METODOS DE ESTUDIO DEL INTERIOR DE LA TIERRA

METODOS GEOFISICOS

Son pruebas realizadas para la determinación de las características geotécnicas de un terreno, como parte de las técnicas de reconocimiento de un reconocimiento geotécnico.

Intentan evaluar las características del terreno basándose en la medida de ciertas magnitudes físicas tomadas generalmente en la superficie del terreno. Si las características de los terrenos son tales que las magnitudes físicas medidas son bastante diferentes entre sí, es posible localizar los contactos entre las distintas capas de terreno. Sin embargo, esto no siempre sucede así, por lo que estos métodos tienen serias limitaciones.

No obstante, gracias a su rapidez y economía, están especialmente indicados para investigar áreas extensas o alineaciones de gran longitud entre sondeos que se encuentren alejados, y de esta forma poder interpolar los resultados obtenidos en las prospecciones extremas, o establecer, en su caso, la necesidad de realización de sondeos intermedios. Deben ser considerados siempre como métodos complementarios de reconocimiento, debiendo estar acompañados por prospecciones directas como sondeos, y los datos obtenidos mediante estos sistemas refrendados y contrastados por los resultados de dichos sondeos.

Los trabajos de campo e interpretación de las medidas deben estar realizados por personal altamente cualificado y con experiencia en la ejecución y procesamiento de resultados.

CLASES DE METODOSPueden plantearse las siguientes opciones:

1.- Métodos Eléctricos.2.- Métodos Gravimétricos.3.- Métodos Magnéticos.4.- Métodos Sísmicos: a) Reflexión b) Refracción.

*Nota: El método de mayor utilización en la ingeniería civil es el método sísmico de refracción, aunque los métodos eléctricos también tienen cierta utilidad.

METODO ELECTRICO

Permiten evaluar la resistividad media del subsuelo mediante la medición de una diferencia de potencial entre dos electrodos situados en la superficie.

El flujo de corriente a través del terreno discurre gracias a fenómenos electrolíticos, por lo que la resistividad depende básicamente de la humedad del terreno y de la concentración de sales en el agua intersticial. Por ello existe una gran variabilidad de valores de la resistividad para cada tipo de terreno, con rangos muy amplios.

El método consiste en colocar cuatro electrodos alineados a igual distancia entre sí (d). Se conecta una batería a los electrodos exteriores midiendo la intensidad que circula entre ellos, así como el voltaje entre los electrodos intermedios. La resistividad viene definida por el cociente entre el voltaje y la intensidad de la corriente medidos, multiplicado por 2 Π d.

El valor obtenido representa la resistividad media de un gran volumen de suelo, ya que la red de corriente se extiende en profundidad, aunque tienen mayor peso las características eléctricas de los terrenos más superficiales. En cualquier caso, la presencia de un estrato de alta resistividad cercano a la superficie bajo otro de gran resistividad, eleva el valor resultante del ensayo, al contrario de lo que sucede si existe un material de baja resistividad bajo un estrato de alta.

Dos electrodos se insertan en el subsuelo y se aplican un voltaje externo a ellos, un flujo de corriente atravesará por la Tierra desde un electrodo al otro. Las líneas de flujo de la corriente siempre son perpendiculares a los planos equipotenciales. A lo largo de los planos o superficies equipotenciales el potencial es constante. La variación del potencial o del voltaje respectivamente superpuesto a los electrodos A y B se distribuye a lo largo del espacio ubicado entre ambos electrodos. En un conductor homogéneo como supuesto en la figura arriba presentada (ielect1b) el potencial respecto al electrodo A, que se observa a lo largo de un plano vertical, que corta la superficie en el punto C (ubicado en la mitad entre los electrodos A y B) tendrá la mitad del valor correspondiente al electrodo B. Si se podría medir el potencial en el subsuelo se observará que el potencial tiene el mismo valor como en cada punto de la superficie terrestre. Tal punto como D por ejemplo, donde la proporción de las distancias desde este punto D hasta el punto A y hasta el punto B es igual a la misma proporción medida en la superficie terrestre. En el caso de D la proporción es 1/3. La línea, que se extiende desde D hacia abajo y se dobla debajo de A es la traza de la superficie equipotencial con respecto al plano vertical, que contiene los electrodos A y B.

METODO GRAVIMETRICO

Consiste en la medición muy precisa de la aceleración de la gravedad en distintos puntos, registrando variaciones anómalas de dicha aceleración, que pueden suponer cambios bruscos en la densidad de un terreno.

De esta forma, se pueden detectar huecos o cavernas, como las existentes en los terrenos kársticos, o en zonas de explotación minera actual o histórica, fallas, domos salinos, profundidad de capas competentes compactas, etc.

Los resultados obtenidos son, en general, poco concluyentes para que su empleo esté generalizado en la ingeniería civil, a pesar de lo cual, no dejan de constituir un método particular de los métodos geofísicos, como alternativa en el reconocimiento geotécnico de un terreno.

OBSERVACION DE ANOMALIAS GRAVITATORIAS

METODO MAGNETICOEl Geomagnetismo se ocupa del estudio del Campo Magnético terrestre, tanto de su generación como de su variación espacial y temporal.

Dentro de su estudio distingue entre Campo Interno y Campo Externo. En el Campo Interno intenta buscar una explicación para la generación y mantenimiento de un Campo Magnético propio y para las variaciones espaciales y temporales detectadas en la superficie terrestre, basándose en la teoría de la dinamo. En el campo externo estudia el efecto del Campo Magnético Interno y del Campo Magnético Solar sobre la Ionósfera.

NOTA

METODO SISMICOSon un tipo de método geofísico que constituyen pruebas realizadas para la determinación de las características geotécnicas de un terreno, como parte de las técnicas de reconocimiento de un reconocimiento geotécnico .

Las ondas sísmicas que atraviesan un terreno pueden ser:

1.- Longitudinales o de compresión.2.- Transversales o de cizallamiento.3.- Superficiales.

La velocidad de propagación de las ondas sísmicas en el terreno depende de sus características de deformabilidad. En la hipótesis de suponer un comportamiento elástico para el terreno, la velocidad de las ondas longitudinales y transversales es función del módulo elástico y del coeficiente de Poisson (ambos dinámicos), por lo que con ambas expresiones pueden obtenerse dichos parámetros.

METODO SISMICO

UN POCO DE HISTORIAEl desarrollo de la teoría sísmica se remonta a 1678 cuando se enuncia la Ley de la Elasticidad de Hooke, mucho antes de la existencia de instrumentos capaces de realizar medidas significativas. Sin embargo, no es sino hasta 1845 cuando, Robert Mallet, realiza los primeros intentos de medición de las velocidades sísmicas a través de “terremotos artificiales”, usando pólvora negra como fuente de energía y recipientes de mercurio como receptores. En1899 Knott desarrolla la teoría sísmica de la Reflexión y la Refracción. Pero, es en 1910 cuando las diferencias entre las ondas S y P se da a conocer por A. Mohorovicic, quien las identifica y las relaciona con la base de la corteza, el Moho. La sísmica de reflexión nace gracias a los primeros trabajos realizados por Reginal d Fesseden, en 1913, con el fin de detectar icebergs.

UN POCO DE HISTORIAPero no fue sino hasta 1927 cuando el método de reflexión se convierte en una técnica comercial de exploración geofísica. En 1919, Ludger Mindtrop aplicó para una patente sobre el método de refracción y ya hacia 1930 todos los domos salinos superficiales habían sido descubiertos mediante esta técnica de exploración. Rieber (1939) introduce la idea del procesado de datos sísmicos usando una grabación de densidad variable y foto celdas para la reproducción de las trazas sísmicas. Sin embargo, es en1953, cuando las cintas magnéticas se hicieron comercialmente disponibles, que se dio el paso al inicio del procesamiento de datos; difundiéndose rápidamente en los años siguientes. Hasta este momento no se empleaba la geometría CMP, la cual es usada por primera vez en 1956. A finales de los 70, coincidiendo con el auge informático y el desarrollo tecnológico, los nuevos soportes digitales y la nueva instrumentación representaron otro cambio significativo en el campo de la sísmica. Desde entonces no se ha dejado de trabajar en la contínua mejora de las técnicas de adquisición y procesamiento de datos. En la actualidad toda la adquisición se realiza en formato digital y los datos son procesados antes de su interpretación.

Método Geofísico Sísmico

PRINCIPIOS BASICOSLa exploración sísmica emplea las ondas elásticas que se propagan a través del terreno y que han sido generadas artificialmente. Su objetivo es el estudio del subsuelo en general, lo cual permite obtener información geológica de los materiales que lo conforman. La prospección sísmica es una herramienta de investigación poderosa, ya que con ella se puede inspeccionar con buena resolución desde los primeros metros del terreno (sísmica de alta resolución o sísmica superficial; shallow seismic) hasta varios kilómetros de profundidad (sísmica profunda; deep seismic). Así, para la sísmica profunda se utilizan fuentes de energía muy potentes (explosivos o camiones vibradores) capaces de generar ondas elásticas que llegan a las capas profundas del subsuelo, mientras que para la sísmica superficial se utilizan martillos de impacto, rifles sísmicos y explosivos de baja energía.

PRINCIPIOS BASICOS

De manera que el diseño de una campaña sísmica (equipo y material a utilizar) está en función del objetivo del estudio. Según esto, la sísmica profunda se emplea en la detección de reservorios petrolíferos (ya sea terrestre o marítima), grandes estructuras geológicas (plegamientos montañosos, zonas de subducción, etc.), yacimientos minerales, domos salinos, etc. Mientras que la sísmica superficial tiene mucha aplicación en la obra pública y la ingeniería civil.

La prospección sísmica se basa en el mismo principio que la sismología, consiste en generar ondas sísmicas mediante una fuente emisora y registrarlas en una serie de estaciones sensoras (geófonos) distribuidas sobre el terreno. A partir del estudio de las distintas formas de onda y sus tiempos de trayecto, se consiguen obtener imágenes del subsuelo que luego se relacionan con las capas geológicas (secciones sísmicas, campos de velocidades, etc.).

PRINCIPIOS BASICOSCuando una onda sísmica encuentra un cambio en las propiedades elásticas del material, como es el caso de una interfase entre dos capas geológicas; parte de la energía continúa en el mismo medio (onda incidente), parte se refleja (ondas reflejadas) y el resto se transmite al otro medio (ondas refractadas) con cambios en la dirección de propagación, en la velocidad y en el modo de vibración (Figura III.1).Las leyes de la reflexión y la refracción se derivan por el principio de Huygens cuando se considera un frente de onda que incide sobre una interfase plana. El resultado final es que ambas leyes se combinan en un único planteamiento: en una interfase el parámetro de rayo, p, debe tener el mismo valor para las ondas incidentes, reflejadas y refractadas. Si el medio consta de un cierto número de capas paralelas, la ley de Snell establece que el parámetro del rayo tiene que ser el mismo para todos los rayos reflejados y refractados resultantes de un rayo inicial dado.

LECTURA SISMICA

REFRACCION SISMICAUna de las aplicaciones del método de refracción sísmica en la ingeniería civil es el estudio del subsuelo, para la determinación de las condiciones (meteorización, fracturación, alteración) y competencia de la roca, como también para detección de fallas geológicas. Este método mide el tiempo de propagación de las ondas elásticas, transcurrido entre un sitio donde se generan ondas sísmicas y la llegada de éstas a diferentes puntos de observación, como lo muestra la Fig. 1. Para esto se disponen en superficie una serie de sensores (geófonos) en línea recta a distancias conocidas, formando lo que se conoce como tendido sísmico o línea de refracción. A una distancia conocida del extremo del tendido, en el punto de disparo, se generan ondas sísmicas con la ayuda de un martillo o por la detonación de explosivos (Fig. 2), las cuales inducen vibraciones en el terreno que se propagan por el subsuelo y que son detectadas por cada uno de los sensores en el tendido.

REFRACCION SISMICA

Los registros de cada sensor tienen información de la respuesta del terreno en función del tiempo y son conocidos como sismogramas. Estas trazas son analizadas en la refracción sísmica para obtener el tiempo de llegada de las primeras ondas de cuerpo, tanto onda P como también las llegadas de la onda S, a cada sensor desde el punto de disparo. El análisis e interpretación de estos datos permite calcular las velocidades longitudinales (Vp [m/s]), además de la determinación de los refractores que se pueden asociar a interfaces de los materiales del subsuelo en profundidad, lo que a su vez se puede interpretar litológicamente.

REFRACCION SISMICA

REFLEXION SISMICA

El método sísmico de reflexión consiste en generar un frente de ondas que penetre en el subsuelo, esta energía es reflejada en las distintas interfases que existen en el subsuelo, estas interfases responden a contrastes de impedancia acústica, esta es el producto de la velocidad de propagación de la onda en el estrato por la densidad del mismo. La impedancia acústica a posteriori se relacionará con las distintas capas geológicas para obtener un modelo estructural. Todo ello es logrado gracias a la medición con equipos de grabación muy sofisticados, el tiempo transcurrido desde la generación de la onda hasta que esta es recibida por los sensores colocados en la superficie (geófonos ó hidrófonos).

REFLEXION MARINA

REFLEXION SISMICAEstos permiten recibir, ordenar e imprimir las señales sísmicas recogidas por los receptores. Entre ellos tenemos: los cables, el módulo de grabación, los oscilógrafos y los equipos de grabación. Para ello se emplean unos dispositivos llamados canales. El número de estos levantamientos sísmico dependerá del objetivo del mismo y de las características del equipo de grabación utilizado.

REFLEXION SISMICA

METODOS DE ESTUDIO DEL INTERIOR DE LA TIERRA

PERFORACIONES DE LA TIERRA

RANGO DE APLICACIÓN DE CADA METODO