Prospeccion geofisica. metodos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE MECÁNICA DE SUELOS

GEOLOGIA APLICADA GE831-H Página 1

PROSPECCIÓN GEOFISICA

MÉTODOS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

SERGIO CASTRO CHUNGA

20074118J

Ing Iván Santos Paredes



INDICE

RESUMEN………………………………………………………………………………………….……………pág.3

OBJETIVOS…………………………………………………………………………………......................pág.4

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL TEMA …………………………………………………………………pág.6

FUNDAMENTO TEÓRICO……………………………………………………………………….………..pág.8

o Capítulo I (geofísica) …………………………………………………………………….…..pág.9

Introducción …………………………………………………………………….……..pág.10

Definición ……………………………………………………………………………….pág.11

o Capítulo II (Métodos de prospección Geofísica) …………………………….…… pág.13

Métodos de prospección Gravimétrica……………………………….……. pág. 14

Métodos de prospección Sísmica ……………………………………………..pág.16

Métodos de prospección Eléctrica ……………………………………………pág. 18

Métodos de prospección Magnética………………………………………... pág. 29

Métodos de prospección electromagnética……………………………... pág. 34

Otros métodos de prospección geofísica ………………………………… pág.34

o Capítulo III (Aplicación de los métodos de prospección Geofísica) …….... pág.39

Geotecnia ……………………………………………………………………………..… pág.40

Hidrología y Ambiente …………………………………………………………….. pág.44

CONCLUSIONES ……………………………………………………………………………………………pág.47

BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………………………………. pág.49



RESUMEN

La prospección geofísica ha ganado un importante lugar para resolver diversos

problemas asociados a definir las condiciones físicas y mecánicas de las estructuras

geológicas del subsuelo; monitorear plumas de contaminación, evaluar propiedades

mecánicas de los materiales geológicos, ubicar cavidades o contactos verticales que

puedan poner en peligro una obra civil, asegurar las inversiones económicas; reconocer

zonas de rellenos, entre otros.

En el área de la ingeniería civil, la prospección y las técnicas de prospección de mayor

uso son: geoelectricidad, sismología, la gravimetría, la técnica del radar de penetración

terrestre, y los registros geofísicos de pozos.

Por ello, este Trabajo Escalonado trata de presentar los fundamentos teóricos y

algunos casos prácticos de los principales métodos de prospección geofísica aplicadas

principalmente a obras de ingeniería Civil lo cual será de gran ayuda a estudiantes y

profesionales para que tengan una mejor visión del tema a tratar.



OBJETIVOS

Los objetivos de la prospección geofísica, utilizando los contrastes y variaciones de

las propiedades físico-químicas, son localizar en el subsuelo estratos (de rocas,

tobas, suelos) que representen masas resistentes, y, que puedan soportar una

obra civil; además de localizar yacimientos de: agua, petróleo, gas, vapor, y

minerales de interés económico para el hombre; así como en el monitoreo de flujo

y transporte de contaminantes; mapeo de eventualidades geológicas que

representen un riesgo potencial para las obras civiles; mediante la percepción

remota localizar yacimientos.

Fomentar a los estudiantes en el campo de la prospección geofísica y sus

aplicaciones a la ingeniería civil a través del conocimiento de diferentes

metodologías, de su desarrollo y de los procedimientos de captación e

interpretación de datos.



CONTENIDO

Prospección geofísica: Aplicaciones a la Ingeniería Civil

Métodos y técnicas de prospección no destructiva

La prospección sísmica

Conceptos básicos sobre propagación de ondas sísmicas

Velocidades sísmicas

Sísmica de reflexión y refracción

Instrumentación, tratamiento de datos y métodos de interpretación

Casos prácticos

Prospección eléctrica

Sondeos eléctricos verticales

Determinación de estructuras

Técnicas de registro de sondeos

Casos prácticos

Métodos gravimetría y magnetometría

El radar de subsuelo

Caracterización geofísica de los suelos

Prácticas y problemas



DESCRIPCIÓN GENERAL DEL TEMA

PROSPECCIÓN GEOFÍSICA

• Procedimientos económicos para determinar límite de los estratos del suelo, niveles de

roca y freáticos

• Se basa en la variación de un estrato a otro de:

- Resistencia eléctrica

- Elasticidad

- Susceptibilidad magnética

• Se pueden emplear métodos como:

- Método de resistividad eléctrica

- Método de reflexión sísmica

- Método de refracción sísmica, etc.

RESISTIVIDAD ELÉCTRICA

• Se basa en la presencia de aguas subterráneas que contienen sales, las que conducen

corrientes apreciables a corta distancia.

• Se hincan 4 electrodos separados entre sí y a medida que cada uno cruza una interface,

se registran cambios en la resistividad.



REFRACCIÓN SÍSMICA

• Se basa en la diferencia de velocidad de las ondas sísmicas al atravesar diferentes

materiales

• Afectan a la velocidad: ondas de choque, humedad, densidad, textura, presencia de

vacíos y elasticidad.

• Se genera una onda sónica recepcionada por geófonos, los cuales registran los cambios

de la velocidad de onda.

REFLEXIÓN SÍSMICA

• Se utiliza en exploraciones profundas (> 300 m) y para exploraciones bajo agua a poca

profundidad.

• Similar al anterior, se emite una pulsación sónica que se refleja en el lecho marino y el

arribo de ondas se detecta con hidrófonos.

• Se obtienen rápidamente perfiles laterales y verticales.



FUNDAMENTO TEÓRICO

INTRODUCCIÓN A LA GEOFÍSICA

CONCEPTO DE GEOFÍSICA

MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS

MÉTODOS SÍSMICOS

PROSPECCIÓN ELÉCTRICA

PROSPECCIÓN MAGNÉTICA

OTROS MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOFÍSICA

PRINCIPIOS DE LA DINÁMICA USADOS

SITUACIONES A SER ATENDIDAS POR LA INGENIERÍA CIVIL



CAPÍTULO I



GEOFÍSICA

1. INTRODUCCIÓN

La Geofísica es la ciencia que estudia los fenómenos físicos que se producen en nuestro

planeta, destacando entre estos, el electromagnetismo, la propagación de ondas

mecánicas en la corteza terrestre y la gravedad. Esta ciencia puede definirse como la

aplicación de la física y la geología al estudio de los materiales que componen la corteza

terrestre y de los campos de fuerza que surgen en ella y ejercen su influencia hacia el

exterior.

El campo de estudio de las prospecciones corresponde a los efectos producidos por

rocas y minerales metálicos en áreas anómalas (desviadas del background), destacando

entre estos: la fuerza de atracción gravitatoria, la desintegración radiactiva, las corrientes

eléctricas espontáneas, la resistencia eléctrica de los suelos, la rapidez de las ondas

sísmicas, etc.

El mapeo de una anomalía geofísica puede significar el descubrimiento de una

formación geológica apta para la explotación industrial. Además, la información punto a

punto entregada por una prospección permite caracterizar cuantitativamente el terreno

prospectado de acuerdo con ciertos parámetros físicos, lo que es un valioso apoyo para

tomar decisiones correctas relacionadas con el uso del suelo.



2. ¿Qué es la Prospección Geofísica?

La prospección geofísica es un conjunto de técnicas físicas y matemáticas, aplicadas a la

exploración del subsuelo para la búsqueda y estudio de yacimientos de substancias útiles

(petróleo, aguas subterráneas, minerales, carbón, etc.), por medio de observaciones

efectuadas en la superficie de la tierra. Algunos de los métodos utilizados en la

exploración son:

Geofísicos:

o ESTUDIOS SISMOLÓGICOS: Consisten en producir artificialmente ondas

sísmicas con una explosión pequeña o el impacto sobre la superficie de un

objeto de gran peso (a veces, portado por un camión especial para esta

tarea). Estos estudios detectan muy bien la presencia de hidrocarburos.

o ESTUDIOS GRAVIMÉTRICOS: Son aquellos que consisten en medir la

intensidad de la fuerza gravitatoria de la Tierra, la cual puede cambiar

cuando se está en presencia de grandes masas mineralizadas.

o ESTUDIOS MAGNETOMÉTRICOS: Éstos se basan en medir variaciones en el

campo magnético de la Tierra a fin de detectar minerales como la

magnetita que alteran el campo magnético.

http://es.wikipedia.org/wiki/Ondas_s%C3%ADsmicas

http://es.wikipedia.org/wiki/Ondas_s%C3%ADsmicas

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrocarburos

http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_gravitatoria

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Magnetita

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico



o ESTUDIOS RADIOMÉTRICOS: Consisten en efectuar mediciones de las

radiaciones que se emiten desde el interior de la Tierra. Resulta apropiada

para detectar la presencia de minerales como el "radio" o el "uranio".

3. Los Métodos de Prospección Geofísica

MÉTODOS PROSPECCIÓN GRAVIMÉTRICOS

MÉTODOS PROSPECCIÓN SÍSMICOS

MÉTODOS PROSPECCIÓN ELÉCTRICA

MÉTODOS PROSPECCIÓN MAGNÉTICA

OTROS MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOFÍSICA



CAPÍTULO II



METODOS DE PROSPECCION GEOFÍSICA

2.1. MÉTODO DE PROSPECCIÓN GRAVIMÉTRICA

El método está basado en el estudio la variación del componente vertical del campo

gravitatorio terrestre. Se realiza mediciones relativas o es decir se mide las variaciones

laterales de la atracción gravitatoria de un lugar al otro puesto que en estas mediciones se

pueden lograr una precisión satisfactoria más fácilmente en comparación con las

mediciones del campo gravitatorio absoluto.

El método gravimétrico se emplea como un método de reconocimiento general en

hidrología subterránea para definir los límites de los acuíferos (profundidad de las

formaciones impermeables, extensión de la formación acuífera, naturaleza y estructura de

las formaciones del subsuelo).

Una prospección gravimétrica es capaz de detectar anomalías de gravedad que se traducen en

diferencias de densidad del terreno. Por ejemplo, un déficit de gravedad (baja densidad) puede

corresponder a domos de sal e hidrocarburos, mientras que un exceso de gravedad (alta densidad)

puede corresponder a un cuerpo altamente mineralizado.



En el caso de estar en un terreno con topografía plana, tendremos que cualquier anomalía

de gravedad se deberá a desviaciones de la densidad del subsuelo respecto de la

“densidad base”. En otras palabras, las anomalías gravitatorias son originadas por

variaciones en la distribución de la densidad másica punto a punto (3D).por otro lado, si la

topografía es compleja, las anomalías de gravedad podrán estar relacionadas ya sea con la

geometría del terreno y/o con la distribución de densidades.

Típico levantamiento gravimétrico

A) Fase de terreno

Definir una malla y en cada nodo medir la aceleración de gravedad.

B) Correcciones

i) Deriva del instrumento: El gravímetro no es perfecto, razón por la cual se utiliza

una estación de amarre para cuantificar la deriva del cero (se asume lineal).

ii) Corrección topográfica: Un cerro incrementa la aceleración de la gravedad,

mientras que una cuenca la hace disminuir. todos los datos deben llevarse a

topografía plana.

iii) Otras correcciones: por latitud, de faye, de bouguer, etc.

C) Mapa final: Isoanómalas de gravedad

El mapa resultante muestra las variaciones sufridas por la aceleración de gravedad como

resultado exclusivo de las diferentes densidades de las rocas.

Puede ser conveniente realizar un análisis estadístico de la gravedad y mostrar las

derivadas respecto del background (“gravedad residual”)



Mapa de anomalías gravitatorias

2.2. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN SÍSMICA

El registró e interpretación de los sismos naturales motivo a los geofísicos a adaptar la

tecnología “pasiva” y convertirla en prospección sísmica, donde el microsismo puede ser

generado por una explosión (“tronadura”), golpe de martillo, caída de un objeto muy

masivo, etc.

El análisis de muchas curvas camino/tiempo permite encontrar las primeras llegadas de

diversas ondas mecánicas. A partir de estos datos se puede deducir directamente.

Rapidez de cada onda

Espesor de cada estrato

Subtopografia



Software de prospección sísmica

En una segunda iteración basada en los cálculos anteriores es posible encontrar los

módulos elásticos:

- Modulo de Young

- Modulo de Poisson

- Modulo de corte, etc.

Módulos elásticos



Produciendo artificialmente un pequeño terremoto y detectando los tiempos de llegada

de las ondas producidas, una vez reflejadas o refractadas en las distintas formaciones

geológicas, se puede obtener una imagen muy aproximada de las discontinuidades

sísmicas. Estas discontinuidades coinciden generalmente con las discontinuidades

estratigráficas.

Los métodos sísmicos se dividen en dos clases:

• EL MÉTODO SÍSMICO DE REFLEXIÓN es el más empleado en prospección petrolífera ya que

permite obtener información de capas muy profundas. Permite definir los límites del acuífero

hasta una profundidad de 100 metros, su saturación (contenido de agua), su porosidad.

Permite también la localización de los saltos de falla.

• EL MÉTODO SÍSMICO DE REFRACCIÓN es un método de reconocimiento general

especialmente adaptados para trabajos de ingeniería civil, prospección petrolera, y estudio

hidrogeológicos. Permite la localización de los acuíferos (profundidad del sustrato) y la

posición y potencia del acuífero bajo ciertas condiciones.

2.3. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN ELÉCTRICA

En la búsqueda y aplicación de métodos para detectar las posibles acumulaciones de

minerales e hidrocarburos, los científicos e investigadores no cesan en sus estudios de las

propiedades naturales de la tierra con este fin han investigado las corrientes telúricas,

producto de variaciones magnéticas terrestres o han inducido artificialmente en la tierra

corrientes eléctricas, alternas o directas, para medir las propiedades físicas de las rocas.

http://www.monografias.com/trabajos10/petro/petro.shtml#hidro

http://www.monografias.com/trabajos11/tierreco/tierreco.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/geologia/geologia.shtml



De todos estos intentos, el de más éxito data de 1929, realizado en Francia por los

hermanos Conrad y Marcel Schlumberger, conocido genéricamente hoy como registros o

perfiles eléctricos de pozos, que forman parte esencial de los estudios y evaluaciones de

petrofísica, aplicables primordialmente durante la perforación y terminación de pozos.

Básicamente el principio y sistema de registros de pozos originalmente propuesto por los

Schlumberger consiste en introducir en el pozo una sonda que lleva tres electrodos (A, M,

N). Los electrodos superiores M y N están espaciados levemente y el tercero, A, que

transmite corriente a la pared del hoyo, está ubicado a cierta distancia, hoyo abajo, de los

otros dos. Los electrodos cuelgan de un solo cable de tres elementos que va enrollado en

un tambor o malacate que sirve para meter y sacar la sonda del pozo, y a la vez registrar

las medidas de profundidad y dos características de las formaciones: el potencial

espontáneo que da idea de la porosidad y la resistividad que indica la presencia de fluidos

en los poros de la roca.

La corriente eléctrica que sale de A se desplaza a través de las formaciones hacia un

punto de tierra, que en este caso es la tubería (revestidor) que recubre la parte superior

de la pared del pozo. El potencial eléctrico entre los electrodos M y N es el producto de la

corriente que fluye de A y la resistencia (R) entre los puntos M y N.

La influencia del fluido de perforación que está en el hoyo varía según la distancia entre

M y N. Si la distancia es varias veces el diámetro del hoyo, la influencia queda mitigada y la

resistividad medida es en esencia la resistividad de la roca en el tramo representado.

El ensayo puede realizarse en forma de sondeo eléctrico, buscando la variación de la

resistividad con la profundidad. Para ello se hacen diferentes medidas variando la

distancia entre los electrodos y manteniendo el centro de la alineación de los cuatro

electrodos en un punto fijo.

Al incrementar la distancia aumenta la profundidad alcanzada por las líneas de

corriente, englobando, por tanto, una mayor profundidad de suelo. Si la resistividad crece,

http://www.monografias.com/trabajos4/revolfrancesa/revolfrancesa.shtml

http://www.monografias.com/trabajos7/regi/regi.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/coele/coele.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/libapren/libapren2.shtml#TRECE

http://www.monografias.com/trabajos6/elsu/elsu.shtml



puede concluirse que hay un estrato profundo de mayor resistividad, sucediendo lo

contrario si la resistividad decrece al aumentar la separación. La profundidad hasta la que

puede aplicarse es de unos 20 metros.

En esta grafica se ve lo antes explicado acerca del método de exploración eléctrico por

schlumberger:

Los métodos eléctricos son un tipo de método geofísico, y constituyen pruebas

realizadas para la determinación de las características geotécnicas de un terreno, como

parte de las técnicas de reconocimiento geotécnico.

Esta prospección tiene como objetivo determinar la resistividad eléctrica de las rocas

que constituyen el subsuelo y su distribución.

http://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/romandos/romandos.shtml#PRUEBAS

http://www.monografias.com/trabajos6/juti/juti.shtml

http://www.monografias.com/trabajos16/objetivos-educacion/objetivos-educacion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/geologia/geologia.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtml



De tal manera que se puedan interpretar los cambios que se producen, debidos a la

presencia del agua subterránea o al contenido mineralógico que presentan las

formaciones de roca. Estos métodos eléctricos utilizan la distribución del subsuelo en

términos de homogeneidad, basados en la caracterización resistiva.

En esta distribución del subsuelo, es posible observar zonas anómalas que pueden ser

debidas a estructuras geológicas contrastantes o bien la presencia de fluidos conductores

como el agua y el contenido mineralógico que altera los valores de la resistividad del

medio.

El flujo de corriente a través del terreno discurre gracias a fenómenos electrolíticos, por

lo que la resistividad depende básicamente de la humedad del terreno y de la

concentración de sales en el agua intersticial. Por ello existe una gran variabilidad de

valores de la resistividad para cada tipo de terreno, con rangos muy amplios.

Las propiedades físicas de un material de acuerdo con su comportamiento

electromagnético son: la constante dieléctrica, la permeabilidad magnética y la

resistividad; la resistividad, es la propiedad que se mide en los métodos eléctricos de

exploración.

Algunos instrumentos utilizados en los métodos exploratorios eléctricos son:

Sondeos Resistivos:

Estos métodos miden las variaciones que generan las propiedades eléctricas de las

rocas y minerales, especialmente su resistividad. De manera común se induce un campo

artificial eléctrico creado en superficie al hacer pasar una corriente eléctrica en el

subsuelo.

http://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTRO

http://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtml

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Agua_intersticial&action=edit

http://www.monografias.com/trabajos16/comportamiento-humano/comportamiento-humano.shtml

http://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/fimi/fimi.shtml



Dentro de los sondeos resistivos encontramos:

Sondeo Eléctrico Vertical SEV

Calicatas eléctricas

Métodos Dipolares

ERT Tomografía Eléctrica

En general:

o Wenner Alpha / Beta / Gamma

o Wenner-Schlumberger

o Dipolo-Dipolo, Polo-Dipolo, Polo-Polo

o MSG

o SP: Potential Natural ente otros.

Sondeo Eléctrico Vertical SEV

El método geofísico empleado para la obtención de la resistividad de los materiales del

subsuelo es el eléctrico, en su modalidad de Sondeo Eléctrico Vertical (SEV), con arreglo

interelectródico tipo Schlumberger, para lo cual se utilizan 4 electrodos de acero

inoxidable, 2 (A, B), llamados de corriente, que son los que transmiten la corriente

eléctrica al terreno; para este caso la máxima abertura fue de 50 m y el otro par son los

electrodos denominados de potencial (M, N), los cuales reciben la diferencia de potencial

que surge al recibir la corriente eléctrica, y conectados al aparato, se procesan los datos

presentando los valores de resistividad aparente, los cuales a su vez multiplicados por una

constante de proporcionalidad de acuerdo al arreglo y espaciamiento utilizados, se

grafican obteniendo una curva de resistividad contra profundidad de exploración.

http://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fa



http://www.monografias.com/trabajos11/basda/basda.shtml




Una vez obtenida esta gráfica, se procesan los datos en la computadora bajo el programa

denominado "Resix P", en el cual hacer una serie de interacciones se analiza el modelo de

capas inicial, el cual se ajusta a la curva establecida para llegar a un modelo de capas final.

Al obtener este modelo de capas para cada SEV, se realiza una correlación entre éstos

para construir las secciones geoeléctricas, mismas que nos darán un panorama general de

la estratigrafía del subsuelo.

El equipo utilizado para el desarrollo de los Sondeos Eléctricos Verticales (SEV"S)

consiste en una consola, la cual integra un amperímetro, así como un procesador para

tomar las lecturas directas y una fuente de energía, cuatro carretes de cable monopolar,

dos de corriente y dos de potencial, cuatro electrodos de acero inoxidable, una brújula, un

posicionador global y demás equipo de apoyo.

La correlación geoeléctrica del subsuelo para este se manifiesta de tres capas, las

cuales se describen a continuación:

La primera capa tiene un espesor de 1.5m y está constituida por cenizas con valores

eléctricos de 50 a 62 ohm-m; una segunda capa de arenas con valores eléctricos de 24 a

25 ohm-m; esta capa llega hasta una profundidad de 3.80 m a 4 m; subyacente a esta capa

se detectó una roca fracturada con valores eléctricos de 51 a 55 ohm-m, con una

profundidad de 16 a 24m. La última capa detectada por los sondeos se correlaciona con

roca ígnea extrusiva, con valores eléctricos de 343 a 4843 ohm-m.

http://www.monografias.com/trabajos15/computadoras/computadoras.shtml

http://www.monografias.com/Computacion/Programacion/

http://www.monografias.com/trabajos/adolmodin/adolmodin.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/desorgan/desorgan.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/sisope/sisope.shtml

http://www.monografias.com/trabajos37/brujula/brujula.shtml



Aplicaciones SEV:

- Cambios litológicos Horizontales

- Techo de roca sana

- Detección de Cavidades

- Profundidad y Espesor de relleno

- Cuerpos Conductivos

- Estudios para tomas de tierra

- Detección de plumas de contaminación

- Caracterización de vertederos

- Localización de restos arqueológicos

Calicatas eléctricas

La finalidad de las calicatas eléctricas (CE) es obtener un perfil de las variaciones

laterales de resistividad del subsuelo fijada una profundidad de investigación. Esto lo hace

adecuado para la detección de contactos verticales, cuerpos y estructuras que se

presentan como heterogeneidades laterales de resistividad.

Orellana (1982) resalta que la zona explorada en el calicateo eléctrico se extiende

desde la superficie hasta una profundidad más o menos constante, que es función tanto

de la separación entre electrodos como de la distribución de resistividades bajo ellos.

Experimentalmente, la CE consiste en trasladar los cuatro electrodos del dispositivo a lo

largo de un recorrido, manteniendo su separación, obteniéndose un perfil de

resistividades aparentes a lo largo de aquél.

http://www.monografias.com/trabajos11/norma/norma.shtml

http://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtml



Aplicaciones:

- Cambios litológicos Verticales

- Techo de roca sana

- Detección de Cavidades

- Profundidad y Espesor de relleno

- Cuerpos Conductivos

- Detección de plumas de contaminación

- Caracterización de vertederos

- Localización de restos arqueológicos

Hay diversas teorías acerca de las calicatas eléctricas entre ella destacan:

Calicata Wenner

Partiendo de sus respectivos dispositivos base, esta calicata consiste en desplazar los

cuatro electrodos AMNB a la vez manteniendo sus separaciones interelectródicas a lo

largo de un recorrido. Se representa la distancia del origen, O, al centro de los electrodos

MN en abscisas para cada distancia x.

http://www.monografias.com/trabajos4/epistemologia/epistemologia.shtml



Calicata Schlumberger.

En este tipo de calicata podemos citar dos variantes. La primera sería similar a la

calicata Wenner, desplazando lateralmente los cuatros electrodos del dispositivo

Schlumberger a la vez.

La segunda consiste en desplazar los electrodos detectores M y N entre A y B, los

cuales están fijos y a una gran distancia de los electrodos detectores.

La profundidad de penetración de la medida no es constante puesto que no es una

verdadera calicata, siendo máxima cuando los electrodos MN se hallan en el centro del

segmento AB.

Calicata Polo-Dipolo

La calicata polo-dipolo consiste en desplazar los tres electrodos AMN a la vez,

manteniendo sus separaciones interelectródicas, a lo largo de un recorrido. Se representa

la distancia de un origen escogido al centro de los electrodos MN en abscisas y el valor de

la resistividad aparente medida (W·m) para cada distancia x en ordenadas. En la calicata

polo-polo se desplazan los electrodos AM y la resistividad aparente se representa respecto

al punto medio entre A y M.




Calicata Dipolar

Esta calicata basada en el dispositivo dipolar consiste en desplazar los cuatro electrodos

ABMN a la vez, manteniendo sus separaciones interelectródicas, a lo largo de un

recorrido.

Se representa la distancia del origen, O, al punto medio entre los dos dipolos en

abscisas y en ordenadas el valor de la resistividad aparente medida ·m) para cada

distancia ( x (m).

Elección del tipo de calicata más adecuado. Factores a considerar.

En general no puede afirmarse que tal o cual tipo de calicata eléctrica sean superiores a

los demás. Para cada problema concreto, cada uno de estos tipos presenta ventajas e

inconvenientes. La elección debe tener en cuenta muchos factores, tales como el corte

geoeléctrico esperado, las características de la zona de trabajo, la clase de prospección, así

como factores económicos.

En una curva de resistividad aparente se produce una discontinuidad cada vez que un

electrodo pasa sobre un cambio lateral de resistividad, por lo que resulta que cuanto

mayor sea el número de electrodos movidos más ancha y complicada se hace la anomalía

en la curva de resistividad aparente, lo cual hace más difícil la interpretación. Por esta

http://www.monografias.com/trabajos/histoconcreto/histoconcreto.shtml

http://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtml

http://www.monografias.com/trabajos901/debate-multicultural-etnia-clase-nacion/debate-multicultural-etnia-clase-nacion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtml

http://www.monografias.com/trabajos37/interpretacion/interpretacion.shtml



razón se recomienda la calicata Schlumberger con los electrodos A y B fijos o la dipolar

con los dipolos bien separados (equivalente a mover solo dos electrodos).

Aplicaciones

Las aplicaciones de la calicata eléctrica están en la detección de fisuras, fallas,

contactos verticales en general y objetos o estructuras enterradas. La realización de

calicatas en trayectorias paralelas permite trazar la cartografía de resistividades aparentes

de un terreno a profundidad constante representada por curvas de isoresistividad. Estos

mapas de resistividad se aplican en arqueología para decidir sobre la estrategia a seguir en

las excavaciones.

Tomografía Eléctrica

La Tomografía Eléctrica es una técnica que permite encontrar una imagen de la

distribución verdadera de la resistividad en el subsuelo, Se han propuestos dos

modalidades de dicha técnica:

Superficie: Los electrodos de emisión y recepción están en una misma línea.

Pozo: Los electrodos de emisión están en un pozo y los de recepción pueden estar en el

mismo o en otro pozo.

http://www.monografias.com/trabajos11/cartuno/cartuno.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/cartuno/cartuno.shtml

http://www.monografias.com/trabajos55/arqueo-prehistoria/arqueo-prehistoria.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/henrym/henrym.shtml

http://www.monografias.com/trabajos7/imco/imco.shtml



2.4. MÉTODO DE PROSPECCIÓN MAGNÉTICA

La literatura antigua China (2637 ac.), indica que conocían una piedra “lodestone”, la

cual se orientaba aproximadamente en dirección Norte-Sur. A la vez, los peregrinos

habían descubierto en 1269 los “polos magnéticos” a los que llamaron “Norte” y “Sur”.

William Gilbert, físico, condujo varias investigaciones y experimentos con magnetos y

cuerpos magnéticos; su gran aportación fue concebir a la Tierra como un imán gigante, un

pensamiento muy avanzado para la época el cual plasmó en el libro “De Magnete”, en

1600.

Como método de exploración, probablemente comenzó en 1640, cuando la brújula fue

utilizada como instrumento para detectar cuerpos sepultados de hierro.

En resumen podemos decir que la tierra es un imán natural que da lugar al campo

magnético terrestre. Las pequeñas variaciones de este campo, pueden indicar la presencia

en profundidad de sustancias magnéticas. El método magnético sirve para dar

información sobre el basamento y su profundidad particularmente para entornos

cristalinos y metamórficos. De igual manera ayudará a estudiar la geología regional y

estructural.

NOTA:

Así fue como se descubrió que a largo plazo (cientos de miles de años) el campo

magnético terrestre se debilita, hasta anularse y luego se refuerza en sentido inverso.las

capas geológicas muestran minerales imantados con los momentos magnéticos

apuntando no hacia el norte de Canadá (sur magnético actual), sino hacia el antártica.

Por otro lado los artefactos y estructuras metálicas creadas por el hombre también

generan anomalías magnéticas, razón por la cual este método también se utiliza en

arqueología.



INTERPRETACON:

La orientación de los vectores H (proyección horizontal de B) permite ubicar los

extremos del dipolo.Graficar T (el modulo de B) a lo largo de un perfil también permite

delimitar el cuerpo magnético (“perfil abatico”).Graficar simultáneamente H y Z

(proyección vertical de B) a lo largo de un perfil permiten conocer la inclinación del

dipolo.El grafico de Z a lo largo de un perfil permite conocer la profundidad a la que se

encuentra el dipolo.

Durante la interpretación conviene recordar que según una de las ecuaciones de

maxwell, no existen los monopolos magnéticos. En otras palabras, el perfil abatico de T

mostrara siempre dos máximos correspondiente a los dos polos del “magneto” (salvo que

el dipolo se ubique verticalmente).



AREAS DE APLICACIÓN:

Petróleo

Minería

Obras civiles

Arqueología

Descubrimiento de meteoritos y estudio de sus cráteres.

Geología (seguimiento de estructuras subterráneas)

Estudio de anomalías generadas por dispositivos electrónicos, etc.

Predicción de terremotos

Este último lo podemos observar explicar con el siguiente ejemplo:



PROSPECCION GEOMAGNETICA CON MAGNETOMETRO DE PRECESION PROTONICA

En las siguientes fotos podemos observar la aplicación de la prospección magnética en

el terreno haciendo uso del magnetómetro de precisión protónica.



2.5. MÉTODOS DE PROSPECCIÓN ELECTROMAGNÉTICOS

Los dos métodos más utilizados en estudios hidrogeológicos son:

• Very Low Frequency (VLF): Medidas electromagnéticas que permiten delimitar las

fracturas o fallas de un acuífero. Particularmente útil en caso de estudio de acuíferos

fracturados como los sistemas kársticos.

• Sondeos Electromagnéticos en el dominio temporal (SEDT o TDEM en ingles): El método

tienen aventajas sobre métodos electromagnéticos entre otras por su capacidad de mayor

poder de penetración que permite obtener información hasta profundidad más altas y a

través de recubrimientos conductores.

2.6. OTROS MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOFÍSICA

• RESONANCIA MAGNÉTICA PROTÓNICA (EN INGLES MAGNETIC RESONANCE SOUNDING

- MRS).

Sirve para medir de manera directa la presencia de agua en las zonas saturadas y/o no

saturadas de los acuíferos. El MRS permite estimar las propiedades del acuífero como

cantidad de agua, porosidad o permeabilidad hidráulica.

• GEO-RADAR O GRP (GROUND PENETRATING RADAR).

Es un método eléctrico particular utilizando fuentes de corriente alterna donde se usa

la reflexión de ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia (80 a 500 MHz). Permite,

de manera versátil y rápida, la investigación a poca profundidad del subsuelo

• TOMOGRAFÍA ELECTROMAGNÉTICA POR RADIO-ONDAS.

Este método se utiliza para investigar la estructura geológica.

• MÉTODOS MAGNETOTELÚRICO.



Permiten definir los límites de acuíferos, zonas de alta transmisividad, variaciones de

permeabilidad y la localización de sistemas de fracturas.

• POLARIZACIÓN INDUCIDA.

Este método está basado en el estudio de la cargabilidad del subsuelo. Permite la

localización de contaminación por hidrocarburos.

MÉTODOS RADIOMÉTRICOS.

En este caso se utilizan sensores radiactivos (como un contador Geiger-Müller), lo que

permite medir procesos radiactivos naturales y artificiales.

- Ejemplo de proceso radiactivo natural: Desintegración del potasio 40 en suelos

arcillosos.

- Ejemplo de proceso radiactivo artificial: Estudio de los fotones reflejados vía

interacción Compton cuando se utiliza una fuente radiactiva de Cs-137.

MÉTODOS GEOQUÍMICOS.

Estudio de muestras (normalmente extraídas de los nodos de una grilla) para su

posterior análisis químico, lo que incluye la determinación de concentraciones de los

diversos elementos químicos.

Algunas pruebas:

- Estudios microscópicos de la estructura cristalina.

- Cromatógrafo de gases.

- Espectrógrafo óptico de emisión.

- Determinación de la distribución isotópica mediante espectrómetros de gases.

-

MÉTODOS GEOTÉRMICOS.

Estudio de los gradientes de temperatura del terreno mediante sensores térmicos

(efecto Seebek y efecto Peltier).



EXTRACCIÓN Y ANÁLISIS DE TESTIGOS.

Perforación de pozos y extracción de muestras a distinta profundidad con el objetivo de

caracterizar físicamente el terreno. Evidentemente si las perforaciones se realizan en los

nodos de una grilla, será posible obtener una visión 3D del subsuelo.

Resumen de los métodos más comunes

En resumen podemos establecer una síntesis de los métodos más utilizados en

hidrogeología:

Métodos Principios Parámetros obtenidos

Geoeléctrico Conductividad o resistividad

eléctrica

Geometría del acuífero (profundidad

de formaciones impermeables y

estructura del subsuelo), extensión

lateral, propiedades de las

formaciones (arena-arcilla), salinidad

del agua, plumas de contaminación

Sísmica de Refracción Velocidad de propagación de

un

esfuerzo mecánico

Depósitos secos-saturados, espesores

de diferentes estratos y detección de

zonas de fracturamiento

Sísmica de Reflexión Velocidad de propagación de

un

esfuerzo mecánico

Zonas de fallas, cartografías de

estructuras de recubrimiento

Gravimetría Densidad Relleno-basamento

Magnetometría Susceptibilidad magnética Geometría del acuífero (profundidad

de formaciones impermeables y

estructura del subsuelo), extensión

lateral

Electromagnetismo Conductividad o resistividad

eléctrica y magnetismo

Localización de las áreas más

conductivas, detección de fracturas

que no afloran en superficie



TESTIFICACIÓN GEOFÍSICA DE SONDEOS - DIAGRAFIA

El estudio geofísico permitirá determinar el mejor sitio para la instalación de un pozo

de investigación. Este pozo debe estar situado en la zona más profundad del acuífero para

permitir obtener una información sobre toda la columna. En el transcurso de la

perforación se efectuará el control del lodo, principalmente en lo que tiene relación al

peso específico, viscosidad y contenido de arena, el registro de la rata o tiempo de

penetración y la toma de muestras litológicas cada metro de avance pera el análisis

macroscópico.

En forma simultánea, durante la perforación exploratoria se llevará un control continuo

de algunos parámetros mediante una sonda.

En una diagrafía se compila todos los datos levantados en un pozo, es decir a lo largo

de un corte vertical por el subsuelo. En una diagrafía geológica se compila las propiedades

geológicas, mineralógicas y estructurales de los distintos estratos como el tamaño de

grano, la distribución del tamaño de grano, la textura y la fábrica de las rocas, su

contenido en minerales, su contenido en fósiles, su estilo de deformación.

En una diagrafía geotécnica se compila las propiedades mecánicas de las rocas de un

pozo como por ejemplo su grado de resistencia, la tensión de cizallamiento y la cantidad

de fracturas por unidad de volumen.

En general una diagrafía geofísica incluye mediciones nucleares, de potencial propio y

sísmico. Las técnicas aplicadas en sondeos se desarrollaron independientemente de los

métodos geofísicos empleados en la superficie, pero a partir de los sondeos realizados

durante la fase de exploración, donde los métodos geofísicos contribuyen a la correlación

estratigráfica y al levantamiento geológico. La diagrafía geofísica comúnmente entrega

datos múltiples sacados mediante un único proceso de medición. Estos datos incluyen

informaciones litológicas, estratigráficas y estructurales, indicadores de la mineralogía y

de la concentración de las menas e indicadores para la exploración geofísica a partir de la



superficie. Los parámetros medidos permiten la determinación de parámetros

hidrogeológicos como la porosidad, la permeabilidad, la velocidad y dirección de flujos.

Los métodos geofísicos más utilizados en hidrogeología son los siguientes:

• Natural gamma ray log o diagrafía de rayos naturales de gamma. Es el método más

importante en hidrogeología. Permite obtener información sobre los límites de capas y el

contenido de arcillas.

• Potencial espontáneo. Este método se utiliza de manera puntual para resolver los

problemas de límites del acuífero o movimiento del agua. Da la conductividad de las

formaciones y permite definir la velocidad y dirección del flujo.

• Resistividad corta y larga. Da la conductividad del agua de formación y limites de capas

• Resistividad lateral. Resistividad de las formaciones.

• Conductividad de fluido.

• Verticalidad yacimiento del sondeo.

• Gamma gamma log o diagrafía de densidad detecta la retrodispersión o retrodifusión

(Backscattered rays) de rayos gamma emitidos por una sonda en el pozo.

• Neutron log o diagrafía de neutrones emplea una fuente, que emite neutrones y un

detector correspondiente. Permite obtener la porosidad neutrónica.

• Sondeos de Resonancia Magnética. Da la porosidad y permeabilidad de las formaciones

geológicas

• Sónico (de velocidad acústica). Informa sobre fracturación y litologías, especialmente en

acuíferos carbonatados, rocas ígneas o metamórficas.

• Temperatura. Permite la identificación de acuíferos, aportes de aguas de diferentes

temperaturas, gradiente térmico.



CAPÍTULO III



APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOFÍSICA A LA ING. CIVIL

INGENIERÍA CIVIL

• PROBLEMAS GEOTÉCNICOS

• HIDROGEOLOGÍA Y AMBIENTE

GEOTECNIA

• Espesor de la capa superficial del terreno alterado.

- Estudios de estabilidad y riesgos geológicos (posición del contacto entre la roca sana y la

roca alterada o los depósitos sueltos que se asientan sobre ella, deslizamientos en

laderas).

- Estudios de cimentaciones (profundidad del terreno sano).

- Determinación del método de excavación del terreno superficial alterado (medios

mecánicos o explosivos).

EXCAVABILIDAD-RIPABILIDAD

- La eficacia del ripado dependerá de la naturaleza de la roca sana y de la distribución de

sus discontinuidades.

- Un criterio para juzgar a priori la ripabilidad de un terreno consiste en determinar la

velocidad sísmica de las ondas de compresión a través del macizo rocoso, mediante una

prospección geofísica de refracción sísmica.

• DETECCIÓN DE FALLAS

El espaciamiento entre sondeos consecutivos deja amplias zonas sin investigar.



• DETECCIÓN DE CAVIDADES

Fenómeno cárstico, minados antiguos



PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL TERRENO

Parámetros dinámicos (coeficiente de Poisson dinámico, módulo de elasticidad

dinámico, módulo de corte dinámico y módulo volumétrico dinámico) derivados de la

teoría de la elasticidad.

- Reconocer los contactos entre las distintas unidades litológicas.

- Evaluar las características geotécnicas de cada unidad geológica e identificar zonas de

falla.

- Realizar cálculos de comportamiento sísmico de túneles y estructuras.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DEL TERRENO

Permite obtener los módulos de deformación y resistencia a compresión de los macizos

rocosos.

Las clasificaciones geotécnicas son algoritmos matemáticos que permiten asignar a

cada tipo de terreno un número que expresa su calidad geotécnica.



Se utilizan en proyectos de obras subterráneas para valorar y seleccionar los

sostenimientos más adecuados.

OTROS PARÁMETROS GEOTÉCNICOS

- Densidad de los terrenos

- Grado de fracturación de la roca

EMBOQUILLAJES DE TÚNELES

Determinación del espesor del terreno alterado.



HIDROGEOLOGÍA Y AMBIENTE

• La construcción de obras de infraestructura puede afectar los acuíferos locales.

• La geofísica es una herramienta valiosa para verificar el estado de los acuíferos antes y

después de la ejecución de la obra.

Detección de aguas subterráneas y acuíferos

Contraste de resistividad entre el terreno seco y los acuíferos en terrenos granulares o

rocas fisuradas.



• Detección de intrusiones salinas en acuíferos costeros

El agua marina intruida presenta una resistividad inferior al agua dulce del acuífero, por lo

que la interfase agua dulce/salada es de fácil detección.

• Determinación de zonas contaminadas en acuíferos

Detección de zonas saturadas de agua en terrenos sueltos susceptibles de sufrir

roturas de ladera.



CONCLUSIONES

La prospección geofísica en ing. Civil nos sirve para:

• El cálculo de módulos dinámicos, grado de alteración y ripabilidad de las

formaciones.

• Localización de huecos.

• Estado de las estructuras antrópicas (hormigones, pavimentos, inspección técnica

de edificaciones,...)

• Estudios anteriores y posteriores a la construcción de túneles.

• Detección y evaluación de fracturas.

• Determinación de resistividades para tomas de tierra.

• Análisis de estabilidad de taludes.

• Medida de propiedades físicas de muestras de terreno.

La prospección gravimétrica es una herramienta adecuada para estudios de

Evaluación de Riesgo Sísmico, con objeto de determinar la profundidad de un

basamento rocoso, especialmente en zonas urbanas.



La prospección geofísica tiene relación con la ingeniería en el aspecto de que

consiste en la aplicación de las ciencias físcias al estudio de la parte más superficial

de la corteza terrestre y que puedes ser explotada por el hombre.

La geofísica aplicada se centra principalmente en el enfoque de ingeniería ya que

es la aplicación de la geofísica pura y comprende gran parte lo que se conoce como

prospección geofísica.

Los métodos de resistividad eléctrica consisten en medir la diferencia de potencial

entre un par de electrodos generada por la inyección de corriente eléctrica entre

otro par.

Los factores que influyen en la resistividad de las rocas: Contenido en agua,

salinidad y movilidad de los iones, porosidad y permeabilidad, contenido en

arcillas.

Si el terreno no es homogéneo, la resistividad obtenida dependerá de la

distribución de la resistividad en el subsuelo

El método de resistividad es utilizado en minería, geología e hidrología y permite

estudiar anomalías de resistividad eléctrica, lo que se correlaciona con la ausencia

o presencia de cuerpos mineralizados, agua subterránea, grado de fracturamiento

de rocas, etc.

Se aplica a investigaciones de alta resolución que permiten obtener: morfologías

del subsuelo, estado de compactación y facturación de los materiales, medición de

parámetros para la ingeniería y geotecnia, etc.



BIBLIOGRAFÍA

Orellana; E.(1972).-Prospección Electrica en Corriente continua. Paraninfo

Orellana,E. y H.M. Mooney (1966).- Tablas y curvas patrón para Sondeos Elécticos

Verticales sobre terrenos estratificados. Interciencia, Madrid.

www.geofisica.cl

www.ing.unp.edu.ar

Griffiths/King: Geofísica Aplicada para Ingenieros y Geólogos; Editorial: parafino;

Madrid. España.

Krynine/Judo: Principios de Geología Y Geotecnia para Ingenieros;

Editorial: Omega. Barcelona. España

UNI – Facultad de Ing. Civil-DAMS: Curso de Actualización Profesional: Dinámica de

Suelos. Editorial: DAMS

Parasnis. D. S Principios de Geofísica Aplicada; Editorial: Paraninfo. Madrid. España

Gonzales de Vallejo: Ingeniería Geológica; Editorial Prentice Hall. Madrid .España

http://www.geofisica.cl/

http://www.ing.unp.edu.ar/

Prospeccion geofisica. metodos

Education

Transcript of Prospeccion geofisica. metodos