Abstracto

Resistividad eléctrica de Positrones (ERT) se ha utilizado en asociación con Penetración

de prueba estándar (SPT) y Dynamic Cone Penetration Test (DCPT) para

investigaciones geotécnicas en dos sitios propuestos para las centrales térmicas, en

Uttar Pradesh (UP), India. Pruebas de SPT y DCPT se realizaron a los 28 puntos y dos

perfiles de ERT, cada una mide 355 m de largo, se registraron utilizando 72 electrodos

desplegados a 5 m de distanciamiento. Caracterización eléctrica de suelo

subsuperficial se realizó utilizando datos de las perforaciones y análisis de tamaño de

grano de las muestras de suelo recogidas de pozos de sondeo. El concepto de variación

de la resistividad eléctrica con fuerza suelo relacionado con la distribución del tamaño

de grano, la cementación, la porosidad y la saturación se ha utilizado para

correlacionar la resistencia transversal de suelo con el número de recuentos de soplado

( N -valores) obtenidos a partir de datos de tubos sin soldadura y DCPT. Así, se observó

que la resistencia transversal de la columna de suelo está linealmente relacionada con

el número de recuentos de soplado ( N -valores) en estos sitios. Las relaciones lineales

son específicos del sitio y los coeficientes de relación lineal son sensibles a la litología

de la formación del subsuelo, que fue verificada por los datos del pozo. El estudio

demuestra la utilidad del método ERT en las investigaciones geotécnicas, que es el

tiempo económico, eficiente y menos tiempo en comparación con los otros métodos

geotécnicos, tales como tubos sin soldadura y DCPT, utilizados para el propósito.

Palabras clave

Tomografía de resistividad eléctrica ;

Resistencia transversal ;

Pruebas geotécnicas ;

Ensayo de penetración estándar ;

Prueba de penetración de cono dinámico

1. Introducción

Caracterización del subsuelo y la determinación de la resistencia del suelo son

requisito previo para el diseño de la fundación de importantes obras de ingeniería

civil. Caracterización eléctrica de suelo se realizó mediante la realización de

mediciones de resistividad eléctrica de superficie y posteriormente traducir estos datos

en términos de las propiedades eléctricas del subsuelo ( Israil y Pachauri,

2003 ). Varios intentos se han hecho en la literatura para integrar la ERT y datos

geotécnicos para la caracterización de suelo subsuperficial ( Cosenza et al.,

2006  y  Gay et al., 2006 ). La aplicación de la resistividad eléctrica para la

caracterización de suelo fue revisado por Samouëlian et al., (2005) .

Alternativamente, en los estudios geotécnicos, Penetración de prueba estándar (SPT)

proporciona datos sobre la resistencia de los suelos a la penetración, que puede ser

utilizado para evaluar la resistencia del suelo en términos de número de golpes ( N -

valores). Los N -valores se definen como el número de golpes por 30 cm de

penetración en el suelo. Siguiendo el procedimiento del ESTÁ 6403 - (1981) de

código, N -valores se pueden utilizar para obtener la capacidad de carga de los

suelos. En dinámico Cono prueba de penetración (DCPT), la resistencia, N -valor, a la

penetración del cono en términos del número de golpes por 30 cm de la penetración se

correlaciona con la capacidad de soporte del suelo. Los datos de estos ensayos

geotécnicos (SPT y DCPT) en asociación con la medición de datos y de laboratorio pozo

de sondeo de las propiedades del suelo (por ejemplo, distribución del tamaño de grano,

grado de saturación y permeabilidad) se utilizan para caracterizar el suelo

subsuperficial.

Pruebas geotécnicas son lentos y caros. Por otro lado, los métodos geoeléctricos son

más rápidos y relativamente barato. El uso de la resistividad eléctrica de Positrones

(ERT) técnica proporciona la imagen eléctrica del subsuelo y se ha convertido en una

herramienta importante para la caracterización eléctrica de los suelos. Correlación

entre parámetros eléctricos y la resistencia del suelo, derivado de ensayos

geotécnicos, puede ser estudiado por la elección de los diferentes parámetros

eléctricos. Se ha informado en la literatura ( Braga et al., 1999  y  Giao et al., 2003 )

que la relación entre los parámetros eléctricos, tales como capacidad de carga, la

resistividad y N -valores es pobre.

La física del flujo de corriente eléctrica en el suelo debajo de la superficie sugiere que

la posible relación entre la resistencia del suelo y la resistividad eléctrica debe basarse

en los parámetros que controlan la resistencia del suelo, así como la resistividad

eléctrica como la distribución de tamaño de grano, grado de saturación, la porosidad y

la cementación . Es así que desde la resistividad es sensible a la salinidad de saturar el

fluido mientras que la resistencia del suelo no está relacionada con ella. Por lo tanto, la

relación entre los parámetros eléctricos y la resistencia del suelo tendrá sentido si la

salinidad de saturar los cambios de fluidos con la profundidad. Por otro lado, el

contenido de arcilla en la matriz del suelo puede afectar tanto a la resistencia del

suelo, así como su resistividad con diferente grado. La propiedad de intercambio iónico

de la arcilla forma una nube móvil de iones adicionales alrededor de cada partícula de

arcilla. Estos iones facilitar el fácil flujo de la corriente eléctrica. Por lo tanto, en los

suelos de grano fino, tales como arcilla, la resistividad eléctrica es siempre inferior a lo

esperado sobre la base de análisis químico del agua extraída del suelo ( Zhdanov y

Keller, 1994 ). Por lo tanto, el contenido de arcilla en el suelo puede cambiar la relación

entre el parámetro eléctrico y la resistencia del suelo.

En el presente trabajo, reportaremos nuestras investigaciones sobre dos lugares que

tienen diferente matriz del suelo para la caracterización de los suelos mediante la

realización de ERT, SPT, DCPT y mediciones de laboratorio. Se propusieron los sitios

para la planta de energía térmica y se encuentran en Aligarh y Jhansi, Uttar Pradesh

(UP), India. La ubicación de estos sitios, junto con los puntos de la investigación y la

ERT línea de perfil se muestran en la figura. 1 . Los valores de resistividad eléctrica

derivados se calibran en primer lugar con los datos de las perforaciones de suelo

subsuperficial, y posteriormente se utilizan para calcular la resistencia transversal, que

se correlaciona con los valores de N registrados a partir de ensayos geotécnicos en

cada sitio.

La figura. 1. 

Mapa de localización del área de estudio, que muestra las ubicaciones de Resistividad

Eléctrica de Positrones (ERT), Pozos (BH) y Dynamic Cone Penetration Test (DCPT) en los sitios

investigados en Aligarh y Jhansi.

Opciones Figura

2. Investigación de campo

Las investigaciones de campo forman parte de las investigaciones que utilizan

geoeléctricos Resistividad eléctrica de Positrones (ERT) técnica e investigaciones

geotécnicas, que incluyen SPT, pruebas DCPT y distribución del tamaño de grano de las

muestras de suelo recolectadas en estos lugares. Datos de pozos se utilizaron para la

calibración y la correlación de los valores de resistividad al subsuelo. Los detalles de la

investigación de campo se discuten en lo siguiente:

2.1. Investigaciones geoelectrical

Resistividad eléctrica de Positrones (ERT) de la encuesta se llevó a cabo mediante el

sistema de electrodos múltiples (Syscal Junior). Los datos se registraron utilizando

secuencia de Schlumberger-Wenner con 72 electrodos desplegados a lo largo de la

línea del perfil en una separación entre electrodos de 5 m. La longitud total de cada

línea de perfil era 355 m. Procesamiento y la inversión de imagen de resistividad datos

del perfil se llevaron a cabo utilizando el código RES2DINV ( Loke y Barker,

1996  y  Loke, 1997 ). Para cada uno de los conjuntos de datos, L 1 norma se utiliza

para el desajuste entre los datos y la inversión se llevó a cabo usando el L 1 norma (en

bloques) método de inversión para el filtro de rugosidad modelo ( Loke et al., 2003 ).El

método utiliza un esquema de diferencias finitas para resolver el problema directo 2-D

y método de inversión de bloque para invertir los datos de la ERT

procesados. RES2DINV genera la imagen de profundidad resistividad invertida para

cada línea de perfil. La calidad del resultado de inversión se comprobó mediante el

control de error absoluto ( e rms ) entre la resistividad aparente medido y predicho dada

por,

ecuación( 1 )

Gire MathJaxen 

donde ρ una i meas y ρ una i calc son los valores de resistividad aparente medidos y calculados

en i TH punto de datos, respectivamente, y N es el número total de puntos de datos.

Inversión Geophysical sufre de no unicidad. Una forma de reducir la falta de

singularidad consiste en utilizar datos / información adicional de otras fuentes para

restringir la inversión geofísica. Se utilizaron los datos del pozo para limitar los valores

de resistividad dentro del rango aceptable para diferentes formaciones

litológicas. Valores RMS de 9% y 6% para los dos sitios investigados indican que los

datos se ajustan con la respuesta computarizada y los pisos de error promedio son 9%

y 6% en los datos en Aligarh y Jhansi, respectivamente. En la presente investigación,

los datos del SPT y DCPT se registraron hasta 16 m de profundidad, por lo tanto, el

modelo de resistividad se limita a una profundidad de 24 m. Modelos de resistividad de

profundidad invertidas se muestran en la figura. 2 (ayb) de Aligarh y Jhansi,

respectivamente.Distribución de la resistividad del subsuelo en estas áreas muestra

una variación significativa de la resistividad del suelo a diferentes profundidades a lo

largo de la línea del perfil. El rango de resistividad en estos lugares se encuentra entre

1 a 1000 Ωm, lo que indica una amplia variación en la matriz del suelo, distribución de

tamaño de grano y la saturación de agua.

La figura. 2. 

La sección de resistividad crudo y basado en los lineamientos Resistividad eléctrica de

Positrones (ERT) (a) Aligarh, (b) Jhansi. (Para la interpretación de las referencias a color en

esta leyenda de la figura, se remite al lector a la versión web de este artículo.)

Opciones Figura

Distribución de la resistividad en Aligarh ( . Fig. 2 (a)) indica la superficie del suelo

cerca insaturado representado por la alta resistividad, casi a lo largo de toda la línea de

perfil. Alta resistividad local en el material de la superficie cerca es debido a la

presencia de cantos rodados expuestos en la superficie. El espesor de la capa superior

varía entre 4.2 ma lo largo de la línea del perfil. La disminución de la resistividad a una

profundidad por debajo de 4 m indica la presencia de suelo saturado. Datos de sondeo

indica la presencia del nivel estático del agua a 4 m de profundidad. Formación

arcilloso está representado por una resistividad de menos de 10 Ωm. Formaciones

limosos están representados por un rango de resistividad de 10-50 Ωm.

La figura. 2 (b) indica el modelo de resistividad profunda similar obtenida en Jhansi. Sin

embargo, relativamente baja resistividad en todas las profundidades indica la

presencia de material de suelo fino y aumento en el porcentaje de arcilla en la matriz

del suelo. Nivel estático del agua se registra a 3,0 m. Hay algunas zonas de resistividad

secundarias locales (> 200 Ωm) cerca de la superficie, lo que indica la falta de

homogeneidad localizadas laterales de resistividad del material de la superficie cerca,

que se deben a la presencia de grandes rocas secas de tamaño; tales características se

observan en este sitio. La presencia de materiales más finos (limo y arcilla) en

condiciones de saturación, a una profundidad por debajo de 3 m, se indica por la

disminución de la resistividad. La formación de arcilla está representado por la baja

resistividad (<10 Ωm) zona.

Los resultados se muestran en la ERT figura. 2 (ayb) se utilizan para la caracterización

eléctrica del subsuelo mediante la generación de perfil eléctrica del suelo en lugares

seleccionados a lo largo de la línea del perfil. El perfil eléctrica del suelo se calibra con

los tipos de suelo subsuperficial obtenidos a partir de los datos de las

perforaciones. Por último, los parámetros eléctricos están correlacionadas con la

resistencia del suelo determinado a partir de SPT, DCPT y análisis de tamaño de grano

en los sitios de Aligarh y Jhansi.

2.2. Investigaciones geotécnicas

Las ubicaciones de tubos sin soldadura, pruebas DCPT y pozos perforados en Aligarh y

Jhansi se muestran en la figura. 1 . Pruebas SPT se realizaron en 17 puntos hasta un

máximo de 15,5 m de profundidad, siguiendo el procedimiento establecido en el IS:

2131 - (1981) de código. Pruebas DCPT se llevaron a cabo en 11 puntos de acuerdo a

lo señalado en IS: 4968 - (1976) de código en Jhansi. En DCPT, cono de diámetro 50

mm con ángulo de 60 ° ápice fue enterrada en el suelo usando un martillo 65 kg cae

libremente desde una altura de 75 cm. El número de golpes ( N se registró necesarios

para la penetración de cada profundidad de 15 cm en el suelo-valores),. Se recogieron

muestras de suelo para análisis de tamaño de grano, desde los pozos perforados cerca

de estos lugares.

Corregido N -valores con profundidad en Aligarh y Jhansi, junto con las cantidad de

golpes medias; curva continua, y la desviación estándar; curva de puntos, se muestran

en la figura. 3 (a y b), respectivamente. El área de estudio en ambos sitios tiene

formación aluvial, que generalmente se caracteriza como medio

estratificado. Cualquier pequeña variación lateral sobre un área local (≈ 1 kilometro 2 )

es atendido en un promedio de N -valores. Los N -valores, en general, aumentan con la

profundidad; la tasa de aumento varía con la profundidad, la cual depende de los

parámetros de resistencia del suelo, tales como la distribución de tamaño de grano, la

porosidad, grado de saturación, y la cementación de la matriz del suelo, etc La N - los

valores obtenidos a partir de pruebas DCPT en Jhansi junto con su media; curva

continua y la desviación estándar; curva de puntos se muestran en la figura. 4 .

La figura. 3. 

Variación del número de cantidad de golpes ( N -valores) registrados durante Penetración de

prueba estándar (SPT) conspiró con la profundidad en el (a) Aligarh, (b) Jhansi.

Opciones Figura

La figura. 4. 

Variación del número de cantidad de golpes ( N -valores) obtenidos de Dynamic Cone

Penetration Test (DCPT) conspiró con profundidad a Jhansi.

Opciones Figura

El análisis de laboratorio de las muestras de suelo recolectadas en estos sitios se llevó

a cabo para determinar la distribución del tamaño de grano con la profundidad. El

porcentaje medio de diferentes tamaños de partículas, grava (> 4,75 mm), arena

(0,075 a 4,75 mm), y arena fina (<0,075 mm) conspiró con la profundidad en los sitios

de Aligarh y Jhansi se muestran en la figura. 5 (A y B), respectivamente. En Aligarh

arena está dominando principalmente en todas las profundidades estudiadas excepto

entre 1,5 a 3,0 m y 9,0 a 12,0 m, donde predomina la arena fina (> 50%), mientras que

en Jhansi arena fina está dominado consistentemente (> 70%), mientras que la arena

es menos de 20%. La composición de la grava es muy pequeña (<10%) en ambos

sitios. La variación de la resistividad con la distribución del tamaño de grano y otros

parámetros se discuten a continuación.

La figura. 5. 

Distribución de tamaño de partícula en porcentaje de grava (> 4,75 mm), arena (0,075 a 4,75

mm) y arena fina (<0,075 mm) obtenido de la muestra de suelo recogida en varias

profundidades de (a) Aligarh; (b) sitios de Jhansi.

Opciones Figura

En el suelo saturado, flujo de corriente eléctrica a través de los iones presentes en el

líquido saturante (salmuera). Matriz del suelo y distribuciones de tamaño de grano

ofrecen resistencia al flujo de corriente iónica a través de la presente líquido en los

espacios de los poros. Si el tamaño de grano es muy pequeña (<0,075 mm), tal como

en la arcilla, la corriente eléctrica fluirá fácilmente a través del fluido de poro lo que es

menos resistivo. Sin embargo, como el tamaño de grano aumenta, se ofrece más

resistencia al flujo de corriente iónica. Por lo tanto, la resistividad volumétrica del suelo

aumentará. Archie (1942) ha dado una relación empírica entre la resistividad eléctrica

y la porosidad del suelo. Para la porosidad y la saturación constante, resistividad

volumétrica de suelo aumentará con el aumento de tamaño de grano ( Zhdanov y

Keller, 1994 ). figura. 2 (A y B) también muestran la relación entre la resistividad y la

distribución del tamaño de grano en los sitios investigados.

3. Correlación geoeléctricos con datos geotécnicos

Variación de la resistividad con la profundidad y el promedio de N valores en los dos

sitios investigados se muestran en la figura. 6 (a y b), respectivamente. No hay

relaciones específicas entre la resistividad y N -valor se observan en la

figura. 6 (b). Resultados similares fueron reportados por Braga et al. (1999) , Giao et

al. (2003) .

La figura. 6. 

Variación de valores de resistividad derivados de la sección interpretado (a) con la

profundidad y (b) con un recuento promedio de soplado.

Opciones Figura

Además, hemos utilizado la resistencia transversal para la correlación con

los N valores. La resistencia transversal ( T ) para la sección m-capa se ha calculado

como,

Gire MathJaxen 

donde ρ i y h i es la resistividad y el espesor de la i ª capa, respectivamente. Como

ambos sitios están localizados en la zona aluvial en la que no se espera una importante

discontinuidad horizontal. Por lo tanto, se utiliza la media de la resistividad horizontal

sobre una pequeña línea de perfil (<1 km).

Los valores de resistividad se derivan de secciones en profundidad resistividad ( . Fig.

2  y  . Fig. 3 ) en las profundidades para el que N se registraron los

valores. figura. 7 muestra la variación de la resistencia transversal con la profundidad

en los sitios investigados.

La figura. 7. 

Variación de la resistencia transversal con la profundidad en los sitios de Aligarh y Jhansi.

Opciones Figura

La figura. 8 (a y b) muestran las relaciones lineales entre la resistencia transversal y el

promedio de Nvalores. Los coeficientes en las relaciones lineales son sensibles a la

litología y contenido de arcilla en los sitios investigados. La relación lineal obtenido en

Aligarh y Jhansi está dada por las siguientes ecuaciones, respectivamente.

ecuación( 2 )

y   = 0 , 0 2 8  x   1 0 , 9 0 9Gire MathJaxen 

ecuación( 3 )

Y   = 0 . 1 0 2  x   4 . 9 2 2Gire MathJaxen 

donde abscisa x es la resistencia transversal (Ωm 2 ) y la ordenada y es el número de

recuentos de soplado ( N -valores). Los coeficientes de correlación ( R ) de las

ecuaciones. (2)  y  (3) son 0,974 y 0,975 respectivamente.

La figura. 8. 

Relación lineal entre el número de recuentos de soplado ( N -valores) y la resistencia

transversal obtenidos en (a) Aligarh; (b) Jhansi.

Opciones Figura

Las Ecs. (2)  y  (3) demuestran que la resistencia transversal está linealmente

relacionada con N -valores en los sitios investigados. Las diferencias en los coeficientes

de ajuste lineal en los dos sitios se deben a la diferencia en su contenido de arcilla. En

Aligarh, el porcentaje de contenido de arcilla es menor en comparación con los otros

sitios en Jhansi. Esto se indica por los cambios en laderas de ajuste lineal en las

Ecs. (2)  y  (3) . La correlación positiva entre la resistencia transversal y N -valor es el

principal resultado de la presente investigación.

4. Conclusión

Investigaciones geotécnicas se han llevado a cabo en dos tipos de suelo diferentes en

Aligarh y Jhansi sitio, en Uttar Pradesh, India. El SPT, DCPT y granos de datos de

análisis de tamaño se han integrado con los resultados de la ERT. Los valores de

resistividad se correlacionan con la matriz del suelo y la distribución de tamaño de

grano. Relación lineal se ha presentado entre la resistencia transversal derivada de los

datos de la ERT y N-valores obtenidos a partir de ensayos geotécnicos en estos sitios. A

medida que estos sitios representan diferentes matriz del suelo se encuentra en

diferentes ambientes geológicos, los coeficientes de ajuste lineal son diferentes. Por lo

tanto, las relaciones son específicos y requieren de un amplio estudio para establecer

su validez y limitaciones, en diferentes ambientes geológicos, para su aplicación

futura. Una vez que tal relación se conoce para una ubicación en particular, la

resistencia del suelo se puede determinar a partir de los resultados de la ERT. La

determinación de la resistencia del suelo usando ERT es económico, rápido y eficiente

en comparación con la directa en métodos in situ utilizados para determinar la

resistencia del suelo para fines de ingeniería civil y, por lo tanto, es muy útil en las

investigaciones geotécnicas.