Calicatas Eléctricas

MÉTODOS ELÉCTRICOS DE PROSPECCIÓN

CALICATAS ELÉCTRICAS


Son métodos que permiten investigar variaciones laterales de la resistividad . Las mediciones se realizan mediante cualesquiera de los dispositivos electródicos conocidos a lo largo de perfiles marcados en el terreno, paralelos o no y hasta una profundidad más o menos constante. Se obtienen así una especie de mapas eléctricos de la porción superior del subsuelo, que permiten analizar en planta la distribución areal de alguno de los parámetros relacionados con la resistividad. CLASIFICACIÓN CLASIFICACI ÓN DE LAS CALICATAS ELÉCTRICAS

La clasificación más general es aquella que distingue entre dispositivos que analizan un campo eléctrico invariable a lo largo de las mediciones (o métodos de campo fijo en los que los electrodos de corriente permanecen fijos) y aquellos en los que el campo eléctrico varía de un punto a otro (o de dispositivo móvil en los que los electrodos de corriente acompañan los desplazamientos de los electrodos de potencial)

MÉTODOS DE CAMPO FIJO

MÉTODOS DE DISPOSITIVO MÓVIL

Método de gradientes gradientes

Calicatas dipolares axiles

Método Racom

Calicatas trielectródicas

Calicata “Schlumberger” “Schlumberger”

Calicatas de dispositivo simétrico

Método de bloques bloques

Calicatas de dispositivo apantallado y de cero Calicatas circulares

MÉTODOS DE CAMPO FIJO MÉTODO DE GRADIENTES GR ADIENTES

Se mide la resistividad aparente con un “medio Schlumberger” en el que A queda fijo, B está en “infinito” y M y y N se se desplazan juntos y alineados con A. • La penetración aumenta con la distancia x= AO (fig. 124). •

∞ ∞ B

M O N

A x

Fig. 124: Dispositivo de gradiente

MÉTODO "RACOM"

Dispositivo similar al anterior con adición de un electrodo P entre M y y N . • Se mide ∆V MP / ∆V PN , independiente de I y por lo general directamente con un instrumento basado en un circuito denominado “Ratio compensator” ( RACOM ). RACOM ). • Suele emplearse ca de baja frecuencia. •

B A

M

P

∞ ∞

N

x

Fig. 125: Dispositivo del método RACOM

95



CALICATA SCHLUMBERGER SCHLUMBERGER

Es una modificación de método de gradientes trayendo B a distancia finita y alineado con AMN • MN se desplaza sobre el tercio central de AB donde el campo es más uniforme • La profundidad de investigación tampoco es constante, siendo máxima en el centro de AB (fig. 126) •

A

N

M

B

zona a investigar

x

Fig. 126: Calicata Schlumberger

MÉTODO DE BLOQUES

Es una calicata Schlumberger en la que se miden perfiles paralelos al principal, también M1 N1 denominado “rectángulo de resistividad" fig. 127). A AB/2 • La zona investigada es un rectángulo de AB/3*AB/2, con MN de AB/50 a AB/25 y distancia entre perfiles de AB/8 a AB/40. vista en planta AB/3 • Si la zona es muy grande, puede estudiarse con varios rectángulos sucesivos. Fig. 127: Método de bloques • Es muy adecuado para investigaciones tectónicas profundas, con AB de varios km. •

B

x

x

MÉTODOS DE DISPOSITIVO VARIABLE

Las separaciones interelectródicas no varían durante la medición, manteniéndose casi constante, para un dispositivo dado, la profundidad de investigación. CALICATAS DIPOLARES

Es frecuente que se utilicen dispositivos bilaterales, con dos dipolos de emisión (fig. 128), las dos curvas de resistividad aparente que se obtienen se dibujan en un mismo gráfico, lo que facilita grandemente la interpretación. •

A’

A

M na

N

B

B’

a

Fig. 128: Dispositivo dipolar bilateral

CALICATAS TRIELECTRÓDICAS

Con un electrodo de corriente en infinito las restantes separaciones interelectródicas son constantes • Es frecuente el uso de dispositivos bilaterales (fig. 129), obteniendose dos curvas de resistividad aparente, una con AMNC ( dispositivo directo) y otra con BMNC ( dispositivo inverso). •

∞ ∞ C

A

M L

N

B

a

Fig. 129: Dispositivo trielectródico bilateral

96



CALICATAS TRIELECTRÓDICAS COMBINADAS

Si se añaden dos electrodos más ( A’ y B’, fig. 130) se obtendrán dos curvas más de resistividad aparente con información de mayor profundidad que las anteriores, pudiendo añadirse incluso un tercer par de electrodos de corriente, buscando mayor penetración a costa de complicar el dispositivo. •

∞ ∞ C

A

A’

M

B

N

B’

L L´

Fig. 130: Dispositivo trelectródico bilateral combinado

CALICATAS SIMÉTRICAS

Se usan dispositivos simétricos Wenner o Schlumberger (fig. 131) •

Pueden utilizarse dos o tres distancias para lograr curvas con otras tantas penetraciones •

A’

A

M

N

ρ ρ ρ1

Tienen la ventaja, frente a las trielectródicas combinadas, de no tener que instalar el electrodo de "infinito" •

∞ ∞ B

El dispositivo, que puede ser un semiSchlumberger, dipolar o simétrico, gira alrededor de un punto que puede ser el centro de MN (fig. 132) la variable en función de la que se representa ρ ρ ρ a es el azimut del dispositivo. se

ρ ρ ρ ρ1

Fig. 131: Dispositivo simétrico combinado

A2

•

Los resultados coordenadas polares

B’

ρ ρ ρ2

CALICATAS CIRCULARES

•

B

expresan

M2

A1 M1

en

O

N1 N2

Fig. 132: Calicata circular

OTROS TIPOS DE CALICATA

Tripotencial Lineal ( Dispositivo Wenner) (Carpenter y Habberjam): A M En cada estación se miden tres ρa’: valores de la resistividad aparente alterando ρ ’’: A B a el carácter de emisor o receptor de los A M ρa’’’: electrodos según el gráfico de la fig. 133.

N

x x

x

x

B

x

M

N

B

N

x

Fig. 133: Dispositivo tripotencial lineal.

Tripotencial Cuadrado (Habberjam y Watkins): Igual que en el anterior, en cada A estación se miden tres valores de la resistividad aparente alterando el carácter de emisor o receptor de los electrodos ubicados B en los vértices de un cuadrado (fig. 134).

M

x

A

B

x

x

A

M

x

x

N ρa’

M

N ρ a’’

x

N

B

ρ a ’’’

Fig. 134: Dispositivo tripotencial cuadrado

97



NOTACIÓN Y NOMENCLATURA

Salvo en el método Racom, las observaciones se traducen en resistividades aparentes aplicando las fórmulas del dispositivo correspondiente. Los valores obtenidos se representan gráficamente en función de la distancia del centro O de MN al origen del perfil. En calicatas combinadas las distintas curvas obtenidas deben trazarse en el mismo gráfico con líneas diferentes, en color o traza (ver fig. 144, 145, 146, 147). Conviene dibujar en la misma escala el o los dispositivos utilizados.º Si bien la escala horizontal “debe” ser lineal y de módulo adecuado. La vertical conviene sea logarítmica, igual que la de los diagramas polares en las calicatas circulares. Un módulo muy adecuado para esta escala es el de 62,5 mm y su origen de coordenadas debe ser menor que el valor observado más bajo. PUNTOS CARACTERÍSTICOS

En terreno homogéneo la curva de resistividades es una recta horizontal. En terreno heterogéneo el pasaje de un electrodo sobre una heterogeneidad produce una anomalía, para cuya identificación conviene utilizar una nomenclatura adecuada, como la mostrada en la fig. 135, adaptada de la utilizada por Blokh (Orellana, 1982) En las calicatas trielectródicas combinadas y en las dipolares bilaterales se suelen diferenciar cruces y zonas de divergencia. Los cruces son directos cuando a la izquierda del cruce es mayor la resistividad del dispositivo directo (fig. 136).

P

I

M E

m

S

P: Máximo cuspidal (punta o pico) S: Mínimo cuspidal (sima) M: Máximo normal m: Mínimo normal E: Escalón I: Punto de inflexión

Fig. 135: Nomenclatura de puntos característicos

C

D

D

C: Cruce D: Divergencia

Fig. 136: Punto de cruce y zonas de divergencia

CUANTIFICACIÓN DE LAS ANOMALÍAS

Se hace mediante el uso de índices que comparan las resistividades máxima y mínima observadas en una anomalía, un índice muy difundido resulta de dividir la diferencia entre las resistividades máxima y mínima por ρ − ρm el valor medio de la resistividad I1 = M (166) ρ 0 fuera de la anomalía (ec. 166) Las dificultades en la determinación de ρ 0 indujeron a Blokh al uso de un nuevo índice dado por la razón entre ρ M y ρ m y que ρM = I (167) 2 denominó "amplitud de la anomalía” ρ m

Un tercer índice (Tarkhov) resulta de dividir la diferencia de resistividades por el promedio de estas y dividir el resultado por 2, quedando: índice de Tarkhov

I3 =

ρM − ρm ρM + ρm

(168)

que al variar entre 0 y 1 es poco expresivo, por lo que Orellana (1982) propone expresarlo en % índice de Orellana

I 4 = 100 *

ρM − ρm ρM + ρm

(169) 98



ALGUNAS CONSIDERACIONES TEÓRICAS

La variedad de los tipos de calicata hace a la variedad de sus aplicaciones. Por lo general la interpretación de las curvas de resistividad aparente obtenidas mediante calicatas se hace de modo cualitativo. No obstante, hay modelos simples que conviene analizar teóricamente para que sus resultados puedan servir de referencia en la interpretación de casos complejos. En este sentido se analizará el caso de un contacto vertical entre dos medios de diferente resistividad (fig. 137) y sus resultados se extenderán al caso de diques anchos y angostos. A

ρ ρ ρ1

M x X 0

En ausencia del segundo medio, vale la ec. 31, que aptada al caso queda:

A’

X 0

ρ ρ ρ ρ2

UM =

Fig 137: Contacto vertical

ρ1I 1 e = 2π x x

(31)

El efecto del segundo medio se puede calcular por el Método de las Imágenes, considerando un electrodo ficticio A’, simétrico de A respecto del contacto y de emisividad e’. El potencial en el segundo medio se obtiene dando a la emisividad un valor e’’, los que se podrán calcular tomando en consideración las condiciones de borde. En el medio 1: ( x ≤ x 0 ) e e′ U1 = + (170) x 2x 0 − x En el medio 2: ( x > x 0 ) e′′ U2 = (171) x CONDICIONES DE CONTORNO C ONTORNO Y CÁLCULO DE E’ Y E”

Por continuidad del potencial, en x = xo, donde U1 = U2 e e′ e ′′ lim ( ) + = lim x→x 0 x 2x 0 − x x → x 0 x resultando que

e + e´= e"

(172)

Además, por continuidad de J ⊥ en ( x = x 0 ) 1 δU1 1 δU 2 = ρ1 δx ρ 2 δx Derivando U1 y U2 para x = xo y reemplazando: 1  e e′  1 e ′′ −  2 − 2 =− ρ1  x 0 x 0  ρ 2 x 20 ∴ ρ 2 (e − e ′) = ρ1 e ′′

(173)

y resolviendo el sistema de ecuaciones conformado por ésta y la Ec. 172, resulta:

e′ =

ρ 2 − ρ1 e = Ke ρ 2 + ρ1

(174)

99



e" = 2

ρ2

e = (1 − K )

ρ 2 + ρ1

ρ2 ρ1

e

(175)

donde K es el coeficiente de reflexión. CÁLCULO DE U 1 Y DE U

Reemplazando estos valores en las ecuaciones 170 y 171, se tendrá: Iρ1  1 K   +  2π  x 2x 0 − x 

U1 =

(176)

Iρ 2 1 − K 2π x Si se añade un electrodo N próximo a M, y siendo: U2 =

E≈

∆V

MN

ρ a = 2π x 2

se puede calcular (Ec. 44):

(177)

E I

(44)

previo cálculo de los valores de E a partir de U1 y U2 E1 =

 Iρ1  1 K  2 −  2π  x (2 x 0 − x ) 2 

(178)

E2 =

Iρ 2 1 − K 2π x 2

(179)

Y FINALMENTE! CÁLCULO DE ρA

En el primer medio, será: ρ (a1)

2   x  = ρ1 1 − K 2  (2x 0 − x )  

(180)

mientras que en el segundo: ρ (a2) = ρ 2 (1 − K ) =

2ρ1ρ 2

(181)

ρ1 + ρ 2

Expresiones mediante las cuales se obtienen las curvas sobre un contacto vertical (para un dispositivo trielectródico Schlumberger) en los dos casos posibles (figs. 138 y 139). ρ a = ρ 1 ( 1 − K )

ρ ρ ρ2 ρ a = ρ 2 ( 1 − K )

ρ ρ ρ1

ρ ρ ρ1

ρ a = ρ 2 ( 1 − K ) ρ a = ρ 1 ( 1 − K )

A

ρ ρ ρ1

ρ ρ ρ2 A

M N

x X 0

ρ ρ ρ ρ2

Fig 138: Curva sobre un contacto con ρ ρ ρ ρ1 < ρ ρ ρ 2

ρ ρ ρ1

M N

x X 0

ρ ρ 2 ρ ρ

Fig 139: Curva sobre un contacto con ρ ρ ρ ρ1 > ρ ρ ρ 2

100



Igualmente, se puede deducir la expresión correspondiente a un dispositivo en el que el electrodo de corriente A se desplaza solidario con los de potencial M y N, con sólo cambiar en las ecuaciones (180) y (181) x por L y x0 por x (fig. 140), en cuyo caso: ρ (a1)

mientras x > L

  L2  K    1 = ρ1 1 − K = ρ − 1 2   (2 x ' − 1) 2  − ( 2 x L )    

cuando MN cruza el contacto (0
cuando A y MN pasan al segundo medio, vale la Ec. 182 considerando que K cambia de signo y L y x tienen signos distintos, en tal caso:  K   ρ (a2) = ρ 2 1 + ' 2  + ( 2 x 1 )  

(184)

(182)

ρ ρ ρ2 ρ a = ρ 2 ( 1 − K )

ρ ρ ρ1 el dispositivo es el de calicata trielectródica (campo móvil)

A

ρ a = ρ 1 ( 1 − K )

M N

L

ρ ρ ρ1

ρ ρ 2 ρ ρ x

Fig 140: Curva sobre un contacto con ρ ρ ρ ρ1 < ρ ρ ρ 2

Logn (1954) obtiene los mismos resultados conseguidos por el método de las imágenes resolviendo la ecuación de Laplace, de manera similar a cómo Stefanescu calcula el potencial sobre un medio horizontalmente estratificado. En base a cálculos de este tipo se han confeccionado catálogos, como el de Blokh de 1962 que presenta curvas para los siguientes dispositivos: A

• • •

dipolar axil (bilateral), trielectródico (combinado) y simétrico

ρ ρ ρ1

M N

L

ρ ρ 2 ρ ρ

ρ ρ ρ1

h

Fig 141 Calicata trielectródica sobre dique ancho

Para los siguientes cortes: • Contacto entre medios de distinta resistividad (figs. 137, 138, 139, 140, 142, 143) • Dique ancho ( L < h < 3 L) (figs. 141, 144, 145) • Dique angosto (h < L), pudiendo ser h < MN o h > MN (fig. 146). En todos los casos las superficies entre las heterogeneidades son planas y perpendiculares al perfil de medición y con ángulos de 30º, 60º, 90º, 120º y 150º respecto al terreno. El contraste entre medios es 7 o 1/7 y presenta además los efectos de un recubrimiento L /5, 2 L /5 y L ( L es la longitud del dispositivo). Las distancias horizontales en escala lineal y las de resistividad en escala logarítmica con módulo de 26 mm. Una alternativa es obtener curvas patrón mediante cálculo, con base en desarrollos parecidos a los de Logn mencionados antes, con los que pueden calcularse los efectos debidos a heterogeneidades asimilables a cilindros horizontales de longitud infinita, profundidad z0, radio R y resistividad diferente a la del medio encajante o a esferas (ver Orellana, 1982), lo que no es matemáticamente sencillo, salvo casos muy simples. O recurrir al cálculo por métodos de aproximación como el de elementos finitos o de diferencias finitas. En casos de heterogeneidades tridimensionales (prismas, cilindros, esferas, etc) pueden consultarse los cálculos con resultados conocidos de obras como la de Grant y West (1965). Disponiéndose del instrumental y el software adecuados, una alternativa de reciente desarrollo es la conocida como Tomografía Eléctrica (pág. 107). 101



EFECTOS TOPOGRÁFICOS

Igual a como ocurre en el método SEV, los efectos de las irregularidades topográficas son difíciles de corregir, dado que los cálculos de las anomalías topográficas presentan las mismas dificultades que las heterogeneidades del subsuelo, puesto que las depresiones son asimilables a cuerpos aislantes y las elevaciones a cuerpos conductores. PRUEBAS SOBRE MODELOS REDUCIDOS

Y cualquiera sea el caso, una muy buena alternativa es la de obtener las referencias necesarias trabajando sobre modelos reducidos. Los complicados cálculos que requieren los estudios de las anomalías producidas por heterogeneidades, de forma aún muy simple, hace que muchas veces se prefiera realizar pruebas auxiliares sobre modelos reducidos, ya sean estos construidos en el suelo, mediante zanjas y cuerpos enterrados, en una cuba electrolítica o sobre un tablero con papeles conductores. Los valores medidos se llevan luego a condiciones reales por semejanza geométrica. LOS DISPOSITIVOS BÁSICOS

Las más fáciles de medir son las calicatas de campo fijo y las más complicadas las de dispositivo compuesto. Respecto al dispositivo básico a utilizar, Wenner o Schlumberger, debe considerarse que el primero presenta anomalías más complicadas y menos intensas que el segundo (figs. 142 y 143) debido a la mayor separación, en el Wenner, de los electrodos de potencial. Por otra parte, son tres los tipos ρ ρ de calicata eléctrica que deben ρ considerarse básicos: 4 - dipolar axil (CED) (fig. 128 y 145) 3 - trielectródica combinada (CETC) 2 (figs. 130, 144 y 146), A M N B - la simétrica (CES) (figs. 131, 142 A M N B y 143), x que son de dificultad intermedia 1 aunque entre ellos las más simples son ρ ρ ρ ρ ρ = 4 ρ ρ ρ ρ ρ las CES, que son a su vez las menos sensibles a las variaciones Fig. 142: Comparación entre Wenner y Schlumberger en un contacto vertical topográficas, pero inaptas para detectar capas conductoras delgadas. El dispositivo más aconsejable, en general, es el de CETC, pese a su línea de infinito. Son más manejables que las CED con las que proporcionan anomalías de amplitud equivalente y de mejor separación, y siempre superiores a las de las CES a

1

2

1

PROGRAMACIÓN DEL TRABAJO DE CAMPO

Planteado un objetivo, se comienza por elegir el dispositivo a utilizar y su tamaño, es decir, la separación entre electrodos. Ello implica definir AB en las CES, AO=OB en las CETC y OQ en las CED, que deben ser tales que las resistividades obtenidas estén poco influenciadas por el recubrimiento. En tal caso el tamaño del dispositivo debe ser mayor cuando el recubrimiento es más conductor respecto a la roca de caja en la que están ubicadas las heterogeneidades de interés que cuando el recubrimiento es más resistivo. 102


Conocidas estas relaciones de resistividad y los rangos de variación de espesor del recubrimiento puede calcularse el tamaño más conveniente del dispositivo. Cuando no es así tendrán que medirse algunos SEV esparcidos en la zona de trabajo y decidir con base en ellos. En este caso puede ser conveniente medir por lo menos un SEV en cada uno de los perfiles programados, lo que ayudará mucho en la interpretación de los resultados.

CALICATAS ELÉCTRICAS ρ ρ ρ ρa / ρ ρ1

7 6 5 4

P M

E 3 m A

3

E 2

2 1

-2

E1

M B -1

S N

0

1

2

D/l

ρ ρ 2 =7 ρ ρ ρ ρ ρ1

ρ ρ ρ1 A

l

ρ ρ ρ1

M N

B D

ρ ρ ρ ρ2

Fig. 143: CES en un contacto vertical

Entre los métodos de campo constante, Calicata Schlumberger (fig. 126) o Método de Bloques (fig. 127), los dispositivos no deben ser menores a los que permitirán obtener las resistividades requeridas en el tercio central. En el dispositivo de gradiente (fig. 124) la penetración práctica crece con el alejamiento de MN del electrodo de energización. En las CED, en principio, debería ser AB=MN, salvo que las lecturas de ∆V sean muy pequeñas, en cuyo caso hay que agrandar AB. Definido el dispositivo, sobre un mapa de la zona de trabajo se ubica la posición y longitud de los perfiles y, de acuerdo a la distancia entre mediciones adoptada, la ubicación aproximada de aquellos. Para ello debe cuidarse que la orientación de los perfiles sea compatible entre la necesidad de su perpendicularidad con el rumbo de las formaciones o cuerpos de interés y que los desniveles sean mínimos, siguiendo en lo posible curvas de nivel. Respecto a la separación entre perfiles, debe considerarse el concepto de escala y tener presente el consejo de Orellana (1982) de establecer la distancia máxima entre perfiles (en metros) dividiendo por 20 el número del denominador del cociente que expresa la escala. Lo que implica una distancia de representación en el mapa de 5 cm (cualquiera sea la escala). El paso (la distancia entre dos mediciones consecutivas) depende del ancho de las anomalías previstas, en principio puede tomarse un tercio de esta anchura, pero es muy útil además que sea compatible con los valores de AB y MN, siendo conveniente que sea sub múltiplo de AB y a su vez, múltiplo o a lo sumo igual que MN. Salvo cuando se trata de capas muy delgadas y próximas entre sí, en los que se puede medir con un paso mitad de MN. EL TRABAJO DE CAMPO

Vale prácticamente todo lo asentado al tratar el método SEV (pág. 73). Cuando MN es pequeño pueden emplearse electrodos de potencial metálicos, y si la profundidad es reducida y el recubrimiento no es muy conductivo, puede emplearse corriente alterna de baja frecuencia (no más de 20 Hz), en cuyo caso no se requieren electrodos impolarizables ni operaciones de compensación, lo que simplifica las mediciones. En este caso es conveniente que el milivoltímetro esté sintonizado a la frecuencia del generador (de no más de 50 vatios) y evitarse en las mediciones los acoples inductivos entre circuitos. En las calicatas de campo fijo y en las CETC (con electrodo en infinito) no es necesario mover el generador desplazándose solo el milivoltímetro. Para la correcta ubicación de las estaciones, lo mejor es el estacado previo de los puntos correspondientes al centro del dispositivo, midiendo las distancias entre electrodos con cuerdas o los mismos cables. 103



Es importante anotar en la planilla de campo el dispositivo empleado con sus dimensiones, el paso y si el dispositivo es bilateral, la orientación del dispositivo para cada medición. ANOMALÍAS TÍPICAS

La fig. 143 muestra la curva que se obtendría con un dispositivo simétrico de Schlumberger sobre un contacto vertical entre dos medios (ρ2 = 7ρ1). Tiene tres escalones, el mayor de ellos (E2) corresponde al paso del dipolo MN sobre el contacto. En la figura 142, se ve que si se aumenta la longitud de MN (dispositivo de Wenner) las anomalías son menos marcadas. Cuando la distancia entre dos contrastes subverticales sucesivos está entre el doble y el triple de la longitud del dispositivo, se la considera como una sola heterogeneidad denominada capa ancha. En tal caso las anomalías obtenidas con CETC (fig. 144) son más anchas que el dispositivo y pueden tener hasta 6 puntos característicos. Las curvas para los dispositivos directo e inverso son asimétricas. Algo parecido ocurre en las CED que pueden tener hasta 8 puntos característicos (fig. 145), las curvas obtenidas con los dispositivos directo e inverso son también asimétricas. No obstante, en ambos casos cuando los contactos son verticales, el conjunto de ambas curvas es simétrico, con un cruce directo para capa conductora (fig. 144) e inverso si es resistiva (fig. 145).

ρ ρ ρ ρa / ρ ρ1

P Ni

-1

1 0,9

P Md

0

1

ρ ρ ρ1

0,7 0,5

2

ρ ρ 2 ρ ρ I Mi

I Bi

3

D/l

ρ ρ ρ1 I Nd

C

I Ad

0,3

S Mi

S Nd

0,1

l

MN

ρ ρ ρ2 < ρ ρ ρ1

B

A

ρ ρ ρ1

CATÁLOGO DE BLOKH

ρ ρ ρ2

D

Fig. 144: CETC sobre un dique conductor ancho ρ ρ ρ ρa / ρ ρ1 7 5

P Mi

P B’d P A’i

P Nd

3 2

I Bi

1

-1

S B’i

I Mi 0

ρ ρ ρ1 S Ni

I Ai I Bd 1

ρ ρ 2 ρ ρ

I Nd

I Ad

2

D/l

3

S Md

ρ ρ 1 ρ ρ

S A’d l

ρ ρ ρ2 > ρ ρ ρ1

A’ A

MN

MN

ρ ρ ρ1

B B’ D

ρ ρ 2 ρ ρ

CATÁLOGO DE BLOKH

Fig. 145: CED sobre un dique resistivo ancho

La presencia de recubrimiento suaviza las curvas y los puntos característicos se hacen menos evidentes, tanto más cuanto más grueso y conductor sea aquel. Cuando el recubrimiento es del orden de la longitud del dispositivo, la anomalía se reduce a una zona de divergencia muy extendida que dificulta la localización del contacto. Los puntos que mejor se conservan son los que corresponden a los electrodos de potencial y los cruces, por lo que en las CES, que constan siempre de una sola curva, la presencia del contacto puede resultar prácticamente inobservable. Cuando la separación entre los contrastes subverticales es inferior a la longitud del dispositivo se trata como capa delgada.

104



En tal caso, si la capa delgada ρ ρ ρ ρ / ρ ρ es conductora, en las CETC las zonas 7 P destacadas son de baja resistividad y 5 cruce directo sobre el centro de la 3 P capa, más dos mínimos laterales. P P 2 -1 0 1 2 3 D/l En cambio, si la capa es 1 - 2 ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ resistiva (fig. 146) se observan dos I S S I zonas de resistividad alta, l prácticamente superpuestas y con MN B ρ ρ ρ > ρ ρ ρ cruce inverso más dos máximos A laterales. ρ ρ ρ ρ ρ D ρ Si la capa delgada es vertical CATÁLOGO DE BLOKH las anomalías son simétricas, y Fig. 146: CETC sobre un dique resistivo delgado asimétricas si la capa está inclinada. El recubrimiento atenúa las anomalías y el último rasgo en desaparecer es el cruce, directo si la capa es conductora e inverso si es resistiva. Las anomalías de CES sobre capas delgadas de ancho mayor que MN tienen tres partes separadas con la central de resisividad alta si la capa es resistiva y baja si es conductiva, pero, cuando el espesor de la capa es menor que MN, dan anomalía muy débiles, que en caso de recubrimiento aún delgado, pueden invertir las anomalías. a

1

Nd

Mi

Bi

Ad

2

1

Bd

2

Ni

1

Md

Ai

1

1

2

HETEROGENEIDADES DE TAMAO FINITO

Los perfiles que pasan sobre heterogeneidades de tamaño finito presentan la misma forma, número y distribución de puntos característicos que las heterogeneidades sub verticales de extensión lateral indefinida (punto anterior) aunque con amplitudes menores y atenuación más acentuada por recubrimiento. Con la diferencia de que los cruces son al revés: inversos para cuerpos conductores y directos para cuerpos resistivos. Además los perfiles deben pasar sobre los cuerpos heterogéneos, puesto que a distancias de la heterogeneidad superiores a la longitud del dispositivo, las anomalías son imperceptibles ANOMALÍAS EN LOS DISPOSITIVOS DE GRADIENTE GRADIENTE

Son esencialmente iguales a las de los dispositivos de campo variable, pero más sencillas por la ausencia de los puntos característicos debidos a los electrodos de corriente. Además, la penetración aumenta conforme aumenta la separación entre los electrodos de potencial respecto de los de energización, y a lo largo del perfil pueden reflejar las variaciones de la resistividad con la profundidad. ANOMALÍAS POR VARIACIONES DEL RELIEVE RELIEVE

En general, valles y depresiones producen anomalías positivas, pero con cruce directo y en lomadas y elevaciones las anomalías son negativas con cruce inverso. Blokh considera distintas posibilidades según la relación del tamaño del dispositivo y las dimensiones de las anomalías (ancho de cresta o vaguada, longitud de taludes, etc). Las perturbaciones más significativas ocurren cuando el cuerpo buscado se encuentra precisamente en una cresta o una lomada, aminorando su intensidad o reforzándola, pero siempre con el riesgo de que se la atribuya exclusivamente al accidente topográfico. INTERPRETACIÓN

La interpretación se comienza efectuando una análisis cualitativo de las curvas o perfiles levantados y dibujados en escala semilogarítmica, separando anomalías de origen 105



geológico y dejando de lado las que pueden atribuirse a accidentes del terreno, a las que las calicatas son sensibles. Las anomalías resaltadas se contrastan con la información geológica de la zona (mapa geológico, perforaciones y trabajos mineros) y se trata de identificar sus causas. Se correlacionan las anomalías de los diferentes perfiles, siguiendo la marcha de aquellas indudablemente relacionadas con algún accidente geológico. Cuando se observa un atenuamiento gradual de las anomalías de un perfil a otro, debe suponerse un aumento del espesor del recubrimiento y si desaparecen bruscamente, un acuñamiento o hundimiento en bloque. Una alternativa muy útil ρ ρ ρ M N B A P puede ser el trazado de mapas de 1000 resistividad aparente, para el que se 700 prestan especialmente los 500 dispositivos simétricos y que además 400 I P es la mejor manera de interpretar los D D 300 I datos en el método de bloques. C 200 Una vez completada la interpretación cualitativa puede S S pasarse a la cuantitativa, cuya 100 finalidad es determinar la posición m 20 30 40 exacta, ancho y buzamiento TECNHYDROS aproximado de las heterogeneidades. a

Md

Ad

Ni

Bi

Mi

Nd

Fig. 147: Ejemplo de interpretación cuantitativa (Orellana, 1982)

Cuando es posible, se comparan, con curvas calculadas en función de un modelo afín con el esperado, identificando puntos característicos y asignándoles electrodo y rasgo de la anomalía atribuida. Los casos más sencillos son los de un solo contacto vertical entre dos medios, en caso de capa ancha se observarán dos contactos y cuando la anomalía es de capa delgada sólo puede determinarse la posición de ambos contactos cuando el ancho de la capa es mayor que MN. Un ejemplo de interpretación cuantitativa es dado por Orellana (fig. 147), tomado de una investigación para localizar zonas de rotura en una formación granítica. CALICATAS CIRCULARES

En las CEC (fig. 132) la resistividad se mide en función del azimut del dispositivo y los valores obtenidos se grafican en diagramas polares, con la resistividad preferentemente en escala logarítmica y con origen en una resistividad menor a la mínima representable. Una calicata circular (obtenida con cualquier dispositivo) sobre un contraste subvertical, dará una anomalía cuya amplitud depende del ángulo que forma con el perfil, el diagrama polar tendrá resistividad máxima o mínima en la dirección de la capa, por lo que puede utilizarse para determinar su rumbo y atendiendo a la asimetría de la anomalía, su buzamiento (fig. 148). Cuando el contraste es vertical, el diagrama será simétrico.

B

R R: rumbo; B: buzamiento

Fig. 148: CEC (disp. asimétrico) sobre una capa inclinada.

106



Puede utilizarse un dispositivo trielectródico o un tetraelectródico asimétrico. La longitud del dispositivo debe ser lo suficientemente grande como para superar el efecto del recubrimiento. También son útiles para evaluar la esquistosidad o fisuración en formaciones recubiertas, para lo que se utilizan dispositivos simétricos (fig. 149), como a sentidos opuestos de una dirección les corresponde el mismo valor, el diagrama tendrá forma aproximadamente elíptica y el eje mayor indicará la dirección de mayor conductividad (paradoja de la anisotropía), que es la de diaclasado o fisuración predominante. Fig. 149: CEC con dispositivo simétrico.

TOMOGRAFÍA O IMAGEN ELÉCTRICA

En los últimos años se han desarrollado técnicas de medición utilizando un gran número de electrodos (25 o más, conectados a un cable multinúcleo) los que conectados a una unidad electrónica de conmutación manejada mediante una computadora portátil (laptop) permiten efectuar mediciones con cualquiera de los dispositivos de campo móvil seleccionando en forma automática, de los muchos electrodos ubicados previamente en el terreno, aquellos que están activos para cada medición. Actualmente, están muy desarrollados tanto el equipamiento como las técnicas de campo para realizar mediciones de resistividad tanto en dos como en tres dimensiones. El instrumental necesario es provisto por varias compañías internacionales con un costo de 15.000 dólares para arriba, aunque muchas instituciones han adaptado sus antiguos equipos construyendo conmutadores manuales a bajo costo y utilizando cable sísmico como cable multinúcleo. La fig. 150 muestra una típica disposición de los numerosos electrodos (20 en este caso) a lo largo de una línea recta para obtener una sección de resistividad en un estudio en dos dimensiones. Normalmente los electrodos se colocan separados entre sí por un espaciado constante. La secuencia de las mediciones a realizar, el tipo de dispositivo a utilizar y otros parámetros (como la corriente a emplear) son normalmente introducidos en un archivo de texto que puede ser leído en un programa de la computadora de campo. Después de leer el archivo de control, el programa de la computadora selecciona automáticamente los electrodos apropiados para cada medición. En un estudio típico, el mayor trabajo de campo es el de extender el cable y colocar los electrodos. Después de ello, las mediciones son realizadas automáticamente y guardadas en la computadora. El mayor tiempo de medición se gasta esperando que se completen las mediciones de resistividad programadas. Para dispositivos dipolares, trielectródicos y simétricos (Wenner y Schlumberger), el procedimiento es apenas diferente. Como ejemplo, para el dispositivo Wenner (fig. 150), la serie de mediciones se hace para distintos espaciamientos “na”, comenzando usualmente con un espaciamiento “1a” entre A-M-N-B, siguiendo con “2a” y así sucesivamente hasta completar las mediciones con un espaciamiento “6a”

Método de la pseudosección El procedimiento habitual continúa con la asignación de los valores de resistividad aparente obtenidos a los puntos de una grilla vertical construida debajo de la representación de los puntos de medición (que en el ejemplo propuesto van de 1 a 20). La ubicación horizontal de cada uno de los puntos de la grilla se hace bajo el punto medio del arreglo electródico utilizado. La ubicación vertical de los puntos se hace proporcional a la separación interelectródica. En mediciones de Polarización Inducida, y utilizando el dispositivo dipolar, 107



es habitual ubicar el punto en la intersección de dos líneas que parten de los puntos medios de los dipolos A-B y M-N con un ángulo de 45o respecto de la horizontal. Aunque lo habitual es ubicar la posición vertical del punto en el gráfico según la profundidad media de investigación (o pseudoprofundidad) del dispositivo utilizado, obteniéndose entonces una distribución de valores de la resistividad aparente debajo de la línea de medición que se conoce como pseudosección y en la que a continuación se trazan isolíneas de la resistividad aparente.

Estación 32 A

M

3a

N

3a

Computadora (Laptop) Resistivímetro

B

3a

Estación 18 A

M

2a

2a

N

B

2a

Estación 1

Nivel n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6

A

M

N

B

1

2

3

4

a

a

a

Número de electrodo 5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

1 18 32 43 51 56

Secuencia de mediciones para obtener una pseudosección

Fig 150: Arreglo de electrodos para un estudio eléctrico 2-D y secuencia de las mediciones para obtener una pseudosección utilizando el dispositivo Wenner (adaptado de M.H.Loke, 2000)

Tales pseudosecciones constituyen una forma muy conveniente de presentar gráficamente los valores obtenidos de la resistividad aparente y aunque proporcionan un cuadro aproximado de la distribución de la resistividad del subsuelo, es un cuadro distorsionado debido a que las formas de las isolíneas dependen del tipo de arreglo utilizado tanto como de la resistividad verdadera del subsuelo, aunque es un error no infrecuente el de intentar utilizar la pseudosección como el cuadro final de la verdadera resistividad del subsuelo. Una aplicación práctica de las pseudosecciones es la de permitir advertir valores defectuosos, los que habitualmente resaltan como puntos con valores inusualmente altos o bajos de la resistividad aparente. Por otra parte, constituyen una referencia para una posterior interpretación cuantitativa la que es realizada mediante programas computarizados que, a partir de un modelo inicial del subsuelo dividido en un gran número de pequeñas celdas, calculan los valores de la resistividad aparente (por diferencias finitas o por elementos finitos) que se comparan con los datos de campo. Por las discrepancias entre ambos se van haciendo ajustes en el modelo inicial hasta encontrar aquel cuyos valores de resistividad aparente calculados se ajusten satisfactoriamente con los datos de campo, con lo que se habrá encontrado una sección de resistividades verdaderas que resuelve el problema. Los dispositivos habitualmente utilizados en este tipo de estudios son: a) Wenner, b) Wenner-Schlumberger, c) dipolar, d) bipolar y e) trielectródico. La elección del más 108



conveniente para un determinado estudio depende del tipo de estructura a estudiar, del nivel de ruido y de las características del dispositivo, entre las que deben considerarse: i) la sensibilidad del dispositivo ante cambios verticales y horizontales de la resistividad del subsuelo, ii) la profundidad de investigación, iii) la cobertura horizontal y iv) la potencia de la señal. EJEMPLOS DE ESTUDIOS TRADICIONALES En el Angosto de Andaluca .-La

fig. 151 muestra un ejemplo de calicata simétrica combinada (fig. 131), realizada como parte de las mediciones geoeléctricas en el Angosto de Andaluca (CALVETTY AMBONI, 1984) con la finalidad de evaluar la profundidad del basamento cristalino (sustrato resistivo). Tales mediciones fueron parte del estudio de prefactibilidad para la construcción de un dique que embalse las aguas del río Abaucán - Colorado, a poco más de 30 km de Tinogasta, Prov. de Catamarca. PE

1000

) m .

100

Ω Ω ( a

ρ ρ

AB/2 = 16m AB/2 = 25m AB/2 = 40m AB/2 = 50m 10 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

Nº de estación (el paso es de 10 m)

A’” A”

A’ A

MN

B

B’

B” B”’

dispositivo empleado

20 m

Fig. 151: Sección geoeléctrica y CES combinada en el Angosto de Andaluca

El estudio geoeléctrico incluyó la medición de 9 SEV Schlumberger de entre 160 y 800 m en base a cuya interpretación, efectuada mediante el programa de Zohdy de 1973, se obtuvo una sección aproximadamente transversal al angosto (parte superior de fig. 151), según ella los mayores espesores sedimentarios se dan hacia las laderas, tal como se deduce también de las calicatas. En las que además se observa un aumento de la resistividad aparente con el agrandamiento del dispositivo, es decir con el aumento de penetración y por tanto, mayor influencia del basamento resistivo.

109



Realizado el estudio geoeléctrico, se efectuó una perforación de exploración en el punto de mayor profundidad de basamento calculado (65 m) la que se terminó a los 72 m de profundidad, sin tocar basamento. Con base en estos resultados y a los de transporte de sedimentos por el río (también desfavorables), el proyecto fue desestimado, archivado. En Santa Sylvina.- En la Región Chaqueña, el escaso relieve y el material sedimentario de origen principalmente eólico, preponderantemente pelítico, no favorece la formación de reservorios de agua dulce en el subsuelo. Una alternativa para el almacenamiento de agua de lluvia es la construcción de represas, ubicadas habitualmente en bajos relativos que actúan como colectores temporarios, lo que suele además favorecer la recarga de la freática, de muy baja permeabilidad, disminuyendo su salinidad, la que va en aumento con la profundidad. Generalmente en la construcción de las represas se realiza una excavación somera que aumenta la capacidad de almacenamiento del bajo natural, excavación que no debe afectar sectores salinizados de la freática, lo que podría ser causa de contaminación y salinización del embalse, inutilizándolo como reservorio de agua potable. 250

1.7 1,6 1,4

1,7 1,8 2,0 1,8 1,8 2 ,1 1,9 1,9

2,0 1,9

1,9 1,9 1,8

1,3 1,5 1,8 1,4

1,4

1,4 1,5 1,6 1,8

1,6

1,6

MAPA DE RESISTIVIDAD Dispositivo trielectródico AB/2=20m; MN=1m; p=10m

200

2,3 2,6 2 ,5 2,5 1.7 1,5 4,7 1,6 2,1 2,4 2,7 2,1 3,4 3,3 3,4 3,6 4,0 2,6 2,5 2,5 2,0 1,8 1,8 1,8 1,9 1,5 1,5 1,4 2,0

) 150 m (

1,8 1,6

2,3 2,5 2 ,3 2,6 1.7 2,7 2,1 2,6 2,8 3,7 3,3 3,6 2,8 3,5 5,3 5,9 4,4 5,1 6,8 5,0 3,7 2,2 2,6 2,4 2,8 2,4 2,0 2,1 2,4 1,5 1,6

N S a v i s e r g o 2,2 2,3 2 ,2 2,4 r P100

2,6 3,1 2,5 2,5 3,3 3,0 4,2 3,8 4,7 4,5 5,1 5,4 4,1 4,1 3,5 2,9 2,7 2,2 1,8 2,1 2,4 2,0 1,4 1,8 1,6 1,7

ρ > 5Ωm 5Ωm>ρ>4Ωm 50

1,9 1,6 1,7 1,2 1,8 2,4 2,2 1,5 2,2 2,3 2,5 3,1 2,8 2,1 2,9 2,0 3,8

0,9 1,0 2,0 1,6 2,1 2,4 1,0 1,0 1,7 1,0 0,9 1,1 1,0

4Ωm>ρ>3Ωm 3Ωm>ρ>2Ωm

A 0

ρ < 2Ωm

MN

1,5 1,8 1,9 1,8 2,2 2,0 2,1 1,7 1,9 2,1 2,0 2,3 1,8 2,0 1,9 2,1 0,6 0,7 1,7 1,9 1,9 1,8 2,0 1,8 1,8 1,9 1,9 1,6 1,8 2,0 1,8 0

50

100

150

200

250

300

Progres iva O-E (m)

Fig. 152: Mapa de resistividad obtenido mediante una calicata trielectródica en Santa Sylvina

Tanto la delimitación del sector a excavar como su más conveniente profundidad, puede hacerse midiendo la resistividad del suelo mediante calicatas eléctricas y sondeos eléctricos cortos, tal como se hizo en Santa Sylvina (Prov. del Chaco), a donde pertenece el mapa de resistividad de la fig. 152 que permitió delimitar el sector superficial de mayor permeabilidad, en cuyo caso la excavación efectuada se limitó al sector con resistividad mayor que 4 Ω.m.

110

Calicatas Eléctricas

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