferencia de potencial (M y
N). La idea en este dispositivo es mantener los electrodos de
potencial M y N fijos, mientras los electrodos de corriente A y B
van alejndose paulatinamente del centro.(Vase la figura 7)
Figura 7. Sondeo Elctrico Vertical
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Se aplic el mtodo de sondeo elctrico vertical en la modalidad
Schlumberger (SEV), Tiene su origen en el ao 1920 debido al trabajo
de los hermanos Schlumberger. Por casi 60 aos las interpretaciones
cuantitativas se realizaron usando este mtodo en conjunto con los
algoritmos Koefoed (Koefoed 1972) En este mtodo, el centro del
arreglo es fijo y es el punto atribuible al sondeo. Las lecturas se
llevan a cabo empleando la siguiente metodologa. Se utilizan cuatro
electrodos colineales, ubicados simtricamente respecto al punto
central, sobre una lnea trazada en la superficie: Es decir dos
electrodos de corriente, los cuales sirven para introducir
corriente elctrica al terreno (A y B). Al igual que los electrodos
para medir la diferencia de potencial (M y N). La idea en este
dispositivo es mantener los electrodos de potencial M y N fijos,
mientras los electrodos de corriente A y B van alejndose
paulatinamente del centro, manteniendo su simetra central, para
cada una de las estaciones de medicin. (Vase la figura 1) Las
resistividades aparentes se calculan en campo mediante la
frmula.
= Es la resistividad.
K = Factor geomtrico del arreglo.
V = Voltaje
I = Corriente elctrica.
Los datos de resistividad aparente obtenidos en cada SEV, se
grafican por medio de una curva en funcin del espaciamiento entre
los electrodos. Para lograr esto, es necesario que estas distancias
puedan expresarse por medio de una sola variable, pues de lo
contrario habr que recurrir a una superficie y no a una curva.
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6. Procesamiento de Datos
La etapa de procesamiento de datos, consisti en el anlisis y
lectura de las curvas de resistividad aparente obtenidas con el
arreglo Schlumberger, La curva fue invertida a travs de
procedimientos grficos para obtener un modelo 2D inicial.
Posteriormente, mediante procesos iterativos de cmputo con el
programa Resix-Plus, se determinaron diversos modelos
estratificados que se ajustaron a las curvas de resistividad
aparente observadas en campo, con dicho modelo se form el corte
electro-estratigrfico donde se determina la resistividad de los
materiales.
Primero se introdujeron los valores de resistividad aparente,
por medio del men de EDIT en el programa de computo (vase la
siguiente figura).
FIGURA 8 MUESTRA EL MENU DEL REXIS.
Muestra la ventana EDIT DATA VALUES donde se ingresan los datos
crudos de campo.
Muestra el men general del programa para procesar los datos de
resistividad aparente, a resistividad real.
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Posteriormente se realiza una primera iteracin de varios ajustes
de la curva de resistividad aparente con varias curvas que
representa las posibles soluciones. Es decir la computadora calcula
varias posibles curvas de datos que se pudieran ajustar a los datos
de campo. Posteriormente se obtiene una primera grafica de varias
curvas de resistividad real.
FIGURA 9 MUESTRA EL MENU DEL REXIS.
Despus se regresa al men principal, y se escoge la opcin de
Calculate donde escogemos la sub-opcin de estmate y posteriormente
de interpret, donde se realiza un modelado de la curva real, a
partir de la inversin matemtica de los datos de campo.
FIGURA 10 MUESTRA ITERACIONES DEL PROGRAMA.
Muestra, en la parte superior la grfica de las lecturas, en la
parte inferior, el men de operacin y los valores de resistividad y
profundidad.
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En esta opcin, es donde se realiza la interpretacin de los
datos. Para determinar cules son los datos que ms se ajustan a la
curva de campo. Es decir se encuentra un modelo electro
estratificado con valores de resistividad real.
FIGURA 11 MUESTRA LA CURVA Y MODELO RESULTANTE.
Muestra el resultado final del procesado y la interpretacin.
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7. Resultados
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7.1. SEV 01
FIGURA 12 SE OBSERVA LA UBICACIN DEL SONDEO SEV 01 EN LA CIUDAD
DE PUEBLA EN LA BOULEVARD VIA. ATLIXCYOTL Y CRUCE CON BOULEVAR DE
LOS REYES.
FIGURA 13 MUESTRA LA UBICACIN DEL SONDEO. SEV-02 EN LAS
COORDENADAS 190027.5 Y 98161.4
SEV 02
SEV 02
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Tabla 2. Resultados sondeo elctrico
SONDEO ELECTRICO VERTICAL
UNIDAD RESISTIVIDAD ESPESOR PROFUNDIDAD CONDUCTIVIDAD
U1 27.77 m 2.40 De 0 a 2.40 36.01 S/m
U2 5.36 m 6.25 De 0 a 8.65 186.56 S/m
U3 28.73 m 4.04 De 0 a 49.05 34.80 S/m
U4 20.76 m indeterminado indeterminado 48.16 S/m
Muestra los valores de resistividad en unidades de ohm metro y
valores de conductividad en
microSiemens metro
FIGURA 14 MUESTRA LA CURVA DE RESISTIVIDAD REAL EN UNA GRAFICA
LOGARTMICA, SE
OBSERVA LOS VALORES DE RESISTIVIDAD Y SU PROFUNDIDAD.
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FIGURA 15 MUESTRA EL MODELO ELECTROGEOLGICO A PARTIR DE LA CURVA
DE RESISTIVIDAD REAL.
UNIDAD U1 TIENE UNA RESISTIVIDAD DE 27.77 - m. CON UN ESPESOR DE
2.40 m DESDE LA SUPERFICIES
DEL TERRENO.
UNIDAD U2 TIENE UNA RESISTIVIDAD DE 5.36 - m. CON UN ESPESOR DE
6.25 m
UNIDAD U4 TIENE UNA RESISTIVIDAD DE 20.76 - m.
UNIDAD U3 TIENE UNA RESISTIVIDAD DE 28.73 - m. CON UN ESPESOR DE
4.04 m
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FIGURA 16 MUESTRA MODELO DE EQUIVALENCIAS, MUESTRA LAS POSIBLES
COMBINACIONES PARA EL AJUSTE DE LA CURVA. EN COLOR AZUL MUESTRA EL
MODELO USADO.
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Tabla 7. Valores caractersticos
ROCA/MINERAL/MATERIAL/AGUA RESISTIVIDAD m
ARCILLAS 1 - 20
ARENAS 20 500
ARENISCAS 50 - 5,000
ARENAS Y GRAVAS SECAS 1,000 -10,000
ARENAS Y GRAVAS CON AGUA DULCE 50 500
ARENAS Y GRAVAS CON AGUA SALADA 0.5 5
ARENAS ARCILLOSAS 50 300
ARENAS DE CUARZO 30 -10,000
AGUAS SUBTERRNEAS EN GRANITO Y ROCAS METAMRFICAS 20 100
AGUAS SUBTERRNEAS EN CALIZAS Y ACARREOS 20 50
AGUAS SALOBRES 1 10
AGUA POTABLE SUPERFICIAL 20 300
AGUA DE MAR 500
CONGLOMERADO 1,000 10,000
CALIZAS 300 - 10,000
BRECHA VOLCNICA 100 2000
ESQUISTOS GRAFITOSOS 0.5 5
ESQUISTOS ARCILLOSOS O ALTERADOS 100 300
ESQUISTOS SANOS 300 - 3,000
GRANITO 300 - 10,000
GNEISS Y GRANITO ALTERADO 100 - 1,000
GNEISS SANO 1,000 - 10,000
GRAVAS 100 - 10,000
BASALTOS 300 - 10,000
LIMOS 10 500
MARGAS 50 - 5,000
PIZARRAS 100 - 1,000
TOBAS VOLCNICAS 20 100
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8. Conclusiones SEV 01
Unidad U1. Comprende el segundo estrato, con una profundidad de
0 a 2.40 m.
Tiene un valor de resistividad de 5.36 - m.
Y un valor de conductividad de 186.56 S/m.
Asociado a material arcilloso
Unidad U2. Comprende el estrato superficial, con una profundidad
de 2.40 a 8.65 m.
Tiene un valor de resistividad de 27.77 - m.
Y un valor de conductividad de 36.01 S/m.
Asociado a material arenoso.
Unidad U3. Comprende el tercer estrato, con una profundidad de
8.65 a 49.05 m.
Tiene un valor de resistividad de 28.73 - m.
Y un valor de conductividad de 34.80 S/m.
Asociado a material ms competente posiblemente tepetate.
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9. Bibliografa
Anderson, L. J. & E.Gosk (1989): Applicability of
vulnerability Maps.- Environ Geol Water Sci
Geotomo Software. Rapid 2-D Resistivity & IP inversion using
the least squares method
RES2DINV ver. 3.54 for Windows. Febrary 2006
Kirsch R., Sengpiel K.P. Voss W. 2003. The use of electrical
conductivity mapping in the
definition of an aquifer vulnerability index. Near Surface
Geophysics. Vol. 1 pp.13-19
Koefoed O. Geosounding Principles 1. Resistivity Sounding
Measurements. Elsevier Science
Publishers B.V., 1979
Loke, M. H. and Barker, R. D. 1996. Rapid least-squares
inversion of apparent resistivity
pseudosections using a quasi-Newton method. Geophysical
Prospecting, 44, 131-152
Loke, M.H. and Barker, R.D. 1995. Least-squares deconvolution of
apparent resistivity
pseudosections. Geophysics, 60, 1682-1690
Modin I.N., Shevnin V.A., Bobatchev A.A., Bolshakov D.K., Leonov
D.A., Vladov M.L. 1997.
Investigations of oil pollution with electrical prospecting
methods. 3rd Meeting Environmental
and Engineering Geophysics. Aarhus, Denmark
Normas de la Comisin Federal de Electricidad NRF-011-CFE-2004
seccin 7.1.4.
Procedimiento de medicin en campo.
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10. Caractersticas del equipo elctrico
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Resistivimetro ARES:
Caractersticas
Transmitter:
Power up to 850 W
Current up to 5.0 A
Current resolution 24 bits
Voltage 2000 Vp-p (actually applied voltage automatically level
of measured potential)
Protection full electronic protection
Receiver:
Input voltage range 5 Vp-p (10 Vp-p optionally)
Voltage resolution 24 bits
Input impedance 20 M
Mains frequency filtering 50 or 60 Hz selectable notch
filter
Measuring methods:
2D/3D Multi-Electrode Resistivity and IP Tomography VES -
Vertical Electrical Sounding (resistivity and IP) RP - Resistivity
and IP Profiling SP - Self Potential
Supported arrays:
Wenner Alpha / Beta / Gamma, Wenner-Schlumberger, Dipole-Dipole,
Pole-Dipole, Reverse Pole-Dipole, Pole-Pole, Equatorial
Dipole-Dipole, Cross-Hole, Borehole-Surface, user defined
configurations
Measurement - features:
Self-adapting control system Automatic ranging and
calibration
-
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Automatic pulse cycling and checking of measured values Easy
interruption of the measurement Capability of profile prolongation
by means of multi-electrode cable rolling
Total accuracy: better than 1 % (typically)
IP - Induced Polarization (Chargeability): up to 10 adjustable
IP-windows, each max. 30 s, step 20 / 16.66 ms
Pulse: 0.3 s - 30 s, step 0.1 s
SP compensation: constant and linearly varying SP
cancellation
Stacking: manual or automatic (with self-adaptive setting)
adjustable optimum measured voltage and maximum acceptable
measurement error
Stored values: position of the measured point, output current,
input voltage, SP, apparent resistivity, standard deviation,
chargeability with standard deviation for up to 10 IP windows
Number of electrodes: max. 200 in one array
Line length for ME cable: max. 10 km
Control unit
Easy-Control system, no need of PC for the measurement
Alphanumeric keyboard, large LCD display Measuring system can be
upgraded via Internet Safety switch Memory:
16 Mbit, up to 100 files, 70,000 readings PC interface:
RS232 and USB PC software:
provides data download and export for processing programs
(RES2DINV / RES3DINV, Surfer, IPI2WIN and others) as well as upload
of measuring procedures
Power supply: 12 V car battery, 12 V attachable battery pack or
generator AC/DC adapter for office
Connectors: for PC, battery and a universal one for all
measuring accessories (Multi-Electrode Cable, VES-Adapter, Switch
box), measuring current and potential clamps
Dimensions: 15 x 21 x 40 cm
Weight: 5.9 kg
Ambient conditions: -10C to +60C, weatherproof
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FIGURA 17. SE OBSERVA LAS DIFERENTES PARTES DE LA CONSOLA
ARES
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11. Certificado de Calibracin
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Calibracin 1 MUESTRA CERTIFICADO DE CALIBRACIN DEL
FABRICANTE.
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Calibracin 2 MUESTRA CERTIFICADO DE CALIBRACIN DE CANHEFERN.
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12. Fotografas
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12.1. SEV 01
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