Este documento describe diferentes métodos geofísicos para estudiar el interior de la Tierra, incluyendo métodos eléctricos, gravimétricos, magnéticos y sísmicos. Explica que los métodos geofísicos intentan evaluar las características del terreno basándose en la medida de ciertas magnitudes físicas tomadas en la superficie. Dentro de los métodos sísmicos, describe brevemente tanto el método de refracción como el de reflexión sísmica.

2. METODOS DE ESTUDIO DEL INTERIOR DE LA
TIERRA

4. METODOS GEOFISICOS
Son pruebas realizadas para la determinación de
las características geotécnicas de un terreno, como
parte de las técnicas de reconocimiento de un
reconocimiento geotécnico.
Intentan evaluar las características del terreno
basándose en la medida de ciertas magnitudes
físicas tomadas generalmente en la superficie del
terreno. Si las características de los terrenos son
tales que las magnitudes físicas medidas son
bastante diferentes entre sí, es posible localizar los
contactos entre las distintas capas de terreno. Sin
embargo, esto no siempre sucede así, por lo que
estos métodos tienen serias limitaciones.

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

6. CLASES DE METODOS
Pueden plantearse las siguientes opciones:
1.- Métodos Eléctricos.
2.- Métodos Gravimétricos.
3.- Métodos Magnéticos.
4.- Métodos Sísmicos:
a) Reflexión
b) Refracción.
*Nota: El método de mayor utilización en la ingeniería
civil es el método sísmico de refracción,
aunque los métodos eléctricos también tienen
cierta utilidad.

8. METODO ELECTRICO
Permiten evaluar la resistividad media del subsuelo mediante la
medición de una diferencia de potencial entre dos electrodos situados
en la superficie.
El flujo de corriente a través del terreno discurre gracias a fenómenos
electrolíticos, por lo que la resistividad depende básicamente de la
humedad del terreno y de la concentración de sales en el agua
intersticial. Por ello existe una gran variabilidad de valores de la
resistividad para cada tipo de terreno, con rangos muy amplios.
El método consiste en colocar cuatro electrodos alineados a igual
distancia entre sí (d). Se conecta una batería a los electrodos exteriores
midiendo la intensidad que circula entre ellos, así como el voltaje entre
los electrodos intermedios. La resistividad viene definida por el cociente
entre el voltaje y la intensidad de la corriente medidos, multiplicado por
2 Π d.

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

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

11. METODO GRAVIMETRICO
Consiste en la medición muy precisa de la aceleración de la
gravedad en distintos puntos, registrando variaciones anómalas de
dicha aceleración, que pueden suponer cambios bruscos en la
densidad de un terreno.
De esta forma, se pueden detectar huecos o cavernas, como las
existentes en los terrenos kársticos, o en zonas de explotación
minera actual o histórica, fallas, domos salinos, profundidad de
capas competentes compactas, etc.
Los resultados obtenidos son, en general, poco concluyentes para
que su empleo esté generalizado en la ingeniería civil, a pesar de lo
cual, no dejan de constituir un método particular de los métodos
geofísicos, como alternativa en el reconocimiento geotécnico de un
terreno.

14. OBSERVACION DE ANOMALIAS GRAVITATORIAS

17. METODO MAGNETICO
El Geomagnetismo se ocupa del estudio del Campo Magnético
terrestre, tanto de su generación como de su variación espacial y
temporal.
Dentro de su estudio distingue entre Campo Interno y Campo
Externo. En el Campo Interno intenta buscar una explicación para la
generación y mantenimiento de un Campo Magnético propio y para
las variaciones espaciales y temporales detectadas en la superficie
terrestre, basándose en la teoría de la dinamo. En el campo externo
estudia el efecto del Campo Magnético Interno y del Campo
Magnético Solar sobre la Ionósfera.

26. NOTA

27. METODO SISMICO
Son un tipo de método geofísico que constituyen pruebas realizadas
para la determinación de las características geotécnicas de un
terreno, como parte de las técnicas de reconocimiento de un
reconocimiento geotécnico .
Las ondas sísmicas que atraviesan un terreno pueden ser:
1.- Longitudinales o de compresión.
2.- Transversales o de cizallamiento.
3.- Superficiales.
La velocidad de propagación de las ondas sísmicas en el terreno
depende de sus características de deformabilidad. En la hipótesis de
suponer un comportamiento elástico para el terreno, la velocidad de
las ondas longitudinales y transversales es función del módulo
elástico y del coeficiente de Poisson (ambos dinámicos), por lo que
con ambas expresiones pueden obtenerse dichos parámetros.

28. METODO
SISMICO

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

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

31. Método
Geofísico
Sísmico

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

33. PRINCIPIOS BASICOS
De manera que el diseño de una campaña sísmica (equipo y
material a utilizar) está en función del objetivo del estudio.
Según esto, la sísmica profunda se emplea en la detección
de reservorios petrolíferos (ya sea terrestre o marítima),
grandes estructuras geológicas (plegamientos montañosos,
zonas de subducción, etc.), yacimientos minerales, domos
salinos, etc. Mientras que la sísmica superficial tiene mucha
aplicación en la obra pública y la ingeniería civil.
La prospección sísmica se basa en el mismo principio que la
sismología, consiste en generar ondas sísmicas mediante
una fuente emisora y registrarlas en una serie de estaciones
sensoras (geófonos) distribuidas sobre el terreno. A partir del
estudio de las distintas formas de onda y sus tiempos de
trayecto, se consiguen obtener imágenes del subsuelo que
luego se relacionan con las capas geológicas (secciones
sísmicas, campos de velocidades, etc.).

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

36. LECTURA SISMICA

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

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

39. REFRACCION SISMICA

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

41. REFLEXION MARINA

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

43. REFLEXION SISMICA

45. METODOS DE ESTUDIO DEL INTERIOR DE LA TIERRA

47. PERFORACIONES DE LA TIERRA

49. RANGO DE APLICACIÓN DE CADA METODO