Calicatas Eléctricas

MTODOS ELCTRICOS DE PROSPECCIN CALICATAS ELCTRICAS

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CALICATAS ELCTRICASCALICATAS ELCTRICASCALICATAS ELCTRICASCALICATAS ELCTRICAS

Son mtodos que permiten investigar variaciones laterales de la resistividad. Las mediciones se realizan mediante cualesquiera de los dispositivos electrdicos conocidos a lo largo de perfiles marcados en el terreno, paralelos o no y hasta una profundidad ms o menos constante. Se obtienen as una especie de mapas elctricos de la porcin superior del subsuelo, que permiten analizar en planta la distribucin areal de alguno de los parmetros relacionados con la resistividad. CLASIFICACICLASIFICACICLASIFICACICLASIFICACIN DE LAS CALICATAS ELCTRICASN DE LAS CALICATAS ELCTRICASN DE LAS CALICATAS ELCTRICASN DE LAS CALICATAS ELCTRICAS

La clasificacin ms general es aquella que distingue entre dispositivos que analizan un campo elctrico invariable a lo largo de las mediciones (o mtodos de campo fijo en los que los electrodos de corriente permanecen fijos) y aquellos en los que el campo elctrico vara de un punto a otro (o de dispositivo mvil en los que los electrodos de corriente acompaan los desplazamientos de los electrodos de potencial)

MTODOS DE CAMPO FIJO MTODOS DE DISPOSITIVO MVIL

Mtodo de gradientes Mtodo Racom Calicata Schlumberger Mtodo de bloques

Calicatas dipolares axiles Calicatas trielectrdicas Calicatas de dispositivo simtrico Calicatas de dispositivo apantallado y de cero Calicatas circulares

MTODOS DE CAMPO FIJO

MTODO DE GRMTODO DE GRMTODO DE GRMTODO DE GRADIENTESADIENTESADIENTESADIENTES

Se mide la resistividad aparente con un medio Schlumberger en el que A queda fijo, B est en infinito y M y N se desplazan juntos y alineados con A. La penetracin aumenta con la distancia x= AO (fig. 124).

xx

A M N

B

O

Fig. 124: Dispositivo de gradiente

MTODO "RACOM"MTODO "RACOM"MTODO "RACOM"MTODO "RACOM"

Dispositivo similar al anterior con adicin de un electrodo P entre M y N. Se mide VMP/VPN, independiente de I y por lo general directamente con un instrumento basado en un circuito denominado Ratio compensator (RACOM). Suele emplearse ca de baja frecuencia.

xx

A M N

B

P

Fig. 125: Dispositivo del mtodo RACOM


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CALICATA SCHLUMBERGERCALICATA SCHLUMBERGERCALICATA SCHLUMBERGERCALICATA SCHLUMBERGER

Es una modificacin de mtodo de gradientes trayendo B a distancia finita y alineado con AMN MN se desplaza sobre el tercio central de AB donde el campo es ms uniforme La profundidad de investigacin tampoco es constante, siendo mxima en el centro de AB (fig. 126)

A M N B

zona ainvestigar

xx

Fig. 126: Calicata Schlumberger

MTODO DE BLOQUESMTODO DE BLOQUESMTODO DE BLOQUESMTODO DE BLOQUES

Es una calicata Schlumberger en la que se miden perfiles paralelos al principal, tambin denominado rectngulo de resistividad" fig. 127). La zona investigada es un rectngulo de AB/3*AB/2, con MN de AB/50 a AB/25 y distancia entre perfiles de AB/8 a AB/40. Si la zona es muy grande, puede estudiarse con varios rectngulos sucesivos. Es muy adecuado para investigaciones tectnicas profundas, con AB de varios km.

x x

A BAB/2

vista en planta AB/3

N1M1

Fig. 127: Mtodo de bloques

MTODOS DE DISPOSITIVO VARIABLE

Las separaciones interelectrdicas no varan durante la medicin, mantenindose casi constante, para un dispositivo dado, la profundidad de investigacin.

CALICATAS DIPOLARESCALICATAS DIPOLARESCALICATAS DIPOLARESCALICATAS DIPOLARES

Es frecuente que se utilicen dispositivos bilaterales, con dos dipolos de emisin (fig. 128), las dos curvas de resistividad aparente que se obtienen se dibujan en un mismo grfico, lo que facilita grandemente la interpretacin.

A M N BA B

nana aa

Fig. 128: Dispositivo dipolar bilateral

CALICATAS TRIELECTRDICASCALICATAS TRIELECTRDICASCALICATAS TRIELECTRDICASCALICATAS TRIELECTRDICAS

Con un electrodo de corriente en infinito las restantes separaciones interelectrdicas son constantes

Es frecuente el uso de dispositivos bilaterales (fig. 129), obteniendose dos curvas de resistividad aparente, una con AMNC (dispositivo directo) y otra con BMNC (dispositivo inverso).

A M N B

C

LLaa

Fig. 129: Dispositivo trielectrdico bilateral


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CALICATAS TRIELECTRDICAS COMBINADASCALICATAS TRIELECTRDICAS COMBINADASCALICATAS TRIELECTRDICAS COMBINADASCALICATAS TRIELECTRDICAS COMBINADAS

Si se aaden dos electrodos ms (A y B, fig. 130) se obtendrn dos curvas ms de resistividad aparente con informacin de mayor profundidad que las anteriores, pudiendo aadirse incluso un tercer par de electrodos de corriente, buscando mayor penetracin a costa de complicar el dispositivo.

A BA M N B

C

LL

LL

Fig. 130: Dispositivo trelectrdico bilateral combinado

CALICATAS SIMTRICASCALICATAS SIMTRICASCALICATAS SIMTRICASCALICATAS SIMTRICAS

Se usan dispositivos simtricos Wenner o Schlumberger (fig. 131) Pueden utilizarse dos o tres distancias para lograr curvas con otras tantas penetraciones

Tienen la ventaja, frente a las trielectrdicas combinadas, de no tener que instalar el electrodo de "infinito"

A M N BA B

2 11

Fig. 131: Dispositivo simtrico combinado

CALICATAS CIRCULARESCALICATAS CIRCULARESCALICATAS CIRCULARESCALICATAS CIRCULARES

El dispositivo, que puede ser un semi-Schlumberger, dipolar o simtrico, gira alrededor de un punto que puede ser el centro de MN (fig. 132) la variable en funcin de la que se representa a es el azimut del dispositivo. Los resultados se expresan en coordenadas polares

A1M1 N1

B

O

A2

M2

N2

Fig. 132: Calicata circular

OTROS TIPOS DE CALICATAOTROS TIPOS DE CALICATAOTROS TIPOS DE CALICATAOTROS TIPOS DE CALICATA

Tripotencial Lineal (Dispositivo Wenner) (Carpenter y Habberjam): En cada estacin se miden tres

valores de la resistividad aparente alterando el carcter de emisor o receptor de los electrodos segn el grfico de la fig. 133.

x xA BM N

x xA NB M

x xA NM B

a:a:a:

Fig. 133: Dispositivo tripotencial lineal. Tripotencial Cuadrado (Habberjam y Watkins):

Igual que en el anterior, en cada estacin se miden tres valores de la resistividad aparente alterando el carcter de emisor o receptor de los electrodos ubicados en los vrtices de un cuadrado (fig. 134).

x

A M

x

B N

A B

M N

x

A M

x

N B

a a a

x x

Fig. 134: Dispositivo tripotencial cuadrado


98

NOTACIN Y NOMENCLATURANOTACIN Y NOMENCLATURANOTACIN Y NOMENCLATURANOTACIN Y NOMENCLATURA

Salvo en el mtodo Racom, las observaciones se traducen en resistividades aparentes aplicando las frmulas del dispositivo correspondiente. Los valores obtenidos se representan grficamente en funcin de la distancia del centro O de MN al origen del perfil.

En calicatas combinadas las distintas curvas obtenidas deben trazarse en el mismo grfico con lneas diferentes, en color o traza (ver fig. 144, 145, 146, 147). Conviene dibujar en la misma escala el o los dispositivos utilizados.

Si bien la escala horizontal debe ser lineal y de mdulo adecuado. La vertical conviene sea logartmica, igual que la de los diagramas polares en las calicatas circulares. Un mdulo muy adecuado para esta escala es el de 62,5 mm y su origen de coordenadas debe ser menor que el valor observado ms bajo. PUNTOS CARACTERSTICOSPUNTOS CARACTERSTICOSPUNTOS CARACTERSTICOSPUNTOS CARACTERSTICOS

En terreno homogneo la curva de resistividades es una recta horizontal. En terreno heterogneo el pasaje de un electrodo sobre una heterogeneidad produce una anomala, para cuya identificacin conviene utilizar una nomenclatura adecuada, como la mostrada en la fig. 135, adaptada de la utilizada por Blokh (Orellana, 1982)

M

S

P

E

I

m

P: Mximo cuspidal (punta o pico)

S: Mnimo cuspidal (sima) M: Mximo normal m: Mnimo normal E: Escaln I: Punto de inflexin

Fig. 135: Nomenclatura de puntos caractersticos En las calicatas trielectrdicas

combinadas y en las dipolares bilaterales se suelen diferenciar cruces y zonas de divergencia. Los cruces son directos cuando a la izquierda del cruce es mayor la resistividad del dispositivo directo (fig. 136).

CD D

C: Cruce D: Divergencia

Fig. 136: Punto de cruce y zonas de divergencia

CUANTIFICACIN DE LAS ANOMALASCUANTIFICACIN DE LAS ANOMALASCUANTIFICACIN DE LAS ANOMALASCUANTIFICACIN DE LAS ANOMALAS

Se hace mediante el uso de ndices que comparan las resistividades mxima y mnima observadas en una anomala, un ndice muy difundido resulta de dividir la diferencia entre las resistividades mxima y mnima por el valor medio de la resistividad fuera de la anomala (ec. 166) 0

mM1I

= (166)

Las dificultades en la determinacin de 0 indujeron a Blokh al uso de un nuevo ndice dado por la razn entre M y m y que denomin "amplitud de la anomala

m

M2I

= (167)

Un tercer ndice (Tarkhov) resulta de dividir la diferencia de resistividades por el promedio de estas y dividir el resultado por 2, quedando:

ndice de Tarkhov mM

mM3I +

= (168)

que al variar entre 0 y 1 es poco expresivo, por lo que Orellana (1982) propone expresarlo en %

ndice de Orellana mM

mM4 *100I +

= (169)


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ALGUNAS CONSIDERACIONES TERICASALGUNAS CONSIDERACIONES TERICASALGUNAS CONSIDERACIONES TERICASALGUNAS CONSIDERACIONES TERICAS

La variedad de los tipos de calicata hace a la variedad de sus aplicaciones. Por lo general la interpretacin de las curvas de resistividad aparente obtenidas mediante calicatas se hace de modo cualitativo. No obstante, hay modelos simples que conviene analizar tericamente para que sus resultados puedan servir de referencia en la interpretacin de casos complejos.

En este sentido se analizar el caso de un contacto vertical entre dos medios de diferente resistividad (fig. 137) y sus resultados se extendern al caso de diques anchos y angostos.

XX00

A M

xx1 2XX00

A

Fig 137: Contacto vertical

En ausencia del segundo medio, vale la ec. 31, que aptada al caso queda:

x

e

x

12

IU 1M =pi

= (31)

El efecto del segundo medio se puede calcular por el Mtodo de las Imgenes, considerando un electrodo ficticio A, simtrico de A respecto del contacto y de emisividad e. El potencial en el segundo medio se obtiene dando a la emisividad un valor e, los que se podrn calcular tomando en consideracin las condiciones de borde. En el medio 1: )xx( 0

xx2e

x

eU0

1

+= (170)

En el medio 2: )xx( 0>

x

eU2

= (171)

CONDICIONES DE CCONDICIONES DE CCONDICIONES DE CCONDICIONES DE CONTORNO Y ONTORNO Y ONTORNO Y ONTORNO Y CLCULO DE E Y ECLCULO DE E Y ECLCULO DE E Y ECLCULO DE E Y E

Por continuidad del potencial, en x = xo, donde U1 = U2

x

elim)xx2

e

x

e(lim00 xx

0xx

=

+

resultando que e + e= e" (172) Adems, por continuidad de )xx(enJ 0=

x

U1x

U1 22

1

1

=

Derivando U1 y U2 para x = xo y reemplazando:

202

20

201 x

e1x

e

x

e1

=

e)ee( 12 = (173) y resolviendo el sistema de ecuaciones conformado por sta y la Ec. 172, resulta:

Keee12

12=

+

= (174)


100

e)K1(e2"e1

2

12

2

=

+

= (175)

donde K es el coeficiente de reflexin.

CLCULO DE UCLCULO DE UCLCULO DE UCLCULO DE U1111 Y DE UY DE UY DE UY DE U2222

Reemplazando estos valores en las ecuaciones 170 y 171, se tendr:

+pi

=

xx2K

x

12IU

0

11 (176)

x

K12IU 22

pi

= (177)

Si se aade un electrodo N prximo a M, y siendo:

MNVE

se puede calcular (Ec. 44): IE

x2 2a pi = (44)

previo clculo de los valores de E a partir de U1 y U2

pi

= 2

02

11 )xx2(

Kx

12I

E (178)

22

2x

K12I

E pi

= (179)

Y FINALMENTE, CLCULO DE Y FINALMENTE, CLCULO DE Y FINALMENTE, CLCULO DE Y FINALMENTE, CLCULO DE AAAA En el primer medio, ser:

= 20

2

1)1(

a )xx2(xK1 (180)

mientras que en el segundo:

21

212

)2(a

2)K1(+

== (181)

Expresiones mediante las cuales se obtienen las curvas sobre un contacto vertical (para un dispositivo trielectrdico Schlumberger) en los dos casos posibles (figs. 138 y 139).

XX00

AM

xx1 2

N

1

2

( ) a K= 1 1

( ) a K= 2 1

Fig 138: Curva sobre un contacto con 1 < 2 XX00

AM

xx1 2

N

2

1

( ) a K= 1 1

( ) a K= 2 1

Fig 139: Curva sobre un contacto con 1 > 2


101

Igualmente, se puede deducir la expresin correspondiente a un dispositivo en el que el electrodo de corriente A se desplaza solidario con los de potencial M y N, con slo cambiar en las ecuaciones (180) y (181) x por L y x0 por x (fig. 140), en cuyo caso:

mientras x > L

=

= 2'122

1)1(

a )1x2(K1)Lx2(

LK1 (182)

cuando MN cruza el contacto (0


102

EFECTOS TOPOGRFICOSEFECTOS TOPOGRFICOSEFECTOS TOPOGRFICOSEFECTOS TOPOGRFICOS

Igual a como ocurre en el mtodo SEV, los efectos de las irregularidades topogrficas son difciles de corregir, dado que los clculos de las anomalas topogrficas presentan las mismas dificultades que las heterogeneidades del subsuelo, puesto que las depresiones son asimilables a cuerpos aislantes y las elevaciones a cuerpos conductores.

PRUEBAS SOBRE MODELOS REDUCIDOSPRUEBAS SOBRE MODELOS REDUCIDOSPRUEBAS SOBRE MODELOS REDUCIDOSPRUEBAS SOBRE MODELOS REDUCIDOS

Y cualquiera sea el caso, una muy buena alternativa es la de obtener las referencias necesarias trabajando sobre modelos reducidos.

Los complicados clculos que requieren los estudios de las anomalas producidas por heterogeneidades, de forma an muy simple, hace que muchas veces se prefiera realizar pruebas auxiliares sobre modelos reducidos, ya sean estos construidos en el suelo, mediante zanjas y cuerpos enterrados, en una cuba electroltica o sobre un tablero con papeles conductores. Los valores medidos se llevan luego a condiciones reales por semejanza geomtrica.

LOS DISPOSITIVOS BSICOSLOS DISPOSITIVOS BSICOSLOS DISPOSITIVOS BSICOSLOS DISPOSITIVOS BSICOS

Las ms fciles de medir son las calicatas de campo fijo y las ms complicadas las de dispositivo compuesto. Respecto al dispositivo bsico a utilizar, Wenner o Schlumberger, debe considerarse que el primero presenta anomalas ms complicadas y menos intensas que el segundo (figs. 142 y 143) debido a la mayor separacin, en el Wenner, de los electrodos de potencial.

Por otra parte, son tres los tipos de calicata elctrica que deben considerarse bsicos: - dipolar axil (CED) (fig. 128 y 145) - trielectrdica combinada (CETC)

(figs. 130, 144 y 146), - la simtrica (CES) (figs. 131, 142

y 143), que son de dificultad intermedia aunque entre ellos las ms simples son las CES, que son a su vez las menos sensibles a las variaciones topogrficas, pero inaptas para detectar capas conductoras delgadas.

A M

1 2 = 4 1

N

1

2

3

4

B

A M N B

a

x

Fig. 142: Comparacin entre Wenner y Schlumberger en un contacto vertical

El dispositivo ms aconsejable, en general, es el de CETC, pese a su lnea de infinito. Son ms manejables que las CED con las que proporcionan anomalas de amplitud equivalente y de mejor separacin, y siempre superiores a las de las CES PROGRAMACIN DEL TRABAJO DE CAMPOPROGRAMACIN DEL TRABAJO DE CAMPOPROGRAMACIN DEL TRABAJO DE CAMPOPROGRAMACIN DEL TRABAJO DE CAMPO

Planteado un objetivo, se comienza por elegir el dispositivo a utilizar y su tamao, es decir, la separacin entre electrodos. Ello implica definir AB en las CES, AO=OB en las CETC y OQ en las CED, que deben ser tales que las resistividades obtenidas estn poco influenciadas por el recubrimiento. En tal caso el tamao del dispositivo debe ser mayor cuando el recubrimiento es ms conductor respecto a la roca de caja en la que estn ubicadas las heterogeneidades de inters que cuando el recubrimiento es ms resistivo.


103

Conocidas estas relaciones de resistividad y los rangos de variacin de espesor del recubrimiento puede calcularse el tamao ms conveniente del dispositivo. Cuando no es as tendrn que medirse algunos SEV esparcidos en la zona de trabajo y decidir con base en ellos. En este caso puede ser conveniente medir por lo menos un SEV en cada uno de los perfiles programados, lo que ayudar mucho en la interpretacin de los resultados.

A M

1 2 =7 1N

1

2

3

4

B

a /1

567

PM

SN

mA

MB

E3

E2

E1 D/l

1 2Dl

1 2- 1 -2 0

Fig. 143: CES en un contacto vertical Entre los mtodos de campo constante, Calicata Schlumberger (fig. 126) o Mtodo de

Bloques (fig. 127), los dispositivos no deben ser menores a los que permitirn obtener las resistividades requeridas en el tercio central. En el dispositivo de gradiente (fig. 124) la penetracin prctica crece con el alejamiento de MN del electrodo de energizacin.

En las CED, en principio, debera ser AB=MN, salvo que las lecturas de V sean muy pequeas, en cuyo caso hay que agrandar AB.

Definido el dispositivo, sobre un mapa de la zona de trabajo se ubica la posicin y longitud de los perfiles y, de acuerdo a la distancia entre mediciones adoptada, la ubicacin aproximada de aquellos. Para ello debe cuidarse que la orientacin de los perfiles sea compatible entre la necesidad de su perpendicularidad con el rumbo de las formaciones o cuerpos de inters y que los desniveles sean mnimos, siguiendo en lo posible curvas de nivel. Respecto a la separacin entre perfiles, debe considerarse el concepto de escala y tener presente el consejo de Orellana (1982) de establecer la distancia mxima entre perfiles (en metros) dividiendo por 20 el nmero del denominador del cociente que expresa la escala. Lo que implica una distancia de representacin en el mapa de 5 cm (cualquiera sea la escala).

El paso (la distancia entre dos mediciones consecutivas) depende del ancho de las anomalas previstas, en principio puede tomarse un tercio de esta anchura, pero es muy til adems que sea compatible con los valores de AB y MN, siendo conveniente que sea sub mltiplo de AB y a su vez, mltiplo o a lo sumo igual que MN. Salvo cuando se trata de capas muy delgadas y prximas entre s, en los que se puede medir con un paso mitad de MN.

EL TRABAJO DE CAMPOEL TRABAJO DE CAMPOEL TRABAJO DE CAMPOEL TRABAJO DE CAMPO

Vale prcticamente todo lo asentado al tratar el mtodo SEV (pg. 73). Cuando MN es pequeo pueden emplearse electrodos de potencial metlicos, y si la profundidad es reducida y el recubrimiento no es muy conductivo, puede emplearse corriente alterna de baja frecuencia (no ms de 20 Hz), en cuyo caso no se requieren electrodos impolarizables ni operaciones de compensacin, lo que simplifica las mediciones. En este caso es conveniente que el milivoltmetro est sintonizado a la frecuencia del generador (de no ms de 50 vatios) y evitarse en las mediciones los acoples inductivos entre circuitos.

En las calicatas de campo fijo y en las CETC (con electrodo en infinito) no es necesario mover el generador desplazndose solo el milivoltmetro.

Para la correcta ubicacin de las estaciones, lo mejor es el estacado previo de los puntos correspondientes al centro del dispositivo, midiendo las distancias entre electrodos con cuerdas o los mismos cables.


104

Es importante anotar en la planilla de campo el dispositivo empleado con sus dimensiones, el paso y si el dispositivo es bilateral, la orientacin del dispositivo para cada medicin.

ANOMALAS TPICASANOMALAS TPICASANOMALAS TPICASANOMALAS TPICAS

La fig. 143 muestra la curva que se obtendra con un dispositivo simtrico de Schlumberger sobre un contacto vertical entre dos medios (2 = 71). Tiene tres escalones, el mayor de ellos (E2) corresponde al paso del dipolo MN sobre el contacto. En la figura 142, se ve que si se aumenta la longitud de MN (dispositivo de Wenner) las anomalas son menos marcadas.

Cuando la distancia entre dos contrastes subverticales sucesivos est entre el doble y el triple de la longitud del dispositivo, se la considera como una sola heterogeneidad denominada capa ancha. En tal caso las anomalas obtenidas con CETC (fig. 144) son ms anchas que el dispositivo y pueden tener hasta 6 puntos caractersticos. Las curvas para los dispositivos directo e inverso son asimtricas.

A

M N

1 211 D/l

PNi

1IMi INd

PMd

SNdSMi

IAdIBi

2 3-1 0

2

B

0,1

0,3

0,5

0,70,9

a /1

l

2 < 1

D1CATLOGO DE BLOKH

C

Fig. 144: CETC sobre un dique conductor ancho

Algo parecido ocurre en las CED que pueden tener hasta 8 puntos caractersticos (fig. 145), las curvas obtenidas con los dispositivos directo e inverso son tambin asimtricas.

No obstante, en ambos casos cuando los contactos son verticales, el conjunto de ambas curvas es simtrico, con un cruce directo para capa conductora (fig. 144) e inverso si es resistiva (fig. 145).

1 2 1 1

2

3

5 7

1 2 3 0- 1

SNi

IMi IAi

PAi PNd

IAd

SAdSMd

INdIBd

PBdPMi

IBi

SBi

D/l

a /1

M N

D1 2

l

A A

M N B B 2 > 1

CATLOGO DE BLOKH

Fig. 145: CED sobre un dique resistivo ancho La presencia de recubrimiento suaviza las curvas y los puntos caractersticos se hacen

menos evidentes, tanto ms cuanto ms grueso y conductor sea aquel. Cuando el recubrimiento es del orden de la longitud del dispositivo, la anomala se reduce a una zona de divergencia muy extendida que dificulta la localizacin del contacto.

Los puntos que mejor se conservan son los que corresponden a los electrodos de potencial y los cruces, por lo que en las CES, que constan siempre de una sola curva, la presencia del contacto puede resultar prcticamente inobservable.

Cuando la separacin entre los contrastes subverticales es inferior a la longitud del dispositivo se trata como capa delgada.


105

En tal caso, si la capa delgada es conductora, en las CETC las zonas destacadas son de baja resistividad y cruce directo sobre el centro de la capa, ms dos mnimos laterales.

En cambio, si la capa es resistiva (fig. 146) se observan dos zonas de resistividad alta, prcticamente superpuestas y con cruce inverso ms dos mximos laterales.

Si la capa delgada es vertical las anomalas son simtricas, y asimtricas si la capa est inclinada.

1 2 1 1

2

3

5 7

1 2 3 0- 1

SNi

PNd

IAiSMd

PAdPMi

PBi

IBd

D/l

a /1

A

M N

2

B

l

D1

- 2

2 > 1

CATLOGO DE BLOKH

Fig. 146: CETC sobre un dique resistivo delgado El recubrimiento atena las anomalas y el ltimo rasgo en desaparecer es el cruce,

directo si la capa es conductora e inverso si es resistiva. Las anomalas de CES sobre capas delgadas de ancho mayor que MN tienen tres

partes separadas con la central de resisividad alta si la capa es resistiva y baja si es conductiva, pero, cuando el espesor de la capa es menor que MN, dan anomala muy dbiles, que en caso de recubrimiento an delgado, pueden invertir las anomalas.

HETEROGENEIDADES DE TAMAO FINITOHETEROGENEIDADES DE TAMAO FINITOHETEROGENEIDADES DE TAMAO FINITOHETEROGENEIDADES DE TAMAO FINITO

Los perfiles que pasan sobre heterogeneidades de tamao finito presentan la misma forma, nmero y distribucin de puntos caractersticos que las heterogeneidades sub verticales de extensin lateral indefinida (punto anterior) aunque con amplitudes menores y atenuacin ms acentuada por recubrimiento. Con la diferencia de que los cruces son al revs: inversos para cuerpos conductores y directos para cuerpos resistivos. Adems los perfiles deben pasar sobre los cuerpos heterogneos, puesto que a distancias de la heterogeneidad superiores a la longitud del dispositivo, las anomalas son imperceptibles

ANOMALAS EN LOS DISPOSITIVOS DE GRADIENTEANOMALAS EN LOS DISPOSITIVOS DE GRADIENTEANOMALAS EN LOS DISPOSITIVOS DE GRADIENTEANOMALAS EN LOS DISPOSITIVOS DE GRADIENTE

Son esencialmente iguales a las de los dispositivos de campo variable, pero ms sencillas por la ausencia de los puntos caractersticos debidos a los electrodos de corriente. Adems, la penetracin aumenta conforme aumenta la separacin entre los electrodos de potencial respecto de los de energizacin, y a lo largo del perfil pueden reflejar las variaciones de la resistividad con la profundidad.

ANOMALAS POR VARIACIONES DEL RELIEVEANOMALAS POR VARIACIONES DEL RELIEVEANOMALAS POR VARIACIONES DEL RELIEVEANOMALAS POR VARIACIONES DEL RELIEVE

En general, valles y depresiones producen anomalas positivas, pero con cruce directo y en lomadas y elevaciones las anomalas son negativas con cruce inverso. Blokh considera distintas posibilidades segn la relacin del tamao del dispositivo y las dimensiones de las anomalas (ancho de cresta o vaguada, longitud de taludes, etc). Las perturbaciones ms significativas ocurren cuando el cuerpo buscado se encuentra precisamente en una cresta o una lomada, aminorando su intensidad o reforzndola, pero siempre con el riesgo de que se la atribuya exclusivamente al accidente topogrfico.

INTERPRETACININTERPRETACININTERPRETACININTERPRETACIN

La interpretacin se comienza efectuando una anlisis cualitativo de las curvas o perfiles levantados y dibujados en escala semilogartmica, separando anomalas de origen


106

geolgico y dejando de lado las que pueden atribuirse a accidentes del terreno, a las que las calicatas son sensibles. Las anomalas resaltadas se contrastan con la informacin geolgica de la zona (mapa geolgico, perforaciones y trabajos mineros) y se trata de identificar sus causas. Se correlacionan las anomalas de los diferentes perfiles, siguiendo la marcha de aquellas indudablemente relacionadas con algn accidente geolgico. Cuando se observa un atenuamiento gradual de las anomalas de un perfil a otro, debe suponerse un aumento del espesor del recubrimiento y si desaparecen bruscamente, un acuamiento o hundimiento en bloque.

Una alternativa muy til puede ser el trazado de mapas de resistividad aparente, para el que se prestan especialmente los dispositivos simtricos y que adems es la mejor manera de interpretar los datos en el mtodo de bloques.

Una vez completada la interpretacin cualitativa puede pasarse a la cuantitativa, cuya finalidad es determinar la posicin exacta, ancho y buzamiento aproximado de las heterogeneidades.

20 30 40 m

200

300

500

700

1000

100

400

CCDDDD

IBi

PNi

SMi SNd

PMd

IAd

a

TECNHYDROS

A BM N

Fig. 147: Ejemplo de interpretacin cuantitativa (Orellana, 1982)

Cuando es posible, se comparan, con curvas calculadas en funcin de un modelo afn con el esperado, identificando puntos caractersticos y asignndoles electrodo y rasgo de la anomala atribuida.

Los casos ms sencillos son los de un solo contacto vertical entre dos medios, en caso de capa ancha se observarn dos contactos y cuando la anomala es de capa delgada slo puede determinarse la posicin de ambos contactos cuando el ancho de la capa es mayor que MN.

Un ejemplo de interpretacin cuantitativa es dado por Orellana (fig. 147), tomado de una investigacin para localizar zonas de rotura en una formacin grantica.

CALICATAS CIRCULARESCALICATAS CIRCULARESCALICATAS CIRCULARESCALICATAS CIRCULARES

En las CEC (fig. 132) la resistividad se mide en funcin del azimut del dispositivo y los valores obtenidos se grafican en diagramas polares, con la resistividad preferentemente en escala logartmica y con origen en una resistividad menor a la mnima representable.

Una calicata circular (obtenida con cualquier dispositivo) sobre un contraste subvertical, dar una anomala cuya amplitud depende del ngulo que forma con el perfil, el diagrama polar tendr resistividad mxima o mnima en la direccin de la capa, por lo que puede utilizarse para determinar su rumbo y atendiendo a la asimetra de la anomala, su buzamiento (fig. 148). Cuando el contraste es vertical, el diagrama ser simtrico.

B

R

R: rumbo; B: buzamiento

Fig. 148: CEC (disp. asimtrico) sobre una capa inclinada.


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Puede utilizarse un dispositivo trielectrdico o un tetraelectrdico asimtrico. La longitud del dispositivo debe ser lo suficientemente grande como para superar el efecto del recubrimiento.

Tambin son tiles para evaluar la esquistosidad o fisuracin en formaciones recubiertas, para lo que se utilizan dispositivos simtricos (fig. 149), como a sentidos opuestos de una direccin les corresponde el mismo valor, el diagrama tendr forma aproximadamente elptica y el eje mayor indicar la direccin de mayor conductividad (paradoja de la anisotropa), que es la de diaclasado o fisuracin predominante.

Fig. 149: CEC con dispositivo simtrico.

TOMOGRAFA O IMAGEN ELCTRICATOMOGRAFA O IMAGEN ELCTRICATOMOGRAFA O IMAGEN ELCTRICATOMOGRAFA O IMAGEN ELCTRICA

En los ltimos aos se han desarrollado tcnicas de medicin utilizando un gran nmero de electrodos (25 o ms, conectados a un cable multincleo) los que conectados a una unidad electrnica de conmutacin manejada mediante una computadora porttil (laptop) permiten efectuar mediciones con cualquiera de los dispositivos de campo mvil seleccionando en forma automtica, de los muchos electrodos ubicados previamente en el terreno, aquellos que estn activos para cada medicin. Actualmente, estn muy desarrollados tanto el equipamiento como las tcnicas de campo para realizar mediciones de resistividad tanto en dos como en tres dimensiones. El instrumental necesario es provisto por varias compaas internacionales con un costo de 15.000 dlares para arriba, aunque muchas instituciones han adaptado sus antiguos equipos construyendo conmutadores manuales a bajo costo y utilizando cable ssmico como cable multincleo.

La fig. 150 muestra una tpica disposicin de los numerosos electrodos (20 en este caso) a lo largo de una lnea recta para obtener una seccin de resistividad en un estudio en dos dimensiones. Normalmente los electrodos se colocan separados entre s por un espaciado constante. La secuencia de las mediciones a realizar, el tipo de dispositivo a utilizar y otros parmetros (como la corriente a emplear) son normalmente introducidos en un archivo de texto que puede ser ledo en un programa de la computadora de campo. Despus de leer el archivo de control, el programa de la computadora selecciona automticamente los electrodos apropiados para cada medicin. En un estudio tpico, el mayor trabajo de campo es el de extender el cable y colocar los electrodos. Despus de ello, las mediciones son realizadas automticamente y guardadas en la computadora. El mayor tiempo de medicin se gasta esperando que se completen las mediciones de resistividad programadas.

Para dispositivos dipolares, trielectrdicos y simtricos (Wenner y Schlumberger), el procedimiento es apenas diferente. Como ejemplo, para el dispositivo Wenner (fig. 150), la serie de mediciones se hace para distintos espaciamientos na, comenzando usualmente con un espaciamiento 1a entre A-M-N-B, siguiendo con 2a y as sucesivamente hasta completar las mediciones con un espaciamiento 6a

Mtodo de la pseudoseccin El procedimiento habitual contina con la asignacin de los valores de resistividad

aparente obtenidos a los puntos de una grilla vertical construida debajo de la representacin de los puntos de medicin (que en el ejemplo propuesto van de 1 a 20). La ubicacin horizontal de cada uno de los puntos de la grilla se hace bajo el punto medio del arreglo electrdico utilizado. La ubicacin vertical de los puntos se hace proporcional a la separacin interelectrdica. En mediciones de Polarizacin Inducida, y utilizando el dispositivo dipolar,


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es habitual ubicar el punto en la interseccin de dos lneas que parten de los puntos medios de los dipolos A-B y M-N con un ngulo de 45o respecto de la horizontal. Aunque lo habitual es ubicar la posicin vertical del punto en el grfico segn la profundidad media de investigacin (o pseudoprofundidad) del dispositivo utilizado, obtenindose entonces una distribucin de valores de la resistividad aparente debajo de la lnea de medicin que se conoce como pseudoseccin y en la que a continuacin se trazan isolneas de la resistividad aparente.

Nmero de electrodo1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

118

3243

5156

n = 1n = 2n = 3n = 4n = 5n = 6

MA N B

Estacin 1

A M N B

Estacin 18

A M N B

Estacin 32

a a a

2a 2a 2a

3a 3a 3a

Nivel

Resistivmetro

Computadora (Laptop)

Secuencia de mediciones para obtener una pseudoseccin

Fig 150: Arreglo de electrodos para un estudio elctrico 2-D y secuencia de las mediciones para obtener una pseudoseccin utilizando el dispositivo Wenner (adaptado de M.H.Loke, 2000)

Tales pseudosecciones constituyen una forma muy conveniente de presentar grficamente los valores obtenidos de la resistividad aparente y aunque proporcionan un cuadro aproximado de la distribucin de la resistividad del subsuelo, es un cuadro distorsionado debido a que las formas de las isolneas dependen del tipo de arreglo utilizado tanto como de la resistividad verdadera del subsuelo, aunque es un error no infrecuente el de intentar utilizar la pseudoseccin como el cuadro final de la verdadera resistividad del subsuelo.

Una aplicacin prctica de las pseudosecciones es la de permitir advertir valores defectuosos, los que habitualmente resaltan como puntos con valores inusualmente altos o bajos de la resistividad aparente. Por otra parte, constituyen una referencia para una posterior interpretacin cuantitativa la que es realizada mediante programas computarizados que, a partir de un modelo inicial del subsuelo dividido en un gran nmero de pequeas celdas, calculan los valores de la resistividad aparente (por diferencias finitas o por elementos finitos) que se comparan con los datos de campo. Por las discrepancias entre ambos se van haciendo ajustes en el modelo inicial hasta encontrar aquel cuyos valores de resistividad aparente calculados se ajusten satisfactoriamente con los datos de campo, con lo que se habr encontrado una seccin de resistividades verdaderas que resuelve el problema.

Los dispositivos habitualmente utilizados en este tipo de estudios son: a) Wenner, b) Wenner-Schlumberger, c) dipolar, d) bipolar y e) trielectrdico. La eleccin del ms


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conveniente para un determinado estudio depende del tipo de estructura a estudiar, del nivel de ruido y de las caractersticas del dispositivo, entre las que deben considerarse: i) la sensibilidad del dispositivo ante cambios verticales y horizontales de la resistividad del subsuelo, ii) la profundidad de investigacin, iii) la cobertura horizontal y iv) la potencia de la seal.

EJEMPLOS DE ESTUDIOS TRADICIONALESEJEMPLOS DE ESTUDIOS TRADICIONALESEJEMPLOS DE ESTUDIOS TRADICIONALESEJEMPLOS DE ESTUDIOS TRADICIONALES

En el Angosto de Andaluca.-La fig. 151 muestra un ejemplo de calicata simtrica combinada (fig. 131), realizada como parte de las mediciones geoelctricas en el Angosto de Andaluca (CALVETTY AMBONI, 1984) con la finalidad de evaluar la profundidad del basamento cristalino (sustrato resistivo). Tales mediciones fueron parte del estudio de prefactibilidad para la construccin de un dique que embalse las aguas del ro Abaucn - Colorado, a poco ms de 30 km de Tinogasta, Prov. de Catamarca.

10

100

1000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80N de estacin (el paso es de 10 m)

a (

.m

)

AB/2 = 16mAB/2 = 25mAB/2 = 40mAB/2 = 50m

A MN BA B B BAA dispositivo empleado20 m

Fig. 151: Seccin geoelctrica y CES combinada en el Angosto de Andaluca

El estudio geoelctrico incluy la medicin de 9 SEV Schlumberger de entre 160 y 800 m en base a cuya interpretacin, efectuada mediante el programa de Zohdy de 1973, se obtuvo una seccin aproximadamente transversal al angosto (parte superior de fig. 151), segn ella los mayores espesores sedimentarios se dan hacia las laderas, tal como se deduce tambin de las calicatas. En las que adems se observa un aumento de la resistividad aparente con el agrandamiento del dispositivo, es decir con el aumento de penetracin y por tanto, mayor influencia del basamento resistivo.

PE


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Realizado el estudio geoelctrico, se efectu una perforacin de exploracin en el punto de mayor profundidad de basamento calculado (65 m) la que se termin a los 72 m de profundidad, sin tocar basamento. Con base en estos resultados y a los de transporte de sedimentos por el ro (tambin desfavorables), el proyecto fue desestimado, archivado. En Santa Sylvina.- En la Regin Chaquea, el escaso relieve y el material sedimentario de origen principalmente elico, preponderantemente peltico, no favorece la formacin de reservorios de agua dulce en el subsuelo. Una alternativa para el almacenamiento de agua de lluvia es la construccin de represas, ubicadas habitualmente en bajos relativos que actan como colectores temporarios, lo que suele adems favorecer la recarga de la fretica, de muy baja permeabilidad, disminuyendo su salinidad, la que va en aumento con la profundidad.

Generalmente en la construccin de las represas se realiza una excavacin somera que aumenta la capacidad de almacenamiento del bajo natural, excavacin que no debe afectar sectores salinizados de la fretica, lo que podra ser causa de contaminacin y salinizacin del embalse, inutilizndolo como reservorio de agua potable.

0

50

100

150

200

250

0 50 100 150 200 250 300Progresiva O-E (m)

Prog

res

iva

S-N

(m

)

1,9 1,6 1,7 1,2 1,8 2,4 2,2 1,5 2,2 2,3 2,5 3,1 2,8 2,1 2,9 2,0 3,8 0,9 1,0 2,0 1,6 2,1 2,4 1,0 1,0 1,7 1,0 0,9 1,1 1,0

1,5 1,8 1,9 1,8 2,2 2,0 2,1 1,7 1,9 2,1 2,0 2,3 1,8 2,0 1,9 2,1 0,6 0,7 1,7 1,9 1,9 1,8 2,0 1,8 1,8 1,9 1,9 1,6 1,8 2,0 1,8

1.7 1,6 1,4 1,7 1,8 2,0 1,8 1,8 2,1 1,9 1,9 2,0 1,9 1,9 1,9 1,8 1,3 1,5 1,8 1,4 1,4 1,4 1,5 1,6 1,8 1,6 1,6

2,3 2,5 2 ,3 2,6 1.7 2,7 2,1 2,6 2,8 3,7 3,3 3,6 2,8 3,5 5,3 5,9 4,4 5,1 6,8 5,0 3,7 2,2 2,6 2,4 2,8 2,4 2,0 2,1 2,4 1,5 1,6

2,2 2,3 2 ,2 2,4 2,6 3,1 2,5 2,5 3,3 3,0 4,2 3,8 4,7 4,5 5,1 5,4 4,1 4,1 3,5 2,9 2,7 2,2 1,8 2,1 2,4 2,0 1,4 1,8 1,6 1,7

2,3 2,6 2 ,5 2,5 1.7 1,5 4,7 1,6 2,1 2,4 2,7 2,1 3,4 3,3 3,4 3,6 4,0 2,6 2,5 2,5 2,0 1,8 1,8 1,8 1,9 1,5 1,5 1,4 2,0 1,8 1,6

> 5m

< 2m

5m>>4m4m>>3m3m>>2m

A MN

MAPA DE RESISTIVIDAD

Dispositivo trielectrdicoAB/2=20m; MN=1m; p=10m

Fig. 152: Mapa de resistividad obtenido mediante una calicata trielectrdica en Santa Sylvina Tanto la delimitacin del sector a excavar como su ms conveniente profundidad,

puede hacerse midiendo la resistividad del suelo mediante calicatas elctricas y sondeos elctricos cortos, tal como se hizo en Santa Sylvina (Prov. del Chaco), a donde pertenece el mapa de resistividad de la fig. 152 que permiti delimitar el sector superficial de mayor permeabilidad, en cuyo caso la excavacin efectuada se limit al sector con resistividad mayor que 4 .m.

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