Una técnica geofísica para obtener imágenes de estructuras subterráneas.
Inversión de resistividad 2D de datos ERTDespliegue de un perfil de tomografía de resistividad eléctrica permanente en una sección longitudinal de un deslizamiento de tierra activo.
La tomografía de resistividad eléctrica ( ERT ) o imágenes de resistividad eléctrica ( ERI ) es una técnica geofísica para obtener imágenes de estructuras subterráneas a partir de mediciones de resistividad eléctrica realizadas en la superficie o mediante electrodos en uno o más pozos . Si los electrodos se suspenden en los pozos, se pueden investigar secciones más profundas. Está estrechamente relacionado con la técnica de imágenes médicas, la tomografía por impedancia eléctrica (TIE), y matemáticamente es el mismo problema inverso . Sin embargo, a diferencia de la TIE médica, la ERT es esencialmente un método de corriente continua. Un método geofísico relacionado, la polarización inducida (o polarización inducida espectral ), mide la respuesta transitoria y tiene como objetivo determinar las propiedades de cargabilidad del subsuelo.
Las mediciones de resistividad eléctrica se pueden utilizar para la identificación y cuantificación de la profundidad del agua subterránea, la detección de arcillas y la medición de la conductividad del agua subterránea. [1]
Historia
La técnica evolucionó a partir de técnicas de prospección eléctrica anteriores a las computadoras digitales, donde se buscaban capas o anomalías en lugar de imágenes. Los primeros trabajos sobre el problema matemático en la década de 1930 asumieron un medio en capas (ver por ejemplo Langer, Slichter). Andrey Nikolayevich Tikhonov , mejor conocido por su trabajo sobre la regularización de problemas inversos, también trabajó en este problema. Explica en detalle cómo resolver el problema de ERT en un caso simple de medio de 2 capas. Durante la década de 1940, colaboró con geofísicos y sin la ayuda de computadoras descubrieron grandes depósitos de cobre. Como resultado, recibieron el Premio Estatal de la Unión Soviética.
Andrey Nikolayevich Tikhonov, el "padre de la ERT"
Cuando las computadoras adecuadas estuvieron ampliamente disponibles, el problema inverso de la ERT pudo resolverse numéricamente. El trabajo de Loke y Barker de la Universidad de Birmingham fue una de las primeras soluciones de este tipo y su enfoque todavía se utiliza ampliamente.
Con el avance en el campo de la Tomografía de Resistividad Eléctrica (ERT) de 1D a 2D y hoy en día 3D, ERT ha explorado muchos campos. Las aplicaciones de ERT incluyen investigación de fallas, investigación del nivel freático, determinación del contenido de humedad del suelo y muchas otras. En procesos industriales, la ERT se puede utilizar de forma similar a la EIT médica, para obtener imágenes de la distribución de la conductividad en recipientes y tuberías de mezcla. En este contexto se suele denominar Tomografía de Resistencia Eléctrica , haciendo hincapié en la cantidad que se mide en lugar de visualizarse.
Procedimiento de operación
La resistividad del suelo, medida en ohmios-centímetros (Ω⋅cm), varía con el contenido de humedad y los cambios de temperatura. En general, un aumento de la humedad del suelo da como resultado una reducción de la resistividad del suelo. El fluido de los poros proporciona el único camino eléctrico en las arenas, mientras que tanto el fluido de los poros como las partículas cargadas en la superficie proporcionan caminos eléctricos en las arcillas. Las resistividades de los suelos húmedos de grano fino son generalmente mucho más bajas que las de los suelos húmedos de grano grueso. La diferencia de resistividad entre un suelo seco y uno saturado puede ser de varios órdenes de magnitud. [2]
El método para medir la resistividad del subsuelo implica colocar cuatro electrodos en el suelo en una línea con espaciado igual, aplicar una corriente alterna medida a los dos electrodos externos y medir el voltaje CA entre los dos electrodos internos. Una resistencia medida se calcula dividiendo el voltaje medido por la corriente medida. Luego, esta resistencia se multiplica por un factor geométrico que incluye el espacio entre cada electrodo para determinar la resistividad aparente.
Normalmente se utilizan separaciones entre electrodos de 0,75, 1,5, 3,0, 6,0 y 12,0 m para investigaciones a poca profundidad (<10 m). Para investigaciones más profundas se suelen utilizar separaciones de electrodos mayores de 1,5, 3,0, 6,0, 15,0, 30,0, 100,0 y 150,0 m. La profundidad de la investigación suele ser menor que la separación máxima entre electrodos. Se introduce agua en los orificios de los electrodos a medida que los electrodos se introducen en el suelo para mejorar el contacto eléctrico.
encuesta ERT
Aplicaciones
ERT se utiliza para crear imágenes de varios tipos de condiciones y estructuras del subsuelo. Tiene aplicaciones en diversos campos, entre ellos:
Estudios ambientales:
Exploración de aguas subterráneas: ERT ayuda a localizar acuíferos subterráneos y evaluar la calidad del agua.
Mapeo de contaminantes: ERT utilizado para monitorear y delimitar la propagación de contaminantes en el suelo y el agua subterránea.
Monitoreo de vertederos: ERT monitorea las condiciones de los vertederos, la generación y migración de gas [3] y las vías de lixiviado. [4]
Ingeniería geotécnica:
Investigación del sitio: ERT se utiliza para estudiar las propiedades del suelo y las rocas y la infraestructura subterránea existente en proyectos de construcción. [5]
Evaluación de cimientos: ERT puede evaluar el estado de los cimientos, detectar huecos y evaluar la capacidad de carga.
Detección de sumideros: ERT puede identificar huecos en el subsuelo que pueden provocar sumideros.
Arqueología y Patrimonio Cultural:
Características arqueológicas enterradas: ERT puede detectar estructuras, artefactos y sitios arqueológicos enterrados.
Integridad estructural de monumentos: ERT ayuda a evaluar el estado de estructuras y edificios históricos. [6]
Minería y Exploración de Minerales:
Depósitos minerales: ERT puede delinear los límites y características de los cuerpos minerales.
Detección de cuevas: ERT se utiliza para localizar cuevas y elementos kársticos en zonas mineras.
Hidrogeología:
Mapeo de acuíferos: ERT se emplea para crear mapas detallados de los acuíferos subterráneos y sus propiedades.
Monitoreo de intrusión de agua salada: ERT ayuda a detectar y monitorear la invasión de agua salada en acuíferos de agua dulce.
Ingeniería e Infraestructura:
Evaluación de túneles y presas: ERT evalúa la integridad estructural de túneles y presas. [7]
Estudios de ruta de tuberías y cables: ayuda a identificar los servicios públicos del subsuelo y los peligros potenciales. [8]
Evaluación de peligros de deslizamientos de tierra: ERT puede detectar planos de deslizamiento del subsuelo y pendientes inestables.
Evaluación de diques y terraplenes: Evalúa la integridad estructural de diques y terraplenes.
Inspecciones de salud de edificios: ERT se utiliza para examinar el estado de los cimientos y otras partes subterráneas de los edificios para guiar el mantenimiento y las renovaciones. [9]
Exploración de petróleo y gas:
Caracterización de yacimientos: ERT ayuda a comprender las propiedades de los yacimientos subterráneos.
Monitoreo de la migración de fluidos: ERT se utiliza para rastrear el movimiento de fluidos en el subsuelo durante la perforación y la producción.
Agricultura:
Mapeo de la humedad del suelo: ERT ayuda a evaluar el contenido de humedad del suelo para la agricultura de precisión.
Imágenes de la zona de las raíces: ERT se utiliza para visualizar las estructuras de las raíces de las plantas y las interacciones entre el suelo y las raíces.
^ Budhu, M. (2011) Cimentación y mecánica de suelos. 3.ª edición, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken. ver capítulo 3.5.1 Métodos de exploración de suelos
^ Budhu, M. (2011) Cimentación y mecánica de suelos. 3.ª edición, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken. ver capítulo 3.5.1 Métodos de exploración de suelos
^ Deep Scan Tech (2022): Deep Scan Tech ayuda a los vertederos a proteger el medio ambiente con un proyecto de demostración en Ucrania.
^ Deep Scan Tech (2022): Deep Scan Tech ayuda a los vertederos a proteger el medio ambiente con un proyecto de demostración en Ucrania.
^ Deep Scan Tech (2023): Deep Scan Tech descubre estructuras ocultas en el sitio del edificio más alto de Dinamarca.
^ Deep Scan Tech (2023): Deep Scan Tech está descubriendo los secretos ocultos del histórico dique seco de Suomenlinna.
^ Deep Scan Tech (2023): Deep Scan Tech está resolviendo la cuestión de los 130 billones de euros de la infraestructura crítica.
^ Deep Scan Tech (2022): Deep Scan Tech ayuda a proteger la infraestructura crítica de alcantarillado contra desbordamientos.
^ Deep Scan Tech (2023): Deep Scan Tech lanza un nuevo proyecto de I + D para reducir la huella de carbono en el entorno construido.
Langer, RE (1 de octubre de 1933). "Un problema inverso en ecuaciones diferenciales". Boletín de la Sociedad Matemática Estadounidense . 39 (10). Sociedad Estadounidense de Matemáticas (AMS): 814–821. doi : 10.1090/s0002-9904-1933-05752-x . ISSN 0002-9904.
Slichter, LB (1933). "La Interpretación del Método de Prospección de Resistividad para Estructuras Horizontales". Física . vol. 4, núm. 9. Publicación AIP. págs. 307–322. doi :10.1063/1.1745198. ISSN 0148-6349.
Langer, RE (1 de octubre de 1936). "Sobre la determinación de la conductividad de la tierra a partir de los potenciales superficiales observados" (PDF) . Boletín de la Sociedad Matemática Estadounidense . 42 (10). Sociedad Estadounidense de Matemáticas (AMS): 747–755. doi : 10.1090/s0002-9904-1936-06420-7 . ISSN 0002-9904.
Tikhonov, AN (1949). О единственности решения задачи электроразведки. Doklady Akademii Nauk SSSR (en ruso). 69 (6): 797–800.
AP Calderón, Sobre un problema de valor de frontera inverso, en Seminario de Análisis Numérico y sus Aplicaciones a la Física del Continuo, Río de Janeiro. 1980. Copia escaneada en papel.
Loke, MH (2004). Tutorial: levantamientos de imágenes eléctricas 2D y 3D (PDF) . Consultado el 11 de junio de 2007 .
Loke, MH; Barker, RD (1996). "Inversión rápida de mínimos cuadrados de pseudosecciones de resistividad aparente mediante un método cuasi-Newton". Prospección Geofísica . 44 (1). Wiley: 131-152. Código Bib : 1996GeopP..44..131L. doi :10.1111/j.1365-2478.1996.tb00142.x. ISSN 0016-8025.
Loke, MH; Barker, RD (1996). "Técnicas prácticas para levantamientos de resistividad 3D e inversión de datos". Prospección Geofísica . 44 (3). Wiley: 499–523. Código Bib : 1996GeopP..44..499L. doi :10.1111/j.1365-2478.1996.tb00162.x. ISSN 0016-8025.
