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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIÓN DE INGENIERÍA GEOFÍSICA

CARACTERIZACIÓN DEL SUBSUELO EN DOS ZONAS DE ESTUDIO IMPLEMENTANDO TÉCNICAS GPR Y SONDEOS ELECTRICOS VERTICALES

Realizado por:

Daniel Antonio Torres García

INFORME DE PASANTÍA

Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de

Ingeniero Geofísico

Sartenejas, Octubre de 2010

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIÓN DE INGENIERÍA GEOFÍSICA

CARACTERIZACIÓN DEL SUBSUELO EN DOS ZONAS DE ESTUDIO IMPLEMENTANDO TÉCNICAS GPR Y SONDEOS ELECTRICOS VERTICALES

Realizado por:


Realizado con la Asesoría de:

Tutor Académico Prof. Evert Duran

Tutor Industrial Ing. José Fernandes

INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Geofísico

Sartenejas, Octubre de 2010

iii

CARACTERIZACIÓN DEL SUBSUELO EN DOS ZONAS DE ESTUDIO IMPLEMENTANDO TECNICAS GPR Y SONDEOS ELECTRICOS

VERTICALES

Por


RESUMEN

El presente informe consta de 2 estudios geofísicos realizados en diferentes zonas de

Venezuela. La primera zona de estudio se localiza cercana a la carretera de Ciudad Piar- Ciudad

Bolívar, en donde se realizaron Sondeos Eléctricos Verticales (SEV) utilizando un dispositivo

tetraelectródico tipo Wenner con una apertura máxima de 60 metros (a= 20 metros) en 4

direcciones con rumbo NS, N45E, EW y N45W, de esta manera es posible determinar los valores

de resistividad del suelo y verificar si existe anisotropía horizontal entre los puntos a ser objeto

de los SEV. El procesamiento de los datos se realizó utilizando el software IPI2win siendo

posible la generación de modelos multicapas de resistividad verdadera. Además, con el objetivo

de observar el comportamiento de la geometría eléctrica de los puntos objeto, se generó tres (3)

perfiles que muestran pseudo-secciones de resistividad aparente así como sus correspondientes

secciones de resistividad real.

La segunda zona de estudio se ubicó entre los poblados de El Tinaco y El Topo, Estado

Cojedes. Se realizaron dieciséis (16) perfiles de geo-radar (GPR) distribuidos entre la parte

externa e interna de una edificación pública. El objetivo principal de este estudio está basado en

la determinación de la posible causa del deterioro de la estructura. La profundidad de

investigación aproximada fue de 8 metros. El procesamiento de los perfiles GPR se realizó

utilizado una versión de prueba del software Reflexz2DQuick; el cual filtra y procesa la imagen,

finalmente, mediante el análisis de los perfiles se pudo interpretar que el material de relleno se

está compactando debido al asentamiento de la estructura.

iv

A mis padres, a mis

hermanos, por el apoyo

incondicional brindado y estar

siempre de primeros a lo largo

de la vida

v

AGRADECIMIENTOS

Ante todo doy gracias Dios por hacer posible este éxito y tener la oportunidad de compartirlo

con mi familia, amigos y seres queridos.

Gracias a todas las personas con quien tuve la oportunidad de compartir en la universidad y

que de alguna u otra manera contribuyeron a formar la persona que soy hoy.

A mi tío José, mi tío Enemencio y mi tía Mari que siempre han estado muy cerca y han sabido

hacerme sentir en casa dentro de sus hogares.

Agradecimientos especiales a las personas que hicieron posible este trabajo:

A mi tutor industrial y amigo el Ingeniero José Fernandes por tu OPORTUNA ayuda,

colaboración, y paciencia conmigo.

A mi tutor académico Evert Duran por decidir apoyarme y ayudarme a cumplir esta meta.

A mi amigo Bernardo por ofrecer su ayuda incondicional y apoyo para la realización de este

trabajo.

A María por todo su apoyo y buena disposición en las noches trabajando juntos y las largas

horas en el laboratorio de GPS.

A mi primo Betico, por el apoyo ofrecido y sus “Mafias en la biblioteca de la facultad; D”.

vi

A mi socio Armandito, por el apoyo durante los años juntos en la carrera estudiando durante el

día y las largas noches sin dormir con veinte tazas de café con guaraná jajaja. Por tu buena

disposición y apoyo siempre gracias.

A mi compa Meche, siempre estaré súper agradecido. ¡Jamás!, pensé que la persona que

conocí aquella noche en la calle Bolívar de Chacao se convirtiera en un pilar de apoyo tan

importante. Gracias por todo.

Al Chinito por adoptarme prácticamente para brindar su apoyo y ayuda incondicional para

realizar este trabajo.

Agradecimientos Súper Especiales al pilar fundamental de la vida, Mi Familia.

A Adrianita y Gabrielito, por demostrarme en cada paso que nunca estoy solo y que en ustedes

puedo contar.

A mi Mamá, a mi Papá, sólo Dios y ustedes son testigo de todo el esfuerzo y sacrificio que

hicieron para brindarme a mí y a mis hermanos todo lo que necesitamos y mucho más, para ser

personas felices y plenas. Agradecido de por vida =D.

vii

ÍNDICE RESUMEN………………………..…………………………….………..……..………………....iii

DEDICATORIA…………………….………….……………………………………………….....iv

AGRADECIMIENTOS…………………………………………………...………………….……v

ÍNDICE GENERAL……………...………………………………………...……..…..…….…….vii

ÍNDICE DE TABLAS………………………………….…………………………………..……...xi

ÍNDICE DE FIGURAS…………………………………………………………………………...xii

INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................................... 1

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ................................................................................. 2

1.2 OBJETIVOS ................................................................................................................. 3

1.2.1 Objetivos General ................................................................................................. 3

1.2.2 Objetivos Específicos ............................................................................................ 3

1.2.2.1 Objetivos específicos de los SEV en Ciudad Piar ........................................... 3

1.2.2.2 Objetivos específicos de los perfiles GPR ........................................................ 4

CAPÍTULO I FUNDAMENTOS TEÓRICOS .......................................................................................... 5

1.1 RESISTIVIDAD ELÉCTRICA .............................................................................................. 5

1.1.1 Resistividad de las rocas ....................................................................................... 6

1.1.2 Resistividad aparente ............................................................................................ 9

1.2 DISPOSITIVOS ELECTRÓDICOS ...................................................................................... 10

1.2.1 Dispositivo electródico tipo Wenner .................................................................. 11

1.3 PROSPECCIÓN GEOELÉCTRICA ...................................................................................... 12

1.3.1 Sondeos eléctricos verticales .............................................................................. 12

1.3.2 Profundidad de penetración ................................................................................ 13

1.3.3 Limitaciones de los SEV ..................................................................................... 14

1.4 ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS ..................................................................................... 15

1.4.1 Ecuaciones de Maxwell ...................................................................................... 15

1.4.2 Parámetros electromagnéticos de un medio ........................................................ 16

1.4.2.1 Conductividad ................................................................................................. 16

1.4.2.2 Permitividad dieléctrica .................................................................................. 17

1.4.2.3 Permeabilidad magnética ................................................................................ 18

1.5 GPR ............................................................................................................................. 18

viii

1.5.1 Velocidad de propagación en un medio .............................................................. 19

1.5.2 Atenuación .......................................................................................................... 19

1.5.3 Impedancia EM ................................................................................................... 20

1.5.4 Propiedades Eléctricas de los Materiales Geológicos ......................................... 20

1.5.5 Reflexión, refracción, y transmisión en interfaces .............................................. 22

1.5.6 Profundidad del objeto ........................................................................................ 24

1.5.7 Hipérbolas de reflexión ....................................................................................... 24

1.5.8 Procesamiento de imágenes GPR ....................................................................... 26

1.5.8.1 Corrección estática “Static Correction” .......................................................... 26

1.5.8.2 Resta del valor medio “Subtract Mean (Dewow)” ......................................... 26

1.5.8.3 Función de ganancia “Gain Function” ............................................................ 27

1.5.8.4 Filtro paso banda “Bandpass Butterworth” ..................................................... 27

1.5.8.5 Promedio corriente “Running Average” ......................................................... 27

CAPÍTULO II ÁREA DE ESTUDIO ......................................................................................................... 29

2.1 SEV CIUDAD PIAR ....................................................................................................... 29

2.1.1 Ubicación ............................................................................................................ 29

2.1.2 Clima ................................................................................................................... 30

2.1.3 Geología .............................................................................................................. 30

2.1.3.1 Complejo Imataca ........................................................................................... 30

2.2 GPR TINACO ............................................................................................................... 31

2.2.1 Ubicación ............................................................................................................ 31

2.2.2 Clima ................................................................................................................... 32

2.2.3 Geología .............................................................................................................. 32

CAPÍTULO III EQUIPOS Y HERRAMIENTAS ................................................................................... 33

3.1 EQUIPOS ....................................................................................................................... 33

3.1.1 Equipos de adquisición eléctrica ........................................................................ 33

3.1.2 Equipo de adquisición de perfiles GPR .............................................................. 34

3.2 HERRAMIENTAS ........................................................................................................... 35

3.2.1 IPI2WIN (versión 3.0) ........................................................................................ 35

3.2.2 Reflex2DQuick ................................................................................................... 36

3.2.3 GaiaSpectrum. ..................................................................................................... 36

3.2.4 Surfer 8................................................................................................................ 37

ix

CAPÍTULO IV METODOLOGÍA DE ADQUISICIÓN, PROCESAMIENTO E

INTERPRETACIÓN DE LOS S.EV. ........................................................................................................ 38

4.1 ADQUISICIÓN DE LOS SEV ........................................................................................... 38

4.2 PROCESAMIENTO DE LOS SEV ..................................................................................... 39

4.2.1 Generación de modelos multicapas de resistividad ............................................ 40

4.2.1.1 SEV SN-01...................................................................................................... 41

4.2.1.2 SEV SN-02...................................................................................................... 42

4.2.1.3 SEV SN-03...................................................................................................... 44

4.2.1.4 SEV SN-04...................................................................................................... 46

4.2.1.5 SEV SN-05...................................................................................................... 47

4.2.1.6 SEV SN-06...................................................................................................... 49

4.2.1.7 SEV SN-07...................................................................................................... 51

4.3 INTERPRETACIÓN DE LOS SEV ..................................................................................... 52

4.3.1 Perfil eléctrico 01 ................................................................................................ 53

4.3.2 Perfil eléctrico 02. ............................................................................................... 56

4.3.3 Perfil eléctrico 03 ................................................................................................ 58

CAPÍTULO V METODOLOGÍA DE ADQUISICIÓN, PROCESAMIENTO E

INTERPRETACIÓN DE LOS PRFILES GPR ...................................................................................... 64

5.1 ADQUISICIÓN ............................................................................................................... 64

5.2 PROCESAMIENTO DE LOS PERFILES GPR ...................................................................... 65

5.2.1 Corrección estática .............................................................................................. 68

5.2.2 Resta del valor medio .......................................................................................... 69

5.2.3 Filtro paso banda ................................................................................................. 70

5.2.4 Promedio corriente .............................................................................................. 71

5.2.5 Análisis de velocidad del medio ......................................................................... 72

5.3 INTERPRETACIÓN DE PERFILES GPR............................................................................. 73

5.3.1 Perfiles GPR externos ......................................................................................... 74

5.3.1.1 Perfil GPR 01. ................................................................................................. 74

5.3.1.2 Perfil GPR 02 .................................................................................................. 75

5.3.1.3 Perfil GPR 03 .................................................................................................. 76

5.3.1.4 Perfil GPR 04 .................................................................................................. 77

5.3.1.5 Perfil GPR 05 .................................................................................................. 78

x

5.3.1.6 Perfil GPR 09 .................................................................................................. 79

5.3.1.7 Perfil GPR 10 .................................................................................................. 80

5.3.2 Internos ............................................................................................................... 82

5.3.2.1 Perfil GPR 06 .................................................................................................. 82

5.3.2.2 Perfil GPR 07 .................................................................................................. 83

5.3.3 Perfil GPR 08 ...................................................................................................... 84

5.3.4 Perfil GPR 11 ...................................................................................................... 85

5.3.5 Perfil GPR 12 ...................................................................................................... 86

5.3.6 Perfil GPR 13 ...................................................................................................... 87

5.3.7 Perfil GPR 14 ...................................................................................................... 88

5.3.8 Perfil GPR 15 ...................................................................................................... 89

5.3.9 Perfil GPR 16 ...................................................................................................... 90

CAPÍTULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 92

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................................... 94

APÉNDICE A: PLANILLAS DE CAMPO CON LOS DATOS DE LOS S.E.V. ........................ 97

APÉNDICE B: PLANTA DE FUNDACIONES Y VIGAS DE RIOSTRA. ................................ 104

APÉNDICE C: ESQUEMA DE LAS FUNDACIONES. ................................................................... 105

APÉNDICE D: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL EQUIPO SIR 3000 DE GSSI ........ 106

APÉNDICE E: FICHA TÉCNICA DEL EQUIPO PASI ................................................................... 107

xi

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla I.1 Resistividad de algunas rocas y minerales…………………………..…….………….…6

Tabla I.2 Clasificación de los SEV en función de la separación final entre A, y B ………....…..13

Tabla I.3 Valores típicos de constante dieléctrica, conductividad, velocidad y atenuación en

materiales geológicos más comunes a 100 MHz…………………………………………...….….20

xii

ÍNDICE DE FIGURAS Figura. I-1 Resistividad de una solución de NaCl en función de su concentración.. .................. 8

Figura. I-2 Distribución del agua en el suelo .............................................................................. 9

Figura. I-3 Dispositivo tetraelectródico para la medida de resistividad en un medio homogéneo

e isotrópico ................................................................................................................................ 10

Figura. I-4 Flujo eléctrico en medio natural. ............................................................................ 11

Figura. I-5 Arreglo electródico tipo Wenner ........................................................................... 12

Figura. I-6 Principio del SEV con un dispositivo electródico lineal estándar .......................... 13

Figura. I-7 Diferentes modelos usados en la interpretación de mediciones de resistividad .... 14

Figura. I-8 Efecto del contenido de agua en la constante dieléctrica ....................................... 22

Figura. I-9 Comportamiento de un campo EM propagándose a través de una interface entre

dos materiales............................................................................................................................ 23

Figura. I-10 Fuente puntual de hipérbola de reflexión ............................................................. 25

Figura. I-11 Patrón de energía observado en función del objeto reflector. ............................... 25

Figura. II-1 Ubicación regional del área de estudio de los SEV . ............................................. 29

Figura. II-3 Ubicación regional del área de estudio de los perfiles GPR ................................ 32

Figura. III-1 Equipo de Adquisición de medida de resistividad. .............................................. 33

Figura. III-2 Equipo GPR de antenas de 400 Mhz .................................................................... 34

Figura. IV-1 Distribución espacial de los SEV realizados. ...................................................... 38

Figura. IV-2 Valores de resistividad aparente son graficados en función de la apertura AB/3

para el SEV SN01 con dirección NS ........................................................................................ 39

Figura. IV-3 Resistividad aparente en función de AB/3 para SEV SN-01. .............................. 41

Figura. IV-4 Curvas de Resistividad en función de apertura y ajuste del modelo multicapa del

SEV SN-01NS. ......................................................................................................................... 41


SEV SN-01N45E. ..................................................................................................................... 41

xiii


SEV SN-01EW. ........................................................................................................................ 42


SN-01N45W. ............................................................................................................................ 42

Figura. IV-8 Resistividad aparente en función de AB/3 para SEV SN-02. .............................. 42


SEV SN-02NS. ......................................................................................................................... 43

Figura. IV-10 Curvas de Resistividad en función de apertura y ajuste del modelo multicapa

del SEV SN-02N45E. ............................................................................................................... 43


del SEV SN-02EW. .................................................................................................................. 43


SEV SN-02N45W. .................................................................................................................... 44

Figura. IV-13 Resistividad aparente en función de AB/3 para SEV SN-03. ............................ 44


SEV SN-03NS. ......................................................................................................................... 44


del SEV SN-03N45E. ............................................................................................................... 45


del SEV SN-03EW. .................................................................................................................. 45


SEV SN-03N45W. .................................................................................................................... 45

Figura. IV-18 Resistividad aparente en función de AB/3 para SEV SN-04. ........................... 46


del SEV SN-04NS..................................................................................................................... 46


del SEV SN-04N45E. ............................................................................................................... 46

xiv


del SEV SN-04EW. .................................................................................................................. 47


del SEV SN-04N45W. .............................................................................................................. 47



del SEV SN-05NS..................................................................................................................... 48


del SEV SN-05N45E. ............................................................................................................... 48


del SEV SN-05EW. .................................................................................................................. 48


del SEV SN-05N45W. .............................................................................................................. 49



del SEV SN-06NS..................................................................................................................... 49


del SEV SN-06N45E. ............................................................................................................... 50


del SEV SN-06EW. .................................................................................................................. 50


del SEV SN-06N45W. .............................................................................................................. 50



del SEV SN-07NS..................................................................................................................... 51


del SEV SN-07N45E. ............................................................................................................... 51

xv


del SEV SN-07EW. .................................................................................................................. 52


del SEV SN-07N45W. .............................................................................................................. 52

Figura. IV-38 Ubicación de los perfiles eléctricos. ................................................................. 53

Figura. IV-39 Pseudo-sección de resistividades aparentes del Perfil eléctrico 01 para los SEV

en dirección N-S. ...................................................................................................................... 53

Figura. IV-40 Sección de resistividades del Perfil eléctrico 01 en dirección N-S. .................. 54


en dirección N45E..................................................................................................................... 54

Figura. IV-42 Sección de resistividades del Perfil eléctrico 01 en dirección N45E. ............... 54


en dirección E-W. ..................................................................................................................... 54

Figura. IV-44 Sección de resistividades del Perfil eléctrico 01 en dirección E-W. ................. 55


en dirección N45W. .................................................................................................................. 55

Figura. IV-46 Sección de resistividades del Perfil eléctrico 01 en dirección N45W. ............. 55


en dirección N-S. ...................................................................................................................... 56



en dirección N45E..................................................................................................................... 56



en dirección E-W. ..................................................................................................................... 57



en dirección N45W. .................................................................................................................. 57

xvi



en dirección N-S. ...................................................................................................................... 58



en dirección N45E..................................................................................................................... 59



en dirección E-W. ..................................................................................................................... 59



en dirección N45W. .................................................................................................................. 60


Figura. IV-63 Pseudo-sección de resistividades aparentes del Perfil eléctrico 01. ................. 61

Figura. IV-64 Sección de resistividades del Perfil eléctrico 01. ............................................... 61

Figura. IV-65 Pseudo-sección de resistividades aparentes del Perfil eléctrico 02. ................. 61

Figura. IV-66 Sección de resistividades del Perfil eléctrico 02. .............................................. 61

Figura. IV-67 Pseudo-sección de resistividades aparentes del Perfil eléctrico 03. .................. 62

Figura. IV-68 Sección de resistividades del Perfil eléctrico 03. .............................................. 62

Figura. IV-69Ubicación relativa de los SEV que muestran la base del relleno y su buzamiento

aparente. .................................................................................................................................... 63

Figura. V-1 Distribución espacial de los perfiles GPR. ........................................................... 65

Figura. V-2 Ventana para el procesamiento de imágenes sísmicas y de GPR en el software

Reflex2DQuick. ........................................................................................................................ 66

Figura. V-3 Perfil GPR 01 antes del procesamiento. ............................................................... 67

Figura. V-4 Espectro de frecuencia correspondiente a una traza del perfil GPR 01. .............. 67

Figura. V-5 Corrección estática de perfil GPR 01 ................................................................... 68

xvii

Figura. V-6 Resta del valor medio del perfil GPR 01 ............................................................. 69

Figura. V-7 Filtro paso banda del perfil GPR 01 ..................................................................... 70

Figura. V-8 Promedio corriente del perfil GPR 01 ................................................................. 71

Figura. V-9 Análisis de hipérbolas de reflexión del perfil GPR 01. ........................................ 73

Figura. V-10 Perfil GPR 01 .................................................................................................... 74

Figura. V-11 Perfil GPR 02. .................................................................................................... 75






Figura. V-17 Perfil GPR 06. ................................................................................................... 82



Figura V-20 Perfil GPR 11. .................................................................................................... 85




V-24 Perfil GPR 15. ................................................................................................................ 89

Figura. V-25 Perfil GPR 16 .................................................................................................... 90

1

INTRODUCCIÓN

El objetivo de la geofísica es estudiar las propiedades físicas del interior de la tierra y

determinar la localización de cuerpos delimitados por el contraste de alguna de sus propiedades

físicas con respecto a las del medio circundante. Esto se logra a través de la observación indirecta

de una magnitud física, por ejemplo en sísmica; por la velocidad de transmisión de las ondas se

puede estimar la profundidad y forma de una estructura de interés; en gravimetría, se puede

estimar la variación de la densidad; en prospección eléctrica, la resistividad de las rocas; o en

electromagnetismo la conductividad aparente. Los diversos métodos geofísicos brindan la

posibilidad de resolver problemas de diferentes naturalezas, según sea el caso.

Existen diversas técnicas geoeléctricas que permiten medir la resistividad del medio. Uno de

los métodos más utilizados es el de prospección mediante sondeos eléctricos verticales (SEV) en

sus múltiples dispositivos, el cual permite de limitarlas capas del subsuelo estimando sus valores

de espesor y resistividad. Esto al correlacionarlo con la información obtenida de la geología

presente, se puede asociar a un tipo específico de roca o sedimento.

Por otro lado la técnica de georradar se ha ido desarrollando y empleando desde los años

cincuenta en investigaciones superficiales de alta resolución del subsuelo aplicados a ciertos

campos en Geología, Ingeniería, Minería y Glaciología. Es una técnica no destructiva que, en los

primeros metros de profundidad, reproduce la cartografía del subsuelo y los posibles problemas a

solventar desde el punto de vista geofísico e ingeniería civil.

2

1.1 Planteamiento del problema.

Actualmente se está desarrollando el proyecto de construcción de la siderúrgica nacional en

Ciudad Piar, Edo. Bolívar. Para poder llevar a cabo dicho proyecto, es requerido un estudio

estratigráfico y geotécnico del subsuelo con fines de ingeniería.

Por otro lado, cerca del poblado de Tinaco, Edo. Cojedes, se llevó a cabo la construcción de

un edificio de dos plantas sobre un material de relleno que fue utilizado para nivelar una quebrada

que existía en el lugar. Actualmente dicho edificio presenta grietas y fisuras y se requiere un

estudio de subsuelo para poder generar un diagnóstico de la estructura.

Conociendo los alcances teóricos de los métodos y con la finalidad de caracterizar el subsuelo

según los requerimientos de los clientes, se implementaron dos campañas de adquisición a cargo

de la compañía Geophysical Survey C.A.; la primera constó de 7 sondeos eléctricos verticales

(SEV) tipo Wenner en cuatro direcciones y la segunda constó de 16 perfiles de georradar.

La adquisición de los SEV se llevó a cabo en el terreno destinado a la construcción de la

siderúrgica nacional en Ciudad Piar. Luego de aplicar una secuencia básica de procesamiento

de los SEV con el software IPI2WIN, se pudo interpretar el basamento del relleno a una

profundidad que varía de 10 m. hasta los 18m., adicionalmente el material de relleno se puede

asociar a sedimento de tamaño de grano arena y grava.

El propósito de la prospección con el Georadar es dar a conocer la existencia en la

estratigrafía presente de cavidades, vacíos o estructuras que puedan interferir con la estabilidad de

la estructura de dos pisosen el poblado de Tinaco.

3

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivos General

Caracterizar el subsuelo, en términos de resistividad en la zona de Ciudad Piar implementando

Sondeo Eléctricos Verticales.

Realizar un estudio de suelo que ayude a generar un diagnóstico estructural de la edificación

ubicada en el área de Tinaco, mediante levantamientos de perfiles de georradar.

1.2.2 Objetivos Específicos

1.2.2.1 Objetivos específicos de los SEV en Ciudad Piar

• Adquisición y control de calidad de datos eléctricos mediante dispositivo arreglos tipo

Wenner en cuatro direcciones con aperturas de 1, 3, 6, 9, 12, 15 y 20 metros.

• Generación de base de datos de los sondeos eléctricos.

• Determinación de los valores de resistividad y modelos multicapa.

• Correlación lateral de los SEV, a través de la creación de perfiles eléctricos, con

pseudo-secciones de resistividad aparente y secciones de resistividad verdadera.

• Observación del comportamiento de la geometría eléctrica de los puntos objeto.

4

1.2.2.2 Objetivos específicos de los perfiles GPR

• Levantamiento de 16 perfiles GPR, distribuidos en la parte externa y la parte interna de

la estructura

• Procesamiento de los perfiles de georradar aplicando diferentes filtros.

• Identificar horizontes reflectores de interés y anomalías presentes en cada perfil.

• Interpretación de los perfiles GPR.

5

CAPÍTULO I FUNDAMENTOS TEÓRICOS

1.1 Resistividad eléctrica

La resistividad se define como un coeficiente cuya magnitud describe el grado de dificultad

que el cuerpo presenta al paso de electricidad a través del mismo. Se designa por la letra griega

rho minúscula (ρ) y se mide en ohm por metro.

De igual modo es posible determinar el grado de facilidad del paso de la corriente por el

conductor, resultando así el concepto de conductividad que se define como el inverso de la

resistividad. Se designa por la letra griega sigma minúscula (σ) y se mide en siemens entre

metro (Ecuación 1).

1 Ecuación 1

Según la ley de Ohm la corriente eléctrica (I) que circula a través de un conductor es

directamente proporcional a la diferencia de potencial (V) aplicada a los extremos del conductor

e inversamente proporcional a la resistencia (R) del mismo, es decir, la resistencia eléctrica de un

conductor se define en términos del cociente, de la diferencia de potencial y de la corriente que

circula por este.

(Ecuación 2)

6

Considerando un conductor alargado de longitud L y homogéneo de forma cilíndrica o

prismática de área transversal A, la resistencia (R) puede expresase en términos de la geometría y

características físicas del conductor.

(Ecuación 3).

Las ecuaciones 2 y 3 se pueden combinar para obtener una expresión para la resistividad, que

resulta:

(Ecuación 4).

1.1.1 Resistividad de las rocas

El flujo de una corriente eléctrica a través de las rocas o los sedimentos, puede explicarse

mediante la Ley de Ohm, de esta manera la resistividad se puede calcular con la ecuación 4.

La resistividad de la mayoría de las rocas y sedimentos secos es elevada, por lo que actúan

como semiconductores, o conductores de baja capacidad. Este comportamiento cambia

significativamente cuando las fisuras o los poros están ocupados por agua, lo que genera una

disminución de la resistividad, o lo que es lo mismo en aumento en la capacidad de conducción de

la corriente eléctrica. Además del grado de saturación también incide en la resistividad del medio,

el contenido salino del agua; a mayor salinidad, menor resistividad y viceversa.

Son pocos los componentes geológicos subsaturados o secos, que presentan baja resistividad o

alta conductividad entre los que pueden mencionarse a minerales metálicos como calcopirita,

pirita, magnetita, galena, pirrotina, etc. El grafito también presenta elevada conductividad

eléctrica, pero la mayoría de los minerales no metálicos, al igual que las rocas, tienen

resistividades significativamente mayores, en general entre 2 y 6 órdenes de magnitud superiores.

7

En la tabla I.1 se indican las resistividades que caracterizan a los minerales, a las rocas y a los

sedimentos, y dentro de estos últimos también se aprecian diferencias notorias entre los de grano

fino (margas, limos, arcillas), los de grano mediano (arenas) y grueso (gravas).

TABLA I.1 Resistividad de algunas rocas y minerales. Tomado de Auge (2008).

En la figura I-1 se indica la variación en la resistividad de una solución en función de su

concentración en NaCl, observándose que para una concentración de 0,01 g/L (10mg/L) la

resistividad es de 400 ohm.m y para 100 g/L (100.000 mg/L) la resistividad disminuye a 0,08

ohm.m, lo que implica una diferencia de unos 4 órdenes de magnitud.

8

Figura. I-1Resistividad de una solución de NaCl en función de su concentración. Tomado de Auge (2008).

Considerando la cantidad de fluido que puede estar presente en los espacios porosos de las

rocas (figura I-2), la resistividad de una arena se puede calcular mediante las siguientes

expresiones:

Para arenas en la zona subsaturada o por encima del nivel freático

ρ F· W (Ecuación 5).

y por debajo de la superficie freática

ρ F· WØ (Ecuación 6).

9

Figura. I-2Distribución del agua en el suelo. Tomado de Auge (2008).

Donde:

ρ : resistividad arena [Ohm-metro];

F: coeficiente que describe forma y tamaño de los poros (coeficiente que generalmente varía

entre1, 5 y 3);

ρ : resistividad del agua [Ohm-metro];

Is: índice de saturación;

Ø: porosidad total

1.1.2 Resistividad aparente

El suelo en la mayoría de los casos dista de ser homogéneo con variaciones laterales y de

profundidad de la resistividad. Dadas estas condiciones de suelo se obtendrá un valor ficticio de la

resistividad ρa, que debe ser considerada una repuesta a la distribución actual de las resistividades

lateralmente y verticalmente heterogéneas en el subsuelo basándose en las mediciones realizadas

en la superficie. Esta resistividad tampoco puede considerarse como promedio ni como media

ponderada de las resistividades presentes, pues puede ocurrir que sea mayor o menor que todas

ellas. Ésta es la variable experimental que expresa los resultados de las mediciones en la mayoría

de los métodos geoeléctricos y la que se toma como base para la interpretación. Las dimensiones

de la resistividad aparente, en virtud de su definición, son las mismas que las de la resistividad, y

su unidad será también el ohm-m.

10

1.2 Dispositivos electródicos

Un arreglo de un conjunto de electrodos recibe el nombre dispositivo electródico. Existe

diferentes arreglos electródicos para la prospección geoeléctrica, entre los más comunes tenemos

los arreglos Dipolo-Dipolo, Schlumberger y Wenner. En general constan de dos electrodos

(denotados con las letras A y B) por donde se inyecta la corriente al suelo; y por otro lado, otro

par de electrodos (denotados con las letras N y M) que miden la diferencia de potencial entre ellos

en superficie. Para un medio homogéneo e isotrópico las líneas de corriente son radiales y

divergentes y las superficies equipotenciales semiesféricas (figura I-3).

Figura. I-3Dispositivo tetraelectródico para la medida de resistividad en un medio homogéneo e isotrópico

(Tomado de Gasulla, 1999).

En el caso más general, en el que los electrodos estén dispuestos de modo cualquiera sobre

una superficie plana, se podrá calcular los valores de resistividad aparente mediante la fórmula

que se deriva de la ecuación 4:

g∆ (Ecuación 7)

Donde g es el factor geométrico y está definido por:

11

g 2π (Ecuación 8).

Donde AM, BM, AN y BN indican la distancia entre electrodos expresada en metros.

En la naturaleza el componente geológico no es isotrópico ni homogéneo, por lo que las

superficies equipotenciales y las líneas de corriente no son regulares (figura I-4).

Figura. I-4Flujo eléctrico en medio natural. Tomado de Auge (2008).

1.2.1 Dispositivo electródico tipo Wenner

Este arreglo dispone los electrodos de manera simétrica y separados entre sí por la misma

distancia a. En este arreglo los electrodos emisores se localizan a los extremos de la línea y los

electrodos receptores se encuentran en la parte interna de la línea (figura I-5).

Partiendo de la ecuación 8 y considerando que los electrodos están separados entre sí por una

distancia a, se puede demostrar fácilmente que el factor geométrico para este arreglo de electrodos

viene dado por la siguiente expresión:

12

g 2π (Ecuación 9).

Figura. I-5Arreglo electródico tipo Wenner Tomado de Auge (2008).

1.3 Prospección geoeléctrica

Es la rama de la Geofísica que trata sobre el comportamiento de rocas y sedimentos en

relación a la corriente eléctrica.

En la prospección geoeléctrica es bastante común aplicar métodos basados en la inyección

artificial de una corriente eléctrica, como sondeos eléctricos verticales SEV y calicatas eclécticas

CE, utilizando los diferentes dispositivos electródicos.

En este capítulo se hace énfasis en las mediciones geoeléctricas realizadas desde la superficie

del terreno mediante sondeos eléctricos verticales.

1.3.1 Sondeos eléctricos verticales

Se llama sondeo eléctrico vertical a una serie de determinaciones de resistividad aparente,

efectuadas con un dispositivo electródico. La finalidad del sondeo eléctrico vertical (SEV) es

averiguar la distribución vertical en profundidad de las resistividades verdadera bajo el punto

13

sondeado a partir de medidas de la diferencia de potencial en la superficie. Se utiliza sobre todo

para detectar y establecer los límites de capas horizontales de suelo estratificado (figura I-6).

Figura. I-6Principio del SEV con un dispositivo electródico lineal estándar: A medida que A y B se separan,

la corriente va penetrando en las capas más profundas. (Modificado de Gasulla, 1999).

1.3.2 Profundidad de penetración

La profundidad de penetración de la corriente eléctrica depende de las propiedades eléctricas

del suelo y de la separación de los electrodos inyectores AB. Si la distancia entre los electrodos

AB aumenta, la corriente circula a mayor profundidad pero su densidad disminuye. Para un medio

isótropo y homogéneo, el 50% de la corriente circula por encima de la profundidad AB/2 y el

70.6% por encima de una profundidad AB. Sin embargo, no es posible fijar una profundidad

límite por debajo de la cual el subsuelo no influye en el SEV, ya que la densidad de corriente

disminuye de modo suave y gradual, sin anularse nunca.

Los SEV se pueden clasificar en función de la profundidad de penetración o separación de los

electrodos A y B (Tabla I.2).

14

Tipo de SEV Longitud Principal aplicación

Corto AB hasta 250m. Geotecnia y Arqueología

Normal 250m. < AB < 2500m. Hidrogeología

Largo 2500m. < AB < 25000m. Prospección Petrolera

Muy largo Hasta 1200 Km. Investigación Geofísica. TABLA I.2 Clasificación de los SEV en función de la separación final entre A y B según Auge.

1.3.3 Limitaciones de los SEV

La mayor limitación de los SEV es detectar variaciones horizontales o laterales en los valores

de resistividad que son normalmente encontrados. La situación ideal para un SEV es el modelo

mostrado en la figura I-7a, pero no es común encontrarlo en la práctica.

Figura. I-7Diferentes modelos usados en la interpretación de mediciones de resistividad (Modificado de

Loke 1996-2001).

Cuando el área de estudio presenta una complejidad geológica con variaciones laterales de

resistividad muy elevadas en distancias cortas (figuras I-7b y I-7c), los SEV son insuficientes para

generar un buen modelo de resistividad y se recomienda implementar otras técnicas de

prospección como tomografías eléctricas en 2-D y 3-D y/o métodos electromagnéticos (Loke, M.

1996-2001 y Guzmán, M. 2009).

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17

Las unidades de medida de la conductividad en el sistema internacional, (SI), son mohs/metro

o el equivalente de Siemens/metro. La conductividad de un medio es la inversa de su resistividad

(mediada en Ohmios metro, Ωm).

Se pueden distinguir:

• Materiales conductores (Valores para la conductividad mayores de 105 S/m).

• Materiales semiconductores. (Valores para la conductividad entre 10-8 S/m y 105 S/m).

• Materiales aislantes (Valores para la conductividad menores de 10-8 S/m).

El contenido de agua en el material y la composición química de los mismos, determinan la

conductividad de los mismos. La temperatura también afecta a la conductividad, pues afecta

directamente a la movilidad de los iones del material (conductividad electrolítica).

1.4.2.2 Permitividad dieléctrica

La permitividad dieléctrica proporciona una medida de capacidad de polarización de un

material en presencia de un campo eléctrico. Este valor es normalmente designado con la letra ε.

Sus unidades en el sistema SI es Faradio/m.

Es muy común utilizar el término de permitividad relativa o constante dieléctrica como se

indica:

(Ecuación 17).

Donde k es la constante dieléctrica y εo es la permitividad dieléctrica en el vacío.

18

1.4.2.3 Permeabilidad magnética

Este parámetro relaciona la inducción magnética con la intensidad de campo magnético. Este

valor se designa con la letra µ. La mayor parte de los materiales que nos encontramos en los

estudios con georradar (excepto aquellos que contengan materiales ferromagnéticos) cumplen con

que la permeabilidad magnética se aproxima a 1. Sus unidades en el sistema SI son

Newton/Amperio2.

1.5 GPR

El radar es un sistema de detección que se empieza a utilizar durante la Segunda Guerra

mundial para la localización de aviones o barcos; su funcionamiento básico consiste, en todos los

casos, en la emisión de señales de determinadas frecuencias para detectar las reflexiones que se

producen en los objetos de interés.

La técnica de geo-radar o GPR (Ground Penetrating Radar) es un sistema electromagnético

para la detección y localización de elementos, formaciones y/o anomalías en el subsuelo,

construcciones u objetos materiales, siendo un método de alta resolución permitiendo no

solamente la identificación de objetos singulares, sino caracterizar el entorno. Este método tiene

su éxito en aplicaciones e investigaciones del subsuelo de forma no invasiva, es decir, sin

necesidad de realizar excavaciones o algún otro tipo de intervención destructiva.

La prospección con geo-radar se basa en la emisión y detección de ondas electromagnéticas

que se propagan por un medio heterogéneo. La heterogeneidad del medio provoca las reflexiones,

refracciones y difracción de las ondas, las cuales son captadas por la antena receptora tras su

propagación por el medio material, que normalmente será el subsuelo terrestre. A partir de los

tiempos de retardo de las ondas reflejadas y de la velocidad de propagación de las ondas en el

material por el que se deslizan las antenas, se deduce la profundidad a la que se encuentra el

cuerpo reflector.

19

La operación de trabajo del georradar es similar a la sísmica de reflexión, se diferencian

principalmente en el rango de frecuencias de las ondas utilizadas y las respuestas obtenidas por el

medio dependen de parámetros totalmente diferentes.

1.5.1 Velocidad de propagación en un medio

La velocidad en un medio se determina mediante la siguiente expresión:

√ √ (Ecuación 18).

Donde v es la velocidad de propagación de la onda electromagnética en el medio expresada en

metros/segundos, ε es la componente real de la constante de permitividad dieléctrica expresada en

unidades de Faradios/metro, μ es la permeabilidad magnética expresada en Newton/A2, c es la

velocidad de la luz en el vacío y k es la constante dieléctrica relativa.

1.5.2 Atenuación

El valor de atenuación de un material dependerá de sus propiedades de conductividad y

determinará la profundidad de penetración de la onda electromagnética. En algunos casos, un

material es tan conductor que dispersa energía electromagnética de manera talque hará imposible

alcanzar profundidades de penetración considerables. La atenuación se mide en dB/m.

La relación para la atenuación es:

,√

(Ecuación 19).

20

1.5.3 Impedancia EM

Es la relación que existe entre el valor del campo eléctrico y del campo magnético en el

medio. Definida normalmente con la letra Z, se puede estimar con la siguiente relación:

(Ecuación 20).

En el vacío 120 (Ecuación 21).

1.5.4 Propiedades Eléctricas de los Materiales Geológicos

Las propiedades eléctricas generales del suelo serán el resultado de las contribuciones

individuales de la matriz, el aire y el agua en el sistema.

La mayoría de las reflexiones GPR son creadas por un cambio abrupto en las propiedades

eléctricas (impedancia eléctrica) del material a través del cual las ondas electromagnéticas viajan.

La impedancia eléctrica es dominada por los cambios en la inductividad permitida o la constante

dieléctrica del subsuelo (Annan, 1992). En el caso de una onda electromagnética normal incidente

propagándose a lo largo de un límite o una interfaz plana, el coeficiente de reflexión determina la

amplitud que retorna y es grabada como señal.

La tabla 2.3 muestra propiedades eléctricas de diferentes materiales geológicos. La constante

dieléctrica del medio puede cambiar drásticamente ante la presencia de agua o aire en los poros.

El momento bipolar natural intrínseco del agua le da a los materiales geológicos porosos una

inductividad relativamente alta (Annan, 1992). Además, independientemente de que el agua esté

contenida en el suelo o en la roca, la conductividad del agua aumenta con el número de iones en la

solución de agua como se muestra en la figura I-1.

21

TABLA I.3 Valores típicos de constante dieléctrica, conductividad, velocidad y atenuación en materiales geológicos

más comunes a 100 MHz (Modificado de Annan, 1992).

La Figura I-8 muestra la relación entre la constante dieléctrica y el contenido de agua en el

suelo (Annan, 1992). Destacando como los niveles de humedad en la roca puede ocasionar

cambios abruptos en la constante dieléctrica del medio.

22

Figura. I-8Efecto del contenido de agua en la constante dieléctrica (Modificado de Annan, 1992).

1.5.5 Reflexión, refracción, y transmisión en interfaces

La propagación de ondas EM a través de un medio puede ser descrita por los coeficientes de

Fresnel, que permiten cuantificar como varía la amplitud del campo EM a través de una interface

entre dos materiales. La dirección de propagación de onda también cambia acorde con la ley de

Snell (Figura I-8).

Ley de Snell. = (Ecuación 22).

La amplitud del campo EM incidente I, el reflejado y transmitido es descrito por la siguiente

ecuación

(Ecuación 23).

Donde I corresponde al campo incidente, R al campo reflejado y T el campo transmitido.

23

Figura. I-9 Comportamiento de un campo EM propagándose a través de una interface entre dos materiales.

La figura I-9 muestra una onda incidente en una interfaz entre dos capas de diferentes

parámetros electromagnéticos, el campo vectorial de onda EM es separado en dos componentes

independientes definidas por la dirección del campo respecto a la interface. Estas componentes

son referidas como Campo Eléctrico Transversal (TE), cuando el campo vectorial eléctrico se

encuentra en la interface plana, y Campo Magnético Transversal (TM), cuando el campo vectorial

magnético se encuentra en la interface plana. Los coeficientes de reflexión para ambas

componentes se calculan mediante las siguientes expresiones respectivamente.

(Ecuación 24).

(Ecuación 25).

Y 1 (Ecuación 24); 1 (Ecuación 26).

Transversal Eléctrico Transversal Magnético

24

Donde Zi y Yi son la impedancia y la admitancia respectivamente (Yi = 1/Zi). Debe existir un

contraste entre impedancia de los materiales para que exista una reflexión.

Cuando la incidencia de la onda EM es normal en la interface (θ1 = θ2 = 0°), no existe

diferencia entre TE y TM, y el coeficiente de reflexión entre TM y TE son los mismos.

1.5.6 Profundidad del objeto

La profundidad de la formación o del objeto a estudiar se determina mediante la expresión

∆ (Ecuación 27).

Donde Δτ es el tiempo de registro, v es la velocidad de propagación de la onda

electromagnética en el medio y h es la profundidad.

1.5.7 Hipérbolas de reflexión

La proyección cónica de energía del radar en la tierra permite que la onda EM pueda viajar en

dirección oblicua a una fuente puntual enterrada (1) como se ve en la figura I-10. El tiempo de

viaje (Δt) se registra y se representa en profundidad directamente debajo de la antena donde se

registró (2). Cuando muchas de tales reflexiones se registran a medida que las antenas en la

superficie se desplazan, el resultado es una hipérbola de reflexión (3).

25

Figura. I-10Fuente puntual de hipérbola de reflexión

El patrón de la energía reflejada depende de la forma y del material enterrado (figura I-11).

Las fuentes de las hipérbolas (A), mostradas en la imagen, son generadas a partir de objetos

enterrados de un tamaño finito. En este caso la hipérbola a la derecha se generó en un tubo de

metal y la hipérbola amplitud inferior a la izquierda de un tubo de plástico. La serie de reflexiones

de gran amplitud que se apilan verticalmente en la posición B fueron generadas por un gran

pedazo de metal cerca de la superficie del suelo.

Figura. I-11Patrón de energía observado en función del objeto reflector.

26

La energía de radar no puede penetrar el metal, ya que el metal refleja toda la energía

generando una sombra que hace muy difícil dilucidar por debajo de éste. Dichos objetos de metal

son muy fáciles de ver en los perfiles de reflexión GPR porque generalmente crean reflexiones

múltiples de gran amplitud y apiladas una encima de la otra por debajo del objeto de metal.

1.5.8 Procesamiento de imágenes GPR

En este capítulo se mencionó con anterioridad la semejanza que existe entre las imágenes

adquiridas con georradar y las adquiridas con métodos sísmicos, por esto es posible realizar el

procesamiento de imágenes GPR con algunas herramientas que se utilizan para el procesamiento

de imágenes sísmicas.

1.5.8.1 Corrección estática “Static Correction”

Corrección aplicada especialmente a datos sísmicos, para compensar los efectos de una

topografía irregular, las diferencias de las elevaciones de los disparos y los geófonos relativas a un

datum, las capas superficiales de baja velocidad (corrección de meteorización) y la geometría

horizontal de los puntos de tiro y los receptores (geófonos o hidrófonos), o cualquier corrección

relativa a la geometría del tendido.

1.5.8.2 Resta del valor medio “Subtract Mean (Dewow)”

Esta corrección calcula el valor medio de una traza en una ventana de tiempo y luego ese valor

es restado. El rango de la ventana de tiempo debe ser ingresado como un parámetro del filtro para

el cálculo de la corrección. El rango de la ventana de tiempo debe ser establecido en función del

principal período. Este filtro puede utilizarse para eliminar parte del ruido de bajas frecuencias

que puede ocurrir especialmente en datos GPR.

27

1.5.8.3 Función de ganancia “Gain Function”

El filtro da la posibilidad de recuperar señales de baja amplitud multiplicando los puntos de

datos por una función dada g y o g t , respectivamente. La función g t consiste en una parte

linear y una exponencial:

1 (Ecuación 28).

Con ′ ; ′8,69; y 0,1 . El ancho del pulso es

tomado de la frecuencia nominal. Los parámetros del filtro a’ (ganancia linear) y b’

(amortiguación exponencial) deben ser incluidos. Adicionalmente se debe introducir el tiempo en

que se desea iniciar el filtro y el valor de la ganancia máxima.

El filtro es aplicado con la finalidad de corregir posibles amortiguaciones o pérdidas ocurridas

en adquisiciones con geometrías muy extensas.

1.5.8.4 Filtro paso banda “Bandpass Butterworth”

Este filtro es aplicado en el dominio de la frecuencia. Para este filtro es necesario especificar

la menor frecuencia de corte y la mayor frecuencia de corte. El espectro de frecuencias por debajo

del corte bajo y por encima de corte superior se fijará en cero. El ruido puede ser suprimido con el

filtro paso banda cuando es diferente de la señal en el contenido de frecuencias.

1.5.8.5 Promedio corriente “Running Average”

El filtro se aplica sobre cada traza y realiza un promedio entre un número determinado de

trazas adyacentes para cada muestreo en tiempo. Este filtro resalta la coherencia lateral de energía

de los horizontes. Es necesario introducir el número de trazas a promediar como un parámetro del

28

filtro, por ejemplo, para una banda de 4 trazas se consideran las siguientes dos muestras a la

izquierda y las siguientes dos muestras a la derecha para cada valor de tiempo. Su efecto es hacer

énfasis en energía horizontal coherente, también ayuda a corregir problemas de trazas

defectuosas.

29

CAPÍTULO II ÁREA DE ESTUDIO

2.1 SEV Ciudad Piar

2.1.1 Ubicación

La zona en estudio se encuentra ubicada aproximadamente a 28 Km. de Ciudad Piar por la

carretera Ciudad Piar - Puerto Ordaz, al Sur Este de la vía férrea que une el Cerro Bolívar con la

zona industrial de Puerto Ordaz (Figura II-1). Ocupa un área de aproximadamente 322 hectáreas,

dando lugar a una figura irregular donde será desarrollado el proyecto de la Empresa Básica

Siderúrgica Nacional. El desplazamiento dentro de la zona se puede efectuar a pie o en vehículo

de doble tracción preferiblemente a través de caminos de tierra que cruzan el área y atravesando

los terrenos compuestos de pastizales y morichales.

Figura. II-1Ubicación regional del área de estudio de los SEV (Modificado de Hackley 2006).

30

2.1.2 Clima

La temperatura media varía entre los 26 y los 30 °C, esta variedad climática es representada

por las temporadas de lluvia y sequía, presentando en altas y variadas formas, como la gran

cantidad de lluvias por las altas temperaturas que causan una fuerte evaporación, arribando unos

1022 mm anuales.

2.1.3 Geología

A nivel geológico, el área de estudio se localiza dentro del Escudo de Guayana en el

Complejo de Imataca.

El Escudo de Guayana se extiende al sur del Río Orinoco y su extensión abarca el área de

Guyana, Surinam, Guayana Francesa y parte norte de Brasil. La porción del Escudo aflorante en

Venezuela, ha sido dividida en cuatro (4) provincias geológicas: Imataca, Pastora, Cuchivero y

Roraima. La región está constituida principalmente por las rocas más antiguas en la

geocronología del territorio venezolano entre las cuales las de más edad están profundamente

metamorfizadas e inyectadas por ígneas en estructuras complejas y caracterizadas por la ausencia

de fallas activas y plegamientos. (Modificado del Léxico Estratigráfico de Venezuela).

2.1.3.1 Complejo Imataca

Se encuentra situada en el extremo norte de la Guayana Venezolana y ocupa una faja de unos

500 kms de longitud y de una anchura variable entre 55 y 130 km, comprendida entre las

proximidades del río Caura al oeste y el Territorio Delta Amacuro al este, donde desaparece bajo

los sedimentos del Delta. Las unidades litológicas que predominan en esta provincia constituyen

el denominado Complejo de Imataca.

31

El término Complejo de Imataca es introducido por lo diverso de sus estructuras y porque la

superposición de eventos metamórficos e ígneos ha impedido, hasta la fecha, una determinación

precisa de la secuencia correcta de las formaciones en el conjunto.

El Complejo de Imataca está constituido por paragneises, granulitas y cuarcitas ferruginosas,

intrusionados localmente por diversos cuerpos de cuarzo monzonita y granito; el metamorfismo

es de alto grado, alcanzando la facie de la granulita piroxénica.

Las edades radiométricas determinadas hasta el momento, sugieren que la Provincia de

Imataca contiene las rocas más antiguas de la Guayana Venezolana. La edad más antigua para el

Complejo de Imataca es de 3.000-3.400 ma, obtenida en el estribo oriental de la presa de Guri y

determinada por Rb/Sr en una muestra de granulita ácida asociada a horizontes ferríferos.

(Modificado del Léxico Estratigráfico de Venezuela).

2.2 GPR Tinaco

2.2.1 Ubicación

Las adquisiciones de los perfiles del Georradar se realizaron en una pequeña estructura, entre

los poblados de El Tinaco y El Topo, Estado Cojedes (Figura. II-3).

32

Figura. II-2Ubicación regional del área de estudio de los perfiles GPR (Modificado de Hackley 2006).

2.2.2 Clima

Es muy variable, se destaca por ser clima de sabana común, las temperaturas anuales varían

entre 26 °C y los 30 °C. Los vientos se caracterizan por ser de clase alisios provenientes del nor-

este-oeste, las precipitaciones oscilan entre los 1.300 y 1600 mm.

2.2.3 Geología

La geología del área estudiada está compuesta por el Complejo metamórfico del Tinaco el

cual es una extensa unidad que cubre gran parte de Cojedes septentrional. Consiste en una gran

variedad de rocas sedimentarias metamorfizadas y muy plegadas.

Se reconocen dos unidades metasedimentarias en el complejo: la inferior, denominada Gneis

de La Aguadita, consiste de gneises hornabléndicos y biotíticos, gneises cuarzo-plagioclásicos y

en menor escala, anfibolitas y mármoles, la superior, designada con el nombre de Esquisto de

Tinapú, suprayace concordantemente a la primera y consiste de esquistos muscovíticos, esquistos

cloríticos y esquistos conglomeráticos. El gneis de La Aguadita está intrusionado por cuatro

plutones de trondhjemita envueltos por una ancha zona de inyección o zona migmatítica.

(Modificado del Léxico Estratigráfico de Venezuela).

33

CAPÍTULO III EQUIPOS Y HERRAMIENTAS

3.1 Equipos

3.1.1 Equipos de adquisición eléctrica

Durante la adquisición de los datos geoeléctricos fue necesaria la utilización de los siguientes

equipos:

• Medidor de Resistividad de Suelos.

Marca: PASI.

Modelo: EARTH RESISTIVITY METER 16 GL (Equipo de resistividad 16GL).

Figura. III-1Equipo de Adquisición de medida de resistividad.

34

• Cables de baja tensión, 105º, tipo automotriz, calibre #9 AWG, 39 hilos.

• Sistema de posicionamiento global GPS de 12 canales en la frecuencia L1

• Barras de acero revestidas de cobre, similar a COPPERWELD 5/8’’ de diámetro y 60 cm.

de longitud.

• Cintas métricas 200 m.

• Herramientas menores: alicate, pinzas, mandarria.

• Materiales consumibles: conectores, cinta aislante, otros.

• Elementos de Seguridad: casco, botas, lentes, tapa-oídos, guantes, etc.

3.1.2 Equipo de adquisición de perfiles GPR

La adquisición de datos fue llevada a cabo con el equipo SIR‐3000.

Figura. III-2Equipo GPR de antenas de 400 Mhz

35

El equipo está conformado por:

• La unidad de control, que es un CPU Pentium de 400 MHz, 64 Mb de RAM y 2 Gb de

disco duro. El software que regula las mediciones del Georadar es GSSI de Geophysical

Survey Systems, Inc., y opera dentro de la plataforma de Windows 98.

• El Monitor, que incluye el teclado con el cual se introducen los datos necesarios para

realizar cada estudio (nombre, separación entre perfiles, dirección de perfil, rango, etc.) y

permite visualizar los datos adquiridos en tiempo real.

• Una Fuente de poder de 10.8 V DC (Batería recargable).

• Antenas blindadas con frecuencias de 400 Mhz.

• Un odómetro, que mide las distancias recorridas por el georadar una vez que se inicia la

medición. Gracias a la información que adquiere este dispositivo, la unidad de control

regula la emisión de pulsos y puede ubicar los registros de cada perfil en su posición

correcta, de acuerdo a la información proporcionada por el usuario.

3.2 Herramientas

Para el procesamiento de los datos adquiridos en campo de origen eléctrico se utilizo un

software de procesamiento IPI2WIN; así como el programa para el manejo y archivo de datos

Microsoft Excel. Por otro lado, para el procesamiento de los perfiles de GPR se utilizó el

software de procesamiento Reflex2DQuick.

3.2.1 IPI2WIN (versión 3.0)

IPI2WIN es un programa de interpretación de perfiles geoeléctricos realizado por

AlexeiBobachev, Igor Modin y Vladimir Shevnin en el año 2000 en Moscú, Rusia. Está diseñado

para la interpretación automática o semi-automática de datos de sondeos eléctricos verticales

obtenidos con varios de los arreglos utilizados con más frecuencia en la prospección eléctrica.

36

Está diseñado para la interpretación 1D de las curvas de sondeo eléctrico vertical a lo largo de

un perfil. Brindando una interpretación iterativa, flexiva y cómoda, el interpretador se encargará

de resolver problemas geológicos y lograr el ajuste de las curvas de sondeo teórica y calculada.

Debido a la variación de la solución dado por el criterio del intérprete es posible elegir, entre

un juego de soluciones equivalentes, la que mayor se ajuste tanto a los datos geofísicos como a

los datos geológicos.

3.2.2 Reflex2DQuick

El programa Reflex2DQuick fue desarrollado por Sandmeier Scientific Software como parte

de un paquete de software, cuyos algoritmos están enfocados en el procesamiento e interpretación

de datos sísmicos y de georradar.

El programa Reflex2dQuick permite importar, visualizar, procesar e interpretar perfiles 2D de

GPR (Georradar) de offset cero y datos sísmicos. Permitiendo cambiar la escala y geometría de

adquisición y realizar un procesamiento con parámetros predefinidos, los cuales pueden ser

cambiados manualmente.

3.2.3 GaiaSpectrum.

GaiaSpectrum es una herramienta para el análisis y comparación de datos geofísicos

recolectados de diferentes instrumentos de un mismo o de un fabricante diferente. Esta diseñado

para importar archivos de formato GPR, formatos de datos geofísicos tale como SEG-Y, SEG-2 y

una amplia variedad de instrumentos de laboratorio.

37

3.2.4 Surfer 8

Es un programa de mapeo de contornos y superficies 3D. Convierte los datos en mapas de

contorno, superficies, vectores, imágenes y de relieve.

Las aplicaciones Profesionales de Surfer Incluyen: Graficación de gradientes de aguas

subterráneas para definir la dirección de flujo, generación de contornos de la extensión de aguas

subterráneas contaminadas o de suelos contaminados, graficación de mapas de vectores

mostrando la dirección y magnitud de los datos en puntos sobre el mapa, creación de mapas de

contornos de aguas subterráneas para ser usados en mapas de parques recreativos, para subrayar

la expansión urbana, definición de áreas ecológicamente vulnerables, etc. y evalúa

cuantitativamente la continuidad espacial de grupos.

38

CAPÍTULO IV METODOLOGÍA DE ADQUISICIÓN,

PROCESAMIENTO E INTERPRETACIÓN DE LOS S.EV.

4.1 Adquisición de los SEV

La adquisición de los datos de este estudio fue realizada en función del objetivo principal del

proyecto, es decir, la determinación de los valores de la resistividad de las rocas y/o sedimentos

presentes en el área de estudio hasta una profundidad de 20 metros.

Fueron realizados siete sondeos eléctricos verticales utilizando un dispositivo tetraelectródico

tipo Wenner con una apertura máxima de 60 metros (a= 20 metros) en cuatro direcciones con

rumbo NS, N45E, EW y N45W, de esta manera es posible determinar los valores de resistividad

del suelo y verificar si existe anisotropía horizontal entre los puntos a ser objeto de los SEV.

Figura. IV-1Distribución espacial de los SEV realizados.

39

39

El periodo de adquisición de los datos fue de un día, durante el cual no se observaron cambios

considerables en las condiciones atmosféricas. El área objeto de estudio donde se realizaron los

SEV no presenta ninguna estructura visible ni indicios de estructuras enterradas, que pudieran

alterar las mediciones, razón por la cual se considera muy bajo el grado de contaminación

cultural de los datos adquiridos.

4.2 Procesamiento de los SEV

Los valores de resistividad aparente son graficados en función de la apertura AB/3 en escala

log-log (figura IV-2). Para interpretar los valores de resistividad aparentes obtenidos en este

trabajo, se asume normalmente que la superficie inferior consiste en capas horizontales. En este

caso, la resistividad es representada verticalmente en función a la profundidad,

La finalidad de realizar un SEV es poder generar, en base a los valores de resistividad

aparente, el modelo teórico de capas mejor ajustado a los mismos. El modelo es una

representación matemática de las propiedades eléctricas que se quiere estimar a lo largo de una

sección de la tierra, realizado a partir de los valores observados.

Figura. IV-2Valores de resistividad aparente son graficados en función de la apertura AB/3 para el SEV

SN01 con dirección NS

40

40

4.2.1 Generación de modelos multicapas de resistividad

A partir de las curvas generadas por el set de datos se procede a generar los modelos

multicapas de resistividad estimados, con ayuda del software IPI2win.

Dichos modelos pueden ser generados de manera automática por el programa, donde el

software ajusta el número de capas, espesores y valores de resistividad siguiendo la rutina Punto

de SEV, Nuevo Modelo. Una vez generados los modelos multicapas, el usuario puede modificar

de manera interactiva el modelo a su criterio, cambiando el número de capas, valores de

espesores y valores de resistividad. Inclusive el usuario está en capacidad de fijar los parámetros

de profundidad, espesor y resistividad de cualquier capa según sea el caso y solicitar al software

que genere un nuevo modelo dejando dichos parámetros fijos. Esto puede ser especialmente útil

cuando se cuenta con información de los espesores proveniente de algún pozo cercano,

afloramientos o cualquier otro método geofísico como la sísmica de refracción, o información de

resistividad por registros eléctricos de pozo y muestras analizadas en laboratorio, o información

que ayude a amarrar el modelo generado.

La calidad del modelo generado se puede cuantificar con la medida de error calculada por el

software la cuales desplegada sobre la tabla junto a los valores de resistividad y espesores.

Las curvas obtenidas para el conjunto de datos así como los valores obtenidos para las

resistividades del terreno a las distintas profundidades estudiadas se muestran a continuación,

mostrando los datos de campo (puntos blancos), la curva teórica (línea roja), el modelo multicapa

de resistividades reales generado (línea azul), N Numero de capas interpretadas, ρ resistividad

verdadera, h espesor y d profundidad.

4.2.1.1

Figura. IV-4

Figura. IV-5

SEV SN

Figura. IV-3

Curvas de Re

Curvas de Re

N-01

Resistividad a

esistividad en f

esistividad en f

41

aparente en fu

función de ape

SN-01NS.

función de ape

SN-01N45E

unción de AB/

ertura y ajust

ertura y ajust

E.

/3 para SEV S

te del modelo

te del modelo

SN-01.

multicapa de

multicapa de

41

l SEV

l SEV

Figura. IV-6

Figura. IV-7

4.2.1.2

Curvas de Re

Curvas de Re

SEV SN

Figura. IV-8

esistividad en f

esistividad en

N-02

Resistividad a

42

función de ape

SN-01EW.

función de ap

01N45W.

aparente en fu

ertura y ajust

pertura y ajus

unción de AB/

te del modelo

ste del modelo

/3 para SEV S

multicapa de

o multicapa de

SN-02.

42

l SEV

el SN-

43

43

Figura. IV-9 Curvas de Resistividad en función de apertura y ajuste del modelo multicapa del SEV SN-

02NS.


02N45E.


02EW.

Fig

Fig

gura. IV-12 C

4.2.1.3

F

gura. IV-14 C

Curvas de Resi

SEV SN

Figura. IV-13

urvas de Resi

istividad en fu

N-03

Resistividad

istividad en fu

44

unción de aper

02N45W.

aparente en fu

unción de aper

03NS.

rtura y ajuste

función de AB

rtura y ajuste

del modelo m

/3 para SEV S

e del modelo m

multicapa del S

SN-03.

multicapa del S

44

SEV SN-

SEV SN-

45

45


03N45E.


03EW.


03N45W.

Fig

Fig

4.2.1.4

F

gura. IV-19 C

gura. IV-20 C

4 SEV SN

Figura. IV-18

Curvas de Res

Curvas de Res

N-04

Resistividad

istividad en fu

istividad en fu

46

aparente en f

unción de aper

04NS.

unción de aper

04N45E.

función de AB

rtura y ajuste

rtura y ajuste

B/3 para SEV S

e del modelo m

e del modelo m

SN-04.

multicapa del S

multicapa del S

46

SEV SN-

SEV SN-

Fig

Fig

gura. IV-21 C

gura. IV-22 C

4.2.1.5

F

Curvas de Res

Curvas de Res

5 SEV SN

Figura. IV-23

istividad en fu

istividad en fu

N-05

Resistividad

47

unción de aper

04EW.

unción de aper

04N45W.

aparente en f

rtura y ajuste

rtura y ajuste

función de AB

e del modelo m

e del modelo m

B/3 para SEV S

multicapa del S

multicapa del S

SN-05.

47

SEV SN-

SEV SN-

48

48


05NS.


05N45E.


05EW.

Fig

Fig

gura. IV-27 C

4.2.1.6

F

gura. IV-29 C

Curvas de Res

6 SEV SN

Figura. IV-28

Curvas de Res

istividad en fu

N-06

Resistividad

istividad en fu

49

unción de aper

05N45W.

aparente en f

unción de aper

06NS.

rtura y ajuste

función de AB

rtura y ajuste

e del modelo m

B/3 para SEV S

e del modelo m

multicapa del S

SN-06.

multicapa del S

49

SEV SN-

SEV SN-

50

50


06N45E.


06EW.


06N45W.

Fig

Fig

4.2.1.7

F

gura. IV-34 C

gura. IV-35 C

7 SEV SN

Figura. IV-33

Curvas de Res

Curvas de Res

N-07

Resistividad

istividad en fu

istividad en fu

51

aparente en f

unción de aper

07NS.

unción de aper

07N45E.

función de AB

rtura y ajuste

rtura y ajuste

B/3 para SEV S

e del modelo m

e del modelo m

SN-07.

multicapa del S

multicapa del S

51

SEV SN-

SEV SN-

52

52


07EW.


07N45W.

4.3 Interpretación de los SEV

Los SEV SN-01, SN-02, SN-03, SN-05 y SN-06 muestran un comportamiento similares en

los valores de resistividad, en las distintas direcciones adquiridas para cada uno de ellos,

mientras que en los SEV SN-04 y SN-07 se observan variaciones más significativas según la

dirección. Estas anisotropías pueden ser atribuidas a una distribución no homogénea del material

de relleno y la posible presencia de uno o varios cuerpos rocosos con un elevado contraste de

resistividad respecto al medio que distorsionan el valor de la medida (Loke 2001).

Para poder comprender un poco mejor la geometría eléctrica de la zona de estudio, se generó

tres perfiles eléctricos con los siete sondeos en las cuatro direcciones (figura IV-38). Las pseudo-

secciones de resistividad aparente corresponden a una simple interpolación de los valores de

resistiv

corres

Fig

vidad apare

ponden a los

4.3.1 Perf

gura. IV-39 P

ente obteni

s modelos m

Fi

rfil eléctrico

seudo-sección

Perf

idos en ca

multicapa de

igura. IV-38 U

01

n de resistivida

fil 01

53

mpo, por

resistividad

Ubicación de l

ades aparente

N-S.

Perf

P

otro lado

verdadera in

los perfiles elé

s del Perfil elé

fil 02

Perfil 03

las seccion

nterpretados

éctricos.

éctrico 01 par

nes de resi

.

a los SEV en d

53

istividad

dirección

Fig

Fig

Fig

gura. IV-41 Ps

Figu

gura. IV-43 Ps

gura. IV-40 Se

seudo-sección

ura. IV-42 Se

seudo-sección

ección de resis

de resistivida

cción de resist

de resistivida

54

stividades del

ades aparentes

N45E

tividades del P

ades aparentes

E-W.

Perfil eléctric

s del Perfil elé

Perfil eléctrico

s del Perfil elé

co 01 en direcc

éctrico 01 para

o 01 en direcc

éctrico 01 para

ción N-S.

a los SEV en d

ión N45E.

a los SEV en d

54

dirección

dirección

Fig

Figu

gura. IV-45 Ps

Figu

ura. IV-44 Se

seudo-sección

ura. IV-46 Sec

ección de resis

de resistivida

cción de resist

55

stividades del

ades aparentes

N45W.

tividades del P

Perfil eléctric

s del Perfil elé

Perfil eléctrico

co 01 en direcc

éctrico 01 para

o 01 en direcci

ción E-W.

a los SEV en d

ión N45W.

55

dirección

Fig

Fig

4.3.2 Perf

gura. IV-47 P

Fig

gura. IV-49 P

rfil eléctrico

seudo-sección

gura. IV-48 Se

seudo-sección

02.

n de resistivida

ección de resis

n de resistivida

56

ades aparente

N-S.

stividades del

ades aparente

N45E

s del Perfil elé

Perfil eléctric

s del Perfil elé

éctrico 02 par

co 02 en direcc

éctrico 02 par

a los SEV en d

ción N-S.

a los SEV en d

56

dirección

dirección

Fig

Fig

Figu

gura. IV-51 P

Figu

gura. IV-53 P

ura. IV-50 Se

seudo-sección

ura. IV-52 Se

seudo-sección

cción de resist

n de resistivida

ección de resis

n de resistivida

57

tividades del P

ades aparente

E-W.

stividades del

ades aparente

N45W.

Perfil eléctrico

s del Perfil elé

Perfil eléctric

s del Perfil elé

o 02 en direcc

éctrico 02 par

co 02 en direcc

éctrico 02 par

ión N45E.

a los SEV en d

ción E-W.

a los SEV en d

57

dirección

dirección

Fig

Figu

4.3.3 Perf

gura. IV-55 P

Fig

ura. IV-54 Sec

rfil eléctrico

seudo-sección

gura. IV-56 Se

cción de resist

03

n de resistivida

ección de resis

58

tividades del P

ades aparente

N-S.

stividades del

Perfil eléctrico

s del Perfil elé

Perfil eléctric

o 02 en direcci

éctrico 03 par

co 03 en direcc

ión N45W.

a los SEV en d

ción N-S.

58

dirección

Fig

Fig

gura. IV-57 P

Figu

gura. IV-59 P

Figu

seudo-sección

ura. IV-58 Se

seudo-sección

ura. IV-60 Se

n de resistivida

cción de resist

n de resistivida

ección de resis

59

ades aparente

N45E

tividades del P

ades aparente

E-W.

stividades del

s del Perfil elé

Perfil eléctrico

s del Perfil elé

Perfil eléctric

éctrico 03 par

o 03 en direcc

éctrico 03 par

co 03 en direcc

a los SEV en d

ión N45E.

a los SEV en d

ción E-W.

59

dirección

dirección

Fig

Lo

direcc

En

Ωm, d

proven

La an

resistiv

Po

valore

profun

con alt

gura. IV-61 P

Figu

os perfiles

iones.

n los niveles

dichos valor

nientes de la

nisotropía ob

vidad, sugie

or debajo de

es superiore

ndidad que v

to grado de m

seudo-sección

ura. IV-62 Sec

eléctricos g

más somero

res pueden s

as colinas ad

bservada en

ren una distr

el nivel inter

s a los 700

varía de 10 a

metamorfism

n de resistivida

cción de resist

generados m

os se observ

ser asociado

dyacentes a l

n cada uno

ribución bas

rpretado com

0 Ωm, los

a 20 m., esto

mo acorde co

60

ades aparente

N45W.

tividades del P

muestran res

van valores d

os a los sedi

a zona, los c

de los pe

stante hetero

mo material

cuales mue

os valores de

on la geolog

s del Perfil elé

Perfil eléctrico

sultados ba

de resistivida

imentos de t

cuales son us

erfiles, tanto

génea del m

de relleno,

estran la po

e resistividad

gía del área.

éctrico 03 par

o 03 en direcci

stante simil

ades que var

tamaño de g

sados como

o en espeso

material de re

se observan

osible base

d pueden ser

a los SEV en d

ión N45W.

lares en las

rían entre 12

grano arena

material de

or y en val

lleno.

n resistivida

del relleno

r asociados a

60

dirección

s cuatro

20 y 900

y grava

e relleno.

lores de

ades con

o, a una

a granito

61

61

Con la finalidad de tener una descripción cualitativa del área de estudio, se calculó el

promedio de las resistividades aparentes de las 4 direcciones de adquisición de cada uno de los

sondeos y se generó nuevamente los tres perfiles con los siete sondeos (figura IV-39).

Figura. IV-63 Pseudo-sección de resistividades aparentes del Perfil eléctrico 01.

Figura. IV-64 Sección de resistividades del Perfil eléctrico 01.



62

62



La línea amarilla intermitente en los perfiles mostrados, indican el nivel del basamento

interpretado. En el perfil 01 se observa una profundidad de basamento constante alrededor de los

10m., mientras que en el perfil eléctrico 02 se observa el basamento a una profundidad

aproximada de 18m.

Por otro lado en el perfil eléctrico 03 se observa una variación en la profundidad del

basamento según los espesores de relleno mostrando un rango de 10 metros aproximadamente en

el SEV SN-02 y se observa a una profundidad aproximada de 18 metros en los SEV SN-04 y SN-

05.

Observando la ubicación relativa de los SEV, se puede interpretar una variación aparente de

la profundidad del basamento en dirección Este. Con la ayuda del software de generación de

superficies Surfer 8, se generó un modelo de la profundidad del basamento. (Figura IV-69).

63

63

El modelo fue generado por el método de grillado Natural Neighbor, en el que se puede

identificar los niveles más profundos representados por los colores más oscuros y los niveles más

someros representados por los colores más claros. La ubicación relativa de cada SEV está

indicada por los puntos de color azul.

Figura. IV-69Ubicación relativa de los SEV que muestran la base del relleno y su buzamiento aparente.

Los resultados obtenidos, concuerdan con la topografía original del área de estudio, donde el

material de relleno es extraído de las colinas que existían en el flanco occidental del área.

SN 01

SN 02

SN 03

SN 04 SN 05

SN 06

SN 07

-20-19.5-19-18.5-18-17.5-17-16.5-16-15.5-15-14.5-14-13.5-13-12.5-12-11.5-11-10.5-10-9.5

0 200 m.

64

CAPÍTULO V METODOLOGÍA DE ADQUISICIÓN,

PROCESAMIENTO E INTERPRETACIÓN DE LOS PRFILES GPR

5.1 Adquisición

La adquisición de los perfiles de georradar se realizó con el equipo SIR‐3000, usando una

antena de 400 MHz que emite impulsos electromagnéticos de corta duración (1‐10 ns) para una

profundidad de investigación aproximada de 7 metros.

La antena del radar es lentamente halada a lo largo de una sección en la superficie, mientras

se genera una imagen (radargrama) continua de la sección de las condiciones del subsuelo, cuyo

eje de abscisas representa el desplazamiento de la antena emisora‐receptora, y en ordenadas el

tiempo que ha utilizado los impulsos en ser emitidos y reflejados desde el interior.

Fueron realizados dieciséis perfiles GPR distribuidos entre la parte externa y la parte interna

de la estructura (figura V-1). La distribución de los perfiles dependió de los daños observados en

la estructura, es decir, la adquisición de los perfiles se realizó en las zonas donde la estructura

mostraba más daños.

65

Figura. V-1 Distribución espacial de los perfiles GPR.

5.2 Procesamiento de los perfiles GPR

El procesamiento de los perfiles GPR se realizó utilizado una versión de prueba del software

Reflexz2DQuick disponible de manera gratuita en internet.

Una vez cargado en el programa el archivo de extensión .DZT correspondiente a cada perfil,

se despliega una ventana donde el usuario tiene la posibilidad de modificar los parámetros de la

geometría de adquisición y los parámetros de los filtros que se desean aplicar (figura V-2).

Figu

A

(figura

ura. V-2 Ven

continuació

a V-3).

tana para el p

n, se muestr

procesamiento

ran los filtro

o de imágenes

os aplicados

sísmicas y de

en el orden

GPR en el sof

n del proces

ftware Reflex2

amiento al p

66

2DQuick.

perfil 01

67

Figura. V-3 Perfil GPR 01 antes del procesamiento.

A cada perfil se le realizó un análisis de descomposición espectral para conocer su contenido

de frecuencia y establecer los parámetros requeridos por los filtros. La figura V-4 muestra el

análisis de frecuencia aplicado al perfil GPR 01.

Figura. V-4 Espectro de frecuencia correspondiente a una traza del perfil GPR 01.

68

El espectro de frecuencia del perfil GPR 01 muestra la presencia de ruido existente tanto de

baja frecuencia como de alta frecuencia. En particular es noble un pico de gran amplitud de

170.73 MHz., que enmascara la información de interés contenida en la banda de frecuencia que

va 200 a 400 MHz.

5.2.1 Corrección estática

El GPR usa el tiempo igual a cero (to) para el momento de la llegada de la onda de aire a la

antena receptora. Posterior a esto, todas las trazas en un mismo perfil deberían coincidir en un

mismo tiempo cero.

Figura. V-5 A.) Perfil GPR sin corrección estática

B.) Perfil GPR con corrección estática

A

B

69

5.2.2 Resta del valor medio

Este filtro es recomendado en toda secuencia de procesamiento para corregir la saturación en

la señal recibida. Este filtro remueve la señal de baja frecuencia que aparece en los datos como

ruido a consecuencia de las propiedades eléctricas del subsuelo. Los componentes de muy baja

frecuencia en los datos están asociados a los fenómenos de inducción de la onda (A. P. Annan).

El valor de la ventana de tiempo para este filtro es calculado mediante el inverso de la menor

frecuencia de interés.

Figura. V-6 A.) Perfil GPR sin resta del valor medio

B.) Perfil GPR 01con resta del valor medio.

A

B

70

Al remover las bajas frecuencias mediante este filtro, es posible observar reflectores mejor

definidos.

5.2.3 Filtro paso banda

El filtro pasa banda se aplicó con la intención de preservar las frecuencias contenidas en la

banda entre 200 MHz y 400 MHz. y suprimir frecuencias que son menores o mayores que el

rango de frecuencia deseado.

Figura. V-7 A.) Perfil GPR sin filtro paso banda

B.) Perfil GPR con filtro paso banda.

A

B

71

5.2.4 Promedio corriente

Este filtro ayuda a resaltar la continuidad lateral de los horizontes de interés y corrige

problemas por trazas defectuosas promediando cada traza con las trazas vecinas. Para este filtro

se seleccionó el número de tres trazas a promediar

Figura. V-8 A.) Perfil GPR 01 sin promedio corriente

B.) Perfil GPR con promedio corriente.

A

B

72

5.2.5 Análisis de velocidad del medio

La velocidad de propagación del medio se puede estimar mediante el análisis de las

hipérbolas de reflexión.

Para el cálculo de la velocidad de la onda, siendo v la velocidad de propagación, p la

profundidad del objeto reflector, Δt es el tiempo que tarda la onda desde que sale del emisor, se

refleja en el objeto y llega al receptor y ΔX la distancia horizontal entre un punto de la hipérbola

y su punto máximo, tenemos entonces:

∆

∆√ ∆

∆

La forma de una hipérbola de reflexión va a estar definida por la velocidad de la onda, así que

aproximando hipérbolas sintéticas a los datos, se puede obtener información de la velocidad de

propagación de las ondas en el subsuelo.

A cada perfil se le estimo la velocidad de propagación de la onda en el medio mediante la

generación de hipérbolas sintéticas que simulen la forma de las hipérbolas del perfil tal como lo

muestra la figura V-9

73

Figura. V-9 Análisis de hipérbolas de reflexión del perfil GPR 01.

La velocidad de propagación de la energía EM en el medio analizado es v=0,040 m/ns.

Todos los perfiles siguieron la misma metodología de procesamiento, una vez obtenidos todos

los perfiles procesados se realizó la interpretación de dichos.

5.3 Interpretación de perfiles GPR.

Como parte de la detección geológica realizada, se adquirieron 525 m en total de datos GPR,

distribuidos por el perímetro de la estructura y en el interior de la misma.

74

5.3.1 Perfiles GPR externos

5.3.1.1 Perfil GPR 01.

Figura. V-10 Perfil GPR 01

75

5.3.1.2 Perfil GPR 02

Figura. V-11 Perfil GPR 02.

76



77



78



79



80



81

A lo largo de los perfiles se observa la losa de cemento para el paso de las maquinarias. Dicha

losa presenta distintos hundimientos y un comportamiento horizontal irregular producto de una

compactación inadecuada del material de relleno.

A partir de los 8 ns. hasta los 28 ns., los perfiles muestran el material de relleno, en el que se

puede distinguir la existencia de tuberías, detritos y deformaciones del material de relleno. En

algunas oportunidades el sedimento del relleno luce deformado, producto de la carga de la losa

sobre el sedimento.

La velocidad de propagación en el medio de 0,04 m/ns. permite interpretar la posible

presencia de arcillas y humedad en el material de relleno.

En los perfiles se puede interpretar la presencia de humedad en el material de relleno

aproximadamente a 28 ns. Este nivel se puede identificar fácilmente por estar representado por un

horizonte reflector de gran amplitud (Annan A 1992; Jol H. 2009, Bristow C. 2003)

Por debajo del límite que separa los sedimentos secos y húmedos, es notable la presencia de

posibles múltiples con un período de recurrencia de 6 ns., los cuales en producto del rebote de la

señal entre dos o más reflectores de alta impedancia, otorgando la impresión de dos o más

reflexiones (Annan A 1992; Jol H.2009). Dichos múltiples van perdiendo parte de la energía, en

especial las altas frecuencias, a medida que la señal es retransmitida, por esto es que a mayor

profundidad los múltiples tienen apariencia de una señal tenue de baja frecuencia.

82

5.3.2 Internos



83



84

5.3.3 Perfil GPR 08


85

5.3.4 Perfil GPR 11

Figura V-20 Perfil GPR 11.

86

5.3.5 Perfil GPR 12


87

5.3.6 Perfil GPR 13


88

5.3.7 Perfil GPR 14


89

5.3.8 Perfil GPR 15

V-24 Perfil GPR 15.

90

5.3.9 Perfil GPR 16

Figura. V-25 Perfil GPR 16

91

En la mayoría de los perfiles se observa la losa de fundación en muy mal estado, dichos

perfiles muestran hundimientos y fracturas, salvo en el perfil GPR 06 que no muestra ninguna

irregularidad. El comportamiento irregular observado en la losa de fundación, sugiere una posible

compactación inadecuada del material de relleno para el asentamiento de la estructura.

Aunque las vigas de riostra no muestran un contraste en su constante dieléctrica con la losa,

se puede diferenciar la presencia de algunas vigas por los cambios en la forma del horizonte

reflector y la periodicidad de 6 metros entre las vigas. Esto brinda una ventaja a la hora de

amarrar los perfiles de GPR con los planos de fundaciones y vigas de riostra (Ver apéndice B).

Por debajo de la losa es notable una serie de difracciones de alta frecuencia, estas

reverberaciones son conocidas comúnmente como “ringing”. En éste caso la fuente que las

origina es la malla metálica, producto de la corriente inducida que fluye en un sentido y en

sentido contrario a través de ella (Annan A.).

Las reverberaciones observadas apantallan la información de los eventos que ocurren en la

parte inferior del perfil, adicionalmente, por tratarse de una malla metálica, la energía, en su

mayoría, es reflejada y disipada. Esto dificulta la interpretación de los perfiles en profundidad.

CAPÍTULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Del análisis del estudio realizado, se puede concluir que, los estudios geofísicos realizados

correlacionados con información geológica, son una poderosa herramienta que permite

caracterizar una zona, inclusive, en la que no haya evidencias geológicas referenciales a nivel

estructural en superficie.

La anisotropía observada en los SEV, principalmente en los SEV SN-04 y SN-05, sugieren un

terreno bastante heterogéneo.

La capa de sedimentos blandos en la zona de Ciudad Piar muestra valores de resistividad

entre los 100 y 900 Ωm, por lo que puede ser interpretada como arenas y gravas.

Con la ayuda de los SEV fue posible interpretar el espesor del relleno, con valores que varían

entre 10m. en el flanco occidental del área y 18m. de espesor en el flanco oriental.

Por debajo del relleno interpretado con los SEV, se distingue valores muy altos de

resistividad, que correlacionando dichos valores con la geología de la zona, se puede asociar a los

granitos con alto grado de metamorfismo del Complejo de Imataca.

Para el análisis de perfiles de GPR, es muy importante una adecuada secuencia de

procesamiento y lograr filtrar el ruido de baja frecuencia y de alta frecuencia de la señal.

La velocidad de propagación en el medio de los perfiles GPR, permite inferir la posible

presencia arcillas y humedad en el material de relleno.

93

Mediante la implementación de técnicas GPR, se observó repetidos hundimientos en la

estructura en la mayoría de los perfiles analizados. El comportamiento irregular observado en la

losa de fundación, sugiere que el material de relleno se está compactando debido al asentamiento

de la estructura. En consecuencia se recomienda un patólogo estructural para realizar los estudios

pertinentes para la reparación de la estructura y la determinación de las propiedades de

esfuerzo‐deformación de todos los estratos del subsuelo hasta una profundidad a la cual ya no

afecte la estructura, para estimar desplazamientos verticales y horizontales en la masa del suelo

cuando éste se somete a un incremento de esfuerzo.

Los perfiles de GPR pueden ser relacionados fácilmente a los planos de fundación de la

estructura, lo que permite poder realizar un mejor diagnóstico.

A manera comparativa, el SEV, permite describir la estratigrafía del subsuelo a grandes

profundidades a partir de valores de resistividad. Por contraparte, el GPR ofrece imágenes de

muy alta resolución tanto horizontal como vertical a profundidades más someras.

El procesamiento de los datos adquiridos tanto en los SEV como en los perfiles de GPR se

debe realizar de una manera rigurosa y sistemática, ya que de esto depende realizar una buena

interpretación.

94

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97

APÉNDICE A: Planillas de campo con los datos de los S.E.V.

A Medición Voltaje(Volt) Corriente (Amp) Resistencia (Ohm)Resistividad (Ohm*metro)

1 1 2.084740 0.095458 21.839457 137.2213575 2010 5 17 9 173 2 0.684189 0.106792 6.406744 120.7642784 2010 5 17 9 186 3 0.567048 0.115285 4.918662 185.4292056 2010 5 17 9 209 4 0.345916 0.088074 3.927552 222.0978329 2010 5 17 9 2212 5 0.475045 0.119881 3.962638 298.7758625 2010 5 17 9 2415 6 0.545542 0.146347 3.727729 351.3302096 2010 5 17 9 2620 7 0.240063 0.065466 3.666971 460.8051209 2010 5 17 9 291 1 1.779440 0.080005 22.241610 139.7481565 2010 5 17 9 433 2 0.869240 0.100892 8.615549 162.3992783 2010 5 17 9 456 3 0.336029 0.066143 5.080364 191.5252152 2010 5 17 9 469 4 0.311030 0.081147 3.832930 216.7470823 2010 5 17 9 4812 5 0.257820 0.073401 3.512491 264.8355815 2010 5 17 9 5015 6 0.455800 0.128336 3.551615 334.7317818 2010 5 17 9 5220 7 0.261829 0.074010 3.537771 444.5693872 2010 5 17 9 541 1 2.583560 0.116743 22.130320 139.0489043 2010 5 17 10 23 2 0.903760 0.107009 8.445645 159.1966532 2010 5 17 10 46 3 0.401516 0.084700 4.740460 178.7111255 2010 5 17 10 59 4 0.378745 0.100278 3.776950 213.5814952 2010 5 17 10 712 5 0.239831 0.067514 3.552294 267.8366598 2010 5 17 10 1815 6 0.385707 0.108963 3.539798 333.6180936 2010 5 17 10 2320 7 0.426865 0.116871 3.652446 458.9798831 2010 5 17 10 241 1 2.311030 0.106573 21.684948 136.2505488 2010 5 17 10 313 2 1.689670 0.199800 8.456807 159.4070528 2010 5 17 10 346 3 0.369370 0.075466 4.894529 184.5193782 2010 5 17 10 369 4 0.223484 0.056110 3.982955 225.2307956 2010 5 17 10 3812 5 0.352572 0.093673 3.763851 283.7877058 2010 5 17 10 4115 6 0.297500 0.081808 3.636581 342.7397263 2010 5 17 10 4220 7 0.539041 0.146541 3.678431 462.245309 2010 5 17 10 44

N 45 W

SEV Fecha (A/M/D/H/m)

SN‐01

N‐S

N 45 E

E‐W

98


1 1 1.698770 0.026490 64.128244 402.9296383 2010 5 17 16 73 2 1.307650 0.050000 26.153000 492.972436 2010 5 17 16 86 3 0.219908 0.028016 7.849512 295.9196262 2010 5 17 16 119 4 0.128239 0.025161 5.096697 288.2113971 2010 5 17 16 1212 5 0.104858 0.027463 3.818169 287.8831784 2010 5 17 16 1415 6 0.162839 0.048911 3.329265 313.7758106 2010 5 17 16 1620 7 0.167474 0.055085 3.040300 382.0553352 2010 5 17 16 171 1 1.380920 0.020901 66.068618 415.1213683 2010 5 17 16 223 2 0.618121 0.030133 20.513432 386.66909 2010 5 17 16 246 3 0.228869 0.031056 7.369463 277.8222211 2010 5 17 16 269 4 0.078091 0.016427 4.753803 268.8212359 2010 5 17 16 2812 5 0.061001 0.016103 3.788159 285.6204447 2010 5 17 16 2915 6 0.097712 0.030177 3.237935 305.1681465 2010 5 17 16 3020 7 0.130191 0.045022 2.891707 363.3825883 2010 5 17 16 321 1 1.568390 0.024835 63.153677 396.8062576 2010 5 17 16 373 2 0.643524 0.028559 22.532905 424.735257 2010 5 17 16 396 3 0.312311 0.039836 7.839958 295.5594545 2010 5 17 16 409 4 0.094097 0.019913 4.725539 267.2229482 2010 5 17 16 4212 5 0.373732 0.098323 3.801064 286.5934617 2010 5 17 16 4315 6 0.107865 0.034411 3.134645 295.4332894 2010 5 17 16 4520 7 0.070885 0.025682 2.760085 346.8424958 2010 5 17 16 471 1 1.776770 0.029431 60.370492 379.3189911 2010 5 17 16 513 2 0.765730 0.034906 21.936665 413.4963919 2010 5 17 16 536 3 0.244545 0.030076 8.130794 306.5236965 2010 5 17 16 549 4 0.159047 0.030810 5.162154 291.9129367 2010 5 17 16 5512 5 0.137624 0.037587 3.661498 276.0704592 2010 5 17 16 5615 6 0.245451 0.078702 3.118751 293.9353502 2010 5 17 16 5720 7 0.179205 0.064488 2.778876 349.2038782 2010 5 17 16 59


SN‐02

N‐S

N 45 E

E‐W

N 45 W

99


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N 45 W

103


1 1 0.792385 0.015736 50.355239 316.3912957 2010 5 18 7 413 2 0.331537 0.019628 16.891281 318.3931496 2010 5 18 7 426 3 0.439689 0.034506 12.742393 480.3768848 2010 5 18 7 459 4 0.319003 0.038018 8.390753 474.485898 2010 5 18 7 4712 5 0.222496 0.035765 6.220985 469.0511829 2010 5 18 7 4915 6 0.115365 0.020800 5.546421 522.7378542 2010 5 18 7 5020 7 0.094930 0.019914 4.767056 599.0459258 2010 5 18 7 521 1 0.934208 0.015590 59.924309 376.5155409 2010 5 18 7 573 2 0.274243 0.016670 16.451388 310.1013662 2010 5 18 7 596 3 0.197388 0.016865 11.703725 441.2200297 2010 5 18 8 19 4 0.116554 0.011682 9.977230 564.1990603 2010 5 18 8 212 5 0.069457 0.009769 7.110258 536.1008602 2010 5 18 8 415 6 0.097413 0.020289 4.801224 452.5047294 2010 5 18 8 620 7 0.081569 0.024766 3.293654 413.8928286 2010 5 18 8 81 1 0.662464 0.013653 48.522919 304.8784899 2010 5 18 8 123 2 0.307609 0.015723 19.564269 368.7777808 2010 5 18 8 136 3 0.059895 0.005040 11.884266 448.0262794 2010 5 18 8 159 4 0.152813 0.028201 5.418747 306.422923 2010 5 18 8 1812 5 0.045755 0.011362 4.026896 303.6208026 2010 5 18 8 2215 6 0.052749 0.011460 4.602997 433.8222104 2010 5 18 8 2420 7 0.037836 0.008024 4.715401 592.5547595 2010 5 18 8 261 1 0.676922 0.013405 50.497725 317.2865621 2010 5 18 8 363 2 0.324156 0.016318 19.865421 374.4543713 2010 5 18 8 456 3 0.099079 0.009532 10.394019 391.845287 2010 5 18 8 489 4 0.123318 0.022589 5.459230 308.7121822 2010 5 18 8 5012 5 0.096269 0.020631 4.666251 351.8270691 2010 5 18 8 5115 6 0.081563 0.017606 4.632665 436.61839 2010 5 18 8 5220 7 0.075825 0.015054 5.036807 632.943866 2010 5 18 8 54

SN‐07

N‐S

N 45 E

E‐W

N 45 W


104

APÉNDICE B: Planta de fundaciones y vigas de riostra.

105

APÉNDICE C: Esquema de las fundaciones.

106

APÉNDICE D: Especificaciones técnicas del equipo SIR 3000 de GSSI

GENERAL Número de canales: 1 Memoria interna: Flash 512 Mb Procesador: 32-bit Intel StrongArm™ RISC processor @ 206 MHz Pantalla: Enhanced 8.4” TFT, 800 x 600 resolution, 64K colors Modos de Visualización: Linescan, O-scope, 3D ADQUISICION DE DATOS Formato: RADAN (dzt) Tamaño del Sample: 8-bit o 16-bit, seleccionable Intervalo de Scan: seleccionable Número de samples por scan: 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192 Modo de operación: modo libre (tiempo), survey wheel (odómetro) y modo punto. Ganancia: Manual o automática, 1-5 puntos de ganancia (-20 a +80 dB) Filtros: • Vertical: Low-Pass y High-Pass IIR y FIR • Horizontal: Stacking, Background Removal95 OPERACION Temperatura: -10 a 40 ºC Potencia: 15 V DC, 4 A Batería: 10,8 V DC, interna. Tasa de transmisión: Sobre 100 KHz. I/O Puertos disponibles: Antena, DC, Ethernet, RS232, Memoria Flash Compacta, USB. DIMENSIONES 31,5 (Largo) x 22 (Ancho) x 10,5 (Alto) cm.

107

APÉNDICE E: Ficha técnica del equipo PASI

caracterizaciÓn del subsuelo en dos …159.90.80.55/tesis/000149072.pdf · iii caracterizaciÓn...

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