Ada zamora

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIÓN DE INGENIERÍA GEOFÍSICA

MÉTODOS GEOFÍSICOS EN GEOTECNIA: GEORADAR,

RESISTIVIDAD, CROSSHOLE.

Por:

Ada Eduvigis Zamora Godoy

INFORME DE PASANTÍA

Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de

Ingeniero Geofísico

Sartenejas, Octubre de 2012

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIÓN DE INGENIERÍA GEOFÍSICA

MÉTODOS GEOFÍSICOS EN GEOTECNIA: GEORADAR,

RESISTIVIDAD, CROSSHOLE.

Por:

Ada Eduvigis Zamora Godoy

Realizado con la asesoría de:

Tutor Académico: Milagrosa Aldana

Tutor Industrial: José Luis Oliver

INFORME DE PASANTÍA

Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de

Ingeniero Geofísico

Sartenejas, Octubre de 2012

v

RESUMEN

En este trabajo se presentan los resultados de la caracterización de tres áreas diferentes,

utilizando, en cada caso, métodos geofísicos distintos (Georadar, estudios de resistividad y

ensayos “crosshole”), con aplicaciones específicas geotécnicas.

Utilizando el método de Georadar (Ground Penetrating Radar), se trató de identificar

elementos enterrados que pudieran afectar la construcción de una nueva edificación en las

instalaciones de PDVSA INTEVEP, Estado Miranda. Se detectó la presencia de dos tuberías, dos

posibles tuberías y una bancada. Adicionalmente, se presenta una zona en la que la señal de GPR

se ve distorsionada, esto se interpretó como la presencia de planchas de acero o alto grado de

humedad en dichas zonas. Dado al grado de incertidumbre asociado a la existencia de las posibles

tuberías y de las zonas de “alto contraste”, se recomienda efectuar excavaciones en zonas

específicas (calicatas exploratorias), para verificar la existencia de elementos que no pudieron

observarse con certeza en los perfiles.

Mediante sondeos eléctricos verticales (arreglo tipo Wenner), se efectuaron estudios de

resistividad del suelo para el proyecto “Astilleros del Alba (ASTIALBA)” en Araya, Estado

Sucre. Los resultados obtenidos indican valores de resistividad característicos de sedimentos

(arenas y arcillas), presentando concordancia con la litología del área. Dichos resultados serán

tomados en consideración al momento de diseñar los sistemas de puesta a tierra y de protección

catódica para las estructuras a implantar.

Con el propósito de definir las velocidades de ondas Vp, Vs y los módulos elásticos

relacionados a sedimentos marinos, Formación Coche y Formación Manicuare, en Araya, Estado

Sucre; se realizaron dos ensayos de pozos cruzados (crosshole) para el proyecto “Astilleros del

Alba (ASTIALBA)”. Los valores de velocidad de ondas Vp y Vs calculados en cada caso,

concuerdan con los estimados para estas litologías.

Tomando en cuenta factores referentes a perforaciones geotécnicas y ensayos SPT, se

calcula la velocidad de ondas de corte en los sedimentos marinos utilizando diversas ecuaciones

empíricas propuestas por Ohta y Goto (1978). Comparando los resultados obtenidos, se concluye

que, aunque estas ecuaciones pueden presentar una aproximación de las velocidades de ondas S,

la utilización de métodos directos de medición de ondas presenta resultados más confiables.

vi

Mami……

Lo logramos!!!

vii

AGRADECIMIENTOS

A mi mami, por apoyarme en todo momento, dar todo lo que estaba en sus manos y hasta

más, para garantizar mi felicidad y estabilidad. Ser super cariñosa y amorosa, estar siempre

pendiente de mi (a veces más de lo normal), y regañarme bastante. Todo lo que soy te lo debo a

ti, eres lo más grande que tengo mami, te amo infinito!!!

A mi papi por siempre consentirme, apoyarme y darme cariño… Te amoo!

A la familia Ramírez Guevara, la abuela Willy y Nathaly, por demostrarme que no

tenemos que compartir genes para ser familia. Por cuidarme, estar pendientes de mí y tratarme

como un miembro más de la familia, sin la más mínima distinción. Gracias infinitas por

brindarme un hogar lleno de cariño y apoyo incondicional. Los amo!

A Edward Farraye, por ser mi mejor amigo en todo este tiempo. Explicarme mate y hasta

cosas de geofísica. Compartir conmigo demasiadas cosas, aconsejarme y siempre estar dispuesto

a ayudarme en lo que sea. Te quiero demasiado!

A los Yukan Flai (Gris, Yoha, Axel, Juan, Jesús, Adri, Gian, Vicky, K, Fran, Anita y

Vanessa), por hacer estos años en la universidad los mejores de mi vida, todos los momentos

compartidos con ustedes son un tesoro. Tenemos recuerdos muy lindos, espero que sigan en las

próximas etapas de nuestras vidas. Los adoro!

A mis amigos geofísicos: Margarito, Vane, Santo, Carla, Daniel y Mag. Por hacer amenas

las horas interminables de estudio, ser super solidarios y un grupo excelente! Los adoro!

A Jessica Cardozo y Mary Márquez, por estar presentes en cada etapa de mi vida y ser

amigas incondicionales. Las amo!

A mi tía Tere y mi abuela Genoveva, por ser amorosas, comprensivas y súper alcahuetas!,

ayudarnos en los malos momentos, y compartir los buenos! Las quiero.

A los Godoy (Tere, Larry, Carlos, Aymara, Beto, Mary, Carlina, Manuel) por todos los

lindos momentos que hemos compartido, y ser super solidarios con nosotros, los quiero mucho.

A todo el equipo de Amundaray Ingeniería Geotécnica y Amundaray Instrumentos

Geotécnicos, por enseñarme, ayudarme, aconsejarme y compartir conmigo durante este periodo

de pasantías.

viii

A la profesora Milagrosa, Hugo, Edward, Yosu, Mikel, Rossmar y Moisés; por brindarme

su ayuda y apoyo en la elaboración de este libro.

A Dios Todopoderoso!

A la Ilustre Universidad Simón Bolívar!!!!

ix

ÍNDICE GENERAL

RESUMEN ................................................................................................................................................... iv

AGRADECIMIENTOS .............................................................................................................................. vii

ÍNDICE GENERAL ..................................................................................................................................... ix

ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................................................ xii

ÍNDICE DE FIGURAS .............................................................................................................................. xiii

INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................................... 1

CAPÍTULO 1: DETECCIÓN CON GEORADAR DE SERVICIOS ENTERRADOS PARA LA

CONSTRUCCIÓN DE EDIFICACION EN EL PATIO DE APARCAMIENTO PDVSA-INTEVEP. LOS

TEQUES, ESTADO MIRANDA .................................................................................................................. 3

1.1 ASPECTOS TEÓRICOS ............................................................................................................... 3

1.1.1 Ecuaciones de Maxwell ................................................................................................................. 3

1.1.2 Coeficientes de reflexión de Fresnel ............................................................................................. 5

1.1.3 Atenuación de la señal ................................................................................................................... 8

1.1.4 Aplicaciones Generales de datos GPR .......................................................................................... 9

1.1.5 Localización de tuberías ................................................................................................................ 9

1.2 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL ÁREA DE ESTUDIO .............................................................. 10

1.3 ADQUISICIÓN DE DATOS ............................................................................................................. 13

1.4 PROCESAMIENTO E INTERPRETEACIÓN DE LOS PERFILES ................................................ 15

1.5 RESULTADOS Y ANÁLISIS ........................................................................................................... 19

1.5.1 Calicatas exploratorias recomendadas ......................................................................................... 21

1.6 CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 23

CAPÍTULO 2: ESTUDIOS DE RESISTIVIDAD DEL SUELO PARA EL PROYECTO “ASTILLEROS

DEL ALBA (ASTIALBA)”. ARAYA, ESTADO SUCRE. ........................................................................ 24

2.1 ASPECTOS TEÓRICOS ................................................................................................................... 24

2.1.1 Resistividad Aparente ................................................................................................................. 26

2.1.2 Sondeo eléctrico vertical ............................................................................................................. 27

2.1.3 Pseudo-sección de resistividad aparente ..................................................................................... 28

2.1.4 Método Wenner ........................................................................................................................... 29

2.2 UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO ......................................................................................... 29

2.3 GEOLOGÍA DEL ÁREA ................................................................................................................... 30

2.3.1 Geología Estructural Regional ............................................................................................. 31

2.3.2 Geología Local ..................................................................................................................... 33

x

2.3.2.1 Unidades Sedimentarias Cuaternarias .................................................................................. 33

2.3.2.2 Formaciones ......................................................................................................................... 34


2.4.1 Equipos Utilizados ...................................................................................................................... 37

2.4.2 Área Administrativa .................................................................................................................... 38

2.4.3 Subestación Principal .................................................................................................................. 39

2.5 PROCESAMIENTO .......................................................................................................................... 41


2.6.1 Área Administrativa .................................................................................................................... 42

2.6.2 Subestación Principal .................................................................................................................. 48

2.6.3 Consideraciones generales: sistemas puesta a tierra y protección catódica ................................ 53

2.7 CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 54

CAPÍTULO 3: ESTUDIOS GEOTÉCNICOS POR PROSPECCIÓN GEOFÍSICA EN TIERRA:

CROSSHOLE PARA EL PROYECTO “ASTILLEROS DEL ALBA (ASTIALBA)”, ARAYA, ESTADO

SUCRE ......................................................................................................................................................... 55

3.1 Aspectos Teóricos .............................................................................................................................. 55

3.1.1 Ondas Sísmicas ........................................................................................................................... 55

3.1.2 Módulos Elásticos ....................................................................................................................... 56

3.1.3 Determinación de módulos elásticos usando Vp, Vs y densidad ................................................ 59

3.1.4 Ensayo de Pozos Cruzados (Crosshole) ...................................................................................... 59

3.2 UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO ......................................................................................... 60


3.4 PROCESAMIENTO DE LOS DATOS ............................................................................................. 67

3.4.1 Ensayo Crosshole 1 .............................................................................................................. 67

3.4.2 Ensayo Crosshole 2 .............................................................................................................. 69


3.5.1. Cálculo de velocidades de ondas P y S ...................................................................................... 70

3.5.1.1 Ensayo Crosshole 1 .......................................................................................................... 70


3.5.2 Cálculo de Módulos Elásticos ..................................................................................................... 78



3.5.3 Consideraciones de sismicidad para el diseño de edificaciones ........................................... 80

3.5.4 Consideraciones para el análisis de interacción suelo-estructura ......................................... 81

3.6 CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 81

xi

CAPÍTULO 4: UTILIZACIÓN DE ECUACIONES EMPÍRICAS PARA ESTIMAR LA VELOCIDAD

DE ONDAS DE CORTE A PARTIR DE PARÁMETROS RELACIONADOS A ENSAYOS DE

PENETRACIÓN ESTÁNDAR .................................................................................................................... 83

4.1 ASPECTOS TEÓRICOS ................................................................................................................... 83

4.1.1 Ensayo SPT ................................................................................................................................. 83

4.1.2 Relación Ensayos SPT-Velocidad Ondas de Corte ..................................................................... 85

4.2 METODOLOGÍA .............................................................................................................................. 86


4.3.1 Número de golpes (N) .......................................................................................................... 88

4.3.2 Número de golpes (N) y profundidad (H) ............................................................................ 88

4.3.3 Número de golpes (N) y Tipo de Suelo (Suelo) ................................................................... 89

4.3.4 Número de golpes (N), Profundidad (H) y Tipo de Suelo (Suelo) ....................................... 90

4.4 CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 92

REFERENCIAS ........................................................................................................................................... 94

APÉNDICE A: Planilla de Perforación, sondeo PN-02 ............................................................................... 98

APÉNDICE B: Perfil perforaciones geotécnicas cercanas al ensayo crosshole 1 ..................................... 100

APÉNDICE C: Ensayos de laboratorio, muestras recuperadas, sondeo SM-141 ...................................... 101

APÉNDICE D: Forma espectral y factor de corrección ............................................................................. 103

APÉNDICE E: Planilla de perforación, sondeo SM-141 ........................................................................... 104

xii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1.1: Elementos detectados .................................................................................................................. 19

Tabla 2.1: Coordenadas UTM de los estudios de resistividad en el área administrativa ............................. 38

Tabla 2.2: Coordenadas UTM de los estudios de resistividad de la Subestación Principal ......................... 40

Tabla 3.1: Tiempos y velocidades de Ondas P y S, sentido descendente. Ensayo Crosshole 1 ................... 71

Tabla 3.2: Tiempos y velocidades de Ondas P y S, sentido ascendente. Ensayo Crosshole 1 ..................... 72

Tabla 3.3: Velocidades de Ondas P y S, ensayo Crosshole 1 ...................................................................... 73

Tabla 3.4: Relación Vp/Vs, ensayo crosshole 1. .......................................................................................... 74

Tabla 3.5: Tiempos y velocidades de Ondas P y S, sentido descendente, ensayo crosshole 2 .................... 75

Tabla 3.6: Tiempos y velocidades de Ondas P y S, sentido ascendente, ensayo crosshole 2 ...................... 76

Tabla 3.7: Velocidades de Ondas P y S, ensayo crosshole 2 ....................................................................... 77

Tabla 3.8: Relación Vp/Vs, ensayo crosshole 2. .......................................................................................... 78

Tabla 3.9: Módulos elásticos, ensayo crosshole 1. ....................................................................................... 79

Tabla 3.10: Módulos elásticos, ensayo crosshole 2 ...................................................................................... 80

Tabla 4.1: Velocidad de ondas S tomando en cuenta el número de golpes N. ............................................. 88

Tabla 4.2: Velocidad de ondas S tomando en cuenta el número de golpes (N) y la profundidad (H). ........ 89

Tabla 4.3: Velocidad de ondas S tomando en cuenta el número de golpes (N) y el tipo de suelo. .............. 89

Tabla 4.4: Velocidad de ondas S tomando en cuenta el número de golpes (N), la profundidad (H) y el tipo

de suelo (Suelo). ........................................................................................................................................... 90

Tabla 4.5: Error promedio y error probable ................................................................................................. 91

xiii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1: Secuencia de inducción de un campo electromagnético. ............................................................. 4

Figura 1.2: Ondas incidentes en una interfaz cuando son transmitidas y reflejadas. ..................................... 5

Figura 1.3: Campos de propagación de ondas electromagnéticas ................................................................. 6

Figura 1.4: Atenuación de la señal debido a heterogeneidades. ..................................................................... 8

Figura 1.5: Vista en planta de perfiles para detectar una tubería ................................................................... 9

Figura 1.6: Ubicación del área de estudio, Estado Miranda ......................................................................... 10

Figura 1.7: Ubicación del área de estudio .................................................................................................... 11

Figura 1.8: Plano del área de estudio e indicación de ubicación de la edificación a construir .................... 12

Figura 1.9: Ubicación de las bancadas de servicios a construir para la edificación ..................................... 12

Figura 1.10: Mallado realizado durante la adquisición de datos. ................................................................. 13

Figura 1.11: Equipo de adquisición SIR-3000 ............................................................................................. 14

Figura 1.12: Antena de 400MHz .................................................................................................................. 14

Figura 1.13: Interpretación de tuberías en secciones contiguas ................................................................... 16

Figura 1.14: Perfil R656, forma original ...................................................................................................... 17

Figura 1.15: Perfil R656, al aumentar la ganancia de las señales ................................................................ 17

Figura 1.16: Zonas de alto contraste y tubería ............................................................................................. 18

Figura 1.17: Elementos encontrados que no presentaron continuidad en los perfiles adyacentes. .............. 18

Figura 1.18: Tuberías detectadas .................................................................................................................. 20

Figura 1.19: Ubicación de las calicatas recomendadas ................................................................................ 22

Figura 2.1: Resistividad de algunas rocas y minerales ................................................................................. 25

Figura 2.2: Mediciones de resistividad ........................................................................................................ 26

Figura 2.3: dispositivo electródico AMN para la definición de resistividad aparente ................................. 26

Figura 2.4: Ejemplo de un subsuelo heterogéneo ......................................................................................... 27

Figura 2.5: Arreglo Wenner ........................................................................................................................ 29


Figura 2.7: Área de Estudio, ubicada entre Manicuare y Chacopata ........................................................... 31

Figura 2.8: Mapa esquemático estructural área del Caribe .......................................................................... 32

Figura 2.9: Mapa Geológico de Unidades Sedimentarias ............................................................................ 33

Figura 2.10: Ubicación Área Administrativa y Subestación Principal ......................................................... 37

Figura 2.11: Equipo utilizado para la realización de los estudios de resistividad ........................................ 38

Figura 2.12: Ubicación de los estudios de resistividad correspondientes al área administrativa. ................ 39

xiv

Figura 2.13: Ubicación de los estudios de resistividad correspondientes a la Subestación Principal .......... 40

Figura 2.14: Ubicación de los perfiles de resistividad del área administrativa ............................................ 42

Figura 2.15: Pseudosección de resistividad aparente, perfil D3-D2 ............................................................ 43

Figura 2.16: Sección de resistividad verdadera, perfil D3-D2 ..................................................................... 44

Figura 2.17: Pseudosección de resistividad aparente, perfil D7-D5 ............................................................ 44

Figura 2.18: Sección de resistividad verdadera, perfil D7-D5 ..................................................................... 45

Figura 2.19: Pseudosección de resistividad aparente, perfil D6-D4-D1 ...................................................... 46

Figura 2.20: Sección de resistividad verdadera, perfil D6-D4-D1 ............................................................... 46

Figura 2.21: Mapa de resistividad verdadera a 2m de profundidad, área administrativa. ............................ 47

Figura 2.22: Ubicación de los perfiles de resistividad correspondientes a la subestación principal. ........... 48

Figura 2.23: Pseudosección de resistividad aparente, perfil A1-A2-A3 ...................................................... 49

Figura 2.24: Sección de resistividad verdadera, perfil A1-A2-A3 ............................................................... 49





Figura 2.29: Mapa de resistividad verdadera a 5m de profundidad, subestación principal ......................... 53

Figura 3.1: Ondas P ...................................................................................................................................... 55

Figura 3.2: Ondas S ...................................................................................................................................... 56

Figura 3.3: Identificación de ondas sísmicas................................................................................................ 56

Figura 3.4: Relación de Poisson ................................................................................................................... 57

Figura 3.5: Módulo de Young ...................................................................................................................... 57

Figura 3.6: Módulo de rigidez ...................................................................................................................... 58

Figura 3.7: Módulo de Bulk ......................................................................................................................... 58

Figura 3.8: Descripción del ensayo crosshole .............................................................................................. 60


Figura 3.10: Ubicación de mediciones de resistividad y ensayos crosshole ................................................ 61

Figura 3.11: Ubicación de los ensayos Cross Hole ...................................................................................... 62

Figura 3.12: Sistema de martillo de pozo ..................................................................................................... 64

Figura 3.13: Geófono de pozo triaxial con su controlador ........................................................................... 64

Figura 3.14: Sismógrafo de 24 canales ........................................................................................................ 65

Figura 3.15: Adquisición de datos. Ensayo Crosshole 1 .............................................................................. 66

Figura 3.16: Registro correspondiente al disparo a 5,5m al descender la fuente. Ensayo crosshole 1 ........ 68

Figura 3.17: Registro después de aplicar un filtro pasa banda, correspondiente al disparo a 5,5m al

descender la fuente. Ensayo crosshole 1 ...................................................................................................... 68

xv

Figura 3.18: Registro correspondiente al disparo a 7,5m al descender la fuente. Ensayo crosshole 2 ........ 69

Figura 3.19: Registro después de aplicar un filtro pasa banda, correspondiente al disparo a 7,5m al

descender la fuente. Ensayo crosshole 2 ...................................................................................................... 70

Figura 3.20: Variación de velocidades Vp y Vs con la profundidad, ensayo crosshole 1. .......................... 73

Figura 3.21: Variación de velocidades Vp y Vs con la profundidad, ensayo crosshole 2. .......................... 77

Figura 4.1: Esquema ensayo SPT. ................................................................................................................ 84

Figura 4.2: Comparación velocidad de ondas S, ensayo Crosshole y ecuaciones empíricas ....................... 91

Figuras de los Apéndices

Figura A1: Planilla de perforación, sondeo PN-03, pag. 1 ........................................................................... 98

Figura A2: Planilla de perforación, sondeo PN-03, pag. 2 ........................................................................... 99

Figura B1: Perfil perforaciones geotécnicas cercanas al ensayo crosshole 1 ............................................. 100

Figura C1: Planilla laboratorio, sondeo Sm-141, pag 1 ............................................................................. 101

Figura C2: Planilla laboratorio, sondeo Sm-141, pag 2 ............................................................................. 102

Figura D1: Forma espectral y factor de corrección .................................................................................... 103

Figura E1: Planilla de perforación, sondeo Sm-141, pag 1 ........................................................................ 104

Figura E3: Planilla de perforación, sondeo Sm-141, pag 3 ........................................................................ 106

1

INTRODUCCIÓN

En el área de la construcción civil, la aplicación de ciertos métodos geofísicos para

obtener información del subsuelo resulta de gran utilidad en el diseño de las estructuras. Algunos

de los métodos geofísicos utilizados con fines geotécnicos son: Georadar (Ground Penetrating

Radar), estudios de resistividad y ensayos crosshole (Manilla, 2003).

El Georadar es muy empleado en la investigación somera del subsuelo urbano, siendo la

técnica por excelencia para la localización y cartografía de servicios urbanos enterrados

(Bordehore, 2005). Estudios eléctricos de superficie representan un método de análisis de los

geomateriales en términos de sus propiedades eléctricas, de ellas la resistividad es bastante

importante (Arias, 2011), conociendo los valores de resistividad del suelo, se pueden diseñar los

sistemas de puesta a tierra y protección catódica para proteger estructuras a construir. Mediante la

realización de ensayos crosshole se calculan valores de velocidades de ondas sísmicas, estas son

herramientas importantes al momento de diseñar estructuras que respondan a condiciones

específicas de sitio, adicionalmente, conociendo los valores de velocidad de ondas sísmicas y la

densidad del medio, es posible calcular las propiedades elásticas que relacionan la magnitud de la

respuesta asociada al esfuerzo aplicado (Rocabado, 2011).

La empresa Amundaray Instrumentos Geotécnicos se dedica a prestar servicios de

instrumentación geotécnica, geofísica y sismológica para obras de ingeniería. Durante el periodo

de pasantías en esta compañía, se realizaron trabajos empleando los métodos geofísicos descritos

anteriormente con el propósito de la caracterización de suelos en varias partes del país. Estudios

GPR son llevados a cabo para detectar elementos enterrados en un área donde se prevé la

construcción de una nueva edificación en las instalaciones de INTEVEP (PDVSA), Los Teques,

Estado Miranda. Estudios de resistividad y ensayos crosshole se realizaron en la zona donde se

construirá el “Astillero del Alba” en Araya, estado Sucre.

A fin de estimar valores de velocidad de ondas de corte, Ohta y Goto (1978), utilizando

los resultados de ensayos de penetración estándar (SPT) en perforaciones geotécnicas,

determinaron diversas ecuaciones empíricas que permiten calcular estas velocidades mediante

parámetros geotécnicos. Habiendo calculado la velocidad de ondas de corte con los ensayos

2

crosshole, se toman en consideración resultados de perforaciones geotécnicas cercanas a estos

ensayos, para estimar estas velocidades utilizando las ecuaciones empíricas.

3

CAPÍTULO 1

DETECCIÓN CON GEORADAR DE SERVICIOS ENTERRADOS PARA LA

CONSTRUCCIÓN DE EDIFICACIÓN EN EL PATIO DE APARCAMIENTO DE

PDVSA-INTEVEP, LOS TEQUES, EDO. MIRANDA

1.1 ASPECTOS TEÓRICOS

La tecnología GPR (Ground Penetrating Radar) utiliza campos electromagnéticos para

detectar estructuras y cambios en las propiedades de los materiales. La mayoría de las

aplicaciones se utilizan en materiales geológicos. Sin embargo, otra aplicación consiste en la

detección de compuestos generados por el hombre como lo son concreto, asfalto y otros

materiales de construcción. Una de las ventajas de este método es que se obtienen imágenes del

subsuelo en tiempo real y de manera continua (Annan, 2005).

Los fundamentos del GPR se basan en la teoría electromagnética. Los campos

electromagnéticos se propagan principalmente como ondas no dispersivas. Las ecuaciones de

Maxwell describen matemáticamente la física de los campos electromagnéticos. Relaciones

constitutivas cuantifican las propiedades de los materiales, la combinación de éstas provee los

fundamentos para describir cuantitativamente las señales de GPR (Annan, 2005).

1.1.1 Ecuaciones de Maxwell

En términos matemáticos, los campos electromagnéticos y sus propiedades relacionadas

se expresan como: (Annan, 2005)

4

y (1.3)

donde:

Vector de fuerza de campo eléctrico (V/m)

Vector del flujo de densidad magnética (T)

Vector de desplazamiento eléctrico (C/m2)

Intensidad del campo magnético (A/m)

Densidad de carga eléctrica (C/m2)

Vector de densidad de corriente eléctrica (A/m2)

Tiempo (seg)

Las ecuaciones de Maxwell describen un conjunto de campos eléctricos y magnéticos

cuando los campos varían con el tiempo. Los campos eléctricos cambiantes generan campos

magnéticos que, a su vez, inducen un campo eléctrico (Figura 1.1). Esta continua sucesión de un

campo inducido por otro, da como resultado la generación de una serie de campos

electromagnéticos que se desplazan a través del medio (Annan, 2005).

Figura 1.1: Secuencia de inducción de un campo electromagnético (Modificado de Annan, 2005).

5

1.1.2 Coeficientes de reflexión de Fresnel

El coeficiente de Fresnel de reflexión y transmisión cuantifica cómo varían las amplitudes

de los campos electromagnéticos a través de la interfaz entre dos materiales (Annan, 2005).

Cuando una onda electromagnética plana incide en un límite, es parcialmente transmitida

y parcialmente reflejada (Ver figura 1.2). La amplitud del campo incidente se denota como I y la

señales reflejadas son denotadas como RI y TI donde R y T son los coeficientes de reflexión y

transmisión. (Annan, 2005).

Figura 1.2: Ondas incidentes en una interfaz cuando son transmitidas y reflejadas (Annan, 2005).

Cuando se encuentran límites planares, se ha vuelto tradicional descomponer la onda

incidente en dos componentes cuyos vectores componentes tienen orientación compatible

respecto al límite. Estas dos ondas se refieren a las ondas del campo eléctrico transversal (TE) y

del campo magnético transversal (TM) (Ver figura 1.3). La onda del campo eléctrico transversal

siempre tiene su campo eléctrico paralelo al plano de la interfaz, mientras que la onda de campo

magnético transversal tiene su campo magnético en el plano de la interfaz. Esta descomposición

es estrictamente dependiente de la geometría de la interfaz y no tiene relación alguna con los

correspondientes campos electromagnéticos. Al descomponer el campo en las componentes TE y

TM, puede obtenerse la forma matemática específica de R y T (Annan, 2005).

6

Figura 1.3: Campos de propagación de ondas electromagnéticas (Modificado de Annan, 2005)

Los coeficientes de reflexión y transmisión de las ondas TE y TM toman formas

matemáticas distintas porque su comportamiento es distinto. Formalmente puede escribirse:

(1.4)

(1.5)

Donde ITE representa la fuerza de campo eléctrico para la onda TE e ITM representa la

fuerza del campo magnético para la onda TM.

Las formas matemáticas para R e I se derivan señalando dos hechos fundamentales.

Primero, la ley de Snell debe satisfacerse. Segundo, el comportamiento físico requiere que los

campos magnéticos y eléctricos en el plano de la interfaz sean el mismo a ambos lados del límite

y además que la corriente eléctrica y la densidad de flujo magnético atravesando el límite deben

ser iguales en cada lado del límite.

Cuando estas condiciones se cumplen se puede deducir que:

7

Estas son las ecuaciones para los coeficientes de reflexión y transmisión, donde Zi y Yi

son las impedancias y admitancias de la i-ésima capa (Annan, 2005).

Es importante recordar que las expresiones anteriores aplican para el campo magnético en

el caso TM y el campo eléctrico en el caso TE.

Cuando la onda electromagnética incide verticalmente sobre la interfaz (θ1=0°), no hay

distinción entre las ondas TE o TM y los coeficientes TE y TM son idénticos. Cuando la

incidencia no es vertical, los coeficientes son diferentes. Estos resultados muestran los cuatro

puntos importantes que deben ser recordados al momento de evaluar e interpretar datos GPR

(Annan, 2005):

1. La magnitud de reflexión de los TE se vuelve más grande mientras mayores sean los

ángulos de incidencia.

2. El coeficiente de reflexión TM puede eliminarse o mostrar reducciones a lo mínimo si el

ángulo de incidencia aumenta. Este ángulo mínimo es conocido como el “ángulo

Brewster”. Al ángulo Brewster, ocurre máxima transmisión a través de la interfaz. Para

ondas TE, la admitancia debe disminuir en la interfaz para que el ángulo de Brewster

exista; para las ondas TM, la impedancia debe disminuir a través de la interfaz.

3. Cuando las ondas viajan de un medio de baja velocidad a un medio de alta velocidad, la

magnitud de los coeficientes de reflexión se vuelve constante para ángulos mayores a los

ángulos críticos. Las ondas son totalmente reflejadas, los campos existen en el otro material

pero se comportan como señales evanescentes que decaen exponencialmente con la

distancia de la interfaz.

4. El signo de los coeficientes de reflexión puede ser positivo o negativo. Un signo positivo de

reflexión indica que el campo reflejado ( para TE o para TM) están en la misma

8

dirección que el vector de campo incidente, mientras que un coeficiente negativo significa

que el campo reflejado está en dirección opuesta al campo incidente (Annan, 2005).

1.1.3 Atenuación de la señal

Invariablemente, las señales de GPR se transmiten a través de medios complejos. Las

señales encuentran propiedades magnéticas y eléctricas heterogéneas a muchas escalas. El diseño

de un estudio GPR requiere que las longitudes de ondas de los campos electromagnéticos sean

comparables en escala con los objetos a detectar. Las heterogeneidades a pequeñas escalas

generan respuestas débiles o indetectables, pero su presencia tiene un impacto en la señal

mientras se transmite. Las heterogeneidades extraen energía a medida que los campos

electromagnéticos viajan, la dispersan en todas las direcciones y hasta pueden absorber un poco

de energía (Annan, 2005).

Cuando las señales de GPR viajan a través de medios heterogéneos, la señal directa pierde

energía constantemente (Figura 1.4). Esta pérdida de energía es imposible de cuantificar a menos

que se utilice un modelo específico (Annan, 2005).

Figura 1.4: Atenuación de la señal debido a heterogeneidades (modificado de Annan, 2005).

9

1.1.4 Aplicaciones Generales de datos GPR

El objetivo esencial de las investigaciones con GPR es extraer información del subsuelo.

Las aplicaciones son muy amplias, pero el objetivo principal es detectar objetos enterrados,

definiendo su localización y extensión en un espacio 3D. Por estos motivos, la interpretación de

datos de GPR requiere analizar los datos dos veces: primero para extraer información sobre la

velocidad y la atenuación y luego para definir la ubicación del objetivo, profundidad, entre otros

(Annan, 2005).

Los datos de GPR pueden presentar artefactos que pueden llevar a interpretaciones

incorrectas. La interpretación de los datos es inherentemente subjetiva y depende mayormente de

las habilidades, experiencia y conocimientos de quien analiza los datos (Annan, 2005).

1.1.5 Localización de tuberías

La forma común de adquirir los datos GPR para localizar tuberías, consiste en adquirir

perfiles transversales y perpendiculares entre sí. En campo, el primer paso es estudiar los

primeros resultados obtenidos sobre las tuberías observadas en los perfiles. Varios perfiles en

diversas direcciones pueden ser necesarios (Figura 1.5) (Annan, 2005).

Figura 1.5: Vista en planta de perfiles para detectar una tubería (Modificado de Annan, 2005)

Tubería

β =90°

β =45°

β =0°

10

Como se muestra en la figura 1.4, el perfil adquirido a β =90° es perpendicular a la

ubicación de la tubería y es el más adecuado para determinar la profundidad de la misma. El

perfil adquirido a β =45° está en un ángulo oblicuo y el perfil correspondiente a β =0° es paralelo

al eje de la tubería. Los resultados de los perfiles a 45° y 0° no son adecuados para determinar la

profundidad a menos que se conozca el ángulo exacto de ubicación de la tubería (Annan, 2005).

Las tuberías se observan en los perfiles como hipérbolas. El vértice de la hipérbola indica

directamente la localización de la tubería. En campo se pueden marcar estos puntos y señalar la

trayectoria de la tubería (Annan, 2005).

1.2 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL ÁREA DE ESTUDIO

En este trabajo se adquirieron datos GPR para ubicar tuberías en un área aproximada de

3500 m², la cual encierra la mayor parte de área útil del estacionamiento entre los sectores

internos Norte 1 y Norte 2 de PDVSA INTEVEP, Los Teques, Edo. Miranda (Ver Figura 1.6).

Figura 1.6: Ubicación del área de estudio, Estado Miranda (Modificado de

http://www.venezuelatuya.com/)

http://www.venezuelatuya.com/

11

En la Figura 1.7 se muestra una imagen en planta de las instalaciones de PDVSA

INTEVEP, el área de estudio está señalada con un recuadro rojo.

Figura 1.7: Ubicación del área de estudio (Modificado de Google Earth)

En la figura 1.8 se presenta el plano del área, identificando específicamente la zona de

estudio. Este estudio fue realizado con la finalidad de detectar de servicios y/o elementos

enterrados que puedan ser afectados al momento de ejecutar trabajos de construcción de una

nueva edificación dentro de instalaciones de PDVSA INTEVEP, Los Teques, Edo. Miranda. Ya

que ésta es una zona urbanizada, se prevé la existencia de gran variedad de tuberías y elementos

enterrados.

12

Figura 1.8: Plano del área de estudio e indicación de ubicación de la edificación a construir

La construcción de esta nueva edificación implica la disposición de bancadas y nuevas

tuberías para los servicios. La figura 1.9 presenta una imagen de la ubicación de las bancadas a

construir, así como la vista en planta de la proyección de la edificación.

Figura 1.9: Ubicación de las bancadas de servicios a construir para la edificación

13

1.3 ADQUISICIÓN DE DATOS

Con el propósito de detectar servicios enterrados, se realizó la adquisición de los datos

siguiendo un mallado, el cual se muestra en la figura 1.10.

Figura 1.10: Mallado realizado durante la adquisición de datos.

Dicho mallado consta de trece perfiles en dirección vertical, realizados con un

espaciamiento entre perfiles de aproximadamente 3m, y nueve perfiles en dirección horizontal,

realizados con un espaciamiento aproximado entre perfiles de 2,5m. Los obstáculos encontrados

durante la adquisición fueron vehículos aparcados en el área de estudio, estos obstáculos no

influyen significativamente en los resultados.

La fosa de transformadores, ubicada en las adyacencias a la zona de estudio, consta de dos

transformadores, de éstos transformadores se tienen dos bancadas eléctricas que forman parte de

la red de distribución de electricidad para INTEVEP.

14

La adquisición de datos fue llevada a cabo con el equipo SIR-3000 (Ver figura 1.11), con

características que se indican a continuación:

Figura 1.11: Equipo de adquisición SIR-3000

Unidad de control SIR-3000, compatible con todas las antenas GSSI (Geophysical Survey

Systems, Inc.), con memoria de 2GB. El software que regula las mediciones del Georadar

es GSSI. La unidad incluye teclado, con el cual se introducen los datos necesarios para

realizar cada estudio (nombre, separación entre perfiles, dirección de perfil, rango, etc.) y

permite visualizar los datos adquiridos en tiempo real.

Una fuente de poder de 10.8V DC (Batería recargable).

Antenas blindadas con frecuencias de 400MHz (Figura 1.12).

Figura 1.12: Antena de 400MHz

15

Un odómetro, que mide las distancias recorridas por el Georadar una vez que se inicia la

medición. En función de la información que adquiere este dispositivo, la unidad de

control regula la emisión de pulsos y puede ubicar los registros de cada perfil en su

posición correcta, de acuerdo a la información proporcionada por el usuario.

La metodología de adquisición de los datos comprendió:

Marcación de inicio y final de perfiles georeferenciados amarrados a la topografía.

Puesta en marcha del equipo para la adquisición de los perfiles correspondientes. Se

marcó en la libreta de campo la dirección del perfil y la ubicación del mismo en el plano.

Verificación de datos adquiridos incluyendo relación señal-ruido y longitud marcada por

el odómetro.

1.4 PROCESAMIENTO E INTERPRETEACIÓN DE LOS PERFILES

Los datos adquiridos se visualizaron en el programa RADAN 6.6, de la compañía

Geophysical Survey Systems, Inc.

Para ubicar tuberías enterradas en las distintas zonas de estudio, se realizó una correlación

lateral entre las distintas difracciones hiperbólicas que aparecían en los radargramas (ver Figura

1.13). Si una difracción era observada en distintas secciones contiguas entonces se procedía a

cartografiar como una tubería. Si se observaba una difracción similar a la que produce

tradicionalmente una tubería, pero resultaba ser un evento aislado que no se correlacionaba con

secciones contiguas, entonces se concluía que éstas eran ocasionadas por peñones u otros objetos

enterrados.

16

Figura 1.13: Interpretación de tuberías en secciones contiguas (Modificado de

http://www.idscompany.it)

Cada perfil se procesó de forma individual. En algunos casos se aumentó un poco la

ganancia en los perfiles, con el propósito de obtener mejor resolución en las señales. Se tomó en

consideración que, si se aumentaba mucho la ganancia, aumentaba también el ruido de la señal,

lo que podía ocasionar distorsiones en ésta. No se aplicaron filtros durante el procesamiento.

La figura 1.14 presenta un ejemplo de un perfil antes de aumentarle la ganancia. En la

figura 1.15 se aprecia este mismo perfil, luego de aumentarle la ganancia.

http://www.idscompany.it/

17

Figura 1.14: Perfil R656, forma original

Figura 1.15: Perfil R656, al aumentar la ganancia de las señales

Durante el procesamiento de los perfiles, se observaron ciertas zonas en las que la señal se

presenta distorsionada, éstas son llamadas “zonas de alto contraste”. Se infiere que en estas áreas,

hay presencia de planchas de acero o humedad en el terreno, que ocasionan anomalías en la señal.

En la figura 1.16 se muestra un perfil en el que se observó la presencia de estas “zonas de

alto contraste”, este perfil es el R646. Adicionalmente, en este perfil se aprecia una tubería.

18

Figura 1.16: Zonas de alto contraste y tubería

En algunos perfiles se encontraron elementos que no presentaban continuidad en los

perfiles siguientes, por lo que se estima que no sean tuberías, sino grupo de rocas o escombros en

el área (Ver figura 1.17).

Figura 1.17: Elementos encontrados que no presentaron continuidad en los perfiles adyacentes.

Luego de detectar las tuberías u otros elementos en cada perfil, se procede a ubicar la

posible profundidad, esta es indicada en la tabla de resultados. De acuerdo a las anotaciones

realizadas en campo, se tiene en el plano la ubicación de los perfiles. El programa indica la

distancia horizontal desde el inicio del perfil, por lo que se puede implantar en el plano la

ubicación del elemento encontrado.

19

1.5 RESULTADOS Y ANÁLISIS

En los perfiles procesados se identificaron bancadas, tuberías, posibles tuberías y zonas de

alto contraste, en las que la señal se presenta distorsionada. La Tabla 1.1 muestra los datos

aproximados de ubicación en el espacio y características generales de los elementos enterrados

detectados. Cada elemento se identifica mediante su nomenclador (T-XX), con el cual se

localizan las representaciones implantadas en las figuras 1.18 y 1.19. Dichos datos y

características de los elementos, se resumen como: a) Coordenadas de dos puntos o extremos, ya

sea de un tramo de tubería o sector localizado; b) rango de valores de profundidad del tope de las

tuberías; c) observaciones y, d) posible utilidad de los servicios.

Tabla 1.1: Elementos detectados

Los resultados obtenidos señalan ciertas características físicas y de ubicación espacial

relativa, de tuberías de las que se desconoce en algunos casos, sus condiciones de operatividad.

Los servicios detectados se representan mediante geometrías individuales, identificables como

líneas de tuberías de las que se desconoce, los puntos de origen y destino de las mismas (Figura

1.18). Para la ubicación en sitio de las tuberías y elementos detectados, se recomienda considerar

un margen de error horizontal de +/- 1m.

Como se puede apreciar dentro de la tabla de resultados, dos elementos se denotan como

“posible tubería”, esto se debe a que las señales no son lo suficientemente determinantes. No

obstante, se toman en cuenta al observar que se trata de reflejos que señalan la existencia de

algún elemento con estructura muy similar a la de tuberías.

20

Figura 1.18: Tuberías detectadas

La tubería T-01 se observó tenuemente en algunos perfiles. Sin embargo, al encontrar la

tanquilla de electricidad en el área de estudio, se abrió la misma y se estudió la

profundidad y la dirección de la tubería, por lo que las señales tenues en los perfiles (que

presentan profundidades similares a las esperadas para esta tubería), se interpretan como

la continuidad de la tubería que sale de la tanquilla. Se estima que esta tubería sigue su

continuidad en la dirección señalada y probablemente esté en la bancada designada

como T-02.

El elemento T-02 se refiere a una bancada que presenta varias tuberías en un área

pequeña.

Los elementos T-03 y T-05 son considerados como posibles tuberías, éstas se encuentran

ubicadas directamente en el área donde se construirá la edificación. Se recomienda

tomar precauciones debido a las complicaciones que implican la cercanía de T-05 al un

vértice de la proyección horizontal de la edificación y la ubicación de T-03 dentro de

dicha proyección.

21

Las señales que determinan a T-04, se consideran pronunciadas pero sin continuidad,

por lo que podría tratarse de un grupo de rocas o escombros que se observan a partir de

1,10m de profundidad.

La tubería T-06 está representada en dos secciones en la figura 1.16, esto se debe a que

sólo se observó en ciertos perfiles, sin embargo, se estima que presenta continuidad en la

dirección señalada. La posición relativa de ésta intercepta las bocas de visita de la

Electricidad de Caracas y el foso de transformadores, razón por la que se deduce que la

utilidad de esta tubería es Electricidad.

Las zonas indicadas en la implantación con líneas rojas inclinadas se refieren a “zonas

de alto contraste”, en estas áreas se tuvo poca resolución en los datos obtenidos,

posiblemente por causa del acero de refuerzo que compone la estructura de ciertos paños

de la losa de pavimento rígido o por la presencia de humedad.

1.5.1 Calicatas exploratorias recomendadas

Con el propósito de comprobar, de manera directa, la existencia de los elementos

detectados, se recomienda realizar excavaciones exploratorias de dimensiones aproximadas de

16m2 de área y 2,5m de profundidad (calicatas exploratorias). Principalmente, al tratarse de los

elementos T-03, T-04, T-05 y la zona de alto contraste, donde las señales percibidas mediante el

Georadar no ofrecen certidumbre suficiente.

Se recomienda excavar un grupo de 6 calicatas, ubicadas y numeradas en orden de

importancia, según las interferencias que representan (Figura 1.19)

22

Figura 1.19: Ubicación de las calicatas recomendadas

C1: para este caso se plantea la excavación sobre el área T-04, a fin de revelar con

precisión las características de la estructura de los elementos enterrados bajo el área. Estos

elementos causan interferencia al eje de fundación y a un tramo de la bancada de

requerimientos de instrumentación y telecomunicaciones (ver figura 1.9).

Adicionalmente, esta calicata puede comprobar o descartar las continuidades de T-03 y

T-05.

C2: la zona reconocida como de Alto Contraste requiere de una calicata que determinará

la causa del reflejo fuerte que oculta todo lo que pudo detectarse bajo la superficie,

especialmente para descartar o comprobar las posibles interferencias con la bancada de

requerimientos de instrumentación y telecomunicaciones (ver figura 1.9).

C3: se propone esta tercera calicata para asegurar que no existan interferencias con las

zanjas o bancadas de drenajes de aguas de lluvia. Además se comprobará la continuidad

de la bancada designada como T-02.

23

C4: calicata que revelará si realmente existe relación entre la Fosa de Transformadores y

elementos como T-04, T-05. También para descartar interferencia entre la Fosa de

transformadores y futuras bancadas de requerimientos de instrumentación y

telecomunicaciones y electricidad (ver figura 1.9).

C5: esta recomendación servirá para diagnosticar con precisión la causa del alto contraste

en la zona.

C6: esta calicata permitirá revisar el área donde irán tramos de las bancadas de

requerimientos de instrumentación y telecomunicaciones y evaluar la posible existencia

de la matriz de aguas blancas que alimenta al hidrante (H) (ver figura 1.9).

1.6 CONCLUSIONES

El estudio realizado permitió determinar posibles ubicaciones de tuberías, zonas de alto

contraste y elementos enterrados. La existencia de los elementos identificados podría

afectar en la construcción de la nueva edificación.

Fueron detectadas dos tuberías, dos posibles tuberías y una bancada. Adicionalmente, en

ciertas zonas, la señal se observaba distorsionada. Estas áreas se denominaron como zonas

de alto contraste, se interpreta que la distorsión de las señales se debe a la presencia de

planchas de acero o humedad.

La aplicación de Georadar para determinar elementos enterrados, constituye un método

indirecto que permite indicar la ubicación relativa y profundidad de estos elementos. Por

esta razón, una vez realizadas las detecciones con Georadar, se recomienda excavar

calicatas exploratorias con el propósito de comprobar la existencia de los elementos

detectados y tener mayor información de los mismos.

24

CAPÍTULO 2

ESTUDIOS DE RESISTIVIDAD DEL SUELO PARA EL PROYECTO “ASTILLEROS

DEL ALBA (ASTIALBA)”. ARAYA, ESTADO SUCRE


La resistividad de un material se define como la oposición que éste ofrece al paso de la

corriente eléctrica. Generalmente se designa con la letra griega ρ. Contrario a la resistividad, la

conductividad es una medida que representa la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de

corriente eléctrica a través de él (Manilla, 2003).

La magnitud de la resistividad es un coeficiente que depende de la naturaleza y el estado

físico del cuerpo considerado, sus dimensiones serán Ω.m (ohmnios por metro).

La resistividad es una de las magnitudes eléctricas de mayor amplitud de variación. Esto

ocurre porque la conductividad puede deberse a diferentes mecanismos, que dependen de la

estructura del cuerpo considerado. En el caso de mediciones de resistividad del suelo, muchos

factores influyen. Entre los que destacan el contenido de minerales, porosidad, grado de

humedad, concentración de sales disueltas en el agua, temperatura, entre otros (Orellana, 1972).

Para relacionar valores de resistividad del suelo con la geología del área, se deben conocer

los valores típicos de resistividad de diversos materiales (Orellana, 1972). La figura 2.1 presenta

valores de resistividad característicos de algunos tipos de rocas y minerales.

25

Figura 2.1: Resistividad de algunas rocas y minerales (Modificado de

http://www.alhgeofisica.com.ar/)

Las rocas ígneas y metamórficas, generalmente, presentan valores altos de resistividad. La

resistividad de estas rocas depende, mayormente, del grado de fracturas y el porcentaje de estas

fracturas que está lleno de agua. Las rocas sedimentarias, que generalmente son más porosas y

tienen contenidos de agua más altos, normalmente presentan valores de resistividad bajos. Los

suelos arcillosos presentan valores de resistividad más bajos que los suelos arenosos (Orellana,

1972). Se puede observar que los valores asociados a cada elemento varían unos de otros en

diversos órdenes de magnitud. Esto se debe a la cantidad de factores que influyen en la

resistividad, como se indicó anteriormente.

Las mediciones de resistividad del suelo, generalmente, se realizan inyectando corriente al

suelo a través de dos electrodos (C1 y C2) y midiendo el voltaje resultante de la diferencia de

potencial en dos electrodos (P1 y P2) (Ver Figura 2.2). A partir de los valores de corriente y

voltaje, se calcula la resistividad aparente mediante la ecuación (Loke, 1999):

ρa= k V/I (2.1)

http://www.alhgeofisica.com.ar/

26

Figura 2.2: Mediciones de resistividad (Loke, 1999)

En la ecuación 2.1, k es el factor geométrico. Este factor depende de la forma del arreglo

de los electrodos. Cada arreglo de electrodos puede caracterizarse con un factor geométrico k en

particular. Este es un parámetro que, cuando se multiplica por la resistencia medida, convertirá la

resistencia a la resistividad de un medio uniforme (Keller, 1966).

2.1.1 Resistividad Aparente

Consideremos un subsuelo homogéneo de resistividad ρ en cuya superficie se coloca un

dispositivo electródico AMN (Figura 2.3) (Orellana, 1972).

Figura 2.3: Dispositivo electródico AMN para la definición de resistividad aparente (Orellana,

1972)

En este dispositivo, como se observa en la figura 2.3, el electrodo A está conectado a un

generador de corriente de intensidad I. El campo eléctrico que produce se estudia por medio de

los electrodos M y N, que están conectados a un voltímetro que mide la diferencia de potencial

que aparece entre ellos. Los tres electrodos están alineados. El electrodo B que cierra el

circuito de A, se supone lo suficientemente alejado de los demás para que no influya en las

observaciones. Entonces, si AM= r y MN = a tendremos (Orellana, 1972):

27

Despejando ρ resulta:

La ecuación anterior puede utilizarse para calcular la resistividad de un subsuelo

homogéneo si se miden las magnitudes que aparecen en ella (r, a, ΔV, I) (Orellana, 1972).

En el caso cuando el subsuelo no es homogéneo (como por ejemplo el mostrado en la

figura 2.4), al aplicar la fórmula anterior, se obtendrá un valor de resistividad ficticio,

dependiente de las resistividades del medio ρ1, ρ2, ρ3 y de las distancias r y a. Esta resistividad

ficticia, obtenida aplicando a los datos obtenidos sobre un medio heterogéneo, la expresión

correspondiente a un medio homogéneo, es la resistividad aparente.

Figura 2.4: Ejemplo de un subsuelo heterogéneo (Orellana, 1972)

En el caso de mediciones en campo de resistividad, debido al carácter heterogéneo del

suelo, los valores obtenidos representan la resistividad aparente del suelo.

2.1.2 Sondeo eléctrico vertical

Se llama sondeo eléctrico a una serie de determinaciones de resistividad aparente,

efectuadas con el mismo tipo de dispositivo y separación creciente entre los electrodos de

emisión y recepción (Orellana, 1972).

28

Cuando el dispositivo empleado es simétrico, o asimétrico con un electrodo en el

“infinito”, y durante la medición permanecen fijos el azimut del dispositivo y el centro del

segmento MN, suele llamarse Sondeo Eléctrico Vertical (SEV). La finalidad del SEV es conocer

la distribución vertical de resistividades bajo el punto sondeado (Orellana, 1972).

Los datos de resistividad aparente obtenidos en cada SEV son representados por medio de

una curva, en función de las distancias entre electrodos. Utilizando el método Wenner, esto se

logra gracias a que la configuración de los electrodos permanece geométricamente semejante

(Loke, 1999). Esta curva se caracteriza por representar las resistividades aparentes ρa en el eje de

las ordenadas; en las abscisas, se presentan los valores sucesivos de las distancias a. La escala

empleada para cada eje es del tipo logarítmica.

Al interpretar esta curva, generalmente se supone que el subsuelo consiste de capas

horizontales. Usando este método, se supone además que la resistividad del suelo varía sólo con

la profundidad, no en la dirección horizontal (Loke, 1999).

2.1.3 Pseudo-sección de resistividad aparente

Las pseudo-secciones son usadas como un medio de representar gráficamente los valores

de resistividad aparente, medidos utilizando sondeos eléctricos verticales, de manera que queden

registradas las variaciones laterales de resistividad aparente (Cuesta, 2007). Adicionalmente, se

utilizan como una guía inicial para interpretaciones cuantitativas futuras.

Las pseudo-secciones dan una imagen muy aproximada de la distribución de resistividad

aparente en el suelo. Sin embargo, esta imagen generalmente está distorsionada pues la forma de

los contornos depende del tipo de arreglo utilizado así como de la resistividad verdadera del

suelo. Otra aplicación de estas pseudosecciones es para escoger malas medidas de resistividad

aparente, estas medidas generalmente se destacan como puntos con valores de resistividad

inusualmente altos o bajos (Loke, 1999).

29

2.1.4 Método Wenner

El método Wenner de 4 electrodos requiere que 4 electrodos metálicos sean colocados con

igual separación sobre una línea recta en la superficie del suelo (Figura 2.5). La distancia entre

dos electrodos adyacentes es llamada “espaciamiento del arreglo” y se denota con la letra a. El

factor geométrico k para este arreglo es (Keller, 1966):

Figura 2.5: Arreglo Wenner (Cuesta, 2007)

Este arreglo se caracteriza por ser sensible a cambios verticales de resistividad del suelo

(estructuras horizontales), pero es poco eficiente detectando cambios horizontales (estructuras

verticales). Para este arreglo, la profundidad de investigación es, aproximadamente, la mitad de la

máxima apertura interelectródica “a” utilizada (Loke, 1999).

2.2 UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

En este trabajo se realizaron estudios de resistividad en la costa Norte de la Península de

Araya, en el sitio conocido como Punta de Playa o Playa de Róbalo, Municipio Cruz Salmerón

Acosta, del Estado Sucre (Ver Figura 2.6). Los estudios se hicieron en los puntos donde se prevé

la instalación de equipos eléctricos mayores, la subestación eléctrica, grupo electrógeno y

edificaciones o áreas con presencia de equipos de telecomunicaciones.

30

Figura 2.6: Ubicación del área de estudio. (Modificado de http://www.venezuelatuya.com/)

2.3 GEOLOGÍA DEL ÁREA

La Cordillera Araya-Paria es definida por Danielo (1974) como la prolongación de la

sección central de la Cordillera de la Costa, la cual comienza al oeste en Punta Barrigón y se

extiende hasta Punta Narizona en el extremo oriental de la Península de Paria. Esta cordillera

limita al norte con la Placa del Caribe y al sur con la costa septentrional del Golfo de Cariaco.

Dicha cordillera posee una orientación E-W, alcanzando una longitud de 270 km y un

ancho variable entre 4 km y 20 km. Es una región montañosa baja y de colinas, con una altura

máxima de 1.060 m (en el Pico Santo de Paria). Esta cordillera se divide en dos secciones,

ubicadas a ambos lados de una línea noroeste-sureste que se extiende desde la Esmeralda hasta

Casanay, quedando al oeste la Península de Araya y al este la de Paria (Danielo, 1974).

31

La Península de Araya se caracteriza fisiográficamente por cerros de alturas máximas de

600 m, encontrándose a ambos lados, lomas y colinas que no exceden los 150 m de altura

(Danielo, 1974).

La zona de estudio se encuentra ubicada entre Manicuare y Chacopata (Ver Figura 2.7),

en el sector occidental, y se caracteriza por la presencia de elevaciones que no sobrepasan los 250

m, con formas redondeadas y vegetación muy seca. El clima muy árido que impera en la zona ha

favorecido una erosión avanzada que se traduce en la presencia de salinetas, valles secos

aluvionales, que se adentran en la parte central de la Península, y algunos planos interiores,

también aluvionales. El drenaje presenta un patrón dendrítico y los ríos y arroyos presentes se

encuentran secos (Danielo, 1974).

Figura 2.7: Área de Estudio, ubicada entre Manicuare y Chacopata. (Modificado de

http://www.tiwy.com)

2.3.1 Geología Estructural Regional

Giunta et al. (2002) indican que la placa del Caribe representa un fragmento litosférico

entre Norteamérica y Suramérica, constituido en su parte central por la corteza oceánica

ligeramente deformada y las cuencas de Colombia y Venezuela, bordeadas por cinturones

deformados Mesozoico-Terciarios de ancho variable. Los márgenes occidental y oriental de la

placa consisten en sistemas colisionales que desarrollaron varios arcos magmáticos (Istmo de

32

América Central, Antillas Menores). Los márgenes norte y sur están representados por zonas de

cizalla (Cinturón de Motagua en Guatemala, Antillas Mayores y Cordilleras Septentrionales de

Venezuela). En la Figura 2.8 se muestra un esquema de la geología estructural del Caribe, dentro

de la cual se encuentra el área explorada, las flechas en la figura indican la dirección de los

movimientos de las principales placas tectónicas.

Figura 2.8: Mapa esquemático estructural área del Caribe (Modificado de Jimenez, 2008)

El Norte de Venezuela es parte del límite entre las placas Caribe y Suramericana. La zona

de contacto de estas dos placas tectónicas ha generado un sistema de fallas principales activas del

tipo transcurrente dextral, a lo largo de un cinturón de aproximadamente 100 km, definido por los

sistemas montañosos de los Andes Venezolanos, la Cordillera Central y la Cordillera Oriental.

Dicho sistema se denomina Sistema de fallas de Oca-Ancón-Boconó-San Sebastián-El Pilar. El

Oriente de Venezuela, por su parte, está caracterizado por una zona de subducción que se

extiende hasta las Antillas Menores (Vásquez, FUNVISIS).

Según Avé-Lallemant (1997), hacia el noreste del país las rocas han sido afectadas por

dos fases de deformación: la primera ocurrió en el Cretácico Medio Tardío y está relacionada a

procesos de subducción y colisión, generando foliación regional (NE-SO generalmente), así

como también plegamientos en un régimen de cizallamiento dextral a lo largo del límite de

placas, como resultado de la convergencia oblicua entre la placa del Caribe y la Suramericana. La

33

segunda fase es post-metamórfica y se caracteriza principalmente por la generación de fallas y

corrimientos.

2.3.2 Geología Local

A continuación se mencionarán las unidades sedimentarias Cuaternarias y las formaciones

presentes en el área de estudio.

2.3.2.1 Unidades Sedimentarias Cuaternarias

Basado en el trabajo de Alvarado (2005), se presenta a continuación la descripción de las

unidades que han sido depositadas durante el Cuaternario, tomando en cuenta su medio de

acumulación. En la Figura 2.9 se muestra un mapa descriptivo de las mencionadas unidades para

la zona de estudio.

Figura 2.9: Mapa Geológico de Unidades Sedimentarias (Modificado de Alvarado, 2005)

34

Medio de Acumulación de Valle

Valle Coluvial-Aluvial (Qcal): Este medio de depositación está caracterizado por la toma

de materiales de coluviones antiguos de edad Pleistoceno Medio a Temprano, compuestos de

grava tipo cuarzo y esquistos, embebidos dentro de una matriz arenosa, de color característico

marrón rojizo (Alvarado, 2005).

Medio de Acumulación Litoral

Cordón o Fecha (Qhcf): Son formaciones sedimentarias que se producen en las

desembocaduras de los ríos, debido a que la arena transportada por la corriente frena al chocar

con las olas del mar; al anularse mutuamente la velocidad de ambas corrientes, la arena cae al

fondo y crea un depósito alargado que se extiende desde la zona donde el río llega al mar y crece

en la dirección que determina el contacto entre el río y los frentes de olas (Alvarado, 2005).

Albúferas (Qha): Es una laguna litoral separada del mar por una barra arenosa o cordón

litoral, de Edad Holoceno en la zona de interés. El material que constituye este tipo de depósitos

es generalmente muy fino, de color pardo amarillento y muy rico en halita (Alvarado, 2005). Este

medio de acumulación fue observado en la zona plana del área de estudio del ensayo cross hole 1

como una capa superficial arcillosa, cuarteada en prismas muy delgados con forma de platillos

por efecto de la desecación. En las grietas de los mismos destaca la presencia de pequeños

cristales de sal.

2.3.2.2 Formaciones

Formación Coche (Léxico Estratigráfico de Venezuela, PDVSA-Intevep)

La Formación Coche fue descrita inicialmente por Patrick (1959), así como Jam y

Méndez A. (1962), quienes indicaron los afloramientos de la isla de Coche como localidad tipo.

Vivas et al. (1989), designaron los acantilados a 1 km al norte de Punta Negra, en la costa oriental

de la isla como sección tipo. Como secciones de referencia, se nombraron acantilados en San

35

Pedro y en el Bichar, en la isla de Coche, y los acantilados en la costa occidental de la península

de Chacopata (Hoja 7448 esc. 1:100.000, Cartografía Nacional).

La formación está constituida por partes aproximadamente iguales de arcillas, areniscas y

conglomerados, mal escogidos. Las arcillas son grises o azules, meteorizando en tonos

abigarrados, generalmente arenosas y contienen guijas de diversas rocas y cuarzo, siendo

localmente carbonosas. Las areniscas son de grano fino a grueso, con cemento arcilloso, gris y

marrón, meteorizando en amarillo o rojo (Patrick, 1959; Jam y Méndez A., 1962). Los

conglomerados se componen de guijarros, peñas y peñones subangulares a subredondeados, en

los que predominan rocas ígneas y metamórficas, arenisca, cuarzo y, menos frecuentes, ftanitas y

calizas, en una matriz arenosa poco coherente. Ambas litologías son típicamente ferruginosas

(Jam y Méndez A., 1962, Bermúdez, 1966). Vivas et al., (1989), indican que las estructuras

sedimentarias más comunes son la estratificación cruzada planar y bidireccional, imbricación de

clastos y los rellenos de canal. Estas estructuras se observan en areniscas y conglomerados, los

cuales son lenticulares (rellenos de canal y conglomerados, dismictitas).

El espesor de la formación es de 60 m, aunque no ha sido posible medir secciones

detalladas (González de Juana et al., 1980). En la sección tipo propuesta por Vivas et al., 1989, se

midieron 21 m. Pozos perforados en la isla de Coche, alcanzaron 26 m en el Bichar, y 20 m en

San Pedro sin alcanzar el basamento metamórfico.

No se han encontrado fósiles ni en la isla de Coche, ni en los afloramientos

septentrionales de la península de Araya. En Macanao, los fósiles no son indicativos de edad.

Debido a la ausencia de fósiles, su edad es incierta; Jam y Méndez A. (1962) la atribuyeron al

Pleistoceno. Tanto Patrick (1959) como el Cuadro de Correlación del Primer Congreso

Venezolano del Petróleo (Soc. Ven. Ing. Petról., 1963), ubican la unidad en el Pleistoceno.

Formación Manicuare (Léxico Estratigráfico de Venezuela, PDVSA-Intevep)

La Formación Manicuare fue descrita inicialmente por Balda (1963) para designar a las

rocas metamórficas ubicadas en la zona de Manicuare. Posteriormente, fue redefinida por

36

Schubert (1972) para distinguir a los esquistos cuarzo-micáceos y cuarcitas que afloran en la

parte noroccidental de la Península de Araya.

Las rocas más abundantes presentes en esta formación son los esquistos cuarzo-micáceos,

frecuentemente granatíferos y/o epidóticos, con abundantes intercalaciones de cuarcitas y algunas

bandas de esquistos anfibólicos, mármoles y gneises, presentándose de forma alterna y con

espesor variable, frecuentemente con micropliegues y estructuras de "augen". Toda la secuencia

contiene vetas tabulares de cuarzo blanco o ahumado, las cuales varían entre varios centímetros y

varios metros de espesor, paralelos o transversales a la foliación.

El área de afloramiento se extiende en forma de una faja de aproximadamente de 3 km a 5

km de ancho, en dirección E-NE, entre las poblaciones de Araya y Chacopata, y desde la costa

norte de la Península de Araya hasta Manicuare en la costa sur.

Su expresión topográfica se caracteriza por cerros y colinas redondeadas, de color rojo

ladrillo. Frecuentemente se observan afloramientos de cuarzo blancos en las cumbres.

Debido a la ausencia de fósiles, y según su litología y grado de metamorfismo, se

correlaciona con parte del Grupo Juan Griego de la Isla de Margarita, asignándole una edad

Jurasico Superior a Cretáceo Inferior.


En el presente trabajo se realizaron los estudios de resistividad del suelo utilizando el

método Wenner (Keller, 1966), en dos áreas designadas como: área administrativa y subestación

principal (Ver Figura 2.10).

Estas áreas están destinadas a la construcción de oficinas administrativas y la disposición

de equipos de telecomunicaciones. Detalles sobre la adquisición en estas áreas se describen en las

próximas secciones.

37

Figura 2.10: Ubicación Área Administrativa y Subestación Principal (Modificado de Google

Earth)

La ASTM (American Society for Testing Materials), es una institución que se encarga de

normalizar procedimientos o procesos, de acuerdo a ciertos estándares de calidad. La norma

ASTM G57-95, indica los procedimientos y equipos necesarios para realizar estudios de

resistividad mediante el método Wenner. La adquisición de los datos en el Área Administrativa y

Subestación Principal se realizó siguiendo las indicaciones propuestas en esta norma.

Se midieron los valores de resistividad aparente del suelo utilizando aperturas entre

electrodos de 0,5; 1; 2; 4; 8; 10; 14 y 20m.

2.4.1 Equipos Utilizados

Para la adquisición de los datos, se emplearon los equipos que se indican a continuación:

Unidad principal: Medidor de Resistividad de suelos multifuncional, Modelo AEMC

6470-B. (Ver Figura 2.11)

38

Figura 2.11: Equipo utilizado para la realización de los estudios de resistividad

Dos carretes de cables de 100mts.

Dos cables de 30mts.

4 barras de electrodos de acero de 36cm de longitud

2.4.2 Área Administrativa

Se realizaron estudios de resistividad en 7 puntos. Las coordenadas UTM de éstos se

presentan en la Tabla 2.1. En la Figura 2.12 se muestra un mapa con la localización relativa de

estos puntos en el área administrativa.

Tabla 2.1: Coordenadas UTM de los estudios de resistividad en el área administrativa

Punto Este Norte

D1 385608 1175885

D2 385747 1175874

D3 385696 1175735

D4 385569 1175783

D5 385670 1175856

D6 385562 1175763

D7 385605 1175695

39

Figura 2.12: Ubicación de los estudios de resistividad correspondientes al área administrativa.

(Modificado de Google Earth)

2.4.3 Subestación Principal

Se realizaron estudios de resistividad en 9 puntos del terreno destinado a la construcción

de la subestación principal. Las coordenadas UTM de estos puntos se presentan en la Tabla 2.2.

En la Figura 2.13 se muestra esta zona, así como la ubicación relativa de cada punto.

40

Tabla 2.2: Coordenadas de los estudios de resistividad de la Subestación Principal

Punto Este Norte

A1 385349 1176075

A2 385333 1176086

A3 385278 1176121

A4 385233 1176145

A5 385183 1176136

A6 385121 1176121

A7 385094 1176091

A8 385043 1176039

A9 385016 1175938

Figura 2.13: Ubicación de los estudios de resistividad correspondientes a la Subestación

Principal. (Modificado de Google Earth)

41

2.5 PROCESAMIENTO

Para analizar los datos de resistividad se utilizó el programa IPI2Win. Este software está

diseñado para la interpretación automática o semi-automática de datos de sondeo eléctrico

vertical, obtenidos con varios de los arreglos utilizados con más frecuencia en la prospección

eléctrica (Guía de Usuario IPI2win, 2000).

Suministrando al programa los valores de resistividad aparente medidos en campo, y la

apertura entre los electrodos, se obtiene la curva de resistividad aparente, la cual es el resultado

del suavizamiento de los valores de campo por un método tipo spline (Guía de Usuario IPI2win,

2000). La curva es graficada en escala logarítmica, tanto para el eje de las separaciones como

para el eje de la resistividad aparente. El rango de los valores en los ejes se determina

automáticamente, de manera tal que la escala de la curva puede variar para diferentes puntos de

sondeo. Adicionalmente, se puede obtener la pseudosección de resistividad aparente.

De acuerdo a los valores de resistividad aparente, se genera una curva teórica que

representa el modelo de resistividad verdadera. Este modelo, presenta las diversas capas con sus

respectivos valores de resistividad, así como los espesores de las mismas.

Los valores de resistividad aparente obtenidos en campo se insertaron en el programa

IPI2Win con el propósito de obtener pseudosecciones de resistividad aparente, así como los

valores de resistividad real.

Con los modelos de capas de resistividad real, se generaron perfiles que ilustraran la

distribución de resistividades en el suelo. Estos perfiles se obtuvieron a través el software

Surfer8. Se utilizó el método de interpolación Kringing para generar los perfiles de resistividad

verdadera.

Adicionalmente, se tiene información litológica del área administrativa, proporcionada

por una perforación geotécnica realizada a, aproximadamente, unos 15m del punto de medición

D3 (Ver Apéndice A). De acuerdo a esta planilla de perforación, los primeros 3m corresponden a

42

suelo de relleno (arena arcillosa), luego se presentan arenas y limos desde los 4m hasta los 11m y,

finalmente, esquistos grafitosos de los 12m a los 20m de profundidad.

Esta litología es tomada en cuenta al momento de generar los modelos de resistividad

verdadera así como para la interpretación de los datos.


2.6.1 Área Administrativa

De acuerdo a la ubicación de los puntos de resistividad, se generaron 3 perfiles

correspondientes al área administrativa (Ver Figura 2.14).

Figura 2.14: Ubicación de los perfiles de resistividad del área administrativa (Modificado de

Google Earth)

Es importante indicar que, durante la adquisición de los datos de resistividad, el suelo

estaba un poco húmedo en la zona Norte del área administrativa. Esto se observó principalmente

43

en las áreas cercanas a las mediciones del punto D1 (Ver figura 2.14) como una lámina de agua

en parte del terreno. Este grado de humedad afecta las mediciones, tal como se puede observar en

los perfiles que se muestran en las figuras 2.15 a 2.20

Perfil D3-D2:

En la pseudosección de resistividad aparente se observan valores bajos en la zona

correspondiente al punto D2, principalmente a partir de los 6m de profundidad, donde la

resistividad aparente llega a presentar valores de 2,5 Ω.m (Figura 2.15)

Figura 2.15: Pseudosección de resistividad aparente, perfil D3-D2

En la sección de resistividad verdadera (Figura 2.16), se puede observar que la

resistividad va disminuyendo, a medida que el perfil va hacia el nor-este (similar al caso de

la pseudosección de resistividad aparente). Esto se puede relacionar con el grado de humedad

presente en dicha zona al momento de realizar los estudios, tal como se indicó anteriormente.

El área correspondiente al punto D2 presenta valores bajos de resistividad verdadera. En el

área cercana al punto D3, es donde encontramos los mayores valores de resistividad.

Tomando en cuenta que la perforación geotécnica realizada en el Área Administrativa se

encontraba a 15m del punto de medición D3, se puede comparar la litología presentada en la

planilla de perforación (Ver Apéndice A), con los valores de resistividad asociados a este

punto. Al realizar esta comparación, se observa concordancia entre la litología del área

(arena arcillosa, arenas, limos y esquistos grafitosos) y los resultados correspondientes a los

estudios de resistividad.

44

Figura 2.16: Sección de resistividad verdadera, perfil D3-D2

Al comparar la pseudosección de resistividad aparente con la sección de resistividad

verdadera, se aprecia una distribución similar en ambos casos, tanto en la zona N-E (punto

D2), como en la zona S-O (punto D3).

Perfil D7-D5

La figura 2.17 presenta la distribución de resistividades aparentes (pseudosección) para el

perfil D7-D5. Se pueden apreciar valores bajos de resistividad aparente en la zona N-E,

resultado que concuerda con lo observado en el perfil D3-D2 (Ver Figura 2.15)

Figura 2.17: Pseudosección de resistividad aparente, perfil D7-D5

45

De acuerdo a los valores de resistividad verdadera de los puntos de medición D7 y D5, se

tiene la sección de resistividad verdadera (Ver Figura 2.18). En este caso, se presentan

variaciones significativas en las resistividades, principalmente en el punto D7, cuyos valores

llegan a los 32 Ω.m a los 5m de profundidad. En el caso del punto D5, las resistividades

llegan a tener valores de 22 Ω.m a los 5m de profundidad aproximadamente. Cercano a los

13m de profundidad, la resistividad decae.

Figura 2.18: Sección de resistividad verdadera, perfil D7-D5

Comparando la pseudosección de resistividad aparente con la sección de resistividad

verdadera de los puntos D7 y D5, se aprecia que mantienen relación, en los valores de

resistividad.

Perfil D6-D4-D1

En la Figura 2.19 se presenta la pseudosección de resistividad aparente asociada a los

puntos de medición D6, D4 y D1. Como en el caso se los perfiles anteriores, se aprecian

valores bajos de resistividad aparente en la zona N-E.

46

Figura 2.19: Pseudosección de resistividad aparente, perfil D6-D4-D1

En la sección de resistividad verdadera ilustrada en la figura 2.20 se observa una

tendencia general resistividades bajas, presentando una pequeña anomalía en el punto D4,

donde las resistividades aumentan un poco.

Figura 2.20: Sección de resistividad verdadera, perfil D6-D4-D1

Este perfil presenta los menores valores de resistividad. En los primeros metros de

profundidad, correspondientes al punto D1, se tienen valores bajos. Esto se relaciona con el

grado de humedad en el suelo que se presentó cercano a este punto en el momento de la

adquisición de los datos. A los 5m de profundidad, bajo el punto D4, se tiene una pequeña

variación en los valores de resistividad, alcanzando unos 5 Ω.m. Igualmente el punto D6

presenta valores bajos de resistividad desde la superficie hasta los 15m.

47

Comparando la pseudosección con el perfil de resistividad verdadera, en ambas se

aprecian valores de resistividad un poco más altos en el punto D4. Es de hacer notar, que la

representación horizontal del punto D4 en la pseudosección no está a escala, pues el

programa grafica los puntos en forma equidistante. Por esta razón, la distribución horizontal

real de los puntos D6, D4 y D1 es la presentada en la sección de resistividad verdadera.

Mapa de Resistividad Verdadera a los 2m de profundidad

Tomando en cuenta los valores de resistividad verdadera obtenidos para el área

administrativa, se genera un mapa que ilustra la distribución de las resistividades a 2m de

profundidad (Ver Figura 2.21).

Figura 2.21: Mapa de resistividad verdadera a 2m de profundidad, área administrativa.

N

48

Los menores valores de resistividad se tienen en la parte Norte del área de estudio, con

resistividades que alcanzan 1 Ω.m. Esto se relaciona al grado de saturación de agua en el

suelo al momento de realizar las mediciones. A pesar de que los primeros 3 ó 4m del área

administrativa corresponden a suelo de relleno (de acuerdo a la perforación geotécnica), se

puede interpretar que en la zona norte el suelo de relleno es un poco más arcilloso, razón por

la cual, absorbe mayor cantidad de agua. La zona sur del área de estudio presenta valores

mayores de resistividad, lo que indica que en este caso el suelo de rellenos presenta granos

un poco más gruesos (limo o arenas).

2.6.2 Subestación Principal

La ubicación de los perfiles de resistividad correspondientes a la subestación principal se

muestra en la figura 2.22.

Figura 2.22: Ubicación de los perfiles de resistividad correspondientes a la subestación principal.

(Modificado de Google Earth)

49

Perfil A1-A2-A3

En la figura 2.23 se presenta la pseudosección de resistividades aparentes

correspondientes a las mediciones de los puntos A1, A2 y A3. Se observa una distribución

de valores bajos de resistividad, donde los menores se presentan en el punto A2.

Figura 2.23: Pseudosección de resistividad aparente, perfil A1-A2-A3

En la sección de resistividad verdadera (Figura 2.24) se aprecia que al tomar en

cuenta la tendencia de valores presentada de los puntos A3 y A2, el punto A1 muestra una

anomalía, con resistividades que alcanzan los 13 Ω.m.

Figura 2.24: Sección de resistividad verdadera, perfil A1-A2-A3

50

Perfil A4-A5-A6

En la Figura 2.25 se aprecia la pseudosección de resistividad aparente asociada a los

puntos A4, A5 y A6.


La distribución de resistividades verdaderas correspondiente a los puntos A4, A5 y A6

se presenta en la figura 2.26.


En este caso se observan resistividades altas (en comparación con los resultados del

perfil A1-A2-A3), principalmente en los puntos A5 y A6 donde se llega a tener valores de

hasta 35 Ω.m en el caso del punto A6. En el punto A4 se presentan valores de unos 8 Ω.m

51

hasta los 5m de profundidad aproximadamente, para luego presentar un decaimiento

progresivo. En los puntos A5 y A6, al llegar a profundidades mayores a 10m, se observa

este decaimiento.

Comparando los resultados de la pseudosección con los de la sección de resistividad

verdadera se aprecia una variación en los valores de resistividad, en el caso de la sección

de resistividad verdadera, éstos son un poco más altos.

Perfil A7-A8-A9

La figura 2.27 muestra la pseudosección de resistividad aparente asociada a los puntos

A7, A8 y A9.


En la figura 2.28 se puede apreciar la sección de resistividad verdadera referente a

estos puntos.En este perfil se presentan los mayores valores de resistividad en los puntos

A7 y A9, llegando hasta unos 44 Ω.m. Sin embargo, en el punto A8 se produce una

anomalía, con valores de resistividad considerablemente bajos, tomando en cuenta la

tendencia indicada por A7 y A9.

52


Mapa de Resistividades Verdaderas a los 5m de profundidad

Tomando en cuenta los valores de resistividad verdaderos obtenidos, se genera un

mapa de resistividades verdaderas a los 5m de profundidad. Esto con el propósito de

observar gráficamente la distribución de las resistividades en la Subestación principal a

esta profundidad.

53

Figura 2.29: Mapa de resistividad verdadera a 5m de profundidad, subestación principal

Se puede observar una tendencia de aumento de resistividad hacia el oeste. Sin embargo,

se presenta una anomalía en esta zona con valores bajos de resistividad. Esto se puede relacionar

con un grado de humedad un poco más alto en esta zona en particular.

2.6.3 Consideraciones generales: sistemas puesta a tierra y protección catódica

Los sistemas puesta a tierra se implementan con el propósito de conectar a tierra equipos

eléctricos o electrónicos, para evitar daños a los equipos y al personal, en caso de la posible

existencia de una descarga de corriente peligrosa. Para diseñar estos sistemas, se deben tomar en

cuenta los menores valores de resistividad que pueda presentar el terreno, ya que éstos están

asociados a altas conductividades (Rojas, 2006). Los resultados obtenidos mediante este estudio

deben ser utilizados al momento de diseñar las mallas de puesta a tierra, principalmente, en las

zonas donde se estima la disposición de equipos eléctricos o electrónicos, como es el caso de la

Subestación Principal y el Área Administrativa.

N

54

Se denomina corrosión por suelos, a los procesos de degradación que son observados en

estructuras enterradas. La resistividad del suelo, al depender de factores como la humedad,

presencia de sales en el suelo, entre otros; es un indicativo del nivel de agresividad que presenta

el suelo en términos de corrosión (Rocabado, 2011). Mientras menos resistivo sea el suelo, el

grado de corrosión que presente será potencialmente alto. Con el propósito de evitar la corrosión

en elementos enterrados en el suelo, se diseñan los sistemas de protección catódica. La norma

API 651 (American Petroleum Institute), cuantifica el nivel de corrosión del suelo de acuerdo a

los valores de resistividad. De acuerdo a los valores obtenidos a través de los estudios realizados,

los niveles de corrosión del suelo están asociados a “muy corrosivo” y “moderadamente

corrosivo” (Norma API-657). Por esta razón es recomendable instalar sistemas de protección

catódica en las áreas estudiadas.

2.7 CONCLUSIONES

A pesar de algunos cambios en los valores de resistividad obtenidos en los perfiles, al

tomar en cuenta que la resistividad en rocas varía en diversos órdenes de magnitud, los

resultados obtenidos no indican cambios bruscos de resistividad, que puedan asociarse a

cambios de litología o presencia de cuerpos de agua, entre otros.

Haciendo referencia a la perforación geotécnica, la litología del área es mayormente

sedimentaria (arcillas, arenas y limos) y metamórfica al presentar esquistos grafitosos.

Los valores obtenidos concuerdan con los asociados a la litología descrita en la

perforación. Rocas sedimentarias, así como esquistos, presentan valores bajos de

resistividad (entre 1 y 100 Ω.m).

Un factor importante a tomar en cuenta al momento de adquirir valores de resistividad en

campo, es el grado de saturación de agua que pueda presentar el suelo. Ya que, el grado

de humedad puede influir significativamente en los valores de resistividad. Para evitar

esto, se debe tener registro de las recientes precipitaciones en el área.

55

CAPÍTULO 3

ESTUDIOS GEOTÉCNICOS POR PROSPECCIÓN GEOFÍSICA EN TIERRA:

CROSSHOLE PARA EL PROYECTO “ASTILLEROS DEL ALBA (ASTIALBA)”,

ARAYA, ESTADO SUCRE

3.1 Aspectos Teóricos

3.1.1 Ondas Sísmicas

Las ondas sísmicas son un tipo de ondas elásticas que se producen por la propagación de

perturbaciones temporales que generan movimientos en un medio (Estrada, 2008).

Ondas P: Las Ondas P son ondas longitudinales, lo que implica que las partículas se

mueven paralelas a la dirección de propagación de la onda, produciendo compresiones y

dilataciones en el medio (Figura 3.1). Ante cualquier perturbación que genere ondas

sísmicas, las ondas P son las que se perciben primero en los registros.

Figura 3.1: Ondas P (modificado de http://fatimafeijoomaneiro.blogspot.com)

Ondas S: Llamadas también ondas de cizalla, éstas generan un movimiento de partículas

perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Se relacionan a deformaciones del

http://fatimafeijoomaneiro.blogspot.com/

56

terreno de tipo de cizalla (Figura 3.2). Su velocidad es menor que la de las ondas P, por lo

que se perciben como la segunda llegada en los registros sísmicos.

Figura 3.2: Onda S (modificado de http://fatimafeijoomaneiro.blogspot.com)

Un ejemplo de cómo se ven las llegadas de las ondas P y S en un registro sísmico se

presenta en la figura 3.3.

Figura 3.3: Identificación de ondas sísmicas (Modificado de Tarbuck et al. 2005)

3.1.2 Módulos Elásticos

Ya que las ondas sísmicas son elásticas, los medios por los que se propagan deben tener

propiedades elásticas. Por esta razón, pueden relacionarse las velocidades de ondas sísmicas con

las propiedades elásticas de un medio (Udías y Mezcua, 1997)

http://fatimafeijoomaneiro.blogspot.com/

57

Se llaman módulos elásticos a los parámetros que describen las relaciones entre las

fuerzas aplicadas y las deformaciones (e) correspondientes a un material. Estos módulos son:

Relación de Poisson: Relaciona cuánto se dilata un sólido en un eje respecto a la

contracción sufrida en otro eje (Figura 3.4) (Velis, 2007).

Figura 3.4: Relación de Poisson (Tomado de http://www.feppd.org/)

Módulo de Young: Mide la resistencia de un material a la deformación, al ser aplicado

un esfuerzo uniaxial (Velis, 2007). Puede describirse como el comportamiento de un

cilindro al ser halado por ambos extremos (Figura 3.5).

Figura 3.5: Módulo de Young (Tomado de http://eculator.com/)

http://www.feppd.org/

http://eculator.com/

58

Módulo de Rigidez: Describe cuán fácil es deformar un cuerpo ante la aplicación de

fuerzas de corte o tangenciales (Figura 3.6). El módulo de rigidez representa el cociente

entre la fuerza de corte ejercida y el cambio relativo de la deformación en la dirección de

la fuerza. (Velis, 2007).

Figura 3.6: Módulo de rigidez (Modificado de Velis, 2007)

Módulo de Bulk: Representa el cociente entre el cambio en la presión hidrostática

ejercida sobre el material y la magnitud del cambio relativo sufrido por el mismo (Figura

3.7) (Velis, 2007).

Figura 3.7: Módulo de Bulk (Modificado de Velis, 2007)

59

3.1.3 Determinación de módulos elásticos usando Vp, Vs y densidad

Conociendo los valores de velocidad de propagación de ondas P y S en un medio, así

como la densidad del mismo, se pueden calcular los módulos elásticos mediante las siguientes

ecuaciones (Manilla, 2003):

Relación de Poisson:

(3.5)

Módulo de Rigidez: (3.6)

Módulo de Young: (3.7)

Módulo de Bulk:

(3.8)

3.1.4 Ensayo de Pozos Cruzados (Crosshole)

Este tipo de ensayo se realiza con la finalidad de determinar la velocidad de propagación

de ondas sísmicas P y S. Conociendo los valores de estas velocidades, así como la densidad del

suelo, se puede obtener valores asociados a los módulos elásticos (Norma ASTM D4428). Entre

estos módulos destacan: módulo de Young, relación de Poisson, módulo de Bulk, módulo de

Cizalla o simplemente las anomalías en el medio entre los pozos.

Las suposiciones que se realizan con este método son:

Las capas están dispuestas horizontalmente

Las leyes de refracción de Snell aplican (Norma ASTM D4428)

La metodología de adquisición de datos consiste en colocar una fuente de ondas a cierta

profundidad en uno de los pozos y receptores en los pozos siguientes (Figura 3.8). Al repetir el

ensayo a distintas profundidades, se puede obtener un perfil de velocidades en función de la

profundidad. Las velocidades de onda se calculan a partir de los tiempos de llegada en ambos

sondeos (Rojas et al., 2008).

60

El método general para la preparación de los pozos es perforar 3 pozos en línea, espaciados

3m entre cada uno. Sin embargo, si se sabe que los valores de ondas S serán superiores a 450 m/s,

el espaciamiento entre los pozos puede extenderse hasta los 4,5m. El diámetro de los pozos

durante la perforación no debe ser mayor de 6,5”, mientras que el diámetro del revestimiento del

pozo debe estar entre 3” y 4”. El espacio vacío que quede entre el revestimiento y el diámetro de

perforación debe ser llenado con lechada de cemento (Ver Figura 3.8). Esto se hace con el

propósito de eliminar discontinuidades que pueden impedir la propagación de las ondas. Además,

se debe tratar que la densidad de la lechada de cemento sea similar a la del suelo (Norma ASTM

D4428).

Figura 3.8: Descripción del ensayo crosshole (modificado de http://www.cedex.es)

3.2 UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

Los estudios de resistividad se realizaron en la costa Norte de la Península de Araya, en el

sitio conocido como Punta de Playa o Playa de Róbalo, Municipio Cruz Salmerón Acosta, del

Estado Sucre (Ver figura 3.9).

http://www.cedex.es/lg/geofis/cd_hole.htm

61

Figura 3.9: Ubicación del área de estudio (Modificado de http://www.venezuelatuya.com/)

Los ensayos crosshole se realizaron en un área cercana a aquella donde se llevaron a cabo

los estudios de resistividad. La figura 3.10 muestra la ubicación los ensayos crosshole y las

mediciones de resistividad.

Figura 3.10: Ubicación de mediciones de resistividad y ensayos crosshole (Modificado de

Google Earth)

http://www.venezuelatuya.com/

62

Las coordenadas UTM de los puntos donde se realizaron los ensayos Cross Hole son:

Ensayo Crosshole 1: E 385.617 N 1.176.863

Ensayo Crosshole 2: E 384.919 N 1.176.765

La Figura 3.11 muestra la ubicación relativa de estos puntos.

Figura 3.11: Ubicación de los ensayos Crosshole (Modificado de Google Earth)


Se perforaron en línea 3 pozos para cada ensayo. La separación entre cada pozo fue de

3m. Los pozos se perforaron por rotación y lavado, sin recuperación de muestras, utilizando para

la perforación forros de 4” y de 3,5”. Durante la perforación, se comprobó la horizontalidad de la

máquina con niveles de burbuja para asegurar que no había desviaciones de los sondeos.

63

Al culminar la perforación de cada pozo hasta la profundidad deseada, se revistió el

sondeo con una tubería PVC reforzada de 3”. Posteriormente, se inyectó mortero de cemento en

el espacio existente entre la pared del sondeo y la tubería PVC a medida que se iban retirando los

forros de 4”.

La adquisición de datos de crosshole se llevó a cabo utilizando un martillo de pozo

(Figura 3.12), dos geófonos de pozo triaxial marca Geostuff (Figura 3.13) y un sismógrafo ES-

3000 de 24 canales marca Geometrics (Figura 3.14).

Martillo de pozo: Este dispositivo genera ondas compresionales y ondas de cizalla. Las

ondas de cizalla generadas son repetibles en fase, razón por la cual los datos adquiridos

pueden ser apilados para reducir los efectos del sistema y ruido ambiental (Ballard, 1999).

El dispositivo consta de una cámara de aire que permite posicionar el martillo a la

profundidad deseada, y una guaya dispuesta en la parte superior del martillo que permite

levantar el yunque del martillo contra la gravedad. Al soltar la guaya, la combinación de

la gravedad y la fuerza de elasticidad generada, lleva el yunque hacia abajo (Ballard,

1999).

Un geófono, unido al dispositivo, proporciona el tiempo cero en el que se

empiezan a grabar las llegadas de las ondas, a través de un cable eléctrico de dos

conductores (Ballard, 1999).

La frecuencia central de las ondas generadas es de aproximadamente 400Hz. Esta

frecuencia proporciona una señal reconocible sobre la frecuencia común del ruido

ambiental y eléctrico. La señal de la fuente es fácilmente apilable para obtener datos con

bajo ruido (Ballard, 1999).

64

Figura 3.12: Sistema de martillo de pozo (Tomado de http://www.rtclark.com)

Geófono de pozo: este geófono presenta 3 componentes, dispuestas en los planos

vertical, longitudinal y transversal. Una abrazadera de metal, controlada con un

motor para sujetar el geófono a las paredes del pozo. El equipo tiene 1,75”

(45mm) de diámetro, por lo que se puede utilizar en pozos de hasta 2” (50mm) de

diámetro.

Figura 3.13: Geófono de pozo triaxial con su controlador

http://www.rtclark.com/

65

Sismógrafo ES-3000: Presenta una configuración de 24 canales. Éste se conecta

directamente al computador durante la adquisición de datos y se pueden observar

al instante las trazas resultantes (Figura 3.14).

Figura 3.14: Sismógrafo de 24 canales (Tomado de http://www.geometrics.com)

El procedimiento a seguir para realizar las mediciones consistió en colocar la fuente y los

receptores a la profundidad deseada, se infló la cámara de aire del martillo de pozo y se

abrieron los brazos de los geófonos para fijarlos al tubo PVC. Luego se orientaron los

geófonos para, posteriormente, realizar el disparo y grabar los datos. Para cada ensayo se

realizaron 5 disparos, apilándolos para obtener mejor resolución en cada traza.

Ensayo Crosshole 1

La finalidad de este ensayo fue conocer los valores de velocidad de propagación de ondas

sísmicas en sedimentos marinos y en la Formación Coche. Durante la perforación de los

pozos, se encontró la Formación Coche a aproximadamente 20m de profundidad. Esto se

conoce debido al lodo que salía durante el lavado. En el caso de los sedimentos marinos, era

de color oscuro. Al momento de perforar la Formación Coche, el lodo presentaba un color

más rojizo, de acuerdo a la litología ferruginosa que la caracteriza (Jam y Méndez A., 1962.

Bermúdez, 1966). Adicionalmente, perforaciones geotécnicas realizadas en áreas cercanas

indican la presencia de la Fm Coche a partir de los 18m de profundidad (Ver apéndice B).

http://www.geometrics.com/

66

El primer ensayo se realizó situando la fuente de energía y los receptores a 1,5m de

profundidad. Luego se fueron bajando la fuente y los receptores con un espaciamiento de 2m

entre lecturas.

Tomando en cuenta que la interfaz entre los sedimentos marinos y la Formación Coche se

encontró a 20m de profundidad, la última lectura en los sedimentos marinos se realizó a 6m

del contacto sedimentos marinos – Formación Coche. Del mismo modo, la primera lectura en

la Formación Coche se realizó a 6m del contacto con los sedimentos marinos, continuando

hacia abajo con lecturas cada 2m. Esto se hizo con el propósito de evitar una eventual

refracción de las ondas sísmicas generadas cerca del contacto mencionado.

De acuerdo a lo expresado anteriormente, se realizaron ensayos a profundidades iguales a

1,5m; 3,5m; 5,5m; 7,5m; 9,5m; 11,5m; 13,5m; 26m; 28m y 30m. Estas profundidades fueron

alcanzadas a medida que se bajaban el martillo de pozo y los receptores. Al ascender la fuente

y los receptores, se repitieron los ensayos en los mismos intervalos hasta alcanzar la

superficie de los sondeos. En la figura 3.15 se ilustra la adquisición de los datos.

Figura 3.15: Adquisición de datos. Ensayo Crosshole 1

67

Ensayo Crosshole 2

La finalidad de este ensayo fue conocer los valores de velocidad de ondas sísmicas en los

esquistos alterados de la Formación Manicuare.

Las mediciones fueron realizadas a profundidades de 2m; 5m; 7,5m; 10m; 12,5m y 15m.

Al ascender la fuente y los receptores, se repitieron los ensayos en los mismos intervalos

hasta alcanzar la superficie de los sondeos.

3.4 PROCESAMIENTO DE LOS DATOS

Los resultados obtenidos se visualizaron en el software SeisImager de Geometrics, con el

cual se determinaron los tiempos de viaje de las ondas P y S.

Para identificar la llegada de las ondas se utilizó el siguiente criterio:

La onda P se reconoció como la primera llegada luego del tiempo cero

En este caso, como ambos trenes de ondas (P y S) estaban desplegados simultáneamente

en cada registro (Ver Figura 3.16), debido a las características del equipo de adquisición,

la onda S se identificó al observar en las trazas:

- Un aumento repentino de la amplitud de al menos 2 veces el de la onda P.

- Un cambio abrupto de frecuencia que coincide con el cambio de amplitud, lo que

resulta en un aumento del periodo de al menos 2 veces el periodo característico de la

onda P (Norma ASTM D4428).

3.4.1 Ensayo Crosshole 1

En la figura 3.16 se muestran las trazas correspondientes al disparo realizado a una

profundidad de 5,5m, mientras se descendía el sistema fuente-receptores. Las tres primeras trazas

corresponden a los registros de las 3 componentes del geófono ubicado a 6m de distancia de la

fuente. Las tres trazas siguientes, corresponden a los registros del geófono ubicado a 3m de

distancia de la fuente. El registro se grabó con un retraso de 50mseg. La línea amarilla indica el

tiempo cero en que se efectuó el disparo.

68

Figura 3.16: Registro correspondiente al disparo a 5,5m al descender la fuente. Ensayo

crosshole 1

En algunos casos, la aplicación de filtros pasa banda, mejora la relación señal-ruido de las

trazas. Sin embargo, para escoger los tiempos de llegada de ondas P y S, no se aplicaron filtros.

En la figura 3.17 se observa el mismo registro correspondiente a la figura 3.16, al aplicarle filtros

paso bajo en un rango de frecuencias de 432Hz.

Figura 3.17: Registro después de aplicar un filtro pasa banda, correspondiente al disparo a

5,5m al descender la fuente. Ensayo crosshole 1

69

3.4.2 Ensayo Crosshole 2

En el caso de los resultados correspondientes al ensayo crosshole 2, se presentó ruido en

las trazas correspondientes al pozo ubicado a 3m de distancia de la fuente. El ruido consistía de

una señal que llegaba antes del momento del disparo (Ver Figura 3.18). Esta señal se visualizaba

ya que los registros se grabaron con un retraso de 50ms. Dicha señal, que presentó arribo antes

del tiempo cero, es considerada como una “falsa llegada”, atribuida al sistema de activación del

martillo de pozo. La llegada de la onda P se tomó como la señal de características coherentes

observada después del tiempo cero.

En la Figura 3.18, las primeras tres trazas corresponden a los registros de cada una de las

componentes del geófono dispuesto a una distancia de 3m de la fuente. Las tres trazas siguientes,

corresponden a los registros de las componentes del geófono ubicado a una distancia de 6m de la

fuente.

Figura 3.18: Registro correspondiente al disparo a 7,5m al descender la fuente. Ensayo

crosshole 2

Se aplicaron filtros pasa banda, intentando eliminar la “falsa llegada” observada en los

registros del pozo ubicado a 3m de distancia de la fuente. Sin embargo, los filtros aplicados no

eliminaron esta falsa llegada. El escogimiento de los tiempos de arribo de ondas P y S se realizó

70

en los datos sin filtrar. La Figura 3.19 muestra el resultado de aplicarle filtros paso bajo en un

rango de frecuencias de 650Hz, al registro indicado en la figura 3.18.

Figura 3.19: Registro después de aplicar un filtro pasa banda, correspondiente al disparo a

7,5m al descender la fuente. Ensayo crosshole 2


3.5.1. Cálculo de velocidades de ondas P y S

3.5.1.1 Ensayo Crosshole 1

Ya que para una misma profundidad se adquirieron dos registros, un registro al

descender el sistema fuente-receptor y el otro al ascenderlo, se escogieron los tiempos de

llegada de ondas P y S de los registros grabados al descender el sistema (Tabla 3.1) y,

posteriormente, se escogieron nuevamente estos tiempos en los registros grabados al

ascender el sistema (Tabla 3.2). En cada caso, se calculó la velocidad de las ondas P y S.

71

Tabla 3.1: Tiempos y velocidades de Ondas P y S, sentido descendente. Ensayo Crosshole 1

Profundidad

(m) Onda d (m) t (ms) t (s) V (m/s)

1,5 P 3 2,7 0,0027 1111,11

6 5,3 0,0053 1132,08

1,5 S 3 17,5 0,0175 171,43

6 31,5 0,0315 190,48

3,5 P 3 1,9 0,0019 1578,95

6 4,1 0,0041 1463,41

3,5 S 3 14,8 0,0148 202,70

6 28,3 0,0283 212,01

5,5 P 3 2,0 0,002 1500,00

6 3,8 0,0038 1578,95

5,5 S 3 15,8 0,0158 189,87

6 34,2 0,0342 175,44

7,5 P 3 2,1 0,0021 1428,57

6 4,3 0,0043 1395,35

7,5 S 3 16,8 0,0168 178,57

6 36,0 0,036 166,67

9,5 P 3 2,4 0,0024 1250,00

6 5,2 0,0052 1153,85

9,5 S 3 17,6 0,0176 170,45

6 38,5 0,0385 155,84

11,5 P 3 2,2 0,0022 1363,64

6 4,3 0,0043 1395,35

11,5 S 3 17,6 0,0176 170,45

6 32,5 0,0325 184,62

13,5 P 3 1,9 0,0019 1578,95

6 4,1 0,0041 1463,41

13,5 S 3 16,1 0,0161 186,34

6 35,9 0,0359 167,13

26 P 3 1,1 0,0011 2727,27

6 2,3 0,0023 2608,70

26 S 3 4,8 0,0048 625,00

6 9,3 0,0093 645,16

28 P 3 1,2 0,0012 2500,00

6 2,2 0,0022 2727,27

28 S 3 5,5 0,0055 545,45

6 10,1 0,0101 594,06

30 P 3 1,1 0,0011 2727,27

6 2,5 0,0025 2400,00

30 S 3 6,1 0,0061 491,80

6 11,8 0,0118 508,47

72

Tabla 3.2: Tiempos y velocidades de Ondas P y S, sentido ascendente. Ensayo Crosshole 1

Profundidad


1,5 P 3 2,6 0,0026 1153,85

6 5,6 0,0056 1071,43

1,5 S 3 16,9 0,0169 177,51

6 31,5 0,0315 190,48

3,5 P 3 2,0 0,002 1500,00

6 3,8 0,0038 1578,95

3,5 S 3 14,2 0,0142 211,27

6 28,1 0,0281 213,52

5,5 P 3 1,9 0,0019 1578,95

6 4,0 0,004 1500,00

5,5 S 3 16,1 0,0161 186,34

6 35,1 0,0351 170,94

7,5 P 3 2,2 0,00217 1384,62

6 4,3 0,0043 1395,35

7,5 S 3 17,8 0,0178 168,54

6 32,0 0,032 187,50

9,5 P 3 2,6 0,00260 1153,85

6 4,9 0,0049 1224,49

9,5 S 3 19,2 0,0192 156,25

6 35,2 0,0352 170,45

11,5 P 3 2,5 0,00250 1200,00

6 4,4 0,0044 1363,64

11,5 S 3 18,3 0,0183 163,93

6 35,2 0,0352 170,45

13,5 P 3 2,1 0,0021 1428,57

6 4 0,004 1500,00

13,5 S 3 17,7 0,0177 169,49

6 36,7 0,03665 163,71

26 P 3 1,2 0,0012 2500,00

6 2,1 0,0021 2857,14

26 S 3 5,2 0,0052 576,92

6 10 0,01 600,00

28 P 3 1,1 0,0011 2727,27

6 2,3 0,0023 2608,70

28 S 3 5,1 0,0051 588,24

6 9,8 0,0098 612,24

30 P 3 1,2 0,0012 2500,00

6 2,7 0,0027 2222,22

30 S 3 5,8 0,0058 517,24

6 11,5 0,0115 521,74

73

Para cada profundidad a la que se realizó el ensayo se tienen dos valores similares de

velocidades de ondas Vp y Vs. La tabla 3.3 presenta los resultados obtenidos al promediar

estos valores en las profundidades donde se ejecutó el ensayo.

Tabla 3.3: Velocidades de Ondas P y S, ensayo Crosshole 1

Profundidad

(m) Vp (m/s) Vs (m/s)

Sedimentos Marinos

1,5 1117,12 182,47

3,5 1530,33 209,88

5,5 1539,47 180,65

7,5 1400,97 175,32

9,5 1195,55 163,25

11,5 1330,66 172,36

13,5 1492,73 171,67

Formación Coche

26 2673,28 611,77

28 2640,81 585,00

30 2462,37 509,81

En la Figura 3.20 se presenta gráficamente cómo varían las velocidades Vp y Vs

obtenidas respecto a la profundidad.

Figura 3.20: Variación de velocidades Vp y Vs con la profundidad, ensayo crosshole 1.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

1,5

3,5

5,5

7,5

9,5

11,5

13,5

26

28

30

Velocidad Ondas P y S (m/s)

Pro

fun

did

ad (

m)

Vp

Vs

74

La diferencia de velocidades entre sedimentos marinos y la Formación Coche se

representa como un cambio abrupto de los valores de Vp y Vs. En la última medición en la

capa de sedimentos marinos, realizada a 13,5m de profundidad, el valor de Vp es de 1492 m/s

y el de Vs 171 m/s. La primera medición en la Formación Coche, realizada a 26m de

profundidad, presenta valores de Vp de 2673 m/s, casi dos veces mayor que para los

sedimentos marinos. El valor de Vs en la primera medición de la Formación Coche es de 611

m/s, casi tres veces mayor que el obtenido anteriormente en los sedimentos marinos.

Tomando en cuenta las velocidades Vp y Vs, se calcula la relación Vp/Vs para cada

profundidad en la que se realizó el ensayo (Tabla 3.4)

Tabla 3.4: Relación Vp/Vs, ensayo crosshole 1.

Profundidad

(m) Vp/Vs

Sedimentos Marinos

1,5 6,12

3,5 7,29

5,5 8,52

7,5 7,99

9,5 7,32

11,5 7,72

13,5 8,70

Formación Coche

26 4,37

28 4,51

30 4,83

Para la capa de sedimentos marinos, la relación Vp/Vs resulta un poco alta. Al estar

saturados de agua, los sedimentos presentan valores de velocidad de ondas S mucho más

bajos que los de las ondas P. Durante la perforación de los pozos para el ensayo, el nivel

freático se encontraba a aproximadamente 1m de profundidad.

Estos resultados de razones de Vp/Vs más altos de lo esperado comúnmente, concuerdan

con los expuestos por Hamilton (1979), quien encontró valores de Vp/Vs de

75

aproximadamente 13 en sedimentos someros; para arenas, estos cocientes variaban entre 9 y 6

en los primeros 20m de profundidad (Rodríguez, 2000).

En el caso de la Formación Coche, el valor numérico de la razón Vp/Vs disminuye

considerablemente. Esto se debe al cambio de litología.


La tabla 3.5 presenta los tiempos de llegada de ondas P y S, así como el cálculo de las

velocidades correspondientes a los registros, grabados mientras se descendía el sistema

fuente-receptores.

Tabla 3.5: Tiempos y velocidades de Ondas P y S, sentido descendente, ensayo crosshole 2

Profundidad


2 P 3 1,3 0,0013 2307,69

6 2,6 0,0026 2307,69

2 S 3 4,9 0,0049 612,24

6 8,6 0,0086 697,67

5 P 3 1,4 0,0014 2142,86

6 2,4 0,0024 2500,00

5 S 3 4,2 0,0042 714,29

6 8,3 0,0083 722,89

7,5 P 3 1,3 0,0013 2307,69

6 2,4 0,0024 2500,00

7,5 S 3 4,2 0,0042 714,29

6 7,7 0,0077 779,22

10 P 3 1,1 0,0011 2727,27

6 2,6 0,0026 2307,69

10 S 3 4,2 0,0042 714,29

6 7,7 0,0077 779,22

12,5 P 3 1,1 0,0011 2727,27

6 2,6 0,0026 2307,69

12,5 S 3 3,9 0,0039 769,23

6 7,6 0,0076 789,47

15 P 3 1,3 0,0013 2307,69

6 2,8 0,0028 2142,86

15 S 3 4,0 0,004 750,00

6 8,3 0,0083 722,89

76

En la Tabla 3.6 se presentan los tiempos de llegada de ondas P y S, así como el cálculo de

las velocidades correspondientes a los registros, grabados mientras se descendía el sistema

fuente-receptores.

Tabla 3.6: Tiempos y velocidades de Ondas P y S, sentido ascendente, ensayo crosshole 2

Profundidad


2 P 3 1,2 0,0012 2500,00

6 2,4 0,0024 2500,00

2 S 3 4,7 0,0047 638,30

6 8,8 0,0088 681,82

5 P 3 1,4 0,0014 2142,86

6 2,2 0,0022 2727,27

5 S 3 4,4 0,0044 681,82

6 7,9 0,0079 759,49

7,5 P 3 1,3 0,0013 2307,69

6 2,4 0,0024 2500,00

7,5 S 3 4,1 0,0041 731,71

6 8,4 0,0084 714,29

10 P 3 1,2 0,00120 2500,00

6 2,3 0,0023 2608,70

10 S 3 4,6 0,0046 652,17

6 7,9 0,0079 759,49

12,5 P 3 1,3 0,00130 2307,69

6 2,7 0,0027 2222,22

12,5 S 3 4,2 0,0042 714,29

6 7,9 0,0079 759,49

15 P 3 1,3 0,00130 2307,69

6 2,6 0,0026 2307,69

15 S 3 4,2 0,0042 714,29

6 7,6 0,0076 789,47

Para cada profundidad en la que se realizó el ensayo, se tienen dos valores similares de

velocidades de ondas P y S. La tabla 3.7 presenta los resultados obtenidos al promediar estos

valores en las profundidades donde se realizó el ensayo.

77

Tabla 3.7: Velocidades de Ondas P y S, ensayo crosshole 2

Profundidad

(m) Vp (m/s) Vs (m/s)

2 2403,85 657,51

5 2378,25 719,62

7,5 2403,85 734,87

10 2535,92 726,29

12,5 2391,22 758,12

15 2266,48 744,16

En la Figura 3.21 se presenta gráficamente cómo varían las velocidades obtenidas Vp y

Vs respecto a la profundidad.

Figura 3.21: Variación de velocidades Vp y Vs con la profundidad, ensayo crosshole 2.

Las velocidades de ondas P y ondas S presentan valores similares a medida que varía la

profundidad. Esto demuestra la homogeneidad litológica en el área donde se realizó el ensayo.

En los 15m de profundidad, donde fue realizado el ensayo crosshole, se observan valores de

velocidades Vp y Vs asociados a esquistos.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

2

5

7,5

10

12,5

15

Velocidad ondas P y S (m/s)

Pro

fun

did

ad (

m)

Vp

Vs

78

Tomando en cuenta los valores de Vp y Vs, se calculan las relaciones Vp/Vs asociadas a

cada profundidad (Tabla 3.8)

Tabla 3.8: Relación Vp/Vs, ensayo crosshole 2.

Profundidad

(m) Vp/Vs

2 3,7

5 3,3

7,5 3,3

10 3,5

12,5 3,2

15 3,0

La relación Vp/Vs es menor en comparación con el caso anterior. Estos valores se acercan

más a la relación de aproximadamente 2 indicada por Castagna et al. (2007), para suelos no

saturados.

3.5.2 Cálculo de Módulos Elásticos

Con los valores de velocidad de ondas Vp y Vs, y conociendo las densidades del suelo,

medidas en laboratorio de las muestras de las perforaciones geotécnicas, se obtienen los módulos

elásticos para cada ensayo.


La Tabla 3.9 presenta los módulos elásticos calculados para los sedimentos marinos y la

Formación Coche. Los valores de densidad se obtuvieron de los ensayos de laboratorio,

aplicados a las muestras recuperadas de la perforación geotécnica SM-141 (Ver Apéndice C).

79

Tabla 3.9: Módulos elásticos, ensayo crosshole 1.

Profundidad

[m]

Densidad

[Kg/m3] Poisson (μ)

Rigidez (G)

[Mpa]

Young (E)

[Mpa]

Bulk (K)

[Mpa]

Sedimentos Marinos

1,5 1650 0,486 54,94 163,31 1985,86

3,5 1650 0,490 72,68 216,65 3767,23

5,5 1610 0,493 52,54 156,89 3745,61

7,5 1610 0,492 49,49 147,67 3094,00

9,5 1610 0,491 42,91 127,91 2244,01

11,5 1640 0,491 48,72 145,34 2838,89

13,5 1640 0,493 48,33 144,34 3589,89

Formación Coche

26 2000 0,472 748,53 2204,22 13294,79

28 2000 0,474 684,45 2018,02 13035,16

30 2000 0,478 519,82 1536,18 11433,47

La relación de Poisson para los sedimentos marinos presenta valores promedios de 0,49;

valor que se asocia con los esperados para sedimentos poco consolidados, saturados con fluidos.

(Flores et al, 2000). En el caso de la Formación Coche, los valores promedios son 0,47, lo que

indica grado el de compactación mayor de los sedimentos.

Los módulos de Rigidez, Young y Bulk son considerablemente mayores en la Formación

Coche, respecto a los sedimentos marinos. Este resultado indica que los sedimentos de la

Formación Coche son menos elásticos que los sedimentos marinos.


La Tabla 3.10 presenta los valores de módulos elásticos calculados para los esquistos de

la Formación Manicuare. Los valores de densidad se obtuvieron mediante los ensayos de

laboratorio, realizados a las muestras recuperadas de la perforación geotécnica SM-108

80

Tabla 3.10: Módulos elásticos, ensayo crosshole 2

Profundidad

[m]

Densidad

[Kg/m3] Poisson (μ)

Rigidez (G)

[Mpa]

Young (E)

[Mpa]

Bulk (K)

[Mpa]

2 1900 0,46 821,41 2397,80 9883,93

5 2400 0,45 1242,81 3603,19 11917,49

7,5 2400 0,45 1296,08 3754,63 12140,28

10 2400 0,46 1265,99 3684,86 13746,15

12,5 2400 0,44 1379,39 3984,03 11883,85

15 2400 0,44 1329,06 3826,59 10556,56

Al comparar los módulos elásticos calculados para la Formación Manicuare con los

correspondientes a la Formación Coche, se tiene que varían en aproximadamente un orden de

magnitud. Este resultado indica menor elasticidad en los esquistos de la Formación Manicuare en

relación a la Formación Coche y los sedimentos marinos.

3.5.3 Consideraciones de sismicidad para el diseño de edificaciones

Los valores de velocidad de ondas de corte, obtenidos mediante los ensayos crosshole,

son utilizados para el diseño sismo-resistente de las edificaciones.

Las normas venezolanas COVENIN representan una referencia que permite definir los

niveles de calidad de productos, facilitar el intercambio comercial de bienes y servicios, y

resolver problemas técnicos y comerciales (Normas Venezolanas COVENIN, 2001)

A objeto del diseño de estructuras, la norma venezolana COVENIN 1756:01 indica los

parámetros a considerar para el diseño sismo-resistente de edificaciones. Tomando en

consideración que los ensayos crosshole se realizaron en el Estado Sucre, el área se encuentra

circunscrita en zona sísmica 7, asociado a peligro sísmico elevado (Norma COVENIN

1756:01, 2001).

De acuerdo a las características geotécnicas del subsuelo y el valor de velocidad de ondas

de corte, se define la forma espectral y el factor de corrección para el coeficiente de

aceleración horizontal, a ser tomados en cuenta durante el diseño de estructuras sismo-

81

resistentes (Norma COVENIN 1756:01, 2001). Para sedimentos marinos, la velocidad de

ondas de corte promedio es de 180 m/s, por lo que debe emplearse la forma espectral S2, con

factor de corrección 0.95, correspondiente a suelos firmes/medio densos. En el caso de la

Formación Coche, el promedio de velocidad de ondas de corte es 565 m/s, por lo que debe

emplearse forma espectral S1, con factor de corrección 1,00. La Formación Manicuare

presenta valores de Vs promedio de 720m/s y debe emplearse forma espectral S1 con factor

de corrección 1,00 (Norma COVENIN 1756:01, 2001) (Ver Apéndice D).

3.5.4 Consideraciones para el análisis de interacción suelo-estructura

Tomando en cuenta parámetros obtenidos a través de las velocidades de ondas sísmicas

mediante los ensayos Crosshole, se realizan análisis de interacción suelo-estructura.

Las características dinámicas del suelo, la rigidez y disposición de la cimentación y el tipo

de sistema estructural de la edificación, interactúan entre sí para caracterizar los efectos

sísmicos sobre la misma (Londoño, 1991).

Para llevar a cabo los análisis dinámicos de interacción suelo-estructura, el parámetro más

importante a considerar es el módulo de corte y la relación de poisson del suelo (Londoño,

1991). Como se describió anteriormente, el módulo de corte es función de la velocidad de

transmisión de Vs, así como de la densidad del medio; la relación de Poisson es función de

las velocidades de ondas Vp y Vs.

Con el conocimiento de estos módulos y, de las cargas a las que va a estar sometida la

fundación, se pueden realizar análisis suelo-estructura. Bien sea mediante la transformación

de cargas dinámicas a estáticas o utilizando software basados en elementos finitos.

3.6 CONCLUSIONES

El método utilizado para calcular la velocidad de ondas Vp y Vs genera resultados confiables

ya que se miden directamente los tiempos de viaje de éstas ondas, pudiendo calcular

82

posteriormente las velocidades. Sin embargo, se deben tomar en cuenta factores importantes

durante la perforación de los pozos, como lo son, comprobar la verticalidad y colocar la

lechada correctamente. De otra forma, los valores obtenidos no serán representativos de la

litología del área.

Se debe tener especial precaución al escoger el tiempo de llegada de las ondas durante el

procesamiento e interpretación de los datos. Debido a que las unidades están en

milisegundos, un cambio de unos pocos milisegundos genera cambios drásticos en los

valores de velocidad obtenidos. Por esta razón, las velocidades pueden variar, dependiendo

de cada intérprete.

Los valores de velocidad de ondas asociados a los sedimentos marinos, concuerdan con los

esperados para sedimentos saturados. En el caso de las velocidades Vp y Vs en las

Formaciones Coche y Manicuare, presentan similitudes a los valores esperados para estas

litologías.

En términos de módulos elásticos, los resultados indican que los esquistos de la Formación

Manicuare son los menos elásticos, mientras que los sedimentos marinos son más elásticos.

Los parámetros obtenidos mediante la realización de ensayos Crosshole (módulos elásticos y

velocidad de ondas sísmicas) resultan de gran utilidad para el diseño de las estructuras, tanto

en términos de sismicidad como en términos de análisis de interacción suelo-estructura.

Profundizar en el uso de los parámetros obtenidos para el diseño de las estructuras,

corresponde a los ingenieros proyectistas. Sin embargo, se deben tener en cuenta las

consideraciones realizadas respecto al diseño de las estructuras sismo-resistentes.

83

CAPÍTULO 4

UTILIZACIÓN DE ECUACIONES EMPÍRICAS PARA ESTIMAR LA VELOCIDAD DE

ONDAS DE CORTE A PARTIR DE PARÁMETROS RELACIONADOS A ENSAYOS DE

PENETRACIÓN ESTÁNDAR.


4.1.1 Ensayo SPT

El ensayo de Penetración Estándar, comúnmente llamado SPT, es utilizado para obtener

muestras perturbadas del suelo, a través de un muestreador denominado cuchara partida.

Además, permite medir el valor de la resistencia a la penetración (Norma ASTM D1586).

La prueba estándar consiste en hincar en el terreno un muestreador de cuchara partida de

diámetro externo de 50,8mm (2”) y diámetro interno de 34,93mm con la energía impartida por un

martillo de 63,5kg de peso, en caída libre desde 76,2cm, sujetado a una cuerda con dos vueltas

alrededor de una polea. El muestreador se hinca hasta obtener una penetración de 45cm (Figura

4.1). El número de golpes necesarios para hincar el muestreador cada 15cm es registrado. Los

primeros 15cm se descartan y la suma del número de golpes necesarios para penetrar el segundo

y tercer segmento de 15cm se registra como la resistencia a la penetración o N (Contreras, 2008).

84

Figura 4.1: Esquema ensayo SPT (Tomado de Flores, 2006).

Ciertos factores influyen en la variación del número de penetración estándar N, entre estos

factores destacan: la eficiencia del martillo SPT, el diámetro de la perforación, el método de

muestreo y el factor de longitud de la barra perforadora. Con base a observaciones de campo, se

estandariza el número de penetración de campo como una función de la energía entrante de

hincado y de su disipación alrededor del muestreador hacia el suelo (Braja, 2006).

El número de penetración estándar, corregido por condiciones de campo se calcula

mediante la ecuación (Braja, 2006):

donde N es el número de penetración del medio, nH la eficiencia del martillo (%), nB la

corrección por diámetro de perforación, nS la corrección del muestreador, nR la corrección por

longitud de la barra perforadora.

85

En suelos granulares, el valor de N es afectado por la presión efectiva de sobrecarga σ’0.

Por esta razón, el valor de N60 obtenido en una exploración de campo bajo diferentes presiones

efectivas de sobrecarga debe cambiarse para corresponder a un valor estándar de σ’0 (Braja,

2006), de acuerdo a:

donde (N1)60 es el valor corregido a un valor estándar de σ’0, CN es el factor de corrección

y N60 el valor N obtenido de la exploración en campo.

Criterio de Rechazo: Durante la realización del ensayo de penetración estándar, el ensayo

se detiene si se cumple alguno de los siguientes (Norma ASTM D1586):

Un número de 50 golpes ha sido registrado mientras se hincan 15cm del muestreador

(estos 15cm pueden ser en cualquiera de las tres secciones de los 45cm totales).

Se han aplicado 100 golpes intentando hincar los 45cm del muestreador.

No se observa avance alguno del muestreador al aplicar 10 golpes consecutivos.

4.1.2 Relación Ensayos SPT-Velocidad Ondas de Corte

Ohta y Goto (1978), obtuvieron ecuaciones empíricas para determinar la velocidad de

ondas de corte en suelos, en términos de cuatro parámetros. Estos parámetros son: los valores de

N correspondientes al ensayo de penetración estándar, la profundidad donde se realiza la

medición, la época geológica y el tipo de suelo. Estas ecuaciones se obtuvieron de acuerdo a un

grupo de 300 datos, recopilados generalmente en llanuras aluviales en Japón. Combinando estos

4 parámetros, obtuvieron 15 ecuaciones para determinar la velocidad de ondas P, tomando en

cuenta uno, dos, tres y hasta los cuatro parámetros. Mientras más términos tomaron en cuenta, la

probabilidad de error disminuía (Ohta y Goto, 1978).

En el caso de este estudio, se tomaron en cuenta las ecuaciones que relacionaban el

número de golpes del ensayo de penetración estándar corregido por los factores de presión de

sobrecarga y disipación de energía (N), la profundidad a la que se efectuaba el ensayo (H) y el

tipo de suelo (F) (Ohta y Goto, 1978):

86

NSPT: (4.3)

NSPT y H: (4.4)

NSPT y Tipo de Suelo: (4.5)

donde

NSPT, H y Tipo de Suelo: (4.6)

donde

4.2 METODOLOGÍA

Se estudiaron todas las perforaciones geotécnicas ubicadas a un radio de 300m del punto

donde se realizó el ensayo, con el propósito de verificar si hay variaciones abruptas entre éstas en

el número de golpes del ensayo SPT o de litología.

Se escogió la perforación más cercana al sitio donde se realizó el ensayo crosshole para la

aplicación de las ecuaciones empíricas. Con los resultados de esta perforación, tomando en

consideración parámetros como el número de golpes del ensayo SPT, profundidad del estudio y

tipo de suelo, se estimaron los valores de velocidad de ondas S de acuerdo a las ecuaciones de

Ohta y Goto (1978). Una vez calculados los valores de velocidad de Ondas S, se compararon con

los obtenidos mediante los ensayos Crosshole.

87


Al estudiar las perforaciones en un radio de 300m del ensayo Crosshole 1, se observa que

todas presentan características similares de litología y número de golpes, razón por la cual se

decidió trabajar con la perforación más cercana al sitio del ensayo Crosshole 1 (Perforación SM-

141, Apéndice E), ubicada a 52m de distancia.

El factor de edad geológica no se tomó en cuenta al momento de calcular la velocidad de

ondas S utilizando las ecuaciones empíricas ya que, por la ausencia de fósiles, no se conoce la

edad exacta de los sedimentos marinos y la Formación Coche.

De acuerdo al tipo de suelo a que están asociadas estas ecuaciones empíricas, se calculará

la velocidad de ondas S sólo para el caso de sedimentos marinos. Las ecuaciones no aplican para

los esquistos de la Formación Manicuare (Ohta y Goto, 1978). Respecto a la Formación Coche, a

pesar de ser sedimentaria, no se utilizaron las ecuaciones debido a problemas presentados en las

perforaciones. En las perforaciones estudiadas, a partir de los 25m aproximadamente, el avance

era por rotación, razón por la cual no se realizó ensayo SPT. En estos casos la litología era

generalmente grava y conglomerados en matriz de arena arcillosa o arcilla arenosa. Debido a este

avance por rotación, el agua utilizada para la perforación lavaba la matriz y sólo se recuperaron

los fragmentos de grava (Ver apéndice E).

A continuación se presentan los resultados obtenidos al calcular la velocidad de ondas S,

usando las ecuaciones correspondientes a las combinaciones de número de golpes del ensayo SPT

(N), profundidad (H) y tipo de suelo (suelo). En las tablas siguientes, Vs CH, representa los

valores obtenidos de velocidad de onda S mediante el ensayo Crosshole. El tipo de suelo se tiene

de los resultados de ensayos de laboratorio a las muestras recopiladas durante los ensayos SPT.

Para cada caso, el error relativo se calculó tomando el valor absoluto de la diferencia entre ambos

valores de velocidad de ondas de corte. Este resultado se dividió entre el menor valor de Vs,

independientemente de si se refería a la velocidad calculada con los ensayos Crosshole o con las

ecuaciones empíricas para obtener el error relativo. Esto se hizo con el propósito de tener la

mayor cota de error posible.

88

4.3.1 Número de golpes (N)

Tomando en consideración el número de golpes correspondientes al ensayo SPT, se tiene

la ecuación 4.3. El error probable asociado a esta ecuación es de 27,4% (Ohta y Goto, 1978).

La Tabla 4.1 presenta los valores resultantes al calcular la velocidad de ondas S con la

ecuación 4.3 (Vs N), así como las velocidades de ondas S obtenidas mediante el ensayo

Crosshole (Vs CH).

Tabla 4.1: Velocidad de ondas S tomando en cuenta el número de golpes N.

Profundidad

(m)

Vs CH

(m/s) Vs N (m/s)

Error

Relativo (%)

1,5 182,47 218,99 20,0

3,5 209,88 237,77 13,3

5,5 180,65 125,08 44,4

7,5 175,32 138,25 26,8

9,5 163,25 167,98 2,9

11,5 172,36 183,33 6,4

13,5 171,67 190,17 10,8

De acuerdo a los resultados de la Tabla 4.1, el valor correspondiente a los 5,5m presenta un

error mayor (44,4%) al aceptado por la ecuación (27,4%).

4.3.2 Número de golpes (N) y profundidad (H)

La ecuación 4.4 relaciona estos parámetros para estimar el valor de la velocidad de

ondas S. El error probable asociado es de 22,1% (Ohta y Goto, 1978).

La Tabla 4.2 presenta la comparación entre la velocidad de ondas S calculada

utilizando la ecuación 4.4 y la velocidad de ondas S obtenida a través del ensayo

Crosshole.

89

Tabla 4.2: Velocidad de ondas S tomando en cuenta el número de golpes (N) y la

profundidad (H).

Profundidad

(m)

Vs CH

(m/s)

Vs N y H

(m/s)

Error

Relativo (%)

1,5 182,47 134,13 36,0

3,5 209,88 171,91 22,0

5,5 180,65 118,92 51,9

7,5 175,32 137,06 27,9

9,5 163,25 166,51 2,0

11,5 172,36 185,17 7,4

13,5 171,67 197,09 14,8

Comparando los resultados al utilizar la ecuación 4.4, con los obtenidos mediante el

ensayo Crosshole, se observa que los valores de velocidad de ondas S tomando en cuenta los

parámetros N y H, correspondientes a 1,5; 5,5 y 7,5m de profundidad, presentan errores mayores

a los señalados por la ecuación.

4.3.3 Número de golpes (N) y Tipo de Suelo (Suelo)

Estos parámetros se relacionan mediante la ecuación 4.5, la cual conlleva un

27,2% de error probable (Ohta y Goto, 1978).

Tabla 4.3: Velocidad de ondas S tomando en cuenta el número de golpes (N) y el tipo de

suelo.

Profundidad

(m)

Vs CH

(m/s)

Vs N y

Suelo (m/s)

Error

Relativo (%)

1,5 182,47 204,21 11,91

3,5 209,88 221,30 5,44

5,5 180,65 130,96 37,95

7,5 175,32 144,41 21,40

9,5 163,25 174,68 7,00

11,5 172,36 190,26 10,38

13,5 171,67 199,63 16,29

90

Para la profundidad de 5,5m, el valor de velocidad de ondas S calculado con la ecuación

4.5, presenta un error absoluto mayor al relacionado a dicha ecuación. En los otros casos, los

errores absolutos son relativamente bajos.

4.3.4 Número de golpes (N), Profundidad (H) y Tipo de Suelo (Suelo)

Mediante la ecuación 4.6 se estima el valor de velocidad de ondas de corte, a

través de estas variables: esto tiene un error probable de 21,5% (Ohta y Goto, 1978).

La Tabla 4.4 presenta los resultados al aplicar esta ecuación en cada caso.

Adicionalmente, mediante el Error Absoluto, se comparan los valores de velocidad de

ondas S, obtenidos mediante ensayos Crosshole con los resultantes al aplicar la ecuación

4.6.

Tabla 4.4: Velocidad de ondas S tomando en cuenta el número de golpes (N), la

profundidad (H) y el tipo de suelo (Suelo).

Profundidad

(m)

Vs CH

(m/s)

Vs N, H y

Suelo (m/s)

Error Relativo

(%)

1,5 182,47 127,01 43,66

3,5 209,88 162,54 29,12

5,5 180,65 127,63 41,53

7,5 175,32 145,99 20,09

9,5 163,25 174,24 6,73

11,5 172,36 192,37 11,61

13,5 171,67 204,26 18,98

Los valores obtenidos para las profundidades de 1,5; 3,5 y 5,5m presentan errores

absolutos mayores a los indicados por la ecuación.

El gráfico de la Figura 4.2 presenta una comparación de los valores de velocidad de ondas

S obtenidos mediante el ensayo Crosshole, así como también los resultantes al aplicar las diversas

ecuaciones propuestas por Ohta y Goto (1978).

91

Figura 4.2: Comparación velocidad de ondas S, ensayo Crosshole y ecuaciones empíricas

Con el propósito de relacionar los errores de velocidades de onda S calculadas utilizando

las diferentes ecuaciones con los valores resultantes del ensayo Crosshole, se presentan en la

tabla 4.5 el promedio de los errores relativos obtenidos con cada ecuación (Error Promedio).

Estos errores se obtuvieron al comparar la velocidad de ondas de corte resultante del ensayo

crosshole con los estimados mediante cada ecuación. El error probable es aquél asociado a cada

fórmula propuesta por Ohta y Goto (1978).

Tabla 4.5: Error promedio y error probable

N N y H N y Suelo N, H y Suelo

Error Promedio 17,8% 23,2% 15,8% 24,5%

Error Probable 27,4% 22,1% 27,2% 21,5%

De acuerdo a los resultados presentados en la Tabla 4.5, las ecuaciones que toman en

cuenta la profundidad, no representan un buen ajuste a los valores de Vs calculados. La ecuación

que utiliza los valores de N y H presenta un error promedio, mayor al error probable esperado

teóricamente. Lo mismo ocurre en el caso de la ecuación que relaciona N, H y el tipo de suelo.

0 50 100 150 200 250

1,5

3,5

5,5

7,5

9,5

11,5

13,5

Vs (m/s)

Pro

fun

did

ad

Valores Vs estimados

Cross Hole

N

N y H

N y Suelo

N, H y Suelo

92

Esto puede relacionarse a discrepancias entre el tipo de suelo utilizado para obtener las

ecuaciones empíricas con el suelo del área de estudio. A pesar de ambos ser sedimentos, con

tamaños de grano similares, los sedimentos marinos en los que se realizó el ensayo se

encontraban poco consolidados, posiblemente, el factor de profundidad, toma en cuenta un mayor

grado de compactación.

Al utilizar sólo el número de golpes para estimar la velocidad de ondas S, se obtuvieron

resultados cercanos a los correspondientes al ensayo Crosshole; el error promedio de 17,8% es

menor al error probable asociado a la fórmula.

La ecuación que más se ajustó a los valores de velocidad de ondas de corte, obtenidos

mediante el ensayo crosshole, es aquella que toma en cuenta el número de golpes (N) y el tipo de

suelo (Suelo), dando un error promedio de 15,8%. Esto se asocia a que a través de los ensayos de

laboratorio realizados a las muestras, el tipo de suelo representa una variable más exacta al

momento de ser tomada en cuenta en las ecuaciones.

4.4 CONCLUSIONES

De las ecuaciones empleadas para estimar el valor de velocidad de ondas de corte, aquellas

que toman en cuenta la profundidad a la que se encuentra la muestra, no representan un buen

ajuste a los resultados obtenidos a través del ensayo crosshole.

Al momento de utilizar las ecuaciones empíricas propuestas por Ohta y Goto (1978), se debe

tener en cuenta que el tipo de suelo es un factor muy importante para poder aplicarlas. Estas

ecuaciones están definidas para suelos sedimentarios, principalmente con litología arcillosa y

arenosa.

En el caso de tener valores de velocidad de ondas de corte mayores a 450 m/s, estas

ecuaciones no pueden ser utilizadas ya que para que esto ocurra, el número de golpes del

ensayo SPT debe ser mayor a 100, lo cual ya se encuentra dentro de los criterios de rechazo.

93

El método de estimación de ondas de corte mediante parámetros relacionados a los ensayos

de penetración estándar expuesto por Ohta y Goto (1978) representa una aproximación de las

velocidades de estas ondas. Sin embargo, este método no debe ser utilizado como la única

herramienta para determinar los valores de Vs. La medición de ondas de corte utilizando

métodos directos como cross hole, downhole, sísmica de refracción y sísmica de

microtremores generan resultados más confiables ya que miden de forma directa el tiempo de

viaje de las ondas sísmicas, permitiendo calcular las velocidades.

94

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APÉNDICE A: Planilla de Perforación, sondeo PN-03

Figura A1: Planilla de perforación, sondeo PN-03, pag. 1

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Figura A2: Planilla de perforación, sondeo PN-03, pag. 2

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APÉNDICE B: Perfil perforaciones geotécnicas cercanas al ensayo crosshole 1

Figura B1: Perfil perforaciones geotécnicas cercanas al ensayo crosshole 1

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APÉNDICE C: Ensayos de laboratorio, muestras recuperadas, sondeo SM-141

Figura C1: Planilla laboratorio, sondeo SM-141, pag 1

101

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Figura C2: Planilla laboratorio, sondeo SM-141, pag 2

102

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APÉNDICE D: Forma espectral y factor de corrección

Figura D1: Forma espectral y factor de corrección (Modificado de Norma COVENIN 1756, 2001)

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APÉNDICE E: Planillas de perforación, sondeo SM-141

Figura E1: Planilla de perforación, sondeo SM-141, pag 1

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