clase 06 geofisica

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  • 8/2/2019 Clase 06 Geofisica

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    JAI ME SUAREZ DI AZJAI ME SUAREZ DI AZ

    BUCARAMANGABUCARAMANGA-- COLOMBI ACOLOMBI A

    EXPLORACI ON GEOFI SI CAEXPLORACI ON GEOFI SI CA

  • 8/2/2019 Clase 06 Geofisica

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    GEOFGEOF SI CASI CAMediciMedicinn dede ondasondas mecmecnicasnicas

    TT

    cnicascnicas

    dede

    OndasOndas

    electromagnelectromagn

    ticasticas

    ELA

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    Mtodos geofsicosMMtodostodos geofgeof sicossicos

    Mechanical Wave Measurement s

    Ensayos Crosshole (CHT) Ensayos Dow nhole (DHT)

    Anlisis espect ral de ondas superf iciales.

    Refraccin ssmica

    Tcnicas de Onda Elect romagnt ica.

    Penet racin de Radar (GPR) Conduct ividad Elect romagnt ica

    Resist iv idad (SR)

    Levant amient os de campo magnt ico (MT)

    Mechanical Wave Measurement sMechanical Wave Measurement s

    EnsayosEnsayos CrossholeCrosshole (CHT)(CHT) EnsayosEnsayos DownholeDownhole (DHT)(DHT)

    AnAn lisislisis espectralespectral dede ondasondas superficialessuperficiales..

    RefracciRefraccinn sssmicasmica

    TTcnicascnicas dede OndaOnda ElectromagnElectromagn ticatica..

    PenetraciPenetracinn de Radar (GPR)de Radar (GPR) ConductividadConductividad ElectromagnElectromagn ticatica

    ResistividadResistividad (SR)(SR)

    LevantamientosLevantamientos de campode campo magnmagnticotico (MT)(MT)

    ELA

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    Geofsica de Ondas MecnicasGeofGeof sicasica dede OndasOndas MecMecnicasnicas

    Ensayos No dest ruct ivos (s < 10-4

    % ) Se pueden real izar en superf icie o dentro de una

    perforacin. Se puede medir d ispersin de la onda, velocidad,

    f recuencia, amplit ud, atenuacin. Se puede determ inar el perf i l , las propiedades

    elst icas , r igidez, amort iguamient o. Cuat ro t ipos bsicos de ondas: Compresin (P),

    Cortant e (S), Rayleigh (R), y Love (L) .

    EnsayosEnsayos NoNo destructivosdestructivos (( ss < 10< 10-- 44

    % )% ) SeSe puedenpueden realizarrealizar enen superficiesuperficie oo dentrodentro dede unauna

    perforaciperforacinn..

    SeSe puedepuede medirmedir dispersidispersinn de lade la ondaonda,, velocidadvelocidad,,

    frecuenciafrecuencia,, amplitudamplitud ,, atenuaciatenuacinn.. SeSe puedepuede determinardeterminar elel perfi lperfi l ,, laslas propiedadespropiedades

    elelsticassticas ,, rigidezrigidez,, amortiguamientoamortiguamiento..

    CuatroCuatro tipost ipos bbsicossicos dede ondasondas:: CompresiCompresinn (P),(P),

    CortanteCortante (S),(S), RayleighRayleigh (R) , y Love (L) .(R) , y Love (L) .

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    Geofsica de Ondas MecnicasGeofGeof sicasica dede OndasOndas MecMecnicasnicas

    La onda de Compresin (P-) es la ms rpida y fci l degenerar. La onda de cor tante (S-) es la segunda en rapidez.

    Es direccional y polarizada. Es la Onda ms

    fundamental en Geotecnia. La Onda Rayleigh (R-) u onda superf icial t iene una

    velocidad muy cercana a la onda de cor te (90 to94% ). Son Ondas h broda P-S sobre la superf icie del

    ter reno. Tienen una simil itud con las olas sobre unasuperf icie de agua. Ondas Love (L-) : Efecto en la front era de interface

    LaLa ondaonda dede CompresiCompresinn (P(P-- )) eses lala mm ss rr pidapida yy ff ci lci l dedegenerargenerar ..

    LaLa ondaonda dede cortantecortante (S(S-- )) eses lala segundasegunda enen rapidezrapidez..EsEs direccionaldireccional yy polarizadapolarizada. Es la. Es la OndaOnda mm ss

    fundament al enfundament al en GeotecniaGeotecnia.. LaLa OndaOnda RayleighRayleigh (R(R-- ) u) u ondaonda superficialsuperficial t ienetiene unauna

    velocidadvelocidad muymuy cercanacercana a laa la ondaonda dede cortecorte (90 to(90 to94% ). Son94% ). Son OndasOndas hh brodabroda PP-- SS sobresobre lala superficiesuperficie deldel

    terrenoterreno.. TienenTienen unauna simil i tudsimil i tud concon laslas olasolas sobresobre unaunasuperficiesuperficie dede aguaagua..

    OndasOndas Love (LLove (L-- ) :) : EfectoEfecto en laen la fronterafrontera de interfacede interf ace

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    Ondas mecnicas de cuerpoOndasOndas mecmecnicasnicas dede cuerpocuerpo

    I n i c i o

    On d a P

    On d a S

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    Ondas Mecnicas de CuerpoOndasOndas MecMecnicasnicas dede CuerpoCuerpo

    Fuen teRe ci b id o r ( Ge f o n o )

    Osciloscopio

    P

    SS RRTiempo

    Amplitud

    R S PR S P

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    Velocidad de la Onda de compresinVelocidadVelocidad de lade la OndaOnda dede compresicompresinn

    0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

    Compression Wave Velocity, V (m/s)

    Fresh Water

    Sea Water

    Clay

    SandTill

    Ice

    Weathered Rocks

    Intact Rocks

    Steel

    P - Wave Velocities

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    VELOCIDAD DE ONDA PVELOCIDAD DE ONDA PVELOCIDAD DE ONDA P

    4.0004.000 6.0006.000GRANI TOGRANI TO

    1.5001.500 5.0005.000ARENI SCAARENI SCA

    1.0001.000 2.5002.500ARCI LLAS DURASARCI LLAS DURAS

    200200 1.0001.000ARENAS Y LI MOSARENAS Y LI MOS

    -- M/ SEGM/ SEGSUELOSUELO ELA

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    Velocidad de las ondas de cort anteVelocidadVelocidad dede laslas ondasondas dede cortantecortante

    0 1000 2000 3000 4000

    Shear Wave Velocity, VS (m/s)

    Fresh Water

    Sea Water

    Clay

    SandTill

    Ice

    Weathered Rocks

    Intact Rocks

    Steel

    S - Wave Velocitie

    } Vs = 0

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    Sismgrafo Analizador de EspectroSismgrafo Analizador de Espectro

    Analizador porttil Grabador de velocidadAnalizador porttil Grabador de velocidad

    EquiposEquiposEquipos

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    ENSAYO DE

    REFRACCIONSISMICA

    ENSAYO DEENSAYO DE

    REFRACCIONREFRACCIONSISMICASISMICAELA

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    Refraccin ssmicaRefracciRefraccinn sssmicasmica

    Gefonos verticalesFuente

    Roca: Vp2

    ASTM D 5777

    Suelo: Vp1

    Osciloscopio

    x1x2

    x3x4

    t1t2t3t4

    Nota: Vp1 < Vp2

    zR

    Determina laprof. de la roca,zR

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    RefracciRefraccinn SSsmicasmica

    0.000

    0.005

    0.010

    0.015

    0.020

    TravelTim

    e(seconds)

    0 10 20 30 40 50

    Distance From Source (meters)

    Horizontal Soil Layer over Rock

    Vp1 = 1350 m/s

    1

    Vp2 = 4880 m/s

    1

    zx

    2

    V V

    V V

    cc p2 p1

    p2 p1

    =

    +

    Depth to Rock:

    zc = 5.65 m

    xc = 15.0 m

    x values

    t

    values

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    ELABOR

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    Velocidad de Onda de Cort ante , VsVelocidadVelocidad dede OndaOnda dede CortanteCortante , V, Vss

    Es una propiedad fundamental de t odos los slidos(Acero, concret o, madera, suelos, rocas)

    La r igidez inicial a pequeas deformaciones unitar iasrepresentado por el mdulo de cort ante. : G0 = Vs2(alias Gdyn = Gmax = G0)

    Aplica a todos los problemas est t icos y dinmicos apequeas deform aciones unit arias. Applies (s < 10 -6)

    Aplicable para condiciones drenadas y no drenadas eningeniera geotcnica.

    EsEs unauna propiedadpropiedad fundament al defundament al de todostodos loslos sslidoslidos(( AceroAcero,, concretoconcreto ,, maderamadera,, suelossuelos,, rocasrocas))

    LaLa rigidezrigidez inicialinicial aa pequepequeasas deformacionesdeformaciones unitariasunitariasrepresentadorepresentado porpor elel mm dulodulo dede cortantecortante. : G. : G00 == VVss22(alias(alias GGdyndyn == GGmaxmax = G= G00))

    AplicaAplica aa todostodos loslos problemasproblemas estest ticosticos yy dindinmicosmicos aapequepequeasas deformacionesdeformaciones unitariasunitarias. Applies (. Applies ( ss < 10< 10 -- 66))

    AplicableAplicable parapara condicionescondiciones drenadasdrenadas y noy no drenadasdrenadas eneningenieringenier aa geotgeot cnicacnica..

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    EquipoEquipo paraparaensayoensayo sssmicosmico

    CrossholeCrosshole

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    Ensayo CrossholeEnsayoEnsayo CrossholeCrossholeOsciloscopio

    Sondeo contubo PVC

    Sondeo contubo PVC

    MartilloDownhole(Fuente) Transductor

    de velocidad(Geofono

    Recibidor)

    t

    x

    Velocidad onda de cortante:Vs = x/t

    ASTM D 4428

    Bomba

    packer

    Inclinmetros paraDeterminar la verticalidad

    Y distancias aprofundidad.

    InclinmetroInclinmetro

    Paul Mayne/GT

    x = fctn(z)de inclinmetros

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    Equipo para ensayo ssmico Dow nholeEquipoEquipo parapara ensayoensayo sssmicosmico DownholeDownhole

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    EnsayoEnsayo DownholeDownholeOsciloscopio

    Perforacin

    revestida

    Prof. deEnsayo

    TransductoresDe velocidad

    (Gefonos

    Recibidores)

    packer

    Bomba

    Martillo ensuperficie

    Velocidad de ondaDe Cortante:Vs = R/t

    z1z2

    t

    R12 = z12 + x2

    R22 = z22 + x2

    x

    Martillo

    Paul Mayne/GT

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    Tomografa ssmicaTomografTomografa sa ssmicasmica

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    SensoresFuente

    Anal izador

    De seal

    Ace le rmet ro

    OndasSuperficiales

    Rayleigh

    Ensayo de onda superf i c ia l I n -Si tu

    C a p a 1

    C a p a 2

    C a p a 3

    C a p a 4

    ELABOR

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  • 8/2/2019 Clase 06 Geofisica

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    Ensayo de Piezocono ssmico (SCPTu)EnsayoEnsayo dede PiezoconoPiezocono sssmicosmico (( SCPTuSCPTu))

    ELABOR

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    60o

    fs

    qc

    Vs

    u1u2

    Esfuerzo en punta del cono, qt Presin de poros de penetracin Friccin lateral, fs Tiempo de arribo de la onda decortante Downhole , ts

    Obtiene cuatro medidas

    Independientes :Es un Hbrido de PenetrmetroCon geofsica Downhole

    Ensayo de Piezocono ssmicoEnsayoEnsayo dede PiezoconoPiezocono sssmicosmico

    ELABOR

    ELABOR

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    Funciona electrnicamente Reemplaza el empuje del martillo Funcionaunciona electrlectrnicamenteicamente Reemplazaeemplaza ell empujempuje delel martilloartillo

    Fuente ssmica automt icaFuenteFuente sssmicasmica automautom ticatica

    ELABOR

    ELABOR

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  • 8/2/2019 Clase 06 Geofisica

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    Velocidad de onda de Cort ante Dow nhole enforma automt icaVelocidadVelocidad dede ondaonda dede CortanteCortante DownholeDownhole enenformaforma automautom ticatica

    Fuente automtica Onda Polarizada Downhole Vs .

    ELABOR

    ELABOR

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    Set completo de t renes de onda de cort anteSetSet completocompleto dede trenestrenes dede ondaonda dede cortantecortante

    ELABOR

    ELAB

    OR

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    SondeosSondeosSondeos

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    0 10 20 30 40

    qt (MPa)

    Depth(m

    )

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    0 100 200 300

    fs (kPa)

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    0 1000 2000 3000

    u2 (kPa)

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    0 100 200 300 400

    Vs (m/sec)d = 35.7 mm

    qt

    fs

    u2

    Vs

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    Dilatmet ro ssmico plano (SDMT)DilatDilat metrometro sssmicosmico planoplano (SDMT)(SDMT)

    ELAB

    OR

    ELAB

    OR

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    SUAREZDIAZ

  • 8/2/2019 Clase 06 Geofisica

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    Ensayo de Di lat met ro ssmico plano (SDMT)EnsayoEnsayo dede DilatDilat metrometro sssmicosmico planoplano (SDMT)(SDMT)

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    0 2 4 6 8

    Lift-off Pressurepo (bars)

    Dh(m)

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    0 20 40 60 80

    Travel Time ofShear Wave (ms)

    SDMT1SDMT4SDMT5

    6

    8

    10

    12

    DMT 2DMT 3SDT 4

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    0 5 10 15

    Expansion Pressurep1 (bars)

    SDMT 1DMT 2DMT 3SDMT 4SDMT 5

    ELAB

    OR

    ELAB

    OR

    :JAIME

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    :JAIME

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  • 8/2/2019 Clase 06 Geofisica

    31/58

    Mtodos geofsicosMMtodostodos geofgeof sicossicos

    Tcnicas de Ondas Elect romagnt icasTTcnicascnicas dede OndasOndas ElectromagnElectromagnticasticas

    ELAB

    OR

    ELAB

    OR

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    SUAREZDIAZ

  • 8/2/2019 Clase 06 Geofisica

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    Geofsica de Ondas Elect romagnt icasGeofGeof sicasica dede OndasOndas ElectromagnElectromagnticasticas

    Mt odos No dest ruct ivos

    No I nvasivos (Se ej ecutan en la superf icie delterreno)

    Medida de las propiedades elct r icas y magnt icasdel t erreno : resist iv idad (conduct ividad),perm it t ividad, campos dielvt r icos y magnt icos.

    Cubren un espect ro amplio de frecuencias (10 Hz < f < 1022 Hz).

    MMtodostodos NoNo destructivosdestructivos

    NoNo InvasivosInvasivos (Se(Se ejecutanejecutan en laen la superficiesuperficie deldelterrenoterreno))

    MedidaMedida dede laslas propiedadespropiedades elelctricasctricas yy magnmagnticasticasdeldel terrenoterreno :: resistividadresistividad (( conductividadconductividad) ,) ,permitt ividadpermitt ividad ,, camposcampos dieldielvtricosvtricos yy magnmagnticosticos..

    CubrenCubren unun espectroespectro amplioamplio dede frecuenciasfrecuencias (10 Hz < f < 10(10 Hz < f < 102222 Hz).Hz).

    ELAB

    OR

    ELAB

    OR

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  • 8/2/2019 Clase 06 Geofisica

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    Geofsica de Ondas Elect romagnt icasGeofGeof sicasica dede OndasOndas ElectromagnElectromagnticasticas

    Tcnicas de mapeo superf icial Penet racin de Radar (GPR) Resisvidad Elct rica (ER) Conduct ividad Elect romagnt ica (EM) Levantamiento de campos magnt icos (MS)

    Tcnicas Dow nhole

    Resist ividad en sondeo , MI Ps, RCPTu Tomografa 2-d y 3-d

    TTcnicascnicas dede mapeomapeo superficialsuperficial PenetraciPenetracinn de Radar (GPR)de Radar (GPR)

    ResisvidadResisvidad ElElctricactrica (ER)(ER)

    ConductividadConductividad ElectromagnElectromagn ticatica (EM)(EM)

    LevantamientoLevantamiento dede camposcampos magnmagnticosticos (MS)(MS)

    TTcnicascnicas DownholeDownhole

    ResistividadResistividad enen sondeosondeo ,, MIPsMIPs,, RCPTuRCPTu TomografTomograf aa 22--d y 3d y 3 -- dd

    ELAB

    OR

    ELAB

    OR

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  • 8/2/2019 Clase 06 Geofisica

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    Penet racin de Radar (GPR)PenetraciPenetracinn de Radar (GPR)de Radar (GPR)

    GPR realizados en areas en cuadrcula.

    Par de antenas t ransmit idora y recibidora.

    I mpulsos cort os de ondas EM de al ta frecuencia.

    Cambios relat ivos en propiedades dielct r icas.

    La profundidad eficiente de exploracin depende delt ipo de suelo. (hast a 30 m en arenas secas; solo 3m en arcil las saturadas.

    GPRGPR realizadosrealizados en areas enen areas en cuadrcuadr culacula..

    Par dePar de antenasantenas transmitidoratransmitidora yy recibidorarecibidora..

    ImpulsosImpulsos cortoscortos dede ondasondas EM deEM de altaalta frecuenciafrecuencia..

    CambiosCambios relativosrelativos enen propiedadespropiedades dieldielctricasctricas..

    LaLa profundidadprofundidad eficienteeficiente dede exploraciexploracinn dependedepende deldelt ipot ipo dede suelosuelo. (. ( hastahasta 30 m en arenas30 m en arenas secassecas; solo 3; solo 3m enm en arcillasarcillas saturadassaturadas..

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    Penet racin de Radar (GPR)PenetraciPenetraci nn de Radar (GPR)de Radar (GPR)

    Xad ar Sen sor es & So f t w ar e GeoRad arXadarXadar SensoresSensores & So f t w ar e& So f t w ar e GeoRadarGeoRadar

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    Result ado grf ico de los result ados depenet racin de Radar (GPR)ResultadoResultado grgr ficofico dede loslos resultadosresultados dedepenetracipenetracinn de Radar (GPR)de Radar (GPR)

    Cr u ce d e u n co r r ed or d e d u ct o sCruceCruce de und e u n co r redo rco r redo r d ed e d u c t o sd u c t o s

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    Resultado grf ico de los result ados depenet racin de Radar (GPR)

    ResultadoResultado grgr ficofico dede loslos resultadosresultados dedepenetracipenetracinn de Radar (GPR)de Radar (GPR)

    Geost ra t ig ra f aGeos t ra t i g ra fGeos t ra t i g ra f aa ELAB

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    Result ado grf ico de los result ados depenet racin de Radar (GPR)

    ResultadoResultado grgr ficofico dede loslos resultadosresultados dedepenetracipenetracinn de Radar (GPR)de Radar (GPR)

    t i l p ar a id en t i f i car d uct ost i lt i l p a r ap a r a iden t i f i ca riden t i f i ca r d u c t o sd u c t o s

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    Result ado grf ico de los result ados depenet racin de Radar (GPR)ResultadoResultado grgr ficofico dede loslos resultadosresultados dedepenetracipenetracinn de Radar (GPR)de Radar (GPR)

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    Resist ividad Elct r icaResistividadResistividad ElElctricactrica

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    Resist ividad Elct r icaResistividadResistividad ElElctricactrica

    LaLa resistividadresistividad RR (( ohmiosohmios-- mm )) eses unauna propiedadpropiedadelelctricactrica . Es el. Es el recrecprocoproco dede conductividadconductividad

    ArreglosArreglos dede electrodoselectrodos util izadosutil izados parapara medirmedircambioscambios enen potencialpotencial elelctricoctrico..

    EvalEvalaa cambioscambios dede t ipot ipo dede suelosuelo yy variacionesvariaciones en elen elf luf lu dodo dede loslos,, porosporos..

    UsadoUsado parapara mapearmapear fallasfallas,, detallesdetalles kk rsticosrsticos (( cuevascuevas, sinkholes) ,, sinkholes) , estratigrafestratigraf aa yy contaminacicontaminacinn ..

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    Resist ividad elct ricaResistividadResistividad elelctricactrica

    1 10 100 1000 10000

    Bulk Resistivity, (ohm-meters)

    Clay

    Loam

    Loose Sands

    Sands & Gravels

    Glacial Till

    Weathered Rocks

    Resistivity Values (ConeTec & GeoProbe, 1997)

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    Tipos de arregloTiposTipos dede arregloarreglo

    Qu se gana al aumentar

    el espaciamiento de loselectrodos?

    QuQu sese ganagana alal aumentaraumentar

    elel espaciamientoespaciamiento dede loslos

    electrodoselectrodos??

    MayorMayor profundidadprofundidad dedeinfluenciainfluencia

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    MODELAMIENTO HIDROGEOLOGICO BASICO DE BUCARAMANGACURVA DEL SONDEO ELCTRICO VERTICAL SEVE-1

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    FSFS

    EN LAEN LA

    CURVA DEL SONDEO ELCTRICO VERTICAL SEVE 1PARTE ALTA DE BELLAVISTA

    FIGURA No.3

    10

    100

    1.000

    10.000

    1 10 100 1.000 10.000

    Profundidad (m)

    Resistividad

    (Ohm-m) E

    LAB

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    Tomografa Elct r icaTomografTomograf aa ElElctricactrica

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    TOMOGRAF A GEO-ELECTRI CATOMOGRAFTOMOGRAF A GEOA GEO--ELECTRI CAELECTRI CA

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    Conduct ividad Elect romagnt ica (EM)ConductividadConductividad ElectromagnElectromagnticatica (EM)(EM)

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    Levant amient os de campo magnt ico(MS)LevantamientosLevantamientos de campode campo magnmagnticotico(MS)(MS)Mide cambios relativosen el campo magntico

    de la tierra a travs delsitio.

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    A.P. Van d en Ber g Track Tr u ckA.P. Van d en Ber g Track Tr u ckA.P. Van d en Ber g Track Tr u ck

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