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Métodos Geofísicos para fines Geotécnicos

Martes, 04 Junio 2019.

Métodos Geofísicos para fines Geotécnicos






La Exploración Geofísica es un método indirecto, complemento del mapeo geológico superficial y la interpretación geológica del subsuelo. Es utilizada en estudios de factibilidad para la cimentación de grandes proyectos de ingeniería civil, contribuyendo significativamente en la percepción de problemas geológicos que no pueden visualizarse superficialmente, al determinar algunas propiedades geomecánicas de las rocas y suelos, capas permeables, espesores de rellenos aluviales, etc.










Así pues, es muy recomendable realizar un Estudio Geofísico, ya que es un gran complemento de la exploración directa, además de ser más económicos y rápidos.
 

Los Estudios Geofísicos generalmente aportan 2 tipos de resultados:
 
  1. Evalúa las propiedades físicas del macizo rocoso, como la resistencia a la corriente eléctrica, la velocidad de las ondas compresionales y longitudinales, la susceptibilidad magnética, la densidad, etc. Estos resultados se calculan con los datos obtenidos de instrumentos de medición física.
  2. Revela la distribución de las unidades geológicas mapeadas. La interpretación de esta información, basada en un modelo de la estructura geológica, permitirá determinar con cierta exactitud su geometría en el subsuelo.
 

Los métodos geofísicos más útiles para fines geotécnicos son:
 

  • Método sísmico.

Utiliza 2 características importantes de las formaciones rocosas, una es que, según la naturaleza de las rocas varia la velocidad de propagación de las ondas elásticas; y la otra es que, los bloques o prismas sedimentarios están separados por superficies de contacto definidas que reflejan parte de la energía generada por las ondas elásticas.
 
Este método se basa en las distintas velocidades de propagación de las ondas elásticas en medios de constitución diferente. En general, los materiales tienen densidades y pesos muy similares, sin embargo, los módulos elásticos son muy distintos. Como la velocidad de propagación de las ondas elásticas depende del modulo de elasticidad y se correlacionan de manera confiable, las velocidades de propagación pueden indicar cambios en la naturaleza de los materiales y estratificaciones.
 
En prospección sísmica las ondas se generan artificialmente por medio de explosiones. Para registrar estas vibraciones del terreno, producidas por las explosiones, se emplean sismógrafos o geófonos. Los sismógrafos miden solo uno de los tres componentes del movimiento del terreno, así que, serán necesarios 3 sismógrafos para obtener el vector del movimiento completo del terreno. El movimiento del terreno se presenta en forma de ondas longitudinales o de compresión que se transmiten hacia la superficie donde se encuentran los instrumentos de medición (sismógrafos).
 
La prospección sísmica se aplica en 2 modalidades:
 
  • Reflexión sísmica. Analiza las trayectorias de las ondas longitudinales originadas por una fuente de energía sísmica, explosión, caída de una masa o impacto de un proyectil.

En estudios de geotecnia, el método sísmico de reflexión se utiliza para objetivos relativamente someros, comúnmente de O a 300m de profundidad, para determinar zonas saturadas en acuíferos aluviales, detectar fallas, delinear el perfil rocoso en el valle de un río y detectar cavernas, etc. Para objetivos de más de 500m de profundidad, la reflexión se emplea en la exploración petrolera, con equipo de mayores alcances y procesos digitales.
 

  • Refracción sísmica. Aprovecha las trayectorias de las ondas refractadas en los contactos entre las capas. Se hacen tendidos rectilíneos en los que se colocan geófonos a distancias conocidas; se conectan mediante un cable al sismógrafo, que registra las señales generadas por la fuente sísmica, la cual debe situarse en cada uno de los extremos de la alineación de geófonos, a cierta distancia sobre la línea del tendido y en puntos dentro del mismo. Del registro de señales amplificadas (sismograma), se miden los tiempos del primer arribo de las ondas sísmicas, cuyo análisis de velocidades en función de la distancia permite elaborar un modelo de capas con velocidad sísmica y espesor definidos.

La aplicación de este método en la geotecnia es muy frecuente, para determinar el espesor de la roca intemperizada y medir la variación espacial de algunos parámetros como la velocidad sísmica y la absorción, los que pueden relacionarse al tipo de roca, porosidad, fracturamiento, alteración y otros factores geológicos.
 

 
  • Método eléctrico.

Basado en las diferencias de conductividad eléctrica que presentan los materiales en el subsuelo. La resistividad de un material es el grado de resistencia presentado al paso de la corriente eléctrica.
 
En condiciones naturales, las rocas se hallan más o menos húmedas, en su superficie o en el interior de sus espacios porosos. Esto hace que la conductividad eléctrica de una roca dependa de su contenido de agua intersticial, particularmente de la naturaleza y cantidad de sales solubles que hay disueltas en dicha agua, más que de las características minerales de la propia roca.
 

Los métodos geofísicos de prospección eléctrica tienen dos variantes: resistividad y caída potencial.

  •  Sondeo Eléctrico Vertical. Por medio de mediciones de potencial eléctrico y corriente eléctrica efectuadas en la superficie, es factible obtener la distribución de la profundidad de la resistividad. Consiste en una serie de determinaciones de resistividad aparente, realizadas con un punto central fijo para una separación variable básicamente entre los electrodos de corriente. El equipo de campo consta de un transmisor de corriente continua, un medidor de potencial eléctrico y cuatro electrodos.

  • Método de caída de potencial. Se colocan electrodos de corriente distribuidos a distancias equivalentes a 5 o 10 veces la profundidad que se desea explorar y se hacen las medidas cerca de uno de ellos. Con los datos de tres electrodos de potencial, alineados con el electrodo de corriente, se mide la caída de potencial entre los puntos donde se localizan este tipo de electrodos. Para obtener los valores de caída de potencial la distancia R varia, manteniéndose constante el valor b, que es el espaciamiento entre los electrodos de potencial, generalmente del orden de R/3. Con los valores así obtenidos, se dibuja la relación entre las caídas de potencial y el valor de R; un cambio brusco de curvatura en ese diagrama indica la presencia de un suelo cuya resistividad difiere del que lo cubre.

El método es adecuado para detectar estratos inclinados; sin embargo, no ocurre lo mismo en casos de estratificación horizontal, por lo que, para fines de ingeniería civil, se prefiere el método de resistividad.
 
  • Magnetometría. Estudia las perturbaciones del campo magnético terrestre causadas por fuentes anómalas, que se encuentran bajo la superficie terrestre, a través de la separación de los efectos regionales (profundos) y residuales (someros).

    En la exploración geotécnica es utilizado en la localización de estructuras y contactos geológicos asociados a diques intrusivos y otras rocas ígneas, así como a cuerpos mineralizados, la determinación del basamento rocoso, y la detección de objetos metálicos enterrados. Puede ser muy útil, sin embargo, requiere de un cuidadoso trabajo de procesamiento e interpretación de los datos, por el manejo de la bipolaridad de los resultados.
 
  • Gravimetría. Consiste en medir las desviaciones de la atracción de la gravedad causadas por variaciones horizontales en la densidad. La gravedad es un campo potencial, al igual que el campo magnético, por lo cual su magnitud depende de la posición relativa entre la fuente anómala y el punto de observación.

En la exploración geotécnica puede emplearse para detección de cavernas, delimitación de zonas de cizallamiento por intrusiones y fallas, determinación de plutones someros y zonificación de deslizamientos de tierra.
 

  • Polarización inducida. Es un fenómeno de corriente eléctrica estimulada que se observa como una respuesta de voltaje desfasado en los materiales terrestres. Se inyecta una corriente al terreno por medio de dos electrodos y se mide la cargabilidad entre otros dos electrodos, de manera similar a los métodos de resistividad.

En geotecnia se puede emplear para detectar fallas e investigación de deslizamientos de tierra.
 

  • Potencial Natural. Los potenciales eléctricos naturales tienen su origen en la polarización eléctrica de cuerpos conductores, el movimiento de fluidos, o fuentes de calor bajo la tierra. Las investigaciones que utilizan este método se orientan a localizar y delinear fuentes asociadas con tales flujos. Este método fue primero utilizado para exploración minera, pero se ha incrementado su uso para geotermia e ingeniería; ofrece una adquisición de datos de campo relativamente rápida y resulta apropiado para reconocimiento o investigación inicial de un área antes de emprender estudios más intensivos con otros métodos geofísicos y geotécnicos.

Sus usos incluyen detección de filtraciones de flujo asociadas con presas, diques y otras estructuras contenedoras; estudios del movimiento del agua subterránea, así como delineación de patrones de flujo en las inmediaciones de deslizamientos de tierra, pozos, fallas, conductos y túneles.
 

  • Sondeo Magnetotelúrico. Utilizados para investigar la geología del subsuelo, al caracterizar variaciones en la resistividad del terreno. Tales variaciones generalmente son causadas por estructuras o cambios de porosidad, contenido de arcilla, salinidad del agua contenida y grado de saturación.


  • Registros geofísicos de pozos. Para el reconocimiento y la caracterización de fracturas.
 



Es importante tener en cuenta que todos los métodos geofísicos tenderán a presentar limitaciones, sin embargo, se deberá valorar cual método ofrece mayores ventajas de manera mas satisfactoria para interpretar los resultados de la estructura del subsuelo, puesto que, estos métodos no serán igualmente apropiados para cada proyecto, problema y/o región. Es decir,
el método geofísico a elegir, dependerá de una cuidadosa valoración de los factores geológicos y geofísicos de cada proyecto.



 
 
Referencias: Geotecnia, escrita por el Dr. José María Chávez Aguirre


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