GUÍA PRÁCTICA: SELECCIÓN DEL MÉTODO GEOFÍSICO ADECUADO PARA LA CARACTERIZACIÓN DE SITIOS

La selección de la herramienta geofísica geotécnica más apropiada es generalmente un enfoque de dos pasos. En el Paso I, se identifican métodos geofísicos potencialmente útiles sobre la base de la naturaleza del problema de ingeniería. Esta “alta calificación” inicial se puede realizar utilizando tablas de referencia actualizadas (como las que se presentan en el sitio web de la FHWA: www.cflhd.gov/agm/index.htm) y guías de referencia (como las normas ASTM D5753 y D6429). En el Paso II, la herramienta o herramientas geofísicas más apropiadas se seleccionan en función de criterios específicos del sitio, como la profundidad del objetivo, la resolución requerida, la accesibilidad del sitio y el costo.

En la Tabla 2, se enumeran algunos problemas comunes de ingeniería vial y tecnologías geofísicas potencialmente aplicables. Esta tabla es útil para guiar al usuario potencial de los servicios geofísicos en la dirección inicial correcta durante la fase de planificación previa de una investigación geotécnica. Durante esta fase de planificación previa se considera el uso de tecnología geofísica y se identifican herramientas potencialmente útiles sobre la base de sus aplicaciones históricas. Las tablas de referencia publicadas (como la Tabla 1) son útiles, pero no son la única base para seleccionar una herramienta geofísica específica para un proyecto de carretera específico.

Por ejemplo, las herramientas magnéticas y EM se enumeran en la Tabla 1 como comúnmente utilizadas para la investigación de servicios públicos. Sin embargo, estas herramientas son útiles solo cuando la utilidad es magnéticamente susceptible o eléctricamente conductora, respectivamente. Estas limitaciones de las herramientas magnéticas y EM se identifican y consideran en las primeras etapas del Paso II. Se puede encontrar información adicional sobre métodos geofísicos de superficie potencialmente adecuados en:

Las publicaciones de ASTM citadas resumen la práctica, identifican la importancia y el uso del método, describen los procedimientos, brindan los componentes del informe, analizan la precisión y el sesgo y brindan referencias. Desafortunadamente, cubren solo un número limitado de métodos geofísicos geotécnicos y aplicaciones relacionadas.

Según la experiencia pasada, parece que la selección de herramientas geofísicas apropiadas, de la lista más grande de técnicas potencialmente útiles, es específica del sitio y del objetivo (Anderson, 2006). Por lo tanto, es importante que se evalúen críticamente todos los métodos potencialmente adecuados disponibles. Las siguientes son consideraciones clave al desarrollar un programa de exploración geofísica geotécnica:

Si no se abordan estas consideraciones, se pueden adquirir datos geofísicos inadecuados, se pueden incurrir en gastos innecesarios y se pueden experimentar retrasos de tiempo no deseados.

Los levantamientos geofísicos generalmente se llevan a cabo con objetivos específicos (objetivos del subsuelo) en mente. Estos objetivos y sus propiedades físicas suelen estar claramente definidos durante las primeras etapas del proceso de selección de la herramienta adecuada. Por ejemplo, considere una investigación geotécnica realizada con el objetivo de mapear todos y cada uno de los vacíos poco profundos llenos de aire. Las cavidades poco profundas llenas de aire dentro de rocas sedimentarias intactas se caracterizan por variaciones espaciales en densidad, velocidad acústica, velocidad EM, constante dieléctrica, conductividad eléctrica y resistividad eléctrica. Colectivamente, estos atributos variables representan las propiedades físicas de interés.

La herramienta geofísica geotécnica apropiada se selecciona de una lista de métodos que están diseñados para responder a una o más de las propiedades físicas del objetivo. Para detectar un vacío lleno de aire, por ejemplo, pueden parecer adecuadas varias técnicas geofísicas, que incluyen refracción sísmica, reflexión sísmica, tomografía sísmica, GPR, EM, resistividad eléctrica y gravedad. Las técnicas de refracción sísmica, reflexión sísmica y tomografía sísmica responden a las variaciones del subsuelo en la velocidad y densidad acústica (ya sea directa o indirectamente). La herramienta GPR responde a las variaciones espaciales en la constante dieléctrica, la permeabilidad magnética, la conductividad eléctrica y la velocidad EM. Las herramientas EM responden a cambios en la conductividad e inductancia eléctrica. Las herramientas de resistividad eléctrica responden a cambios en la resistividad eléctrica. La herramienta de gravedad responde a las variaciones espaciales en la densidad del subsuelo.

Diferentes herramientas geofísicas brindan diversos grados de resolución espacial (vertical y horizontal) y definición de objetivos (forma, profundidad). Una herramienta GPR de alta frecuencia (por ejemplo, 1,5 GHz), por ejemplo, puede proporcionar una resolución espacial muy alta (del orden de 0,03 pies) pero tiene una profundidad de penetración limitada (generalmente menos de 3 pies). Una herramienta GPR de baja frecuencia (por ejemplo, 80 MHz) proporciona sólo una resolución espacial intermedia (del orden de pies), pero es capaz de obtener imágenes de objetivos a profundidades del orden de 50 pies o más en circunstancias ideales.

La resolución espacial y la definición del objetivo proporcionada por cada técnica geofísica son funciones de múltiples variables que incluyen (pero no se limitan a) el contraste entre las propiedades físicas del objetivo y la roca huésped, la profundidad del objetivo, los niveles de ruido de fondo, los atributos de la herramienta específica empleada, etc. Estas variables se consideran antes de la selección de una herramienta específica. Es deseable consultar con un experto durante la resolución espacial y la fase de definición del objetivo de la selección de la herramienta porque un geofísico experto puede determinar (sobre la base de la experiencia y el modelado) qué herramientas geofísicas específicas son capaces de proporcionar la resolución espacial y la definición del objetivo requeridas. (dadas las propiedades del objetivo, la profundidad, la forma y el tamaño).

La utilidad de una herramienta geofísica específica está en función de las condiciones del sitio. Las variables incluyen (pero no se limitan a) la accesibilidad, la extensión del área, la densidad de la vegetación, la topografía, el espesor del suelo, la litología y la salinidad del agua subterránea. La consideración de las condiciones del sitio durante la fase de planificación previa generalmente tiene una probabilidad razonable de que la técnica seleccionada funcione bien en el área de estudio.

La rentabilidad relativa de las herramientas geofísicas prospectivas es una función tanto del costo (planificación, adquisición, procesamiento e interpretación) como de la utilidad general de los resultados interpretados (resolución y definición del objetivo). Se considera la consulta con un geofísico experto en el desarrollo de las estimaciones de costos que se basan en parámetros apropiados de adquisición y procesamiento. La utilidad proyectada de una herramienta geofísica en particular también depende en gran medida de los esquemas de adquisición y procesamiento empleados. En un esfuerzo por recortar costos, los esfuerzos de adquisición y procesamiento a veces se minimizan a expensas de la calidad de los datos en la medida en que no se pueden obtener los entregables proyectados. Sin embargo, comprometer la calidad de los datos no es rentable.

Generalmente, si dos o más técnicas geofísicas proporcionan una definición de objetivo similar y el costo es la preocupación principal, se selecciona el método menos costoso. Sin embargo, si la precisión de la interpretación es la principal preocupación, a menudo se emplea más de una técnica geofísica porque los conjuntos de datos complementarios ayudan en las interpretaciones. Otra consideración es si una herramienta geofísica puede contribuir con información más allá de la definición y generación de imágenes de un objetivo específico. Los datos de resistividad eléctrica y GPR interpretados, por ejemplo, pueden proporcionar información sobre la topografía del lecho rocoso, la litología del subsuelo, etc.

Los datos geofísicos son inherentemente ambiguos. Las interpretaciones son más rigurosas si están restringidas y verificadas por la verdad básica. En consecuencia, el próximo paso en el proceso es recolectar suficiente verdad del terreno (con fines de restricción y verificación) como parte del esfuerzo geotécnico general. La verdad del terreno se adquiere comúnmente durante el proceso de caracterización geotécnica del sitio mediante perforaciones de prueba. Para aumentar la confiabilidad de los datos geofísicos adquiridos, el ingeniero generalmente adquiere datos de control geofísico cerca de las ubicaciones de las perforaciones o viceversa. Tener al menos alguna información de pozo antes de la adquisición de datos geofísicos puede ser muy útil para ayudar en la interpretación.

El último paso es evaluar la rentabilidad del esfuerzo geofísico general en relación con las alternativas no geofísicas, como un programa de perforación invasiva modelada. La decisión final de “ir o no continuar” se basa en los costos y entregables proyectados, y la probabilidad de éxito (p. ej., obtener los entregables deseados). Además, el ingeniero considera importantes cuestiones no técnicas, como el tiempo, el potencial de litigio y el costo de la falla.