INFORME GPR MAJES 2017

ESTUDIO POR EL METODO DE GEORRADAR EN LAS PAMPAS DE MAJES PARA EL ANALISIS DE DESLIZAMIENTOS. CAPITULO I: INTRODUCCIÓN 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La continua reducción de la superficie por causa de las quebradas, cercana a la zona prospectada debido a constantes derrumbes y deslizamientos, son la causa que nos llevará a entender los procesos geomorfológicos, geomorfológicos, hidrológicos, físicos, etc

1.2. JUSTIFICACIÓN Desde el punto de vista económico, para beneficios de la empresa Gloria S.A. se busca una zona de mayor demanda comercial que busque reducir costos de transporte desde los puntos de abastecimiento de la materia prima para el desarrollo y funcionamiento de la Empresa, para lo cual se buscó un lugar apropiado para la nueva edificación y tratar de reconocer mediante métodos geofísicos las estructuras geológicas y el comportamiento P edregal”, en las pampas cercanas a la geomorfológico presentes en la zona de “El Pedregal” quebrada formada por el Valle, al frente de la zona conocida como “El Zarzal” .

1.3. VARIABLES DEPENDIENTE:  VARIABLE DEPENDIENTE: Método de Prospección GPR.  VARIABLE

INDEPENDIENTE:

Determinación de estructuras geológicas geológicas y geomorfológicos.

1.4. HIPÓTESIS 

 

En base a los datos de un par de radargramas, se busca ubicar zonas de mayor filtración y posibles direcciones de las mismas con la finalidad de obtener el grado de relación con los deslizamientos. Encontrar estructuras litológicas de gran potencia con alto nivel de compactación óptimo para los posteriores trabajos ingenieriles. Caracterizar la zona, geomorfológicamente propicias, para la edificación de la nueva planta distribuidora de la empresa Gloria S.A. en base a un suelo compacto.

1.5. OBJETIVOS 1.5.1. Objetivos Generales 

Entender el funcionamiento de un Georradar desde el proceso de la adquisición de datos, procesamiento e interpretación; usando criterios propios de trabajo y recomendaciones por parte del docente encargado.

Prospección GPR y Magnetotelúrico

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

En base a la observación de los radargramas, poder explicar la existencia de diversas estructuras geomorfológicas que estén relacionadas a la problemática del deslizamiento y la construcción de una nueva planta.

1.5.2. Objetivos Específicos 

Determinar la profundidad aproximada de contactos entre estructuras geológicas presentes bajo las diferentes líneas de Georradar proporcionadas por el Ingeniero.



Utilizando los más adecuados filtros, poder mejorar la visualización de los radargramas para su posterior interpretación utilizando el software MALA GroundVision.



Aplicar y comprender el funcionamiento y la utilidad de los filtros presentes en el software de elección propia en la etapa de procesamiento de los datos.



Cuantificar la distancia del alcance aproximada de las estructuras geomorfológicas y posteriormente realizar una comparación con la columna estratigráfica local y así poder deducir los tipos de materiales hallados en dicha zona.


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CAPITULO II GENERALIDADES 2.1.Ubicación 2.1. Ubicación de la zona de estudio A continuación se presenta la ubicación de la zona de estudio en la cual se realizaron las líneas

Fig.1: Mapa Geológico del Cuadrángulo de Aplao, Fuente: INGEMME

T


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2.2.Accesibilidad 2.2. Accesibilidad La Zona de estudio está ubicada cerca de la fábrica de yogur Gloria en el Pedregal a 118.4 km de la ciudad c iudad de Arequipa, cuales coordenadas son: 803245.00 m E 8188552.00 m S 18 K El acceso al área de estudio es desde Arequipa por la carretera 34A, pasando por el cruce de la Joya y Vitor todo en la Panamericana Sur – carretera carretera 1S

Fig.2: Accesibilidad a la zona de trabajo Fuente: Google Earth (2016)


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2.3. Ubicación Dicha zona se encuentra ubicada al margen derecho de la carretera Panamericana Sur, posterior al paso del Valle de Majes, justo a la entrada de “El Pedregal”, en la zona conocida como “El Zarzal”

Fig.3: Ubicación espacial del área de estudio, Fuente: Google Earth (2016)


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CAPITULO II GEOLOGIA Y GEOMORFOLOGIA 3.1. GEOLOGÍA REGIONAL  PLANICIE COSTANERA La hoja de Aplao la llanura o planicie costanera tiene una gran extensión, con un ancho aproximado de 45 km. Y una cota media de 1400 m.s.n.m. Bajo los depósitos aluviales de tipo detrítico transportado y depositado transitoria o permanentemente por una corriente de agua de la edad cuaternario, encontramos una superficie erosional sobre la formación Moquegua, mencionada también en la hoja de Arequipa El aspecto general es el de una pampa árida, cerca de los límites se encuentran los ríos Majes y Siguas, esta planicie que separa estos ríos se le conoce con el nombre de Pampas de Majes a la que atraviesan varias quebradas secas de poca profundidad. El proceso eólico es algo notable en la zona, influenciado por la fuerte insolación que experimenta a diario, muchas de sus depresiones largas y de bordes bajos corresponden a quebradas cubiertas por arena eólica. Existen también zonas con cadenas de dunas que avanzan por el llano con impulso de los vientos del sudoeste.

Fig.4: Representación General de la geomorfología de la zona


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3.2. GEOLOGÍA LOCAL A) FORMACIÓN TORÁN Se usa dicho nombre para designar a una secuencia de rocas sedimentarias que afloran en ambas laderas del valle de Majes. Dicha formación consiste de areniscas bruno-rojizas, areniscas y lutitas gris verdosas y conglomerado de base, y están cubiertas en discordancia angular por el miembro superior de la Formación Moquegua. En el margen del valle, directamente sobre el Complejo Basal de la Costa, afloran areniscas verde grisáceas que se intercalan con lutitas esquistosas del mismo color

B) GRUPO AMBO Se usa dicho nombre para designar a una secuencia de rocas sedimentarias que afloran en ambas laderas del valle de Majes. Dicha formación consiste de areniscas bruno-rojizas, areniscas y lutitas gris verdosas y conglomerado de base, y están cubiertas en discordancia angular por el miembro superior de la Formación Moquegua. En el margen del valle, directamente sobre el Complejo Basal de la Costa, afloran areniscas verde grisáceas que se intercalan con lutitas esquistosas del mismo color, Se encontraron algunos fósiles que pertenecen al Devoniano inferior a medio.

C) GRUPO YURA Jenks (1948) describió por primera vez dicha formación en la hoja de Arequipa. En la hoja de Aplao los afloramientos de este grupo se encuentran en las laderas del valle de Majes. A causa de la solidez y resistencia de las rocas que conforman este grupo, sus afloramientos constituyen farallones en los cortes producidos por los ríos, que contrastan en los taludes tendidos que forman las rocas de la Formación Moquegua. En el cuadrángulo de Aplao la litología del Grupo Yura consiste principalmente en cuarcitas blanco-grisáceas, blanco amarillentas, grises y rosadas, con intercalaciones de lutitas grises y gris oscura y arenisca blanco-grisáceas hacia la base. En el valle de Majes, también se intercalan calizas gris oscuras que en parte son fétidas.

D) FORMACION MURCO Hacia el Noreste de la hoja existen dos pequeños afloramientos alargados constituidos por arcillas y areniscas predominantemente rojas y en parte abirragadas (de varios colores, mal combinados), con intercalaciones de conglomerados grises, similares a los descritos por Jenks como formación de Murco en la hoja de Arequipa. En la hoja de Aplao, la formación de Murco alcanza unos 80 m. de espesor; su contacto con las cuarcitas del grupo Yura es transicional y soporta con aparente concordancia a las Calizas Arcuquina. La formación se halla conformando los flancos de un sinclinal y un anticlinal adyacente, esta última estructura es cortada por El Batolito de La Caldera.

E) CALIZAS ARCURQUINA En el área Lluta afloran calizas calizas gris claras con estratificación delgada, nódulos de Chert (sílice criptocristalina, de origen orgánico o inorgánico que aparece como bandas o capas de nódulos en rocas sedimentarias) de 10 a 15 metros de grosor, que reposan sobre las


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areniscas de la Formación de Murco; sin embargo, ambas unidades no tienen una relación clara, debido al plegamiento.

F) FORMACION MOQUEGUA G.I. Adams (1906) describió por primera vez esta formación y posteriormente G. Steinmann (1930) la dividió en dos miembros.

i. FORMACION MOQUEGUA SUPERIOR Las capas de esta formación descansan con discordancia (interrupción en la sedimentación) sobre los grupos grupos Ambo, Yura, Yura, y la superficie erosionada del del batolito, soporta a su vez con débil discordancia al Moquegua Superior. Las capas se inclinan ligeramente al SW, salvo en algunos sitios donde se han producido buzamientos mayores por el reajuste de las fallas existentes en la zona, o por la compactación de sedimentos sobre una topografía similarmente inclinada.

ii. FORMACIÓN MOQUEGUA INFERIOR Las rocas de este miembro, junto con los aluviones cuaternarios. Este miembro es fácilmente distinguible por sus tonalidades claras que contrastan con las rojizas de la Formación Moquegua Inferior, por lo general las capas tienen una posición horizontal y en algunos casos con buzamiento Suroeste. La litología consiste principalmente de areniscas blanco grisáceas, de grano medio a fino, hasta conglomerádicas, con algunas capas de arcilla y conglomerado de cantos chicos. En los cortes de algunas quebradas, cerca al tope de la secuencia, se han observado dos bancos de tufo riolítico blanco, compacto y de grano fino, que adquieren una coloración rosada al intemperismo.

G) CONGLOMERADO ALUVIAL Gran parte de las pampas del cuadrángulo está constituida por un conglomerado ligeramente consolidado, formado por elementos de composición de tamaños muy variados, el cual yace en la discordancia sobre la formación Moquegua y está cubierto en parte por depósitos eólicos aluviales más recientes. El conglomerado es mayormente macizo y en otros casos con estratificación en bancos gruesos, de posición horizontal o con buzamiento Suroeste.

H) TUFOS VOLCANICOS En los flancos del valle de Sihuas, entre las localidades de Tambillo- Pitay, existen restos de depósitos volcánicos consistentes de tufos blancos y rosados, que descansan sobre sobre el miembro superior de la formación Moquegua, habiéndose estimado un espesor de 10 metros. En la ladera oeste del valle, entre Santa Isabel de Siguas y Sondor, al pie de la carretera existen exposiciones que consisten de tufo rosado en la base, marrón claro en el medio y blanco en el tope, mayormente de naturaleza riolítica.


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I) DERRAMES DE BASALTO Se extiende de la parte suroriental de la hija de Huambo, en los límites de la hoja de Aplao, donde probablemente se halla la principal abertura de emisión. El ancho de los flujos se va reduciendo hacia la parte periférica al igual que el grosor. Estos flujos en su desplazamiento han provocado represamientos temporales que en cierta fo rma influyeron en el drenaje. El basalto es de color gris oscuro, de grano muy fino y de fractura sub-concoidea. En sus minerales componentes se identifican agujas o microlitos de plagioclasas con cierto arreglo subparalelo, así como abundantes granos de magnetita.

J) DEPOSITOS CLASTICOS RECIENTES TERRASAS FLUVIALES En ambos márgenes de los ríos Majes y Siguas existen terrazas fluviales de pequeña extensión. En el valle de Siguas, las terrazas están principalmente distribuidas entre la localidad de Tambillo y la hacienda de Las Higueritas, con un espesor aproximado de 100 metros y constituida por un alto porcentaje de rodados ígneos. ALUVIONES Están presentes en algunas quebradas y principalmente en los valles de Majes y Siguas. El tamaño de los elementos constituyentes varía desde bloques de más de un metro de partículas de arcilla. La composición también es variada: gneis, granito, cuarcita, lavas, etc. COLUVIOS Los depósitos coluviales tienen moderada extensión en la localidad de Sondor ubicada en el valle de Sihuas, donde se han formado por el desprendimiento de los elementos del conglomerado que cubre la formación Moquegua. DEPÓSITOS EÓLICOS Las acumulaciones eólicas consisten de mantos de arena, dunas aisladas, cadenas de dunas y ceniceros o depósitos de ceniza volcánica. Las cadenas de dunas ocupan un área más o menos extensa en la esquina Sudeste al Norte de la irrigación Santa Rita de Siguas, aguas debajo de Tambillo. Dunas aisladas existen en diversos lugares de pampas-costaneras, con altura que no excede de 3 metros habiéndose estimado que su avance por año 25 metros. Los depósitos de ceniza volcánica retransportada son frecuentes en los alrededores del morro de de Siguas tiene pequeña extensión y escaso grosor, estando algunas veces cubiertas por una de lgada capa de arena eólica.


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3.3.

CUADRANGULO DE APLAO

Fig, 5: Columna Estratificada General del cuadrángulo de Aplao

3.4.

GEOMORFOLOGIA

Gran parte de los suelos sedimentarios se han depositado en ambientes acuosos, quedando inicialmente saturados y posteriormente desecados debido a las circunstancias ambientales. Estos suelos abundan en lugares de clima árido y semi-árido, en que las estaciones son muy marcadas con periodos secos prolongados. Según diversos autores, estos lugares ocupan cerca del 30 % de la superficie de la Tierra. Los fenómenos más característicos del comportamiento del suelo no saturado se relacionan con sus deformaciones volumétricas al modificar el grado de saturación. Estas deformaciones pueden ser tanto positivas, en cuyo caso se produce un colapso, como negativas, en cuyo caso se produce un hinchamiento, tanto el colapso como el hinchamiento pueden ser considerados como procesos de inestabilidad estructural.


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Fig, 6: Ocurrencia de distintas plataformas acuíferas, modelo ideal

CAPITULO IV PROSPECCION GPR 4.1.

Principio Físico de la Prospección GPR

En el método de Georradar o GPR consiste en emitir pulsos electromagnéticos desde la superficie del suelo mediante el uso de un aparato o Unidad Central, los que se propagan dentro del subsuelo y sufren continuas reflexiones en las discontinuidades que hallan a su paso. Los pulsos reflejados son captados mediante una antena de Recepción en superficie Por un lado el tiempo que tarda el pulso desde que es emitido hasta que es detectado en la superficie da una medida de la profundidad de un dado reflector, conocidas las posiciones de la fuente y del receptor, y la velocidad de propagación de los pulsos en el tipo de suelo particular. Por el otro, la comparación de las amplitudes de los pulsos emitido y recibido, brinda información adicional acerca de la composición del subsuelo. Una disposición típica para una prospección con radar consiste en un par de antenas: una emisora y otra receptora, ubicadas ambas sobre la superficie del suelo. Emisor y receptor son desplazados conjuntamente sobre toda el área de interés, obteniéndose para cada posición de los mismos el tiempo que tarda el pulso en recorrer los trayectos de ida y vuelta hasta cada reflector. De esta manera se estiman las profundidades de los reflectores para cada posición sobre la superficie. En los equipos de georadar más utilizados las antenas emisora y receptora se encuentran en la misma unidad o caja; incluso ambas funciones de emisión y recepción pueden ser realizadas por una única antena. Esta configuración de emisor y receptor y la metodología asociada son referidas como monoestáticas. Alternativamente, las Prospección GPR y Magnetotelúrico

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antenas emisora y receptora pueden ubicarse en cajas distintas, en un montaje denominado biestático. Para describir el funcionamiento básico del método, en la Figura 1.1 se muestra una secuencia en la cual el emisor y el receptor son desplazados conjuntamente sobre el suelo, emitiéndose pulsos y midiendo las correspondientes señales reflejadas. Para cada posición de emisión se muestra la correspondiente señal recibida como función del tiempo. Este tipo de gráficos se denomina traza o barrido trace o scan. En cada caso, los tiempos de ida y vuelta  registrados por el receptor para los pulsos recibidos se vinculan con l as profundidades p de los reflectores según la siguiente expresión matemática:

    Donde v es la velocidad de propagación promedio a lo largo del recorrido. En la ecuación (1.0), el factor 2 se debe a que el tiempo de tránsito entre el sistema de GPR y la superficie de interés es la mitad del tiempo de ida y vuelta. Por ende, mediante la ecuación (1.0) se obtiene la profundidad de los reflectores para cada posición sobre la superficie, una vez que se han medido en las correspondientes trazas los tiempos  para los pulsos reflejados, y conocida la velocidad v .

Fig. 7: “Secuencia en la cual un emisor emisor y un receptor son desplazados conjuntamente conjuntamente sobre el suelo, emitiendo pulsos y midiendo las correspondientes señales reflejadas en una interfaz con profundidad variable. Para las tres posiciones esquematizadas en la figura se muestra la correspondiente correspondiente señal recibida recibida como función función del tiempo, tiempo, indicándose el tiempo de ida y vuelta ti -v “


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4.2.

Componentes de un equipo de GPR

Los pulsos de georadar son producidos mediante circuitos electrónicos que alimentan una antena emisora. El dispositivo emisor se ubica en una primera caja vinculada mediante un cable con una segunda caja en la cual se aloja la unidad de control. Con esta unidad interactúa el operador. El dispositivo receptor puede ubicarse en la misma caja que el emisor, o diferenciado en una tercera caja, que a su vez se conecta mediante cable con la unidad de control o con el dispositivo emisor. Todas estas unidades en general cuentan con mecanismos que hacen más cómodos su traslado y operación -por ejemplo, ruedas, manijas, arneses, etc. Mediante la unidad de control es posible definir el lapso de tiempo durante la cual se van a registrar datos provenientes del subsuelo, cuántos datos se registran, distancia a la que se emitirá una señal etc. A veces, esta unidad cuenta con una pantalla incorporada y software para la visualización de datos, lo cual permite un análisis preliminar de los datos prácticamente en simultáneo con su adquisición. El procesamiento y el análisis precisos de los datos adquiridos se realizan mediante software luego de haber transferido los l os datos a una computadora

4.3.

Equipo de Prospección GPR

Unidad central. La unidad central o unidad de control de un georradar es donde se realiza la coordinación y control de las antenas, de los diversos accesorios que se pueden añadir al equipo básico y de lla a señal emitida. También coordina el almacenamiento de la señal en algún tipo de soporte (magnético, fotográfico, en papel) y, en algunos casos, permite realizar el tratamiento básico de las señales durante la adquisición de datos. Esta unidad lleva implementado un programa informático que realiza el procesado básico de la señal e incorpora utilidades que permiten actuar sobre la señal emitida y sobre los registros que se adquieren: filtrados y modificación de la ganancia del registro, entre otros procesados. La unidad de control suele ir conectada a un monitor para visualizar la señal que se está adquiriendo. En los casos de radares más sencillos únicamente se puede visualizar la señal, sin poder efectuar ningún tipo de tratamiento que mejore la calidad de imagen durante la adquisición de datos de campo. En otros equipos esta unidad central es un ordenador personal portátil al que se le ha cargado un programa para efectuar el control de las antenas y el procesado básico de las señales. La fuente de alimentación de la unidad central es de corriente continua. Consiste, en muchos casos, en una batería de 12 voltios. 


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Accesorios. Los accesorios con los que puede complementarse este equipo básico son diversos. Podemos separarlos en dos grupos: los complementos para la visualización y almacenamiento de los registros y los accesorios para situar los perfiles. Dentro de los accesorios para visualización se incluyen los siguientes elementos: 

Impresoras.- En casi todas las unidades centrales se puede conectar una impresora que permite obtener los registros en papel durante los trabajos de adquisición de datos en campo.



Pantallas.- Se pueden conectar a la unidad central para tener una visión clara de los registros que se adquieren.



Programas informáticos.- Gestionan estos accesorios y permiten un amplio tratamiento de datos.



Unidades de registro de datos en soporte magnético (cinta o disco) u óptico.

Para situar los perfiles se suelen utilizar dos tipos de accesorios: 

Marcadores.- Son instrumentos que se conectan tanto a la unidad unidad central como a

las antenas y permiten introducir una marca en el registro cada vez que se presiona un pulsador. Esto permite introducir marcas para indicar el inicio y el final del perfil, perfil , así como también zonas anómalas o posibles interrupciones que se presenten en las líneas de estudio. También permite introducir marcas en el registro que indican puntos equidistantes entre puntos sobre el perfil. Estas marcas tambien pueden dividir el registro en intervalos desiguales en base a la velocidad de desplazamiento del Georradar. 

Odómetros.- Este instrumento conectado directamente a la unidad central se

añade a las antenas con la principal función de contabilizar y señalar la distancia total recorrida. Este sistema permite determinar la posición de los distintos puntos del radargrama con mayor precisión que en el caso de los marcadores.


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Fig. 8: Odómetro de un aparato moderno de Georradar Geor radar de 500MHz

Fig. 9: Unidad Central del equipo RAMAC de 100MHz


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4.4.

Partes del GPR:

1. Unidad Central 2. Ordenador portátil, con software informático “Ramac” instalado que junto con la pantalla del ordenador ordenador permite la visualización de de los registros durante la la adquisición de datos. 3. Antena 4. Cable de conexión de la antena con la unidad de control (fibra óptica) 5. Odómetro (1) rueda (2) carrete de hilo 6. Cable puerto paralelo de conexión entre el ordenador portátil y la unidad de control

Fig. 10: Partes del instrumento de Georradar

4.5.

Procesos físicos en la adquisición de datos

Cada pulso emitido se caracteriza por los siguientes parámetros físicos fundamentales: frecuencia temporal -o, simplemente, frecuencia- amplitud, polarización y extensiones espacial y temporal. Por ejemplo, en el caso de la Fig: 1 los pulsos emitidos poseen una extensión temporal t y una amplitud A, ambas señaladas en la misma. El lapso de tiempo entre dos lóbulos contiguos del mismo signo se denomina período temporal, y lo simbolizamos mediante . Este parámetro se relaciona con la frecuencia temporal través de la siguiente fórmula:

   Por ende, la frecuencia temporal es la cantidad de veces que vibra el pulso por unidad de tiempo. Otro parámetro que mencionaremos a menudo es la longitud de onda, que simbolizamos mediante λ, la cual se define como la distancia espacial entre dos lóbulos del mismo signo. Esta se relaciona a la frecuencia y a la velocidad de propagación en el medio según la expresión: Prospección GPR y Magnetotelúrico

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    Asimismo, la propiedad de polarización se vincula con la dirección en la cual el pulso vibra en el espacio. Por último, la extensión espacial se define como un análogo de la extensión temporal antes mencionada. Algunas de estas características fundamentales, fundamentales, como la polarización y la extensión espacial, quedan establecidas de antemano por la forma en que fue construido el sistema de control y la antena emisora. Otras se pueden establecer inicialmente a través de la unidad de control, como son los casos de la amplitud y la frecuencia. El pulso, una vez emitido, se propaga en el suelo con independencia del sistema que lo generó. A medida que el mismo avanza, las características del pulso son modificadas debido a la interacción con el suelo a través de distintos mecanismos físicos. A través de los mismos, los pulsos reciben la información vinculada con las características de la porción de suelo que transitan, la cual va a ser recibida y luego procesada e interpretada durante las etapas de procesamiento y análisis de datos. En general, la antena emisora es diseñada para que dichos pulsos sean emitidos en una dirección perpendicular a la superficie del suelo y de modo que los mismos no se extiendan en el espacio más allá de una región de forma aproximadamente cónica la cual se proyecta por debajo del emisor y que se denomina huella. Esto obedece a la necesidad de "iluminar” con la mayor intensidad posible aquellas discontinuidades que se ubican inmediatamente por debajo del sistema, respecto de otras que pudieran ubicarse hacia zonas laterales. Cerca de la fuente emisora el pulso ilumina una pequeña área mientras que a profundidades mayores dicha área aumenta considerablemente. Si se consideran dos superficies de interés, ambas de por ejemplo 1cm2, separadas por una distancia d , la más distante será iluminada con una intensidad mucho menor que la más cercana -la tasa de decaimiento es 1/d 2. 2. Es así que a medida que el pulso se propaga en el suelo el mismo ilumina áreas iguales cada vez con menor intensidad. Este primer fenómeno, es consecuencia de la divergencia geométrica del campo electromagnético.


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Fig. 11: Esquema de funcionamiento de la antenas de emisión y recepción para el proceso de georradar

Por lo que acabamos de decir, un pulso que se refleja en un reflector profundo y retorna hacia el receptor cuenta con menos energía por unidad de área que si se refleja en uno superficial. Si la discontinuidad que produce dicha reflexión fuera suficientemente profunda, el pulso que retorna podría no ser detectado por el sistema receptor debido a su bajísima intensidad por unidad de área. El límite de profundidad hasta el cual un reflector puede ser detectado se denomina profundidad de penetración. Este límite depende no sólo de la divergencia geométrica de la señal sino también de otros fenómenos físicos, tal como veremos. El fenómeno de absorción produce una pérdida de intensidad en el pulso a medida que el mismo se propaga como consecuencia de la transformación de parte de su energía electromagnética en calor. La principal magnitud física que determina el fenómeno de absorción es la conductividad eléctrica. Cuanto mayor distancia recorre el pulso, más disminuye su intensidad debido a la absorción. En general, en los sondeos con georadar no es conveniente una absorción alta, pues la misma reduce la profundidad de penetración impidiendo investigar zonas profundas. Sin embargo, en algunos casos en los cuales sólo interesan objetivos superficiales, las diferencias en la absorción que ocurran en distintas posiciones sobre el campo pueden ayudar en la interpretación del subsuelo. Prospección GPR y Magnetotelúrico

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Si un pulso incide sobre la superficie de discontinuidad con un ángulo  , medido respecto de la dirección perpendicular a dicha superficie, los pulsos reflejados y transmitidos se alejan formando ángulos  y  , respectivamente, ambos medidos respecto a la referencia mencionada. Las relaciones matemáticas que vinculan estos ángulos con las permitividades relativas  y  las permeabilidades relativas  y  de ambos medios son las siguientes:

( )  ( ) ( ( ) √  



( ( ) √  

La primera (4.0) es la ley de reflexión e indica que el ángulo con el cual se ha reflejado el pulso es el mismo con el que ha incidido. La expresión matemática (5.0) es la ley de Snell que indica que el ángulo de transmisión difiere del ángulo de incidencia. Esta diferencia se hace mayor para altos contrastes en las permitividades y en las permeabilidades de los medios ubicados a ambos lados de dicha interfaz y para ángulos de incidencia grandes. Las ecuaciones (4.0) y (5.0) dan las direcciones en las cuales se propagan los pulsos que resultan del proceso de reflexión-transmisión, para un ángulo de incidencia dado y para parámetros del subsuelo conocidos. Análogamente, es posible obtener ecuaciones matemáticas que calculen las amplitudes de los pulsos que resultan, como funciones de los parámetros mencionados. En el caso más sencillo de incidencia aproximadamente normal entre la amplitud reflejada y la incidente R está dado por:

  

     √   √  

  √ √   A partir de estas ecuaciones puede verse que cuanto mayor contraste presentan la permitividad y la permeabilidad relativas en dicha interfaz, más intensa es la señal reflejada y menos intensa la transmitida. Recíprocamente, cuanto menor es el contraste, la señal reflejada es más débil y la transmitida más intensa. Es por ello que si no hay contraste suficiente, la señal reflejada en una dada superficie de discontinuidad puede no ser percibida en el detector y por lo tanto la interfaz correspondiente no ser detectada. Por el contrario, si el contraste es grande, la interfaz va a ser detectada con facilidad. Asimismo, si el cambio en la permitividad o en la permeabilidad no se produce en forma abrupta, es decir, si se produce gradualmente a lo largo de cierto Prospección GPR y Magnetotelúrico

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espesor, es probable que la señal reflejada resulte débil. Si el espesor fuese suficientemente grande, la señal reflejada podría ser directamente inexistente. Es común que el suelo en estudio presente más de una discontinuidad entre su superficie y la profundidad de penetración. Cuando el pulso que ha sido emitido alcanza la primera interfaz, una porción de su energía se refleja y retorna en dirección de la superficie, mientras que otra parte se transmite en dirección de la segunda interfaz (Fig.7.I). Este último pulso a su vez se subdivide cuando alcanza a la segunda interfaz (Fig. 7.II). La porción de energía que retorna en dirección de la superficie proveniente de esta interfaz más profunda es nuevamente subdividida al alcanzar la interfaz más superficial (Fig. 7. III). De este modo, sólo una fracción pequeña de la energía inicialmente irradiada vuelve al sistema de georadar proveniente del reflector más profundo (Fig. 7. IV), debido a las sucesivas reducciones ocurridas por reflexión- transmisión. El aspecto de las señales recibidas será entonces como en la (Fig. 7. V): los pulsos centrados en los tiempos    segunda discontinuidades detectadas, respectivamente. En el caso que el contraste en la interfaz más superficial sea muy alto, se tendrá que prácticamente toda la energía provendrá de la reflexión en la primer interfaz, siendo insignificante la intensidad del pulso que retorne proveniente de la segunda interfaz, por lo que ésta puede no ser detectada. En general, cuando las interfaces más superficiales presentan muy altos contrastes, las profundidades de penetración disminuyen. En casos en los cuales se tiene una superficie de discontinuidad rugosa ocurre un fenómeno llamado dispersión angular que disminuye aún más la intensidad disponible. Esto ocurre porque parte de las energías reflejada y transmitida en tal tipo de interfaz se desvían en ángulos amplios, en direcciones muy distintas de las que indican las ecuaciones (4.0) y (5.0) (Fig. 8. I), produciéndose así una merma adicional en la energía que retorna hacia el detector. El fenómeno de dispersión también se produce en medios que presentan importantes fluctuaciones en la permitividad (Fig. 8. II), por ejemplo, un pedregal. Este tipo de medios produce una gran cantidad de señales secundarias, debido a las múltiples reflexiones-transmisiones que ocurren en su interior, la mayoría de las cuales son percibidas por el receptor un poco desplazadas en el tiempo respecto de las señales de interés.


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Fig. 12: Proceso de difracción delas ondas electromagnéticas.

Por lo tanto estas señales secundarias aparecen parcial o totalmente superpuestas a las primarias, resultando una composición con un aspecto muchas veces distinto al de la la señal emitida. En estas situaciones, a veces directamente es imposible discernir las señales de interés. Aunque los rebotes múltiples en general producen trazas complejas, la observación de este tipo de señal podría indicar en algunos casos la presencia de estructuras de interés arqueológico tales como depósitos de residuos, por ejemplo concheros. La divergencia geométrica de los pulsos que se propagan en el subsuelo, la absorción de parte de la energía a lo largo de su trayectoria, la reflexión-transmisión en las sucesivas interfaces y la dispersión de la energía en rugosidades y objetos pequeños o en discontinuidades menores producen mermas considerables en las intensidades de los pulsos que alcanzan al receptor provenientes de las distintas discontinuidades de interés. Por ende, se hace imprescindible amplificar las señales recibidas. Esto puede realizarse durante la fase de medición mediante hardware electrónico o durante el procesamiento posterior utilizando software. Dado que la atenuación es mayor para las señales más tardías, las cuales provienen de discontinuidades más lejanas, es común definir una amplificación creciente hacia l os tiempos mayores.

4.6.

Resolución Horizontal y Vertical

En la (Fig. 7. V) se ilustra una traza que incluye las señales originadas en un par de reflectores ubicados a distintas profundidades. Es claro que, si las extensiones temporales de los pulsos recibidos fuesen mayores, ambas señales se superpondrían, por lo que su individualización no sería posible y, por lo tanto, tampoco sería posible la distinción entre las correspondientes interfaces. La capacidad de diferenciar entre dos Prospección GPR y Magnetotelúrico

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señales que se hallan próximas en el tiempo se llama resolución vertical. Por extensión, este concepto también se aplica a la distinción de las interfaces asociadas. Cuanto más cercanas las interfaces, más corto debe ser el pulso si es que se desea resolver sus señales. Esto puede lograrse aumentando la frecuencia de los pulsos emitidos o quitándoles lóbulos a los mismos. En la práctica, esto último es más complejo de conseguir, por lo que normalmente es la frecuencia emitida la que se modifica. Para obtener una primera estimación de la resolución vertical  pulso con una extensión temporal mínima, es decir, de un solo período T . En este caso el valor de la resolución vertical está dado por la siguiente expresión matemática:

  

 



 

velocidad de propagación promedio en el suelo. Esta fórmula indica que la resolución vertical disminuye cuando disminuye la velocidad de propagación en el medio, aumentando a su vez con la frecuencia. Ya que en un material dado vale aproximadamente la siguiente relación:



  √ 

Donde c es la velocidad de la luz en vacío ( c = 29,99 cm/ns), se tiene que la resolución vertical es menor para permitividad ε y permeabilidad μ altas. Debe remarcarse que en una situación real el valor de la resolución vertical es siempre superior al dado por la ecuación (7.0), o sea que éste debe ser considerado solamente como una cota inferior. Para una estimación más razonable puede considerarse un valor de  4 o 5 veces mayor que el dado por la ecuación (7.0). Análogamente a lo hecho para la resolución vertical, se define la resolución horizontal dhen relación con la discriminación de interfaces adyacentes en la dirección horizontal. Esta se vincula directamente con el ancho de la huella emitida por la fuente -ver (Fig. 3); cuanto más angosto angosto es el mismo menor menor resulta la resolución resolución horizontal, y por por lo tanto la distancia entre dos objetos que pueden ser discriminados. Por el contrario, cuanto más amplio es el ancho de la huella, mayor es la resolución horizontal y por lo tanto la distancia mínima entre objetos distinguibles. Es posible establecer una relación aproximada entre la resolución horizontal dh, la frecuencia ƒ, la velocidad de propagación promedio v, la profundidad de la interfaz p y la permitividad relativa promedio del suelo ε. La expresión resultante es la siguiente: 



    √   Esta ecuación muestra que la resolución horizontal mejora, es decir disminuye, a medida que la frecuencia y la permitividad crecen.


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Cabe resaltar que la ecuación (9.0) es sólo una aproximación de la resolución horizontal, dado que para su obtención se supone un suelo aproximadamente homogéneo, sin discontinuidades importantes, importantes, lo que casi nunca ocurre en la realidad. Un cálculo más riguroso de los tamaños de las zonas iluminadas sobre cada interfaz debería tener en cuenta, además de las características de los pulsos emitidos frecuencia, polarización, extensión espacial, etc.-, las propiedades de los medios enterrados –proporciones de los materiales, permitividades, etc.- y las formas y profundidades de las discontinuidades, lo que suele resultar en un planteo en extremo complejo. En términos generales, la resolución espacial puede considerarse proporcional a  ̅ donde α es el coeficiente de atenuación (Danielset al. 1988), el cual da cuenta de la divergencia del haz emitido, de los fenómenos de absorción y dispersión que ocurren en el medio en el cual se propaga la señal, así como de los procesos de reflexióntransmisión en las distintas interfaces. Consecuentemente, para materiales con altas atenuaciones se obtienen mejores resoluciones horizontales que para materiales con bajas atenuaciones.

Tabla 1: Valores típicos de diversas propiedades físicas, para distintos tipos de materiales y grados de humedad.


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4.7. EQUIPO Y SOFTWARE La información de este proyecto fue adquirida al equipo provisto por el Instituto Geofísico de Characato. El equipo consto de una Unidad de Control RAMAC X3M, integrada con una antena apantallada de 100 MHz, además de un ordenador y demás accesorios para facilitar el trabajo de campo, como se muestra en la figura .

Fig.13: Equipo de Georradar de100MHz

El software usado es mala ground visión que es una plataforma que permite filtrar radargramas y también para la adquisición de datos, conectando este a un ordenador y el equipo correspondiente, además se uso Paint para hacer el delineamiento y adobe Photoshop para poder unir las imágenes i mágenes


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CAPITULO V PROCESAMIENTO E INTERPRETACIÓN DE DATOS 5.1.

Procesamiento

El procesamiento de datos consiste en la utilización de filtros para que podamos visualizar los radargramas eficazmente, ya que en la imagen inicial que obtenemos no se observa ninguna estructura o rastro favorable para nuestra interpretación (ver fig 4.1). La aplicación de filtros radica en que nos ayuda a mejorar de manera vertical y horizontal las trazas que se obtuvieron.

Fig. 14: Base de datos datos crudos sin filtros

5.2.

Utilización de filtros El software usado en este trabajo nos ofrece los siguientes filtros para poder combinar y hallar nuestro objetivo, la combinación de filtros depende del tipo de estudio realizado, ejemplo zonas de humedad, estudios para delimitar contactos,etc. 



AGC.- Sirve para igualar la amplitude de una traza, sobre cada una individualment. El AGC calcula la amplitud media (sobre el cuadrado de la misma) de una ventana temporal y luego multiplica a todos los valores por este valor. Average.- Este filtro es una combinación de filtros verticales y horizontales. Su principal aplicación es eliminar rasgos muy marcados entre datos cercanos (esto es, temporalmente o en trazas vecinas)


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







       

DC Adjustment.- Este filtro cumple la función de restar la componente no nula de la amplitud sobre la cual se encuentra “montada la señal”. Se aplica en casos donde la antena receptora esté acoplada con una señal continua muy fuerte. Delete or Subtract Mean Trace.- El SMT hace algo my similar al BR en su modo running average (promedio punto a punto), reducelos rasgos horizontales. En el modo total average (promedio sobre todas las trazas) busca eliminar los rasgos de horizontalidad marcada para que se destaquen aquellos que tienen un cierta pendiente (reflectores inclinados o hipérbolas) FIR.- Este es un clásico filtro pasa bandas que selecciona las frecuencias en la señal recibida. Una señal puede ser descompuesta descompuesta en una combinación lineal de frecuencias. Este filtro alimina la contribución de las frecuencias bajas Time Gain.- Sirve para compensar pérdidas por atenuación eléctrica y el carácter expansivo de la onda transmitida. El Time-varying Gain aumenta la amplitud de una traza multiplicando al dato por dos funciones crecientes en el tiempo. Una de estas es una función lineal y la otra es una exponencial. Los datos que corresponden a un tiempo mayor obtienen una ganancia mayor.

HFIR Median Moving Average Moving Median Threshold Custom Gain Autogain Triangular FIR

Fig. 15: cuadro de filtros disponibles


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A partir de los filtros disponibles, seleccionamos y combinamos los más apropiados para nuestro trabajo, el resultado fue bueno, pero existen zonas donde no se filtró como lo deseado, pero se puede trabajar a partir de estos, los filtros usados para estos son:     

FIR Autogain Median Average AGC

Fig. 16: Cuadro de filtros aplicados


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H1

H1

H2

H3

H3

H3

Fig. 4.4; radargrama de la línea 9

Fig. 17 Datos procesados del radargrama PROF15

H1

H1

H2

H3 H3

H3

Fig. 18: Datos procesados del radargrama PROF17


5.3.

Interpretación

Linea PROF15 Podemos observar la ocurrencia de 2 estructuras (H1 y H3) delimitadas por la línea roja, superior e inferior a una profundidad entre entre 10m y 11m de profundidad la cual podemos describir como depósitos eólicos combinados a rocas sedimentarias de buena consolidación con presencia de zonas de humedad. En este perfil podemos observar varias zonas de filtración remarcadas por las curvas color celeste y presentan una tendencia en forma de embudo, los más representativos son las anomalías ubicadas en el margen derecho y uno en el margen izquierdo del radargrama con una extensión horizontal de aproximadamente 30m a 40m, producto de los constantes riegos en las zonas cercanas a los deslizamientos. Así también se puede reconocer la ocurrencia de una estructura delimitada en color verde (H2) la cual solo se ubica en el margen derecho.

Linea PROF17 En el siguiente perfil se puede observar las 3 estructuras u horizontes mencionados anteriormente (H1, H2 y H3) de los cuales, el primero H1 está representado en la parte

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5.3.

Interpretación

Linea PROF15 Podemos observar la ocurrencia de 2 estructuras (H1 y H3) delimitadas por la línea roja, superior e inferior a una profundidad entre entre 10m y 11m de profundidad la cual podemos describir como depósitos eólicos combinados a rocas sedimentarias de buena consolidación con presencia de zonas de humedad. En este perfil podemos observar varias zonas de filtración remarcadas por las curvas color celeste y presentan una tendencia en forma de embudo, los más representativos son las anomalías ubicadas en el margen derecho y uno en el margen izquierdo del radargrama con una extensión horizontal de aproximadamente 30m a 40m, producto de los constantes riegos en las zonas cercanas a los deslizamientos. Así también se puede reconocer la ocurrencia de una estructura delimitada en color verde (H2) la cual solo se ubica en el margen derecho.

Linea PROF17 En el siguiente perfil se puede observar las 3 estructuras u horizontes mencionados anteriormente (H1, H2 y H3) de los cuales, el primero H1 está representado en la parte superior de la línea roja como estratos horizontales, la siguiente estructura es H2, delimitada como un área de color verde en donde se puede observar las estructuras horizontales con mayor claridad debido a la filtración con mayor velocidad en esa zona, esta estructura también se la puede apreciar en el radargrama PROF15 pero en menor proporción. También se puede diferenciar una gran zona de filtración delimitada por las curvas celestes que no lo podemos asociar a otro horionte debido a que solo es la continuación del Horizonte H1 pero con diferentes características debido a la saturación que presenta en un interior.

Prospección GPR y Magnetotelúrico Magnetotelúri co

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INFORME GPR MAJES 2017

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