UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO ACADEMICO DE MECANICA DE SUELOS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA CIVILDEPARTAMENTO ACADMICO DE MECNICA DE SUELOSPROSPECCIN GEOFSICA:MTODO ELCTRICOCurso: Geologa Aplicada (GE 831 J)Docente: Ing. Julio Csar Zedano CornejoGRUPO N1UNI 2011 - I

DEFINICION DE GEOFISICAEtimolgicamente, del griego,naturaleza de la Tierra), es la ciencia que estudia los campos fsicos vinculados a nuestro planeta. Es decir, que estudia la Tierra mediante mtodos de la fsica, de carcter indirecto, a fin de conocer su evolucin y caractersticas actuales (geofsica pura) y tambin como herramienta de prospeccin de recursos (geofsica aplicada). Pueden medirse directamente los campos fsicos naturales (gravedad, magnetismo, radioactividad, geotermas, etc.) o generarse campos artificiales por emisin de electricidad, energa ssmica, etc., para as obtener mediciones ms efectivas a los fines exploratorios

Geofsica PuraGravimetra (con Geodesia)Magnetometra (con Geo y Paleomagnetismo)GeoelectricidadRadiometra (con Geocronologa)Geotermia (con Vulcanologa)SismologaGeofsica AplicadaProspeccin GravimtricaProspeccin MagnetomtricaProspeccin GeoelctricaProspeccin RadiomtricaProspeccin GeotrmicaProspeccin Ssmica(Refraccin y Reflexin)

MTODOS GEOFSICOSCon los mtodos geofsicos se puede investigar zonas sin acceso para el ser humano, como el interior de la tierra. En la bsqueda de yacimientos metalferos (prospeccin, exploracin) estos mtodos pueden dar informaciones sin hacer una perforacin de altos costos. Existen varios mtodos geofsicos los cuales aprovechan propiedades fsicas de las rocas. Pero todos dan solamente informaciones indirectas, es decir nunca sale una muestra de una roca. Los resultados de investigaciones geofsicas son hojas de datos (nmeros) que esperan a una interpretacin A continuacin se enlistan los principales mtodos que se han desarrollado hasta hoy: Mtodo ssmico Mtodo de resistividad elctrica Mtodos magnticos y gravimtricos Refraccin/Reflexin Sondeos elctricos verticales (SEV)Tomografas GeoelctricasElectromagnetismoGeoradar o GPR El PID (Photo Ionization Detector) y el IR (Infra Red Analyzer)

Mtodo ssmicoEste procedimiento se funda en la diferente velocidad de propagacin de las ondas vibratorias de tipo ssmico a travs de diferentes medios materiales. Las mediciones realizadas permiten establecer que esa velocidad de propagacin vara entre 150 y 2.500 m/seg en suelos, correspondiendo los valores mayores a mantos de grava muy compactos y las menores a arenas sueltas; los suelos arcillosos tienen valores medios, mayores para las arcillas duras y menores para las suaves.En roca sana los valores fluctan entre 2.000 y 8.000 m/seg. esencialmente el mtodo consiste en provocar una explosin en un punto determinado del rea a explorar usando una pequea carga de explosivo. Por la zona a explorar se sitan registradores de ondas (gefonos), separados entre s de 15 a 30 m. La funcin de los gefonos es captar la vibracin, que se transmite amplificada a un oscilgrafo central que marca varias lneas, una para cada gefono.

Mtodo de resistividad elctrica Los mtodos elctricos son la modalidad de investigacin geofsica ms antigua y la utilizada por gelogos, geofsicos e ingenieros para distinguir y caracterizar el subsuelo. Los mtodos elctricos se basan en la medicin de las propiedades elctricas del subsuelo. Todos los materiales de la Tierra oponen resistencia al flujo de la corriente elctrica. Esta propiedad se llama resistividad geoelctrica, la cual nos permite diferenciar entre distintos materiales.

Perfil elctrico de resistividades para detectar un penacho contaminante en una fosa de rellenoMtodos magnticos y gravimtricos El objetivo principal de la gravimetra es medir anomalas en el campo gravitatorio de la Tierra causadas por cambios de densidad entre distintos materiales. Los datos de campo deben ser corregidos respecto a puntos de referencia de conocida gravedad. La correcciones sern respecto al tiempo, altura topogrfica, posicin geogrfica, mareas y cercana a grandes masas de roca MINERIALocalizacin de yacimientos de minerales metlicosLocalizacin de yacimientos de minerales no metlicosGEOTECNIAModelizacin del substrato rocosoDeteccin de cavidadesMEDIOAMBIENTECaracterizacin de vertederosAPLICACIONES:

Ejemplo de deteccin de cavidades mediante gravimetra:Los colores azules representan zonas de menor gravedad desvelando la forma y la localizacin de la cavidad.Refraccin/Reflexin El mtodo de la Ssmica de Refraccin y Reflexin se basa en la distribucin de velocidades ssmicas originadas por una fuente artificial (golpeo o explosin sobre la superficie del suelo). La velocidad ssmica aumentar en aquellos materiales de mayor densidad permitiendo distinguir entre distintos tipos de materiales.Las aplicaciones de este mtodo son las siguientes:MEDIO AMBIENTEDefinicin de zanjas y suelos de rellenoDelimitacin y cubicacin de vertederosGEOLOGA E HIDROGEOLOGALocalizacin del nivel freticoEstratigrafa del terrenoOBRA CIVILDeteccin de cavidades y fisuras en el terrenoExcavabilidad del terrenoEstabilidad de taludesSondeos elctricos verticales (SEV)Para poder identificar contrastes de la resistividad geoelctrica a distintas profundidades, es decir, la realizacin de un sondeo elctrico vertical, se realiza mediante una formula as: intensidad (I), por medio de unos electrodos (AB), el cual nos permite medir una diferencia de potencial (dV) entre dos electrodos (MN). La resistividad geoelctrica se obtiene por aplicacin de la Ley de Ohm segn la siguiente expresin: R = K dV/I donde K=configuracin geoelctricaTomografas GeoelctricasSe trata de un mtodo de prospeccin geoelctrica consistente en la medicin de resistividades aparentes de los materiales del subsuelo permitiendo obtener un perfil o pseudoseccin en 2D (longitud x profundidad). En lugar de ir desplazando los electrodos cada vez que se toma una medida (SEV convencional), se colocan entre 25 y 50 electrodos en la superficie del suelo de una sola vez.Las aplicaciones de este mtodo son las siguientes:MEDIO AMBIENTEDeteccin de plumas de contaminacinCaracterizacin de vertederosOBRA CIVILDeteccin de cavidadesServicios enterradosResistividades Geoelctricas del subsueloCorrientes TelricasGEOLOGA, HIDROGEOLOGA Y ARQUEOLOGAEstratigrafa del terrenoLocalizacin del nivel freticoDeteccin de estructuras geolgicasRECURSOS NATURALESEvaluacin de reservas de ridosEvaluacin de yacimientos de rocas ornamentalesEvaluacin de otros yacimientosEJEMPLO DE APLICACIN DE TOMOGRAFAS GEOELCTRICAS PARA EXPLOTACIN DE RIDOS.

Los colores azules representan zonas de menor resistividad elctrica mientras que los colores rojos representan zonas de mayor resistividad elctrica. ElectromagnetismoEsta es una de las tcnicas ms empleadas para la deteccin de objetos metlicos. Este tipo de prospecciones se realizan con dos bobinas de cobre una llamada bobina transmisora y otra bobina receptora separadas a una distancia determinada. Se aplica una corriente alterna sobre la bobina trasmisora creando un campo magntico alterno llamado campo primario, que a su vez se transmite por todas partes incluido al subsuelo. Este campo magntico alternativo induce una corriente alterna a travs del conductor creando un nuevo campo magntico llamado campo secundario. Lo que la bonina receptora recibe es la combinacin del campo primario y secundario. Ambos campos magnticos a su vez inducen una corriente alterna a travs de la bobina receptora. Esta corriente es medida la cual es usada para determinar la intensidad del campo magntico combinado y la conductividad elctrica en el punto donde se a producido la medicin.

Las aplicaciones de este mtodo son las siguientes:MEDIO AMBIENTELocalizacin de bidones y/o depsitos enterradosDeteccin de plumas de contaminacinLocalizacin de servicos enterradosDelemitacin de vertederosARQUEOLOGALocalizacin de estructuras antiguasLocalizacin de cementeriosVestigios ancestralesOBRA CIVILLocalizacin de servicios conductores metlicosLocalizacin de servicios magnticosDeteccin de cavidades y fisuras del terrenoControl de mallazo metlicoEJEMPLO DEL MTODO ELECTROMAGNTICO UTILIZANDO UN EM-31,

Las alineaciones de color rojo representan la localizacin de cables elctricos (mayor conductividad) que se dirigan desde la torre de control hasta el radar de la base.Mapa de Anomalas Magnticas

GeoradarEl Georadar o GPR es una avanzada tecnologa no invasiva, es decir, sin la necesidad de perforaciones, catas o similares, que permite obtener una imagen del subsuelo pudiendo localizar servicios enterrados, estructuras geolgicas, problemas relacionados con la geotecnia, vestigios arqueolgicos, y contaminacin de suelos y aguas subterrneas.).

Algunas de las aplicaciones son: MEDIO AMBIENTELocalizacin de bidones y/o depsitos enterradosDeteccin de plumas de contaminacinLocalizacin de servicos enterradosDelemitacin de vertederosGEOLOGIA Y MEDIO AMBIENTELocalizacin del nivel freticoEstratigrafa del terrenoIntrusin de aguas salobres y marinasARQUEOLOGALocalizacin de estructuras antiguasLocalizacin de cementeriosVestigios ancestralesOBRA CIVILLocalizacin de servicios enterrados metlicos y no metlicosDeteccin de cavidades y fisuras del terrenoControl de mallazo metlicoControl del pavimento en carreterasFugas de agua Patologas en la construccin

PID (Photo Ionization Detector) Mide los cambios de seal que generan los analitos cuando son ionizados por una lmpara de luz ultravioleta. Este genera una idea del grado de contaminacin pudiendo detectar el nivel total de Compuestos Orgnicos Voltiles (VOCs), otros Hidrocarburos derivados del Petrleo y gases txicos (incluyendo hidrocarburos clorados), en rdenes de magnitud por debajo de los ppb. Dentro de las caractersticas ms resaltantes del PID se encuentran:Lmites de deteccin: 2 rangos (0.1 ppb - 3000 ppm) (0.1 ppm - 4000ppm) Estabilidad del cero de 0.05ppb Tiempo de respuesta: 0.08 seg; intervalo de muestreo: 10/s Resolucin en ordenes de los ppb, opcin de valores pico o integrados Indicacin de la porosidad del suelo y su permeabilidad Calibracin automtica para determinaciones cuantitativas de fases gaseosas para cerca de 200 compuestos Respuesta cero para el metano en el PID (CH4 es medido separadamente por la unidad IR) Amplio rango de accin: 0.1ppb-4000ppm Bomba de succin de alta potencia diseada especficamente para suelos Opcin de medida en unidades como ppm o mg/m3 (ppb o g/ m3) IR (Infra Red Analyzer) Es un instrumento usado para monitorear ciertas especies en muestras de aire, ya que ciertas molculas cuando absorben radiacin infrarroja se calientan y emiten longitudes de onda caractersticas en el infrarrojo lo cual permite su identificacin. El IR presenta 4 canales selectivos para la determinacin de Metano, Hidrocarburos del Petrleo y CO2 con resolucin del orden de ppm Cuenta con las siguientes caractersticas Metano: 0-500.000ppm, Lmite de Deteccin: 20ppm Hidrocarburos del Petrleo: 0-500.000ppm, Lmite de Deteccin: 20ppm Dixido de Carbono: 0-500.000ppm, Lmite de Deteccin: 20ppm Tiempo de respuesta: 0.5 seg; taza de muestreo: 10/sImgenes radar (satlite) -> morfologa / topografa

SLAR (side-looking aerial radar)SAR (synthetic Aperture Radar o Radae de abertura sinttica)

Historia 1900, en que Brown invent, en los Estados Unidos, un procedimiento de prospeccin.

Daft y Williams, patentaron en el ao 1902, un procedimiento conocido con el nombre de mtodo telefnico.

El empleo de las ondas hertzianas ha sido estudiado por Lowy y Leimbach en 1911. M. Schlumberger, comenz en 1912 una serie de investigaciones sobre el mtodo basado en la conductibilidad elctrica.Resistividad () Definiremos la resistividad como la resistencia hmica de un conductor que tenga por base la unidad de superficie y como longitud la unidad longitud o sea la resistencia en ohmios, metro, metro cuadrado.La conductividad es la inversa de la resistividad; la elctrica y la electrolticaLa resistividad de los minerales conductores, es del orden de 1/100 ohmio m.m.

Resistividad de algunos materiales

Homogeneidad y heterogeneidad. Isotropa y anisotropaLlamaremos terrenos geolgicos homogneos, aqullos cuya constitucin fsica y qumica media permanece idntica en grandes volmenes y heterogneos aqullos en que no se cumple dicha condicin.Isotropa y anisotropa.Un cuerpo es istropo, elctricamente hablando, cuando sus propiedades elctricas son las mismas en cualquiera direccin.La anisotropa esta representada por:

Resistividad aparente.Es la que tendra un suelo homogneo que diese la misma reparticin de los potenciales, en los puntos considerados para efectuar una medicin. Es un valor medio que resulta de prescindir de las heterogeneidades anisotropas locales.Empleo de la corriente alterna y de la corriente continuaNo se puede caracterizar un terreno, por un parmetro sencillo como la resistividad. Hay que emplear una integral muy difcil de interpretar y de medir. Por ejemplo, el vector gradiente del potencial (variacin del potencial por unidad de longitud) en corriente continua es un vector fijo, perfectamente definido, y en corriente alterna es un vector giratorio, retrasado de fase, con relacin a la corriente inicial, que describe una elipse.Por estas razones Schlumberger emplea solo la corriente continua.MTODO DE CORRIENTE CONTINUA DESCHLUMBERGERMtodo de la carta de los potenciales.a) Principio del mtodo.b)Estudio terico de un terreno homogneo y plano.c) Numeracin de las curvas.d) Reparticin de la corriente en el suelo.e) Perfiles de potencial y perfiles del campo elctrico.

Perturbaciones de la carta de los potenciales por las heterogeneidades del suelo.

Refraccin de las superficies equipotenciales al pasar de un medio a otro.p tang. a=p' tang. A

Perturbaciones debidas a la topografa del suelo.

Mtodo de las resistividades.

Sondeo elctrico vertical.

APLICACIN DE LOS MTODOS ELCTRICOS DE SCHLUMBERGER A LA INVESTIGACIN DE MINERALES METLICOSMtodo por CorrienteEs el de uso ms general.Se basa en el reconocimiento de la forma y posicin de los yacimientos a partir de la disposicin de las curvas equipotenciales (Ce).El procedimiento comienza con colocar una toma de tierra B (lejos) y una A (en la masa mineral). Luego, se trazan las Ce sobre el suelo. Para identificar cual de las Ce corresponde al contorno aparentemente horizontal de la masa, existen 2 mtodos:

Cuando se conoce algn lmite horizontal del yacimiento (punto M).

Construccin del perfil de potenciales o del perfil del campo elctrico .

La aplicacin de estos procesos sera simple si los minerales se encontraran perfectamente horizontales; sin embargo, en la realidad, no lo son.

Las dificultades que se presentan en ese caso son:El relieve del suelo puede producir perturbaciones notables.Falta de homogeneidad del suelo.Accidentes tectnicos en la masa mineral.

Mtodo de la Polarizacin espontneaConsiste en efectuar mediciones por medio de una lnea volante que contenga un galvanmetro y un potencimetro y que est terminada por dos electrodos impolarizables.Se basa en el hecho que una masa de mineral, por ejemplo, de pirita, conforma una pila con centro de potencialidades negativas en la parte superior (A) y uno de potencialidades positivas en la zona inferior (B), debido a la variacin originada por la oxidacin producida por la existencia de aguas superficiales.

En resumen, el sistema conformado funciona como una gran pila que difunde el oxgeno atmosfrico en el interior de la superficie terrestre.

Para que un yacimiento pueda presentar la polarizacin espontnea se deben cumplir 2 condiciones:Que sea metlicamente conductor en una cierta altura.Que exista una rigurosa continuidad en la masa mineral.

Los principales tipos de yacimientos en los que se presenta polarizacin espontnea son los que estn compuestos por:Sulfuros de cobre.Pirita.Antracitas.Magnetita, pilorusita, sulfo-arseniuros y sulfo-antimoniuros.