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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SINALOA. 

FACULTAD DE INGENIERÍA CULIACÁN. 

LICENCIATURA EN INGENIERÍA CIVIL. 

 

INGENIERÍA EN CIMENTACIONES. 

M.I. SANDRA SANCHEZ SANDOVAL. 

 

GRUPO 4‐3 

FEBRERO DE 2016. 

MATERIAL PARA EXPOSICIÓN N° 1: 

Exploración geofísica. 

(Énfasis en Refracción Sísmica y Resistividad Eléctrica). 

PRESENTAN: Castillo Lugo, Duarte Calleros, López Higuera, Ochoa Rubio, Sanguino Ramos.  

 

MÉTODOS GEOFÍSICOS: 

  Métodos  desarrollados  principalmente  con  el  propósito  de  determinar  las 

variaciones  en  las  características  físicas  de  los  diferentes  estratos  del  subsuelo  o  los 

contornos de la roca basal que subyace a depósitos sedimentarios. También son útiles para 

la detección de fallas geológicas. 

MÉTODOS GEOFÍSICOS APLICADOS EN LA MECÁNICA DE SUELOS: 

  Aunque  estos métodos  se  han  aplicado  sobre  todo  a  cuestiones  de  geología  y 

minería, recientemente se han aplicado también (en menor escala) a la mecánica de suelos. 

El  ingeniero  civil  utiliza  los  métodos  geofísicos  durante  la  realización  de  estudios 

preliminares de diversas obras, por ejemplo: lugares para localizar presas de tierra o para 

determinar perfiles de roca basal. Estos métodos permiten determinar las condiciones de 

meteorización, fracturación y competencia de la roca en donde se asentarán las estructuras, 

así como lugares donde se construirán túneles. 

   

2  

ALGO PARA TENER EN CUENTA: 

Los métodos son rápidos y expeditos y permiten tratar grandes áreas, pero nunca 

proporcionan suficiente información para fundar criterios definitivos de proyecto, en lo que 

a la Mecánica de Suelos se refiere. 

En el caso de estudios para  fines de cimentación no se puede considerar que  los 

métodos geofísicos sean adecuados, pues no rinden una información de detalle comparable 

con la que puede adquirirse de un buen programa de exploración convencional.  

A CONTINUACIÓN SE DESCRIBEN BREVEMENTE DOS PRINCIPALES MÉTODOS: 

Refracción Sísmica. 

En el caso de contextos urbanos la refracción resulta útil para la determinación de 

la profundidad a basamento y el perfil de velocidades de onda P y S; y para la extrapolación 

lateral de perforaciones puntuales de suelos. Este método mide el tiempo de propagación 

de  las ondas elásticas,  transcurrido entre un sitio donde se generan ondas sísmicas y  la 

llegada de éstas a diferentes puntos de observación.  

 

Fuentes de generación de onda (martillo, martillo mecánico, escopeta sísmica, explosivos): 

     

Para esto se disponen en superficie una serie de sensores (geófonos) en línea recta 

a  distancias  conocidas,  formando  lo  que  se  conoce  como  tendido  sísmico  o  línea  de 

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refracción. A una distancia conocida del extremo del tendido, en el punto de disparo, se 

generan ondas sísmicas con la ayuda de un martillo o por la detonación de explosivos, las 

cuales  inducen  vibraciones  en  el  terreno  que  se  propagan  por  el  subsuelo  y  que  son 

detectadas por cada uno de los sensores en el tendido. 

Los  registros  de  cada  sensor  tienen  información  de  la  respuesta  del  terreno  en 

función del tiempo y son conocidos como sismogramas. Estas trazas son analizadas para 

obtener el tiempo de llegada de las primeras ondas de cuerpo, tanto onda P como también 

las llegadas de la onda S, a cada sensor desde el punto de disparo. El análisis e interpretación 

de estos datos permite  calcular  las  velocidades  longitudinales  (Vp  [m/s]), además de  la 

determinación de los refractores que se pueden asociar a interfaces de los materiales del 

subsuelo en profundidad, lo que a su vez se puede interpretar litológicamente. 

Secuencia de proceso:

Interpretación de perfil sísmico 

 Funcionamiento del método.  

o La  refracción más  comúnmente utilizada  corresponde  a determinar  las primeras 

llegadas de las ondas de compresión (ondas P). 

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o El método se ejecuta en base a lo que determina la normativa internacional ASTM 

D 5777‐95. 

o Se determinan los valores de velocidad de las ondas P y de las ondas S en sedimentos 

y rocas. 

o Permite  la detección de  la profundidad del basamento y definición de su relieve, 

dependiendo de variables como longitud del tendido, energía de la fuente sísmica, 

frecuencia de los geófonos empleados, rigidez de los suelos, entre otros aspectos. 

o Para la determinación de módulos geotécnicos (módulo de Young y Coeficiente de 

Poisson)  que  permiten  caracterizar  y  clasificar  los  suelos,  desde  un  punto  de 

normativa de diseño. 

Limitaciones.  

o Para que exista refracción de las ondas, la velocidad de propagación de estas debe 

ser  estrictamente  creciente  con  la  profundidad.  En  el  caso  de  suelos  con  capas 

intermedias de menor velocidad el método no las visualizará (capa ciega). 

o Requiere disponer de zonas con suficiente extensión, ya que la longitud del tendido 

en superficie está directamente relacionada con la profundidad de investigación que 

se alcance. 

o Dicha profundidad está condicionada por el tipo de fuente activa empleada (entre 

otros factores como se mencionó anteriormente). Es así, como mediante el uso de 

martillo se puede alcanzar una profundidad del orden de 30‐50 metros. 

Consideraciones. 

o La precisión del método requiere el uso de un levantamiento topográfico de detalle. 

o Se considera que las ondas longitudinales se propagan a velocidades constantes en 

cada  estrato  para  cada  tendido  sísmico  (spread),  que  es  la  unidad  básica  de 

interpretación. 

o Si  la  longitud del perfil  supera  la extensión de un  spread,  se debe considerar un 

traslape de geófonos para no perder información de los rayos. 

o El  contraste  de  velocidad  entre  estratos  y  el  espesor  de  éstos,  debe  ser 

suficientemente  alto para que queden  representados  con  claridad  en  las  curvas 

camino‐tiempo. 

PROCEMIENTO DEL ENSAYE. 

PREPARACIÓN DEL TENDIDO SÍSMICO: La superficie, a lo largo de las secciones planeadas, 

tiene que ser aclarada de  la vegetación. La anchura  requerida es 1.5 m. Un punto de  la 

referencia topográfica debe ser proporcionado para atar las secciones a la red topográfica 

local. 

LA  LÍNEA  Y  UBICACIÓN  DE  GEÓFONOS:  Para  un  registro  normal,  hasta  30  m.  de 

profundidad, los geófonos de frecuencia baja (14 + / ‐ 0.7 Hz están dispuestos a lo largo de 

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la línea de 108 metros con la separación de 3 metros, y el desplazamiento de la fuente del 

sonido al geófono es 1.5 m.  Las  vibraciones  se prueban  cada 3 metros. Eso ofrece una 

resolución de 3 metros. La fuente de sonido, en una superficie sólida, es un martillo pesado 

con una almohadilla de caucho. Una escopeta sísmica, cargada con pólvora negra, se usa en 

una superficie suave. 

EL PROCESAMIENTO DE LOS DATOS Y LAS TRANSFORMACIONES MATEMÁTICAS: 

1.‐ Inicialmente, se asegura después la grabación que los registros son utilizables (sin 

los errores). 

2.‐ Después, el algoritmo del software, aprobado por el fabricante del instrumento 

sísmico,  calcula  la  sección  de  distribución  de  las  velocidades  del  sonido  que 

corresponden al registro.  

La sección final es el mejor modelo matemático, calculado por el algoritmo de optimización, 

que  corresponde  a  cada  registro.  El  resultado  es  una  sección  de  distribución  de  las 

velocidades del sonido. Las velocidades bajas corresponden a una capa de suelo superficial. 

Las  velocidades  intermedias  corresponden  a  una  capa  de:  arena,  arena  gruesa,  grava; 

mientras las velocidades altas indican la roca del fondo. 

Para verificar la calidad de una sección de las velocidades, se calcula un mapa de confianza. 

Esto representa una proporción de pruebas por la unidad de superficie de la sección. Una 

proporción de pruebas alta aumenta el nivel de confianza. Se adapta la configuración de la 

serie de los geófonos para obtener, donde es necesario, la alta proporción de pruebas. 

EJEMPLO: modelo estilo tomográfico de velocidades sísmicas de onda p, calculado a partir 

del análisis de dos tendidos de refracción sísmica. 

 

   

6  

Resistividad Eléctrica. 

Este método se basa en el hecho de que los suelos, dependiendo de su naturaleza, 

presentan una mayor o menor  resistividad eléctrica cuando una corriente es  inducida a 

través. Su principal aplicación está en el campo de la minería, pero en mecánica de suelos 

se ha aplicado para determinar la presencia de estratos de roca en el subsuelo. 

La  resistividad  eléctrica  de  una  zona  de  suelo  puede medirse  colocando  cuatro 

electrodos  igualmente  espaciados  en  la  superficie  y  alineados;  los  dos  exteriores, 

conectados  en  serie  a  una  batería  son  los  electrodos  de  corriente  (medida  por  un 

miliamperímetro), en tanto que  los  interiores se denominan de potencial de  la corriente 

circulante. 

El  método  sirve,  en  primer  lugar,  para  medir  las  resistividades  a  diferentes 

profundidades,  en  un  mismo  lugar  y,  en  segundo,  para  medir  la  resistividad  a  una 

profundidad, a  lo  largo de un perfil. Lo primero  se  logra aumentando  la distancia entre 

electrodos, con lo que se logra que la corriente penetre a mayor profundidad. Lo segundo 

se logra conservando la distancia constante y desplazando todo el equipo sobre la línea a 

explorar. Las mayores resistividades corresponden a rocas duras, siguiendo rocas suaves, 

gravas compactas, etc., y teniendo los menores valores los suelos suaves saturados. 

DEFINICION DE RESISTIVIDAD ELÉCTRICA: 

La resistividad eléctrica (ρ) de un material describe la dificultad que encuentra la corriente 

eléctrica a su paso por él. De  igual manera se puede definir  la conductividad (σ) como  la 

facilidad que encuentra la corriente eléctrica al atravesar el material. 

La  resistencia eléctrica que presenta un conductor homogéneo está determinada por  la 

resistividad del material que lo constituye y la geometría del conductor. Para un conductor 

rectilíneo y homogéneo de sección “s” y longitud “l”, la resistencia eléctrica es: 

 

A partir de ésta ecuación se puede despejar la resistividad, quedando la ecuación como: 

∗  

La unidad de resistividad en el Sistema Internacional es el ohm por metro (Ω‐m) u ohm por 

centímetro (Ω‐cm). 

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La Figura superior ilustra un esquema para la determinación de la resistividad eléctrica de 

una muestra de material cuyas dimensiones son 1 m de lado por 1 m de profundidad. 

FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTIVIDAD DEL SUELO: 

La resistividad es una de las magnitudes físicas con mayor variación para diversos materiales 

y por supuesto para los suelos. En un medio conductor homogéneo e isótropo, el valor de 

la resistencia en cualquier punto es igual. Sin embargo, el suelo es un medio heterogéneo y 

anisótropo, por tanto, es de esperarse que los valores de resistividad dependan de varios 

factores. Se pueden mencionar los siguientes: 

o Naturaleza del tipo de suelo o material 

o Humedad 

o Temperatura 

o Concentración de sales disueltas 

o Estratigrafía 

o Variaciones estacionales 

o Compactación 

ESTRATIFICACIÓN DEL TERRENO. Resistividad aparente: 

Una característica del material con el que se trabaja en el área de mecánica de suelos es la 

gran variedad de materiales que se puede tener en un área muy pequeña tanto en sentido 

vertical como horizontal. En consecuencia,  las mediciones de resistividad que se  llevan a 

cabo en el terreno por lo regular no corresponden a materiales homogéneos sino a un perfil 

de material heterogéneo. Por tanto, debido a que las capas no son uniformes en un terreno, 

cuando se mide la resistividad, en realidad se mide lo que se llama “resistividad aparente”. 

La Figura 3.7 muestra un perfil de suelo con sus respectivos valores de resistencia. Nótese 

que la resistencia para una arena puede tomar valores de 68 ohms y para una arcilla con 

arena valores de 185 ohms. 

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Método Wenner. 

En 1915, el Dr. Frank Wenner del U.S. Bureau of Standards desarrolló  la  teoría de este 

método  de  prueba.  Para medir  la  resistividad  del  suelo  se  colocan  cuatro  electrodos 

alineados y enterrados a una misma profundidad. La profundidad de medición depende de 

la distancia entre electrodos pero no del tamaño de los mismos. 

El  principio  básico  de  este método  es  la  inyección  de  una  corriente  directa  o  de  baja 

frecuencia a través de la tierra entre dos electrodos C1 y C2 mientras que el potencial que 

aparece  se  mide  entre  dos  electrodos  P1  y  P2.  En  las  Figuras  3.8  y  3.9  se  observa 

esquemáticamente la disposición de los electrodos. 

 

9  

 

A partir de  la  información de disposición de electrodos y de  la  lectura de  resistencia,  la 

resistividad se calcula como: 

4

1 24 . 2

4 4 .

 

Donde: 

ρ = Resistividad promedio a la profundidad (A) (ohms‐m) 

A = Distancia entre electrodos (m) 

B = Profundidad a la que se entierra el electrodo (m) 

R = Lectura de resistencia (ohms) 

Método Schlumberger. 

Este método es parecido al método Wenner con respecto a  los cuatro electrodos que se 

utilizan; no obstante, los electrodos centrales (o de potencial) se mantienen a una distancia 

constante mientras que la distancia de los electrodos exteriores se va variando para que la 

profundidad de medición sea mayor (Figura 3.10). 

 

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La ecuación para medir la resistividad con este método es: 

ρ = 2⋅π ⋅R⋅ (n +1)⋅na 

Equipo ohmmapper. 

El equipo ohmmapper es un sistema para medir la resistividad del suelo en áreas amplias. 

Consiste  de  un  dipolo  receptor,  un  dipolo  transmisor,  batería  y  una  consola  donde  se 

almacena  la  información. Cada dipolo está  integrado por dos cables que funcionan como 

electrodos ensamblados al transmisor o al receptor, según corresponda. 

El arreglo de electrodos utilizado en el ohmmapper es similar al arreglo dipolodipolo, en 

donde el transmisor inyecta la corriente y el receptor mide la diferencia de potencial (Figura 

3.11 y 3.12). 

 

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El transmisor del ohmmapper genera una corriente que se transmite al terreno a través de 

un cable dipolo no conectado a  la  tierra. Las características capacitivas del cable dipolo 

permiten que la corriente del transmisor fluya en la tierra. El cable dipolo receptor recibe 

el resultado de  las medidas y el receptor  la decodifica. Un cable no conductivo  (cuerda) 

mantiene una separación constante del dipolo receptor y transmisor para de esta manera 

arrastrar el arreglo sobre el suelo. La señal detectada es convertida en una señal digital 

óptica que es enviada a través de un cable de fibra óptica, donde es reconvertida en una 

señal eléctrica y enviada a la consola para su almacenamiento y posterior procesamiento 

(Flores, 2003). 

La  Figura  3.13 muestra  un  esquema  completo  del  equipo.  Se  indican  la  posición  del 

receptor, transmisor, los cables electrodos, así como la zona de medición; la profundidad a 

la que se realicen las mediciones dependerá de la longitud de la cuerda aislante. 

 

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La Figura 3.14 es un ejemplo de los perfiles de resistividad que se generan después de que 

los  datos  obtenidos  en  campo  son  procesados.  Como  se  puede  notar  en  la  figura,  el 

resultado es un perfil con zonas de diferentes colores a  los que corresponden valores de 

resistividad de acuerdo con la escala que se encuentra en la parte inferior. 

 

VALORES TÍPICOS DE RESISTIVIDAD PARA ALGUNOS MATERIALES: 

Los suelos pueden ser buenos, regulares o malos conductores de la corriente eléctrica. La 

Tabla  3.1  resume  valores  característicos  de  algunos  materiales.  Los  valores  que  se 

presentan en esta tabla son puntuales, por ejemplo, el valor de resistividad de la arcilla es 

de 40 ohms‐m, sin embargo, otros estudios muestran que la resistividad de este material 

puede variar en un rango muy amplio. 

Con respecto al tipo de material, cabe señalar que a medida que el tamaño de las partículas 

se  incrementa,  la  resistividad  se  incrementa.  Por  ejemplo,  una  grava  tiene  mayor 

resistividad que la arena, y ésta presenta un valor mayor con respecto a la arcilla. La razón 

de ésto podría ser el tamaño de los vacíos que se generan en la estructura y el fluido que se 

encuentra en ellos. Si el fluido es agua, la resistividad será baja y si es aire, la resistividad 

será alta ya que el aire no es conductor de electricidad. 

 

   

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Anexo: DEFINICIONES IMPORTANTES. 

Ondas P 

Las ondas P son ondas  longitudinales o compresionales,  lo cual significa que el suelo es 

alternadamente  comprimido  y  dilatado  en  la  dirección  de  la  propagación.  Estas  ondas 

generalmente viajan a una velocidad 1.73 veces de las ondas S y pueden viajar a través de 

cualquier tipo de material. Velocidades típicas son 330m/s en el aire, 1450m/s en el agua y 

cerca de 5000m/s en el granito. 

 

Ondas S  

Las ondas S son ondas transversales o de corte, lo cual significa que el suelo es desplazado 

perpendicularmente a la dirección de propagación, alternadamente hacia un lado y hacia el 

otro. Las ondas S pueden viajar únicamente a través de sólidos debido a que los líquidos no 

pueden soportar esfuerzos de corte. Su velocidad es alrededor de 58%  la de una onda P 

para cualquier material sólido. Usualmente  la onda S tiene mayor amplitud que  la P y se 

siente más fuerte que ésta. Por ejemplo en el núcleo externo, que es un medio líquido, no 

permite el paso de las ondas S. 

 

 

   

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BIBLIOGRAFÍA: 

Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica. http://www.smis.org.mx/htm/sm4.htm 

Universidad  Católica  del  Norte.  Laboratorio  Geofísico. 

http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/geofisicoM2.htm 

EPYESA. http://epyesa.com/geofisica/ 

Corporación  OSSO.  ONG  para  las  ciencias  de  la  tierra  y  la  prevención  de  desastres. 

http://www.osso.org.co/docu/tesis/2001/comportamiento/refraccion.pdf 

GEODATOS, Geofísica de avanzada. http://www.geodatos.cl/sismica.php 

SECRETARÍA  DE  COMUNICACIONES  Y  TRANSPORTES.  INSTITUTO  MEXICANO  DEL 

TRANSPORTE.  Publicación  Técnica  N°325.  Evaluación  de  la  resistividad  en  campo  y  en 

laboratorio y su aplicación a pavimentos.