GEORADAR

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El georadar es muy empleado en

la investigación somera del subsue-

lo urbano (con las llamadas antenas

blindadas), siendo la técnica por

excelencia para la localización y car-

tografía de servicios urbanos ente-

rrados. La tomografía eléctrica

(dentro de las técnicas de resistivi-

dad) es muy empleada para la

correlación litológica, detección de

fallas y acuíferos.

Para la auscultación de cavida-

des, la tomografía eléctrica se pre-

senta como una herramienta muy

eficaz aunque con limitaciones que

han de ser estudiadas antes de

diseñar la campaña . Por otro lado,

el georadar esta condicionado por el

tipo de antena que empleemos; la

profundidad de investigación

depende de la frecuencia de la ante-

na y de la resistividad y permitivi-

dad eléctrica del medio. Los terre-

nos arcillosos y margas son

atenuadores de la señal, mientras

que en medios calizos la profundi-

dad de investigación con una ante-

na de 400 Mhz permite llegar hasta

los 10 metros con una nítida señal.

El presente trabajo trata dos

técnicas geofísicas de

reconocimiento del subsuelo: el

georadar (ground penetrating

radar, GPR) y la tomografía

eléctrica .

Son dos técnicas que difieren

bastante en cuanto a su

concepción y puesta en servicio:

las representaciones obtenidas y el

tratamiento de los datos también.

A partir de los resultados brutos de

campo es necesario un tratamiento

de los datos y posterior

interpretación por personal

cualificado.

Técnicas geofísicas de reconocimiento del subsuelo:Georadar y tomografíaeléctrica. Casos prácticos.

Jordá Bordehore, L.

Ingeniero de Minas

RUDNIK INGENIEROS CONSULTORES.

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Prospección mediantegeoradar

La prospección geofísica por radar se

engloba dentro de los métodos electro-

magnéticos de alta frecuencia. Los recono-

cimientos mediante georadar se basan en

el estudio de la propagación de ondas

electromagnéticas en el subsuelo en un

dominio de frecuencias que varían entre

unas decenas de Mhz hasta algunos Ghz.

Son ondas emitidas como impulsos tem-

porales de muy corta duración, desde una

antena emisora (Tx) que se desplaza por

la superficie del terreno. Cuando estas

ondas se encuentran con un contraste die-

léctrico, se reflejan hacia la superficie (Ley

de Snell - Descartes) donde sus caracte-

rísticas son medidas por una antena

receptora (Rx).

La propagación de las ondas a través

del terreno esta regida por las ecuaciones

de Maxwell y dependen en gran medida

de las características del medio en el que

se propagan, así como de las propiedades

dieléctricas y espaciales de las heteroge-

neidades que "van encontrando" las

ondas.

Medidas y tratamiento de la señal del georadar

Se miden las variaciones de amplitud

del campo eléctrico producido por las

reflexiones y difracciones sobre los con-

trastes dieléctricos del medio en función

del tiempo. Los modernos equipos permi-

ten la toma de grandes volúmenes de

datos sin que existan excesivos problemas

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Figura 1: equipo de georadar con antena emisora-receptora (que se ubica en la parte del carrito en

contacto con el suelo), unidad de adquisición y ordenador. Es un equipo de ultima generación capaz de

tomar e interpretar los datos en la propia obra y rápido de poner en funcionamiento una vez llegados a la

zona de estudio. En el presente estudio se ha empleado una antena que hace funciones de emisor y

receptor con una frecuencia de 400 Mhz. Este tipo de equipo es muy adecuado para prospecciones de

gran precisión en el rango de los primeros 5 metros del terreno .

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de muestreo y almacenamiento de estos,

así como interpretaciones rápidas de los

mismos.

El primer resultado en la prospección,

es el radargrama bruto (figura inferior) o

corte en función del tiempo. El aspecto es

muy similar a las representaciones obteni-

das en sísmica de reflexión. En abcisas, de

derecha a izquierda se representa el espa-

cio (x) recorrido, en ordenadas, el tiempo

de llegada de las reflexiones y difracciones

de la onda electromagnética.

El siguiente paso consiste en filtrar e

interpretar la señal, así como obtener un

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Figura 2:

Radargrama

bruto en

terrenos

calcáreos.

Torrelaguna,

Madrid.

Figura 3. En la

imagen se

aprecia la

continuidad de

los reflectores y

el buzamiento

de las capas. El

perfil se realizó

perpendicular a

la dirección de

estratificación.

Figura 4: En la imagen superior se aprecia una estratificación cruzada y una señal de

extraordinaria calidad hasta los 3,50 metros de profundidad en arenas (antena de 200

Mhz). Perfil realizado en Arabia Saudí, cortesía de IDS (tratamiento de señal propio).

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Figura 5:

Detección de la

parte superior

de un

oleoducto.

Arabia Saudí

(Cortesía IDS)

Figura 6: Para

poner a punto el

equipo se han

llevado a cabo

campañas donde el

emplazamiento de

los objetivos era

conocido. En la

imagen

delimitación de

una tubería

conocida

Figura 7: resultados del georadar.

A la derecha se muestran los

filtros y algoritmos empleados en

el tratamiento de la señal:

desplazamiento de horizonte y =

0, filtrado del ruido, filtrado de

banda pasante a 100 - 550 Mhz y

ganancia. El radargrama

corresponde a la imagen de la

figura 7. Se detectan las capas

superficiales, relleno de la zanja y

tubería. Se ha preferido no filtrar

la señal de los rebotes

horizontales para no perder

claridad en la parte somera de la

imagen.

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corte en función de la profundidad . El

resultado es un radargrama interpretado y

corte en profundidad. Bajo estas líneas se

representa el tratamiento de la señal del

radargrama bruto anterior.

Para obtener una imagen más legible del

radargrama se emplean algoritmos de tra-

tamiento de señal. En concreto la "migra-

ción" tiene por objeto focalizar la energía de

la señal entre trazas y convertir las hipér-

bolas (debidas a tuberías, cavidades,

fallas, etc.) en puntos.

Detección de cavidades porgeoradar

La signatura de una cavidad es un con-

traste de amplitud más o menos pronun-

ciado sobre el radargrama . Ese contraste

es particularmente fuerte para una cavi-

dad vacía . La señal asociada a ese con-

traste presenta a menudo hipérbolas de

difracción seguidas de interacciones con

los bordes y techos. La señal es elevada

para una cavidad inundada, con presencia

de reflexiones múltiples y sin embargo

está muy atenuada cuando las ondas atra-

viesan medio relleno de materiales con-

ductivos como las arcillas .

Puesta a punto del equipo ycalibrado de la señal

El georadar presenta una elevada reso-

lución en la detección de huecos y con-

ductores en medio resistivo (> 100 ohm *

m), en profundidades que dependen

mucho de la conductividad de los terrenos

encajantes. Se debe de tener especial

atención pues el método no es recomen-

dable para detección de cavidades en

medio conductor o en presencia de una

cobertera conductora, pues las ondas no

se propagan por debajo de ella. Cuanto

mayor es la frecuencia de la antena

empleada mejor es la resolución pero la

profundidad de penetración es menor. El

compromiso entre ambos es difícil y por

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Figura 8: En la

imagen se muestran

las hipérbolas de

difracción

correspondientes a

diversas tuberías así

como reflectores

estratigráficos

horizontales.

Probablemente el

inferior, situado a

1.70 metros,

corresponde al nivel

freático.

Figura 9: La localización

y cartografía de servicios

urbanos es una aplicación

mayúscula del georadar,

aunque como se ha visto

presenta otras muchas.

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ello se emplean al mismo tiempo varias

antenas de diversos rangos de frecuencia.

Georadar en sondeo

La testificación en sondeos mediante

georadar se basa en los mismos principios

que en la prospección superficial. En este

caso se escanean los materiales circun-

dantes del sondeo. Se emplean dos confi-

guraciones básicas: modo reflexión, en el

que el transmisor y receptor se encuen-

tran en el mismo sondeo y modo tomo-

grafía, en el que transmisor y receptor se

ubican en sondeos contiguos. Es una téc-

nica que permite la "difícil misión" de

detectar cavidades y fracturas que no

intersecan el sondeo. Asimismo, realizan-

do sondeos próximos a cimentaciones

podemos determinar el alcance de las mis-

mas. Esta última aplicación es de crucial

importancia en estudios geotécnicos de

patologías, en las que se desconoce la

cota de apoyo de la cimentación.

Tomografía eléctrica

El método "eléctrico" cuadripolar con-

siste en introducir una corriente eléctrica

continua en la superficie del terreno a tra-

vés de dos electrodos de "corriente". Se

mide el voltaje mediante otro par de elec-

trodos. A partir del valor de la corriente

inyectada y del voltaje medido se obtiene

la "resistividad aparente" del subsuelo.

Cada tipo de material presenta un rango

de resistividad "real" más o menos carac-

terístico. Las cavidades vacías (llenas de

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Figura 10: En las imágenes superiores se muestran varias secciones en las que se ha detectado la

presencia de armaduras en el hormigón. Nótese las hipérbolas de difracción asociadas a los redondos. La

imagen superior es un "radargrama bruto", las dos inferiores son secciones filtradas, la inferior derecha

corresponde a la adquisición superior.

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Figura 12: estimación de la longitud de un pilote, plaza Venezuela, Caracas, Venezuela (cortesía TRX-

consulting)

Figura 13: Ejemplo de penetración de la corriente en el terreno con un dispositivo dipolo - dipolo.

Figura 15: Perfil geoeléctrico obtenido mediante la técnica de inversión - tomografía. Se muestra un

terreno calcáreo con grandes bloques fracturados (calizas del páramo, Torija) que descansan sobre

margas (en azul, terrenos más conductivos)

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Figura 14: colocación de una línea de electrodos: perfil geoeléctrico en la excavación de una zapata

corrida de cimentación en Villanueva del Pardillo (Madrid), el objeto del estudio era detectar filtraciones

de agua y posibles socavamientos

Figura 16: cavidad en yesos. Prospecciones geoeléctricas en la provincia de Cuenca.

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aire) presentan una resistividad aparente

que tiende al infinito: los terrenos satura-

dos son altamente conductores y por tan-

to presentan baja resistividad, etcétera.

El método eléctrico es una de las técni-

cas geofísicas más antiguas y ha ido evo-

lucionando en función de las capacidades

de los equipos de adquisición y procesado

de datos.

Según la posición de los electrodos la

corriente penetra más o menos en el

terreno. En la práctica se extiende una

línea de más de 24 electrodos que son

seleccionados de cuatro en cuatro por el

equipo de campo (resistivímetro). De esta

manera se obtienen gran número de pun-

tos de resistividades aparentes (Jordá,

2005).

En tomografía eléctrica se mide la

resistividad en numerosos puntos de un

perfil y se interpolan e interpretan los

datos para hacer corte de resistividad del

terreno. Si las condiciones son adecuadas

es una herramienta muy potente para lle-

var a cabo correlaciones entre resistividad

y tipo de material en terrenos ocultos.

Consideraciones finales

A modo de comparación podemos afir-

mar que ambas técnicas pueden emplear-

se a la vez en muchos estudios, el geora-

dar perseguirá objetivos más someros y

mayores resoluciones, mientras que la

tomografía alcanzaría, con menor resolu-

ción, objetivos más profundos. En general

el georadar es menos penetrativo en ante-

nas de alta frecuencia pero puede alcanzar

penetraciones de más de 30 metros con

antenas de menor frecuencia, si bien en

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Figura 16: Sondeo para comprobación de los resultados de una campaña geofísica en un solar previo a

la construcción e un pequeño edificio de 2 pisos con sótanos. Se detectaron cavidades artificiales para

almacenamiento de vino y túneles.

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zonas de calizas incluso una antena

"media" llega hasta profundidades consi-

derables. Aún así los ejemplos del presen-

te trabajo son claramente aplicaciones

muy someras de ambas técnicas, pero con

una más que notable resolución.

En muchas ocasiones la geofísica puede

"fallar" debido a que se le exige como téc-

nica resultados que sobrepasan sus capa-

cidades. Es por ello siempre recomendable

comprobar los resultados con técnicas de

recuperación de testigo, calicatas o ensa-

yos de penetración.

En muchos aspectos la geotecnia puede

compararse a la medicina. Así existe un

paralelismo entre geofísica de superficie,

sondeos y geotecnia, con las radiografías

(resonancias, etc,), cirugía y los diagnós-

ticos médicos. Un médico puede requerir

de la combinación de una auscultación

(radiografía, resonancia magnética, etc..)

con una técnica de reconocimiento visual

(cámara) y cirugía para hacer un diagnós-

tico.

En geotecnia, de la misma manera se

requiere de la combinación de técnicas de

escáner de grandes superficies (técnicas

2D, pseudo- 3D y 3D) con prospecciones

puntuales. La geofísica debe de preceder a

los sondeos y calicatas para ubicarlos más

juiciosamente. La geofísica no representa

una sección absoluta de la litología pero

aporta información crucial para la correla-

ción de los ensayos.

A modo de conclusión podemos mostrar

una sección imaginaria en la cual la geofí-

sica podría habernos ayudado a escoger

los puntos más representativos del perfil.

En función de la profundidad de los objeti-

vos y de la litología escogeríamos una téc-

nica u otra: tomografía electrica, sísmica,

georadar, etc...

Bibliografía complementariaArlandi, M. (2005): "Geofísica

Aplicada a la obra civil. Método geoeléctri-

co y sísmica de refracción. Casos prácti-

cos". XII Curso de Geotecnia Aplicada.

Universidad de Jaén 2005, 64 pp.

Cataldi, A. et al.: "método borehole

radar" documento 8 pp. www.trx-consul-

ting.com

VV.AA. (2004): "Detection de cavités

souterraines par méthodes géophysiques.

Guide technique. Ed. Laboratoire Central

des Ponts et Chaussés. Paris. 170 pp.

JORDA, L, (2005): "Geofísica somera

aplicada a informes geotécnicos de peque-

ña escala: detección de cavidades por

tomografía eléctrica". INGEOPRES nº 139,

pp 20 - 24

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Referencia 120

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