Abstracto
Resistividad eléctrica de Positrones (ERT) se ha utilizado en asociación con Penetración
de prueba estándar (SPT) y Dynamic Cone Penetration Test (DCPT) para
investigaciones geotécnicas en dos sitios propuestos para las centrales térmicas, en
Uttar Pradesh (UP), India. Pruebas de SPT y DCPT se realizaron a los 28 puntos y dos
perfiles de ERT, cada una mide 355 m de largo, se registraron utilizando 72 electrodos
desplegados a 5 m de distanciamiento. Caracterización eléctrica de suelo
subsuperficial se realizó utilizando datos de las perforaciones y análisis de tamaño de
grano de las muestras de suelo recogidas de pozos de sondeo. El concepto de variación
de la resistividad eléctrica con fuerza suelo relacionado con la distribución del tamaño
de grano, la cementación, la porosidad y la saturación se ha utilizado para
correlacionar la resistencia transversal de suelo con el número de recuentos de soplado
( N -valores) obtenidos a partir de datos de tubos sin soldadura y DCPT. Así, se observó
que la resistencia transversal de la columna de suelo está linealmente relacionada con
el número de recuentos de soplado ( N -valores) en estos sitios. Las relaciones lineales
son específicos del sitio y los coeficientes de relación lineal son sensibles a la litología
de la formación del subsuelo, que fue verificada por los datos del pozo. El estudio
demuestra la utilidad del método ERT en las investigaciones geotécnicas, que es el
tiempo económico, eficiente y menos tiempo en comparación con los otros métodos
geotécnicos, tales como tubos sin soldadura y DCPT, utilizados para el propósito.
Palabras clave
Tomografía de resistividad eléctrica ;
Resistencia transversal ;
Pruebas geotécnicas ;
Ensayo de penetración estándar ;
Prueba de penetración de cono dinámico
1. Introducción
Caracterización del subsuelo y la determinación de la resistencia del suelo son
requisito previo para el diseño de la fundación de importantes obras de ingeniería
civil. Caracterización eléctrica de suelo se realizó mediante la realización de
mediciones de resistividad eléctrica de superficie y posteriormente traducir estos datos
en términos de las propiedades eléctricas del subsuelo ( Israil y Pachauri,
2003 ). Varios intentos se han hecho en la literatura para integrar la ERT y datos
geotécnicos para la caracterización de suelo subsuperficial ( Cosenza et al.,
2006 y Gay et al., 2006 ). La aplicación de la resistividad eléctrica para la
caracterización de suelo fue revisado por Samouëlian et al., (2005) .
Alternativamente, en los estudios geotécnicos, Penetración de prueba estándar (SPT)
proporciona datos sobre la resistencia de los suelos a la penetración, que puede ser
utilizado para evaluar la resistencia del suelo en términos de número de golpes ( N -
valores). Los N -valores se definen como el número de golpes por 30 cm de
penetración en el suelo. Siguiendo el procedimiento del ESTÁ 6403 - (1981) de
código, N -valores se pueden utilizar para obtener la capacidad de carga de los
suelos. En dinámico Cono prueba de penetración (DCPT), la resistencia, N -valor, a la
penetración del cono en términos del número de golpes por 30 cm de la penetración se
correlaciona con la capacidad de soporte del suelo. Los datos de estos ensayos
geotécnicos (SPT y DCPT) en asociación con la medición de datos y de laboratorio pozo
de sondeo de las propiedades del suelo (por ejemplo, distribución del tamaño de grano,
grado de saturación y permeabilidad) se utilizan para caracterizar el suelo
subsuperficial.
Pruebas geotécnicas son lentos y caros. Por otro lado, los métodos geoeléctricos son
más rápidos y relativamente barato. El uso de la resistividad eléctrica de Positrones
(ERT) técnica proporciona la imagen eléctrica del subsuelo y se ha convertido en una
herramienta importante para la caracterización eléctrica de los suelos. Correlación
entre parámetros eléctricos y la resistencia del suelo, derivado de ensayos
geotécnicos, puede ser estudiado por la elección de los diferentes parámetros
eléctricos. Se ha informado en la literatura ( Braga et al., 1999 y Giao et al., 2003 )
que la relación entre los parámetros eléctricos, tales como capacidad de carga, la
resistividad y N -valores es pobre.
La física del flujo de corriente eléctrica en el suelo debajo de la superficie sugiere que
la posible relación entre la resistencia del suelo y la resistividad eléctrica debe basarse
en los parámetros que controlan la resistencia del suelo, así como la resistividad
eléctrica como la distribución de tamaño de grano, grado de saturación, la porosidad y
la cementación . Es así que desde la resistividad es sensible a la salinidad de saturar el
fluido mientras que la resistencia del suelo no está relacionada con ella. Por lo tanto, la
relación entre los parámetros eléctricos y la resistencia del suelo tendrá sentido si la
salinidad de saturar los cambios de fluidos con la profundidad. Por otro lado, el
contenido de arcilla en la matriz del suelo puede afectar tanto a la resistencia del
suelo, así como su resistividad con diferente grado. La propiedad de intercambio iónico
de la arcilla forma una nube móvil de iones adicionales alrededor de cada partícula de
arcilla. Estos iones facilitar el fácil flujo de la corriente eléctrica. Por lo tanto, en los
suelos de grano fino, tales como arcilla, la resistividad eléctrica es siempre inferior a lo
esperado sobre la base de análisis químico del agua extraída del suelo ( Zhdanov y
Keller, 1994 ). Por lo tanto, el contenido de arcilla en el suelo puede cambiar la relación
entre el parámetro eléctrico y la resistencia del suelo.
En el presente trabajo, reportaremos nuestras investigaciones sobre dos lugares que
tienen diferente matriz del suelo para la caracterización de los suelos mediante la
realización de ERT, SPT, DCPT y mediciones de laboratorio. Se propusieron los sitios
para la planta de energía térmica y se encuentran en Aligarh y Jhansi, Uttar Pradesh
(UP), India. La ubicación de estos sitios, junto con los puntos de la investigación y la
ERT línea de perfil se muestran en la figura. 1 . Los valores de resistividad eléctrica
derivados se calibran en primer lugar con los datos de las perforaciones de suelo
subsuperficial, y posteriormente se utilizan para calcular la resistencia transversal, que
se correlaciona con los valores de N registrados a partir de ensayos geotécnicos en
cada sitio.
La figura. 1.
Mapa de localización del área de estudio, que muestra las ubicaciones de Resistividad
Eléctrica de Positrones (ERT), Pozos (BH) y Dynamic Cone Penetration Test (DCPT) en los sitios
investigados en Aligarh y Jhansi.
Opciones Figura
2. Investigación de campo
Las investigaciones de campo forman parte de las investigaciones que utilizan
geoeléctricos Resistividad eléctrica de Positrones (ERT) técnica e investigaciones
geotécnicas, que incluyen SPT, pruebas DCPT y distribución del tamaño de grano de las
muestras de suelo recolectadas en estos lugares. Datos de pozos se utilizaron para la
calibración y la correlación de los valores de resistividad al subsuelo. Los detalles de la
investigación de campo se discuten en lo siguiente:
2.1. Investigaciones geoelectrical
Resistividad eléctrica de Positrones (ERT) de la encuesta se llevó a cabo mediante el
sistema de electrodos múltiples (Syscal Junior). Los datos se registraron utilizando
secuencia de Schlumberger-Wenner con 72 electrodos desplegados a lo largo de la
línea del perfil en una separación entre electrodos de 5 m. La longitud total de cada
línea de perfil era 355 m. Procesamiento y la inversión de imagen de resistividad datos
del perfil se llevaron a cabo utilizando el código RES2DINV ( Loke y Barker,
1996 y Loke, 1997 ). Para cada uno de los conjuntos de datos, L 1 norma se utiliza
para el desajuste entre los datos y la inversión se llevó a cabo usando el L 1 norma (en
bloques) método de inversión para el filtro de rugosidad modelo ( Loke et al., 2003 ).El
método utiliza un esquema de diferencias finitas para resolver el problema directo 2-D
y método de inversión de bloque para invertir los datos de la ERT
procesados. RES2DINV genera la imagen de profundidad resistividad invertida para
cada línea de perfil. La calidad del resultado de inversión se comprobó mediante el
control de error absoluto ( e rms ) entre la resistividad aparente medido y predicho dada
por,
ecuación( 1 )
Gire MathJaxen
donde ρ una i meas y ρ una i calc son los valores de resistividad aparente medidos y calculados
en i TH punto de datos, respectivamente, y N es el número total de puntos de datos.
Inversión Geophysical sufre de no unicidad. Una forma de reducir la falta de
singularidad consiste en utilizar datos / información adicional de otras fuentes para
restringir la inversión geofísica. Se utilizaron los datos del pozo para limitar los valores
de resistividad dentro del rango aceptable para diferentes formaciones
litológicas. Valores RMS de 9% y 6% para los dos sitios investigados indican que los
datos se ajustan con la respuesta computarizada y los pisos de error promedio son 9%
y 6% en los datos en Aligarh y Jhansi, respectivamente. En la presente investigación,
los datos del SPT y DCPT se registraron hasta 16 m de profundidad, por lo tanto, el
modelo de resistividad se limita a una profundidad de 24 m. Modelos de resistividad de
profundidad invertidas se muestran en la figura. 2 (ayb) de Aligarh y Jhansi,
respectivamente.Distribución de la resistividad del subsuelo en estas áreas muestra
una variación significativa de la resistividad del suelo a diferentes profundidades a lo
largo de la línea del perfil. El rango de resistividad en estos lugares se encuentra entre
1 a 1000 Ωm, lo que indica una amplia variación en la matriz del suelo, distribución de
tamaño de grano y la saturación de agua.
La sección de resistividad crudo y basado en los lineamientos Resistividad eléctrica de
Positrones (ERT) (a) Aligarh, (b) Jhansi. (Para la interpretación de las referencias a color en
esta leyenda de la figura, se remite al lector a la versión web de este artículo.)
Opciones Figura
Distribución de la resistividad en Aligarh ( . Fig. 2 (a)) indica la superficie del suelo
cerca insaturado representado por la alta resistividad, casi a lo largo de toda la línea de
perfil. Alta resistividad local en el material de la superficie cerca es debido a la
presencia de cantos rodados expuestos en la superficie. El espesor de la capa superior
varía entre 4.2 ma lo largo de la línea del perfil. La disminución de la resistividad a una
profundidad por debajo de 4 m indica la presencia de suelo saturado. Datos de sondeo
indica la presencia del nivel estático del agua a 4 m de profundidad. Formación
arcilloso está representado por una resistividad de menos de 10 Ωm. Formaciones
limosos están representados por un rango de resistividad de 10-50 Ωm.
La figura. 2 (b) indica el modelo de resistividad profunda similar obtenida en Jhansi. Sin
embargo, relativamente baja resistividad en todas las profundidades indica la
presencia de material de suelo fino y aumento en el porcentaje de arcilla en la matriz
del suelo. Nivel estático del agua se registra a 3,0 m. Hay algunas zonas de resistividad
secundarias locales (> 200 Ωm) cerca de la superficie, lo que indica la falta de
homogeneidad localizadas laterales de resistividad del material de la superficie cerca,
que se deben a la presencia de grandes rocas secas de tamaño; tales características se
observan en este sitio. La presencia de materiales más finos (limo y arcilla) en
condiciones de saturación, a una profundidad por debajo de 3 m, se indica por la
disminución de la resistividad. La formación de arcilla está representado por la baja
resistividad (<10 Ωm) zona.
Los resultados se muestran en la ERT figura. 2 (ayb) se utilizan para la caracterización
eléctrica del subsuelo mediante la generación de perfil eléctrica del suelo en lugares
seleccionados a lo largo de la línea del perfil. El perfil eléctrica del suelo se calibra con
los tipos de suelo subsuperficial obtenidos a partir de los datos de las
perforaciones. Por último, los parámetros eléctricos están correlacionadas con la
resistencia del suelo determinado a partir de SPT, DCPT y análisis de tamaño de grano
en los sitios de Aligarh y Jhansi.
2.2. Investigaciones geotécnicas
Las ubicaciones de tubos sin soldadura, pruebas DCPT y pozos perforados en Aligarh y
Jhansi se muestran en la figura. 1 . Pruebas SPT se realizaron en 17 puntos hasta un
máximo de 15,5 m de profundidad, siguiendo el procedimiento establecido en el IS:
2131 - (1981) de código. Pruebas DCPT se llevaron a cabo en 11 puntos de acuerdo a
lo señalado en IS: 4968 - (1976) de código en Jhansi. En DCPT, cono de diámetro 50
mm con ángulo de 60 ° ápice fue enterrada en el suelo usando un martillo 65 kg cae
libremente desde una altura de 75 cm. El número de golpes ( N se registró necesarios
para la penetración de cada profundidad de 15 cm en el suelo-valores),. Se recogieron
muestras de suelo para análisis de tamaño de grano, desde los pozos perforados cerca
de estos lugares.
Corregido N -valores con profundidad en Aligarh y Jhansi, junto con las cantidad de
golpes medias; curva continua, y la desviación estándar; curva de puntos, se muestran
en la figura. 3 (a y b), respectivamente. El área de estudio en ambos sitios tiene
formación aluvial, que generalmente se caracteriza como medio
estratificado. Cualquier pequeña variación lateral sobre un área local (≈ 1 kilometro 2 )
es atendido en un promedio de N -valores. Los N -valores, en general, aumentan con la
profundidad; la tasa de aumento varía con la profundidad, la cual depende de los
parámetros de resistencia del suelo, tales como la distribución de tamaño de grano, la
porosidad, grado de saturación, y la cementación de la matriz del suelo, etc La N - los
valores obtenidos a partir de pruebas DCPT en Jhansi junto con su media; curva
continua y la desviación estándar; curva de puntos se muestran en la figura. 4 .
La figura. 3.
Variación del número de cantidad de golpes ( N -valores) registrados durante Penetración de
prueba estándar (SPT) conspiró con la profundidad en el (a) Aligarh, (b) Jhansi.
Opciones Figura
La figura. 4.
Variación del número de cantidad de golpes ( N -valores) obtenidos de Dynamic Cone
Penetration Test (DCPT) conspiró con profundidad a Jhansi.
Opciones Figura
El análisis de laboratorio de las muestras de suelo recolectadas en estos sitios se llevó
a cabo para determinar la distribución del tamaño de grano con la profundidad. El
porcentaje medio de diferentes tamaños de partículas, grava (> 4,75 mm), arena
(0,075 a 4,75 mm), y arena fina (<0,075 mm) conspiró con la profundidad en los sitios
de Aligarh y Jhansi se muestran en la figura. 5 (A y B), respectivamente. En Aligarh
arena está dominando principalmente en todas las profundidades estudiadas excepto
entre 1,5 a 3,0 m y 9,0 a 12,0 m, donde predomina la arena fina (> 50%), mientras que
en Jhansi arena fina está dominado consistentemente (> 70%), mientras que la arena
es menos de 20%. La composición de la grava es muy pequeña (<10%) en ambos
sitios. La variación de la resistividad con la distribución del tamaño de grano y otros
parámetros se discuten a continuación.
La figura. 5.
Distribución de tamaño de partícula en porcentaje de grava (> 4,75 mm), arena (0,075 a 4,75
mm) y arena fina (<0,075 mm) obtenido de la muestra de suelo recogida en varias
profundidades de (a) Aligarh; (b) sitios de Jhansi.
Opciones Figura
En el suelo saturado, flujo de corriente eléctrica a través de los iones presentes en el
líquido saturante (salmuera). Matriz del suelo y distribuciones de tamaño de grano
ofrecen resistencia al flujo de corriente iónica a través de la presente líquido en los
espacios de los poros. Si el tamaño de grano es muy pequeña (<0,075 mm), tal como
en la arcilla, la corriente eléctrica fluirá fácilmente a través del fluido de poro lo que es
menos resistivo. Sin embargo, como el tamaño de grano aumenta, se ofrece más
resistencia al flujo de corriente iónica. Por lo tanto, la resistividad volumétrica del suelo
aumentará. Archie (1942) ha dado una relación empírica entre la resistividad eléctrica
y la porosidad del suelo. Para la porosidad y la saturación constante, resistividad
volumétrica de suelo aumentará con el aumento de tamaño de grano ( Zhdanov y
Keller, 1994 ). figura. 2 (A y B) también muestran la relación entre la resistividad y la
distribución del tamaño de grano en los sitios investigados.
3. Correlación geoeléctricos con datos geotécnicos
Variación de la resistividad con la profundidad y el promedio de N valores en los dos
sitios investigados se muestran en la figura. 6 (a y b), respectivamente. No hay
relaciones específicas entre la resistividad y N -valor se observan en la
figura. 6 (b). Resultados similares fueron reportados por Braga et al. (1999) , Giao et
al. (2003) .
La figura. 6.
Variación de valores de resistividad derivados de la sección interpretado (a) con la
profundidad y (b) con un recuento promedio de soplado.
Opciones Figura
Además, hemos utilizado la resistencia transversal para la correlación con
los N valores. La resistencia transversal ( T ) para la sección m-capa se ha calculado
como,
Gire MathJaxen
donde ρ i y h i es la resistividad y el espesor de la i ª capa, respectivamente. Como
ambos sitios están localizados en la zona aluvial en la que no se espera una importante
discontinuidad horizontal. Por lo tanto, se utiliza la media de la resistividad horizontal
sobre una pequeña línea de perfil (<1 km).
Los valores de resistividad se derivan de secciones en profundidad resistividad ( . Fig.
2 y . Fig. 3 ) en las profundidades para el que N se registraron los
valores. figura. 7 muestra la variación de la resistencia transversal con la profundidad
en los sitios investigados.
La figura. 7.
Variación de la resistencia transversal con la profundidad en los sitios de Aligarh y Jhansi.
Opciones Figura
La figura. 8 (a y b) muestran las relaciones lineales entre la resistencia transversal y el
promedio de Nvalores. Los coeficientes en las relaciones lineales son sensibles a la
litología y contenido de arcilla en los sitios investigados. La relación lineal obtenido en
Aligarh y Jhansi está dada por las siguientes ecuaciones, respectivamente.
ecuación( 2 )
y = 0 , 0 2 8 x 1 0 , 9 0 9Gire MathJaxen
ecuación( 3 )
Y = 0 . 1 0 2 x 4 . 9 2 2Gire MathJaxen
donde abscisa x es la resistencia transversal (Ωm 2 ) y la ordenada y es el número de
recuentos de soplado ( N -valores). Los coeficientes de correlación ( R ) de las
ecuaciones. (2) y (3) son 0,974 y 0,975 respectivamente.
La figura. 8.
Relación lineal entre el número de recuentos de soplado ( N -valores) y la resistencia
transversal obtenidos en (a) Aligarh; (b) Jhansi.
Opciones Figura
Las Ecs. (2) y (3) demuestran que la resistencia transversal está linealmente
relacionada con N -valores en los sitios investigados. Las diferencias en los coeficientes
de ajuste lineal en los dos sitios se deben a la diferencia en su contenido de arcilla. En
Aligarh, el porcentaje de contenido de arcilla es menor en comparación con los otros
sitios en Jhansi. Esto se indica por los cambios en laderas de ajuste lineal en las
Ecs. (2) y (3) . La correlación positiva entre la resistencia transversal y N -valor es el
principal resultado de la presente investigación.
4. Conclusión
Investigaciones geotécnicas se han llevado a cabo en dos tipos de suelo diferentes en
Aligarh y Jhansi sitio, en Uttar Pradesh, India. El SPT, DCPT y granos de datos de
análisis de tamaño se han integrado con los resultados de la ERT. Los valores de
resistividad se correlacionan con la matriz del suelo y la distribución de tamaño de
grano. Relación lineal se ha presentado entre la resistencia transversal derivada de los
datos de la ERT y N-valores obtenidos a partir de ensayos geotécnicos en estos sitios. A
medida que estos sitios representan diferentes matriz del suelo se encuentra en
diferentes ambientes geológicos, los coeficientes de ajuste lineal son diferentes. Por lo
tanto, las relaciones son específicos y requieren de un amplio estudio para establecer
su validez y limitaciones, en diferentes ambientes geológicos, para su aplicación
futura. Una vez que tal relación se conoce para una ubicación en particular, la
resistencia del suelo se puede determinar a partir de los resultados de la ERT. La
determinación de la resistencia del suelo usando ERT es económico, rápido y eficiente
en comparación con la directa en métodos in situ utilizados para determinar la
resistencia del suelo para fines de ingeniería civil y, por lo tanto, es muy útil en las
investigaciones geotécnicas.