5. metodos geofísicos pdf
- 1. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 1 EXPLORACIÓN DIRECTA Presenta tres inconvenientes que en la actualidad tienen gran impacto: el costo (debido entre otras cosas a la necesidad de realizar perforaciones cada vez más profundas y en terrenos que presentan mayor dificultad) el tiempo empleado en la obtención de resultados y la perturbación creada en el subsuelo La alternativa de solución a estos problemas son: MÉTODOS INDIRECTOS
- 2. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 2 MÉTODOS INDIRECTOS Son métodos que sin necesidad de tener muestras subsuelo se obtienen resultados que nos permiten conocer de forma aproximada los estratos o materiales del subsuelo. La Exploración Geofísica son métodos indirectos de exploración sus técnicas nos ayudan a describir la geometría y la propiedades mecánicas de los suelos a profundidad. En la Ingeniería Civil la utilización de los Métodos Geofísicos se han convertido en un proceso utilizado cada vez con mayor frecuencia
- 3. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 3 La Exploración Geofísica relaciona los PARÁMETROS FÍSICOS del subsuelo con los diferentes materiales que lo componen Se aplica en: La prospección y evaluación de los recursos naturales ( para ver la estructura interna de la tierra, el petróleo, la construcción de infraestructura y la minería) En cuestiones más someras como las exploración de agua subterránea la evaluación de contaminantes la evaluación de riesgos sísmicos pluviales (inundaciones) tectónicos
- 4. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 4 La geofísica presenta un problema inicial LA ESCALA A LA QUE SE UTILIZA Profundidad de interés En la Prospección para ver la estructura interna de la tierra, para la exploración y la explotación del petróleo, las profundidades de investigación son del orden de km, mayores a 5000 m En la Ingeniería Civil son profundidades menores a 100 m en la mayoría de los casos Esto NO afecta la teoría de los métodos Pero tiene un problema en la logística de la adquisición de la información Es decir, afecta en: los métodos de campo para la adquisición de datos y en el sistema de detección utilizado (ejem. Sismógrafos y georadar)
- 5. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 5 PROPIEDADES FÍSICAS La densidad La susceptibilidad magnética La resistividad eléctrica El grado de radioactividad Etc. Otros parámetros que están en función de las propiedades anteriores La velocidad de la transmisión de la ondas elásticas La velocidad de la onda electromagnética La magnetización La permitividad eléctrica
- 6. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 6 Estas propiedades se miden a través de la medición de los fenómenos físicos relacionados con la estructura de la tierra como: El campo gravitacional El campo geomagnético Y el flujo térmico Es posible producir, artificialmente y en pequeña escala: Campos eléctricos Campos magnéticos Fuentes sísmicas
- 7. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 7 La variación en profundidad de los parámetros en las observaciones de los campos mencionados, ya sean naturales o artificiales Es lo que se conoce en geofísica como: ANOMALÍA OBJETIVO PRIMORDIAL DE LA GEOFÍSICA ES Es la definición de la geometría y la posición de la estructura que genera la ANOMALÍA, sus propiedades físicas (densidad, resistividad, velocidad de la onda sísmica, conductividad eléctrica, etc.), su interrelación con las características generales a nivel regional y con el conocimiento previo del área.
- 8. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 8 Los métodos geofísicos generan una gran cantidad de Información útil, para el diseño de las estructuras, y para el proceso constructivo: Para que estos métodos proporcionen las resultados esperados es preciso establecer en la Ingeniería Civil SUS ALCANCES Y SUS LIMITACIONES Es necesario entender que dichos procedimientos son técnicamente y económicamente APLICABLES Esto es debido a la versatilidad de los equipos utilizados y gracias a los avances de la electrónica
- 9. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 9 El grado de desarrollo alcanzado en estas técnicas es muy alto sobre todo: En la fabricación de los instrumentos de medición En la teoría que se aplica Y en el proceso e interpretación de estas técnicas. Lo que permite el uso de diversos métodos en las condiciones de campo requeridas y a un costo razonable.
- 10. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 10 MÉTODOS GEOFÍSICOS MÉTODOS SÍSMICOS MÉTODOS ELÉCTRICOS MÉTODOS ELECTROMAGÉTICOS GRAVIMÉTRÍA MAGNETOMETRÍA MÉTODOS RADIOACTIVOS REGISTROS DE POZOS
- 11. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 11 MÉTODO SÍSIMICO Los métodos sísmicos pueden ser: Refracción sísmica Relfexión sísmica Sísmicos no convencionales
- 12. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 12 MÉTODOS ELÉCTRICOS Los métodos eléctricos pueden ser: Sondeos Eléctricos Verticales (SEV) Dispositivos Dipolares Dipolo-dipolo Sluberger Winner entre otros Polarización Inducida Potencial Espontáneo
- 13. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 13 MÉTODOS ELECTROMAGNÉTICOS Los métodos electromagnéticos pueden ser: Sondeo Magnetotelúrico (SMT) Sondeos por Frecuencia Transitorios Electromagnéticos Sondeo por Transitorio Electromagnético (TEM) Calicatas Electromagnéticas Radar de Penetración Terrestre (Georadar)
- 14. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 14 OTROS MÉTODOS SON: GRAVIMETRÍA MAGNETOMETRÍA METODOS RADIOACTIVOS
- 15. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 15 REGISTROS DE POZOS Los registros de pozos pueden ser: Eléctricos de Resistividad Un electrodo Multipolares Dispositivos Normales Dispositivos Laterales Registros de Guarda Electromagnéticos Registros de Inducción Registros de Tiempo-Propagación Magnética Registro Magnético Nuclear Registros Sónicos Registros Sónicos de Porosidad
- 16. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 16 Registros Radioactivos De Densidad (gamma-gamma) Densidad Compensada Espectrometría de Rayos Gamma Rayos Gamma Naturales Saturación Registros Geométricos Caliper Desviación –Dirección Flujo De Echados Registros de Video
- 17. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 17 MÉTODO SÍSMICO El principio de los métodos sísmicos es la generación de ondas elásticas con una fuente artificial (golpe de marro, explosivos, electromecánicas,…) y el registro de la propagación del pulso generado se detecta en sismógrafos o geófonos colocados en la superficie del terreno o en pozos
- 18. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 18 Los métodos sísmicos utilizan dos características importantes de la formación del subsuelo: 1º la velocidad de la propagación de las ondas elásticas que varían según la naturaleza del subsuelo y que depende de sus características de deformabilidad.(modulo de elasticidad y coeficiente de Poison) 2º Particularmente que la estratigrafía del subsuelo está separada por superficies de contacto definidas que reflejan parte de la energía generada
- 19. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 19 La velocidad de transmisión de las ondas sísmicas, definen superficies de separación en las que las ondas sufren refracción, reflexión y difracción (ley de Snell).
- 20. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 20 Los sismógrafos se diseñan para medir una de las componentes del movimiento del terreno Para tener el vector de movimiento del terreno, necesitamos tres sismógrafos, que midan las tres componentes del movimiento del terreno.
- 21. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 21 Las ondas elástica generadas por cualquier fuente artificial están constituidas por: Ondas P Ondas S Ondas superficiales Ondas de aire
- 22. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 22 Las ondas superficiales son aquellas que existen únicamente en la superficie libre de un medio elástico y se conocen dos tipos: Ondas Rayleigh Son una combinación de ondas longitudinales y transversales donde la vibración de las partículas se efectúa en el plano perpendicular a la superficie del terreno y por tanto a la propagación de la onda Es un movimiento elíptico y retógrado Ondas Love Son una combinación de las ondas longitudinales donde el desplazamiento de las partículas es horizontal o paralelo a la dirección de propagación de la onda
- 23. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 23 En prospección sísmica la mayor parte de la energía producida es en forma de ondas longitudinales o de compresión, transversales o de cizallamiento y superficiales. La Instrumentación consta de los siguientes equipos: los sensores los cables el iniciador del registro y el geófono o sismógrafo
- 24. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 24 Refracción Sísmica Está técnica se basa en los tiempos de viaje de los primeros arribos de la señal, es decir, en la diferencia de velocidad de la onda sísmica en las distintas capas subsuelo Consiste en la realización de perfiles longitudinales, instrumentados con geófonos, espaciados entre sí regularmente, la energía que libera el disparo generada por el golpe de un martillo de 8 kg, llega a los sensores provocando una perturbación que se registra en el sismógrafos.
- 25. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 25 La longitud de los perfiles suele ser de 25 a 100 m. La separación de los geófonos es de aproximadamente 5 m. La medida de los tiempos de llegada de las ondas elásticas A los geófonos proporciona el valor de la velocidad de Propagación de la onda y el espesor de los distintos materiales Sismograma
- 26. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 26 Las primeras ondas en llegar son las ondas directa a partir de la Distancia Crítica, llegan primero las ondas refractadas que circulan en los niveles del subsuelo La mayor distancia recorrida por las ondas es compensada por la Mayor velocidad
- 27. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 27 La democrónica es la función lineal que relaciona el tiempo de llegada de la primera onda con la distancia recorrida por la misma onda Existe varias formas para obtener la la profundidad y velocidad bajo cada Geofono, son basados en la desviación De la recta teórica, que se observan en Cada geofono Y se puede medir el tiempo de ida Y el tiempo de regreso o de vueltsa
- 28. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 28 Existen tablas, para la ver la velocidad de propagación de las ondas sísmicas longitudinales P La aplicación de la sísmica de refracción en la determinación de los espesores, en la cubicación de las áreas de préstamo de materiales Etc. Ver práctica de refracción sísmica
- 29. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 29 SÍSMICA DE REFLEXIÓN Es muy similar a la técnica anterior A partir de los tiempos de llegada de las ondas longitudinales A los geófonos y las velocidades de los distintos horizontes se pueden Reconstruir las trayectorias de las ondas primarias y delimitar la disposición Estructural de los distintos horizontes sísmicos a lo largo del perfil Todo lo anterior va en función del coeficiente de reflexión que depende de la amplitud de la onda incidente y reflejada entre el material inferior y superior y la relación de velocidades de propagacion en cada uno de los materiales.
- 30. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 30 Este método tiene la desventaja de tener asociados otros tipos de onda Originados por las condiciones de la superficie del terreno, lo que se llama ruido aleatorio ambiental y reflexiones múltiples que se registran al mismo tiempo que la señal enmascarando los resultados Su atenuación es posible mediante el tratamiento de las señales Lo que se llama Procesamiento de la Señal Sísmica, para después Interpretar la señal. Tiene la ventaja de que permite representar gráficamente múltiples Horizontes con un único disparo, sin perder precisión con la profundidad
- 31. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 31 Métodos Eléctricos Son aquellos que estudian la respuesta del terreno cuando se propaga a través de él corrientes eléctricas continuas (DC) El parámetro físico que se controla es resistividad, que es una propiedad de los materiales y sobre todo del contenido de agua
- 32. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 32
- 33. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 33 FORMULA DE ARCHIE Relaciona la resistividad del material, el agua contenida En los poros y la porosidad w nm Sa Donde S es la saturación del material Y a, m, n son coeficientes experimentales de los cuales se utilizan promedios
- 34. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 34 La medida de resistividad se lleva acabo mediante los siguientes pasos Introducción al terreno de una corriente continua de intensidad I mediante electrodos, llamados A y B conectados a una fuente de energía Se mide la diferencia de potencial , generada por el paso de corriente entre dos electrodos M y N Y se calcula la resistividad del espesor de terreno afectado por el paso de corriente V )/( IVKa
- 35. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 35 Donde K es el coeficiente geométrico del dispositivo usado Existen varios dispositivos: Schlumberger Wenner
- 36. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 36 La interpretación de los resultados de las investigaciones eléctricas se realiza mediante cálculos matemáticos que proporcionan unos resultados más confiables cuanto más parecido sea el modelo obtenido o real, al modelo Geológico de partida
- 37. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 37 Esta técnica utiliza la configuración la configuración Schlumberger, consiste en separar sucesivamente los electrodos de corriente A y B, del punto central siguiendo una línea recta. La resistividad aparente calculada es la correspondiente a mayores espesores según se va variando los electrodos. La profundidad habitual de investigación es entre 0 y 200 m. El resultado que se obtiene es la variación de la resistividad con la profundidad en el punto central del perfil. Sondeos Eléctricos Verticales
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- 39. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 39 Calicatas Eléctricas Se adopta el dispositivo Wenner, donde las distancias AM; MN y NB son iguales y se mueve todo el dispositivo lateralmente a lo largo del perfil seleccionado Detectando las variaciones laterales de resistividad aparente a una profundidad más o menos constante. La profundidad habitual de investigación están entre 0 y 50 m
- 40. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 40 Dipolo-Dipolo o Pseudosecciones En esta técnica se sitúa el dípolo MN lateralmente al AB y alineado con él. Se mantiene fijo el dipolo se desplaza sucesivamente el MN Se mueve un paso AB y se repite el proceso. El esquema de distribución de los electrodos y la distribución de las Resistividades aparentes obtenidas se presentan en la figura Y el resultado es un perfil de resistividades del terreno
- 41. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 41 Métodos Electromagnéticos Son aquellos que estudian el subsuelo cuando la respuesta del terreno se propaga a través de campos electromagnéticos Es el método que más formas de generación o detección de campos tiene La diversidad de sus características dan lugar a un mayor número de técnicas
- 42. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 42 RADAR DE PENETRACIÓN TERRESTRE Es un método que funciona por reflexión de la onda electromagnética obteniendo perfiles continuos de alta resolución, similares a los de Sísmica de reflexión Sus ventajas son La rapidez en la toma de datos y su versatilidad para cambiar antenas con diferentes frecuencias Su desventaja principal es la excesiva dependencia de las características Superficiales del terreno al que se le aplica.
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- 44. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 44 Profile A-A’ A’ A Exploradores Ejército de O riente Batallón de Cuautla 19.3720° -99.034° 50 m A A' 19.3742°
- 45. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 45 Location of Exploratory Wells 13 12 11 10 9 1 km Peñon del Marquez 2200 2300 100 m Height(m) Peñon del Marquez 12 11 10 SW NE (modified from Marzal. 1978) 1250 m 2220 2210 2000 1990 1980 1970 2250 2240 2230 Mean Lake Level HeightAboveSeaLevel(m) 10 11 12 13 Organic soil Surficial unit Upper Clay Unit Transitional
- 46. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 46 El equipo GPR Consiste en insertar mediante una antena transmisora con diferentes frecuencias impulsos cortos de energía electromagnética Cuando la onda radiada se encuentra por ejemplo con fracturas, huecos etc., La señal reflejada se amplifica, se transforma al espectro de audiofrecuencia y se registra De esto se obtiene, un perfil continuo, en el que se indica el tiempo total de viaje de la señal al pasar a través del subsuelo, se refleja también la Discontinuidad y la señal vuelve a la superficie Este doble viaje se mide en nanosegundos
- 47. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 47 La selección de la frecuencia de las antenas, es en función del compromiso entre la resolución y la profundidad de penetración alta frecuencia mayor resolución pero poca profundidad de penetración. baja frecuencia mayor profundidad de penetración pero menor resolución El equipo consta de cuatro elementos principales: La unidad transmisora la unidad receptora la unidad de control la unidad de registro
- 48. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 48 GPR Survey • SIR-2000 GPR (GSSI). • 200 MHz antenna • Range (2-5 m) • Mono-static mode
- 49. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 49 La interpretación de los registros de radar, también llamados radagramas Se basan en la caracterización de la textura, amplitud continuidad y terminación de las reflexiones Hay que recordar que son equipos muy sensibles a la influencia de estructuras metálicas, ondas de radio, tendidos eléctricos etc.
- 50. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 50 Profile A-A’ Pipe lines Water Table (??) fracture?? subsidence scans 50 m scan 4 A A’Recently paved Time(ns) 1 2 3 4 5 6
- 51. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 51 Correlation between WVD-borehole (10) 100 300 Trace 4 Wigner-Ville Transform Trace 4 (Filtered) Borehole 12 e Frequency Time Depth(m) Time(ns) Time(ns) 0 50 100 150 s(t) (original) WVD (w,t) s(t) (filtered) 10 ? ? Frequency (MHz) Depth(m)
- 52. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 52 MÉTODO GRAVIMÉTRICO Se basa en el estudio de las diferencias de campo gravitatorio terrestre, en un lugar, y el valor que teóricamente debía tener ese lugar. La anomalía están originadas por la diferencia en la densidad del subsuelo y son positivas o negativas según que exista en el lugar un cuerpo de mayor o menor densidad que la del entorno La unidad de medida es el miligal = 10-3 cm/s2 El aparato es el gravímetro, generalmente de precisión de 0.01 mgal. Y existen Microgravímetros con una precisión de 0.001 mgal.
- 53. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 53 Gravímetro LaCoste &Romberg modelo G
- 54. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 54 Registro de pozos
- 55. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 55 Sísmica de sondeos CROSS_HOLE Que se realiza entre dos o tres sondeos proximos, donde se introduce una sonda triaxial a distintas profundidades y en el otro se realiza el golpeteo. El resultado es una sección de diferentes profundidades DWON-HOLE Y UP-HOLE Se llevan a cabo en un solo sondeo en el que la sonda triaxial se dispone a distintas cotas con un espaciador regular entre ellas, y se procede a el golpeteo En el Dwon hole es desde la superficie del sondeo Y en el Up-hole es desde el fondo del sondeo
- 56. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 56
- 57. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 57 TOMOGRAFÍA SÍSMICA Esta técnica nos permite obtener una imagen de la distribución espacial de la velocidad de propagación de las ondas sísmicas en la sección del terreno afectada
- 58. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 58 Sondas radioactivas Pueden ser pasivas o activas Las pasivas miden la emisión natural de radiación en el terreno que circunda el sondeo Las activas registran la respuesta del terreno al ser bombeadas por rayos gamma o por chorro de neutrones.
- 59. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 59 La sonda gamma-gamma su principal utilidad es la estimación de la densidad del terreno Bombardea una fuente artificial de isótopos radioactivos que emiten Rayos gamma (radio-226, cesio-137 y cobalto-60) Registrándose los rayos gamma que permanecen con una determinada pérdida de energía, momentos después, este valor es inversamente Proporcional a la densidad de la formación. SONDA GAMMA-GAMMA
- 60. 01/03/2015 M en C. Martha Angélica Elizondo Sámano 60